JPS5816591A - 厚膜電子回路等の焼成法及びこれに使用する赤外線炉 - Google Patents

厚膜電子回路等の焼成法及びこれに使用する赤外線炉

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JPS5816591A
JPS5816591A JP57043047A JP4304782A JPS5816591A JP S5816591 A JPS5816591 A JP S5816591A JP 57043047 A JP57043047 A JP 57043047A JP 4304782 A JP4304782 A JP 4304782A JP S5816591 A JPS5816591 A JP S5816591A
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heating chamber
temperature
conveyor
tunnel
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子素子の製造、特に、厚膜電子回路等の焼成
法及びこれに使用する赤外線炉に係わる。
厚膜電子回路は比較的厚い絶縁ベースに比較的薄い材料
層を沈着させることにより抵抗器、コンデンサ、導線な
どを形成したものである。代表的な例として、ベースは
96tIkアルミナから成り、層は金、銀、ガラス、酸
化ルテニウムと7リツト粒子の混合物、及びその他の誘
電材から成り、シルク・スクリーニング法によりペース
ト状でベースに塗布される。ベースにペーストを塗布し
た後、厚膜回路を炉内で焼成することにより、ペース上
の層を硬化及び/または乾燥させる。
厚膜回路を硬化させるため、厚膜回路をコンベヤで搬送
することにより約850℃乃至900℃の温度に維持さ
れた炉を通過させるのが普通である。
炉内には、厚膜回路が通過する加熱ゾーンの周9に加熱
素子を配置する。加熱素子と加熱ゾーンの間に介在させ
たマツフルが加熱素子を保護すると共に加熱ゾーンの両
端を密閉することによシ、加熱ゾーン内の雰囲気の制御
を可能にする。以上に述べた炉では加熱素子が断熱壁及
びマツ2ルをも含めて炉全体t−850℃乃至900℃
の作用温度に加熱する。マツフル壁からの直接照射及び
対流により、炉を通過する厚膜回路に熱が伝達される。
焼成プロセスに於いて、厚膜回路は炉の作用温度に近い
温度に加熱される。作用温度と厚膜回路の温度差が小さ
いから、厚膜回路の温度は漸進的に上昇し、従って、ゆ
っくりと最大値に近づく。従って、ベース上の層、特に
酸化ルテニウム抵抗器が損傷しない、ように細心の注意
を払って作用温度を制御しなければならない。
本発明では加熱ゾーンの作用温度よりもはるかに高い温
度の、加熱ゾーン内のエネルギー源から近赤外線を直接
照射することにより厚膜回路な?を加熱ゾーン内で焼成
する。作用温度よりもはるかに高い温度のエネルギー源
から近赤外線を直接照射するから、厚膜回路への比較的
大きい熱伝達が起こり、処理時間を速め、加熱ゾーンの
急速な加熱冷却を可能にする。経験に照らして、層によ
って厚膜回路上に形成される電気的素子は従来の炉で焼
成したものよりも高品質である。特に酸化ルテニウムは
抵抗値が小さい場合でも許容誤差の小さい抵抗器を形成
する。
赤外線の直接照射はベースを過度に加熱することなく層
だけを選択的に加熱する。ベースは質量が大きく、赤外
線吸収能が低いのに対して、層は質量が小さく、赤外線
吸収能が高いからである。
吸収能と質量に差があるから、各層を充分に加熱し、硬
化する一方で、各層の温度はヒートシンクとして作用す
るベースによシ加熱ゾーンの作用温度にはぼ固定される
以下添付図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する
第1図に於いて、本発明の赤外線炉10は台座12に取
付けた矩形の下部フレーム15を具備し、この下部フレ
ームの囲いには取外し可能な正面ノ(ネル17ヲ設ける
。矩形の下部フレーム15の頂部にはその両端よりも内
側に比較的短い、矩形の上部フレーム18が取付けられ
ている。上部フレーム18の囲いには取外し可能な正面
パネル19を設ける。下部及び上部フレーム15 、1
8内に加熱室(資)を支持する。
上部フレーム18の頂部には、加熱室Iの全長に沿つ友
別々のゾーンに於ける温度音制御するための電子制御パ
ネル28を正面に具備する制御装置27を設置する。制
御装置笈の側方に位置する筐体31内には、台座12の
背面に設けた(図示しない)開口部から流入してこれに
内蔵されている電力回路を通過し、さらに上昇して加熱
室Iの両側を通過する冷却用空気を吸引するための電動
ファン37ヲ設曾する。
第2図は下部及び上部フレーム15 、18から正面パ
ネル17 、19 ’i数取外て示した赤外線炉10の
正面図である0図示のように、細長い矩形の加熱室Iは
下部フレーム15の上部長手側部材15aにポルト閏で
取付けた支持用張出部82によって:L″Eニットとし
て四隅を支持されている(第5図)。下部フレーム15
の端部には、加熱室間の入口端に近く駆動ロー516t
−設け、下部フレームの他端には、加熱室(資)の出口
端に近く小さいローラ21を設けておる。
0−116,21O11?kKエンドレス・コンベヤベ
ル)20′t−張架してあり、駆動ローラ16と連携す
る可調ロー224により、ロー216 、21に張架さ
れたコンベヤベルト加上部のテンションを制御すること
ができる。駆動ローラ16の・・プに歯車22Yt取付
け。
チェーン駆動ベルト器を介して、下部フレーム15に取
付けた下方歯車5と連動させる。電動モータ加のシャフ
トが下方歯車25を駆動する。
即ち、オープンメツシュ形の、好ましくはステンレスス
チール製のエンドレス・コンベヤベルト加は下部フレー
ム150両方の上部長手側部材15a間に設けられた加
熱室3oヲ通過する。
次に第6図に示す加熱室Iの全体的ガ斜面図及び第4図
に示すその断面図を参照して説明゛する。
加熱室Iは断熱板おから成る上下壁と、同じく断熱板4
0から成る側壁を有する軸長い矩形の囲いである。断熱
板あ、40は比較的平滑な面を有する多孔構造壁が形成
されるように例えば白アルミナファイバーのような断熱
材を圧縮して形成する。断熱板38.40の材料で弗る
アルミナファイバーとして3000°F (1649℃
)級のものを採−翔する。側壁断熱板400組込みを容
易にするため、上下壁断熱板間の内側縁に直角の切込み
41を形成する。断熱板間によって形成される加熱室の
上下壁には断熱外板43を設ける。この断熱外板43は
多孔質の、2000″F (1093℃)級アルミナフ
ァイバーのような断熱材を圧、縮して形成する。上下の
断熱外板43の4箇所の縁に沿って同様な断熱片44ヲ
取付ける。上下外板43にはこの鑞かいくつかの長手方
向に延びる短い同様な断熱片47t−順次間隔を保って
取付ける。
各側壁断熱板40の金属板側壁51を覆せ、その上下に
、上下断熱板あの内側縁に形成し九直角切込み41に嵌
入する7ランジ53を設ける。
第3図の4−4線に於ける加熱室の断面図である第4図
から明らかなように、加熱室(資)のそれぞれの!に、
水平な上下の金属トレイ錫、66を設ける。個々のトレ
イは゛加熱室Iと同長であシ、加熱室の金属板側壁51
にスポット溶接する。
特に第6図から明らかなように、加熱室部各端の端壁は
コンベヤベルト加が通過する矩形開口部を形成す−るよ
うに上下方向に互いに間隔を保つ上部断熱板5及び下部
断熱板間から成り、下部断熱板間の上縁には互いに間隔
を保つ3つの半円形溝39ヲ形成する。開口部42と一
致する矩形開口部を有する金属板端壁60を2つの断熱
板間、56に重ねる。第3図に示すように、上部に外側
7ランジ62b、下部に内側フランジ62a−’()そ
れぞれ有する上部金属板ブラケット62はその内側7ラ
ンジ62aを開口部42の上縁と咬合させて配置する。
同様に、半円形溝39と対応する切欠き含有する外側フ
ランジ631)を下部に、内側フランジ63aを上部に
具備する下部金Jr%板ブラケットBはその内側7ラン
ジ63a′を開口部42の下縁と咬合させて配置する。
7ランジ54を有する上部金属板ケーシングまたはカバ
ー45管、その頂壁内側が断熱片44と接触して上部プ
レナム・チャンバー46を形成するように加熱室Iの上
潮部に上方から嵌合させる。同様に、7ランジ50を有
する底部金属板ケーシングま九はカバー48t1その底
壁内側が断熱片材と接触して下部プレナム・チャンバー
49ヲ形成するように加熱室(資)の下端部に下方から
嵌合させる。
第4図に示すように、加熱室Iの断熱壁を組立て位置に
固定するため、加熱室上部カバー45の側壁を側壁51
に嵌合させ、上部カバー45の両側7ランジ詞に形成し
九孔及び上部金属トレイ田の壁に形成した整列孔に通し
たタイロッド52によって固定する。同様K、加熱室I
の底部カバー48の側壁を側壁51に嵌合させ、底部カ
バー48の両側の7ランジ関に形成した孔及び下部金属
トレイ6に形成した整列孔に通したタイロッド簡によっ
て固定する。上部カバー6の両端を嵌合させ、上部カバ
ー45の両端の7ランジ詞に形成した孔及び上部ブンー
ケット62の外側7ランジ62bに形成した整列孔に通
したタイロッド59(第3図)によって固定する。
同様に、底部カバー化の両端を嵌合させ、底部カバー4
8の両端の7ランジ団及び下部ブック、ツ)63の外側
フランジ631)に形成した整列孔に通したタイロッド
57によって固定する。
加熱室Iの内部に於いて、加熱室間の全長に亘つて、端
壁の下部断熱板あに形成した3箇所の半円形溝39に載
置された3本の石英チューブ64を配設し、この上に乗
るようにエンドレス・コンベヤベルト20i支持する。
加熱室の各側壁に、コンベヤベル)20よりも上方に位
置するように順次間隔を保つ上部円孔列75を、コンベ
ヤベルト20よりも下方に位置するように順次間隔を保
つ下部円孔列76を形成する(第3図、第6図)。各円
孔75 、7611各側壁を形成する金属板側壁51及
び断熱板40t−貫通する。断熱板切に於ける各円孔7
5 、76の内側半分には45°の傾斜面177を形成
する(第6図)。
第8図乃至第11図に示すように、各円孔75 、76
内に取付は装置としてセラミックホルダー184’i配
置する。各セラミックホルダー184tj、外端に肩部
187、内部に底壁188t−有する中空円筒体185
を含む。底壁188には円筒体185と中心を共有する
円孔18・9及び直径を挾んで一対の切込み190t−
形成する。セラミックホルダー184の円筒体185の
長さ社断熱板梱の厚さの約半分に相当する。
各セラミックホルダー184はその円筒体185f側壁
の円孔75または76に比較的緊密に嵌入させると共に
肩部187 ’i金属板@ @ 5]に当接させ、シリ
コン密封剤191を利用して恒久的に密封する。
加熱室間の両側壁に固定された互いに対向するセラミッ
クホル、ダー1840円孔189に端部を通して複数の
細長い赤外線ランプ72i取付ける。即ち、ランプ72
はコンベヤベルト20の上方及び下方に於いてコンベヤ
ベル)20の移動方向と交差する方向に並べて配置され
る。各赤外線ランプ72は好ましくはタングステン製の
電熱赤外線放射フィラメント193を中心に内蔵する透
明または半透明な細長い石英チューブ192から成る。
第8図及び第12図に具体的に図示しであるように、チ
ューブ192はその両端が密封されている。石英チュー
ブ192の両端には概ね矩形の扁平な金属端子194を
設けてあり、この端子はタングステンフィラメント19
3の各端と接続する。金属端子は赤外線ランプ72の石
英チューブ192の直径よりもやや広い幅を有し、各金
属端子194にリード@195が接続する。以上に述べ
た赤外線ランプは公知の市販製品であり、そのチューブ
にはアルゴンのような不活性ガスを充填するのが簀通で
ある。11!14図はこのような赤外線エネルギー源の
代表的なパワースペクトルを示す。このスペクトルから
明らかなように、約0.7ミクロン乃至約2.5ミクロ
ンの近赤外線帯域にパワーが集中している。ピークパワ
ーの正確々分布と波長社ラングのフィラメントの温度に
応じて寿なる。一般的千は、フィラメント温度を、所望
の作用温度及び厚膜回路に伝達すべき熱量に応じて14
00°に乃至2000’にの範囲に維持できる電圧を供
給する。尚、伝達熱量は、搬送速度に依存する。
加熱室Iの側II!:形成した上部円孔75に設けて6
る一対のセラミックホルダー混に赤外線ランプ72t−
取付けるには、赤外線ラング72の一端の金属端子19
4を一方の側壁の円孔75に固定されているセラミック
ホルダー184に挿入してから、必要に応じて赤外線ラ
ング72を回転させることによシ、その金属端子194
をセラミックホルダー184の底壁188に形成しであ
る切込み190に通し、次いで赤外線ランプ72の石英
チューブ192ヲ、金属端子194が反対側壁の円孔7
5に達するまでセラミックホルダー184、の底壁18
8に形成しである円孔189に押入する。円孔75の内
1111部分に形成した傾斜面177は金属端子194
を孔へ案内する際に有用である0次いで赤外線ランプ7
2ヲ回転させることにより、反対@壁のセラミックホル
ダー184の底W188に形成しである切込み190に
金属端子194ヲ滑り込ませ、赤外−ランプ72の端部
を各セラミックーホルf−184から外方へ突出させる
。ここで例えばアルミナファイバーのよう表弾性耐熱材
から成る短管状のガスケツ) 196で赤外線ラング7
2の各端の金属端子194 ′f:包み込むと共に、さ
らにセラミックホルダー184の内部にこのガスヶソト
ヲ詰め込む。場合によって鉱、セラミックホルダー18
4の円筒孔外端にもシリコン密封剤178t−塗布して
帯封効果をさらに確実にすることが望ましい1、赤外線
ランプ72の端部の金属端子194 ′tl−包み込む
と共に、石英チューブ192i囲むセラミックホルダ−
184の空洞内へ詰め込む直前に、短管状アルミナガス
ケット196ヲ珪酸ナトリウムのような可溶耐熱材の溶
液に浸漬することが望ましい場合も考えられる。乾燥と
同時にアルミナガスケット196がセラミックホルダー
184の壁及び赤外線ランプ72の石英チューブ192
の壁と有効に結合するから、加熱室(3)の側壁が膨張
収縮してもアルミナガスケット196がセラミックホル
ダー184内でゆるむおそれはなく、接合部が正しく気
密状態を維持する。
以上の説明からも明らかなように、加熱室Iの両側壁に
形成した上下2列の円孔75 、76のそれぞれ互いに
対向する一対に1本ずつ横断方向に赤外線ランプ72が
配置され、金属板側壁51のそれぞれから扁平な金属端
子194が外側に突出する。
第4図に示すように、加熱室(資)の両側壁に取付けた
上下のトレイ田、66には、加熱室Iの両側壁に形成し
た上下2列の円孔75 、76と対応させてその全長に
沿って順次間隔を保つ1列のセラミック柱体70t−設
け、セラミック柱体70はその端部に、連携赤外線ラン
プ72の金属端子194に至るリード線195の端部を
接続する金属接点174を具備する。
セラミック柱体70の金属接点174はリード@ 19
7會介して台座12内の電力回路及び制御パネル四と接
続する。このリード@197は束ねられて、上下金属ト
レイ6.66の長手方向端部に形成した孔に保持されて
いる垂直管状ガイド79に通される(第5図)。
第4図及び第6図に示すように、管179を介して加熱
室(資)の上下プレナム・チャンバー46 、49 ノ
コネクタ180 、181へ、例えば窒素や酸素のよう
なカバー・ガスを僅かに与圧しながら供給してもよい。
加熱室Iの上下壁を形成する多孔断熱板あをカバー・ガ
スがゆっくりと均等に通過して、加・熱室(資)の内部
の圧力を赤外線炉を囲む外気よりもやや高くする。カバ
ー・ガスが加熱室(資)から漏出しないようにセラミッ
クホルダー184の肩mHL7にシリコン密封剤191
を施すと共に、赤外−ランプ72の石英チューブ192
の端部を通すためセラミックホルダー184の底壁18
gに形成した円孔189を密封するようにセラミックホ
ルダー184内にアルミナガスケット196ヲ嵌入させ
九理由もここにある。
第4図から明らかなように、上下金属トレイ田。
印はリード線195 、197を加熱室Iの両側壁から
間隔を保つ位置に保持する機能を果している。従って、
正面及び背面に於いて下部フレーム15と上部フレーム
18にそれぞれ下部正面バネ′ル17と上部正面パネル
19を取付ければ、加熱室(9)の長手側に垂直通路9
8が形成され、この通路の中にファン37の作用で矢標
199の方向に冷却空気を流すことにより、赤外線ラン
プ72のリード線195 、197及び金属端子194
 k冷却することができる。
ランプ72の端部にアルミナガスケット196t−設け
ず、セラミックホルダー184の肩部187にシリコン
密封剤191ヲ施さなければ、赤外線ランプ72の突出
端を通過する冷却空気が側壁の円孔75または76から
侵入して加熱室中の雰囲気を害するおそれがある。
特に注目すべきはセラミックホルダー1840底壁18
8がアルミナガスケツ1196を保持する機能全果して
いるから、赤外線ランプ72ヲ加熱室Iの側壁の取付は
部に着脱する際に誤まってガスケット−が加熱室(9)
の内部へ押し込まれるおそれがないということである。
赤外線ラング72が切れ、取り替えの必要が生じたら、
先ずランプ各端の金属端子194に接続しているリード
線195をトレイ65または艶に設けたセラミック柱体
70の端部の金属接点174がら離脱させる。第10図
に示すように、次いで弾性アルミナガスケット196を
加熱室(資)の各側壁に固定しであるセラミックホルダ
ー184から抜き取る。さらに、必要に応じランプの左
側突出端を把持してランプを回転させることにより、右
憫金属端子194を右側壁のセラミックホルダー184
の底壁188に形成しである切込み190に通す。その
まま赤外線ランプ72の左端管引っ張って右端の金属端
子194ヲ第11図のように左meのセラミックホルダ
ー184の切込み190に沿って摺動させて抜き取れば
よい。
従って、加熱室(資)内の個々の赤外線ラン”プ72は
他のランプと関係なく簡単に修理したシ取替えたりする
ことができる。また、加熱室Iの側壁に形成した円孔7
5 、76にセラミックホルダー184を嵌着し、ホル
ダーの肩部187ヲ金属板側4!!51に固定しである
ことは、セラミックホルダー184の支持を確実にする
だけでなく、加熱室間に於ける赤外線ラング72の正確
な取替え全可能にする。セラミックホルダー184は金
属端子194t−加熱室の熱から保護する防壁の役割を
も果す。
セラミックホルダーの他の実施例を第12図及び第13
図に示す。このセラミックホルダ−201j第8図のセ
ラミックホルダー184と同様の形状を呈するが、セラ
ミックホルダー200にはその円筒体202の外端にこ
の円筒体と同心の段部201 ’i影形成である。加熱
室(至)の側壁に形成した円孔75またハフ6にセラミ
ックホルダー200 i 1個ずつ挿入し、その肩部2
04をシリコン密封剤205により加熱室(資)の金属
板側壁51に接着する。次いで、端部を対向セラミック
ホルダー200のそれぞれ、に通して赤外線ランプ72
ヲ挿着する。赤外線ランプ72の端部金属端子194の
それぞれにアルミナファイバーから成るガスケツ)20
6t−atせ、宕鷹チューーブ192を曲むセラミック
ホルダー200の空洞内に押し込む・直径を挾んで対向
する切込み208(第13図)を含む同心孔207t−
有する円形のセラミック端部カバー203t−1前記同
心孔207が赤外線ランプ720石英チェー石英チュー
ブりに嵌合するようにして赤外線ランプ72の金属端子
194に慢せる。セラミック端部カバー203の内面は
珪酸ナトリウム溶液で濡らしてあ)、この溶液は乾燥す
ると端部カバー 203 ’iセラミックホλダー20
0の円形段部201に確実に接着する。端部カバー20
3は“アルミナ′ガスケット206をセラミックホルダ
ー200の空洞内に詰め込まれた状態に保持し、底壁2
09と共に、加熱重加の加熱冷却にょる側壁の膨張収縮
に伴ってガスケット206がゆ石むのを防止する。  
互いに間隔を保つ高断熱性め上下板74(第3図)から
成る垂直壁によってカロ熱室(資)の入口部分を残シ部
分から分離することにより、エンドレス・コンベヤベル
ト20を通過させるための矩形中央孔あを形成する。第
6図に示すように、横断方向に配置 置される赤外線ランプ72@挿着するための上下円孔列
75,711加熱室(資)の入口部分では残シ部分よシ
も狭い間隔で配列されている。このように構成すること
で、コンベヤベル)20上の厚膜回路103(第2図)
1−すでに加熱室Iの入口端に於いて急速に所望の温度
に加熱することができる。
第2図に示すように、加熱室30は任意の長さに形成す
ることができる。加熱室側壁の上下円孔列75 、76
に挿入された一連の赤外線ランプ72t−J室部合わせ
て任意の数の長手方向ゾーンを形成し、個々のゾーンに
別々の制御回路を連携ネせることニヨリ、コンベヤベル
)200通路沿いに所期の熱勾配また線熱プ?フィルを
提供する。ランシフ2からの近赤外線照射貴社ランプフ
ィラメントに供給される電力に正比例する。それぞれの
検温素子105は加熱室I内の断熱&北とランプ72(
1144図)ノ間にシ方のジャンクションが配置されて
いる熱電対金倉む。第21図に示すように1個々の検温
素子105を、一群のランプフィラメント193に給電
する電圧制御回路109に接続する。回路109によっ
て供給される電圧を検温素子105に呼応して制御する
ことによシ、加熱室(資)内の温度を好ましくは調整可
能なプリセット温度、多くの場合850”C乃至900
℃の範囲に維持する。検温素子105によって感知され
た温度がプリセット値からそれると、制御回路109が
ランプフィラメント193に供給される電圧を変化させ
てこの感知温度をプリセット値に戻す。
加熱室(資)内チェンドレス・コンベヤベルト200縁
部を支持する石英チューブ64Fiその内部に赤外線t
−タコイルω(第4図)を有し、コンベヤベルト加の長
手縁部分を加熱することにょツ一定の横断方向温度プロ
フィルを提供する。この支持用石英チューブ64位使用
に伴って摩耗し易いから、一定期間使用した後回転させ
るだけでコンベヤベル)20に対して未摩耗面を向ける
ことができるように、加熱室’mo@@に形成した半円
溝39内に非固定式に載置する。
第4図及び@6図から明らかなように、加熱室(資)に
設けた上下の金属板カバー45 、48の主な目的は加
熱室(9)の矩形囲いを構成する断熱板を一体構造とし
て固定することにある。この上下金属板カバー45.4
8[また、下部フレーム15の上部長手側部材15aに
ボルト83で取付けた支持用張出部により四隅だけを支
持して支持構造との接触をできるだけ少なくし、ファ7
3′7によって吸引される冷却空気を加熱室30c)側
面に通すことができるように、加熱室(資)の断熱壁を
組立てユニットとして保持す加熱室30を構成する断熱
板38 、40 、43は上下の金属板カバー45 、
48が適温に維持されるように加熱室Iからの熱伝達を
抑制するに充分な厚さに形成する。
加熱室Iの入口端に設けるバッフル・ユニット84をw
J3図及び第7図に関連して以下に説明する。
尚、加熱室(資)の出口端に設けるバッフル・ユニット
は入口端のものと同一構成である。各バッフル・ユニッ
ト84は上下方向に調整可能なバッフル・アセンプ’J
87に?囲む金属板トンネル状筐体86七含む。
断熱板111t−IQむ二重金属板壁を有する金属板通
路98社金属板トンネル状筐体86の端部を加熱室IO
端部と接続する機能を持つ、p!整可能なバッフル・ア
センブリ留は水平に配置された金属板内壁89ヲ含み、
トンネル状筐体86の内側壁に対して上下方向に摺動さ
せることができるように前記内壁89の両at−上方へ
弯曲させである。この可動内壁89は、順次間隔を保つ
位置に横断方向に配置し内壁底面から垂下するように溶
接した複数のバッフル壁9と、外側のバッフル壁匍に近
い位置に横断方向に配列した1列の孔91ヲ具備する。
可動内壁89の頂面に2つの断熱板93.941!を互
いに間隔を保って支持することにより、前記1列の孔9
1の上方にスリットtたは溝状開口部95t−形成する
可動内壁89はトンネル状筐体86の上miを貫通し、
ナツト97によって固定されるタイピーラド%で各隅部
を支持される。従って、各隅部のタイロッド96に於い
てナラ’) 97 f:ゆるめたり締めたりすること□
により、可動内壁89t−上下させ、コンベヤベルト加
の頂面に対して垂下バッフルIt!90の下端位fil
lを調整することができる。トンネル状筺体86の土壁
内側を断熱板93 、94の頂面の間に限定される空間
がバックル鴫ガスのプレナム・チャンバー99t−形成
する。このように構成すれば、加熱室(9)で処理スル
フtめコンベヤペル)20で搬送されて来る厚膜回路1
03(第3図)と僅かの間隔を保つ高さにバッフル壁下
端を位置させることができる。
バッフル筺体86の金属板ベース100の中空部を互い
に間隔を保つ断熱板101 、102で被覆する。
断熱板101 、102間のスペースに小さい金属板プ
レナム・チャンバー104を設け、その底壁に設けたコ
ネクタ92管バツフル・ガス供給管106に接続する。
プレナム・チャンバー104のスロット114の上方に
、バッフル・ガスを導入するための一連の孔108を頂
部に有する部材107ヲ配置する。部拐107に形成し
た下方の孔108は可動内!189に形成した上方の孔
91に対してコンベヤペル)20の走行方向に僅かにず
れている。3本のベル)支持用石英チューブ64は各端
がプレナム・チャンバー104(第3図)の頂部に非固
定的に載置され、これら石英チューブθ内の赤外線ヒー
タコイルωの(図示しない)端子線が部材107の孔1
081通る。
金属板筐体86の外端に設けた金属板排気口116の周
シに排気ダク) 110 ?取付ける。排気口116の
天井に設けたスロット117は排気ダク) 110の底
に開口する。排気ダク) 110は手動調整可能なダン
パー112を具備する直立角形煙突である。排気ダクト
110はカバー・ガス、バッフル・ガス、及びトンネル
状筐体86に流入する可能性のある外気の高温混合物を
大気中へ排気する。即ち、排気ダクト110は外気が加
熱室蜀内の雰囲気中に流入してこれを害するのを防止す
る上で有効である。
ダンバー112ヲ手動調整することにょシ、上述のよう
にして排出できる高温ガス量を制御することができる。
カバー・ガス及ヒバッフル・ガスの供給量は台座12の
端壁に設けた流量計113(第2図)によって指示され
る。第2図、第3図及び第4図に示すように、加熱室部
の上下にそれぞれ設けたプレナム・チャンバー46 、
49のコネクタ180 、181に対して、やや4圧し
て管179から、例えば窒素や酸素のようなカバー・ガ
スを供給する。必然的な結果とし、カバー・ガスは加熱
室(9)の上下壁を形成する多孔断熱板43 、38の
あらゆる部分をゆつ〈択しかも均等に通過する。換言す
れば、断熱板43゜関は加熱室蜀の上下内壁の広範四に
低速で行き渡るように、即ち、ガス流らしいものを発生
させずに加熱室へゆつ〈9、均一に移動するカバー・ガ
ス層が導入されるように、与圧されたカバー・ガスを通
過させるに充分な多孔性を具えていなければならない。
第2図及び第3図に示すように、カバー・ガスはガス供
給管106及びコネクタ88.92’i介して、トンネ
ル状筐体86の上部に形成されたプレナム・チャンバー
に)及びコンベヤベルトIの真下に相当するトンネル状
筐体86の底部に形成されたプレナム・チャンバー10
4ヘバツフル・ガスとしても供給される。即ち、バッフ
ル・ガ×祉孔91を介してコンベヤペル)20の上方域
に、コンベヤベルト走行方向に前記孔91とずれている
孔108′t−介してフンベヤペル)20の下方域にそ
れぞれ導入される。
このようにしてバッフル・ガスを導入すると、外気から
流入してコンベヤペル)20の開口メツシュ内にトラッ
プされている9気や水蒸気をコンベヤペル)20から駆
逐する撹流が発生する。バッフル!!90祉こうして発
生した撹流をトンネル状筐体86の外端部分に閉じ込め
ると共に仁の撹流が加熱室Iに流入するのを防止する。
本発明の赤外線炉10の加熱室菌内には連続的にこの加
−重加の通過するコンベヤペル)20以外に金属製の構
成素子は存在しない。従って、コンベヤベルト加によっ
て搬送される厚膜回路103に直接作用しない赤外線ラ
ンプからの輻射は、加熱室Iの内壁を形成する断熱板の
白い平滑面と衝突してその一部が厚膜回路103に向か
って反射する。
即ち、断熱材の平滑な白色I!IIi厚膜回路103に
よる近赤外線の直接吸収を増大させるのに効果的である
上段と下段の赤外線ランプ72の動作を制御することに
より、加熱霊園の温度を縄囲室温から段階的に上昇させ
、数分後には最高1000℃の所定作用温度1に到達さ
せることができる。長手方向に設定されたいくつかのゾ
ーンのそれぞれに於ける温度を、集積回路チップ、厚膜
回路板、太陽電池などの製品加工に必要な温度レベルま
で迅速に、しかも行き過ごすことなく変化させることが
できる。
従来の赤外線炉に見られたような加熱室内の金属壁また
は反射素子に対する冷却処置は行なわれないから、温度
制御に対する赤外線炉10の応答は迅速であり、ばらつ
きがない。公知の赤外線炉に於ける上述の金属部分は赤
外線吸収によって温度上昇し、冷却処置を施しても加熱
室内に高温スポットが発生し、これが温度プロフィルを
乱す結果となる。
加熱室(至)の内壁を形成する断熱板ア、40は赤外線
ランプ72によって供給される熱ta断し、低静圧のカ
バー・ガスを加熱室(資)に導入し、赤外線ランプ72
か・らの輻射を被処理厚膜回路103に向かって反射さ
せ、壁から厚膜回路103に向かって遠赤外線を照射す
る。
例えば窒素のようなカバー・ガスを加熱室Iへ導入する
ことによって得られる制御された雰囲気能力は、酸素の
ような好ましくないガスを阻止して、例えば合金と関連
する酸化の問題1伴なわぬ高温操作を可能にするという
点で極めて有用である。
ここに述べる炉は、加熱ゾーンよりもはるかに高温のエ
ネルギー源から厚膜回路に向かって近赤外線が直接照射
されるような加熱ゾーンを具備するから、赤外線炉tた
はIR炉と称呼することにする。加熱室Iが加熱ゾーン
を形成し、厚膜回路103はコンベヤペル)20に搬送
されてこの加熱ゾーンを通過する。ランプ72は約0.
7乃至約2.5ミクロンの波長帯をエネルギーの中心と
する近赤外線照射源として機能する。加熱室(資)内に
コンベヤベルト加の全長に沿ってベルト連路の上下に並
列配置されているラング72は厚膜回路103に向かっ
て近赤外線エネルギーを直接照射してこれに熱を伝達す
ると共に、加熱室Iの壁、即ち、断熱板あ。
40にも熱管伝達する。加熱室(資)の壁は高波長帯域
、即ち、約2.5乃至加ミクロンを中心とする遠赤外線
エネルギーを厚膜回路に照射する。従って、厚膜回路に
対して赤外線エネルギー源からの直接照射と加熱重加の
壁を経た間接照射の2つの熱伝達成分が存在する。それ
ぞれの厚膜回路に対する間接熱伝達成分は式 %式%(1) で表わされる。俳明1は被処理物、即ち厚膜回路に対す
る間接熱伝達成分、εは放射率、4は熱伝ツマン定数、
TB は加熱室IO壁?表面温度(0昼)、即ち、作動時に於
ける炉の作用温度、Twは被処理物の温度(0K)でめ
る。それぞれの厚膜回路に対する直接熱伝達成分は式 %式%(2) で表わされる。但しq2は被処理物に対する直接熱伝達
成分、 TFはエネルギー源のフィラメント温度(0K
)、g 、 A 、σは式+1)の場合と同様である。
被処理物に対する線熱伝達量は式 %式%(31 で表わされる。但しQは線熱伝達量である。照射s、即
ちラングフイラーノントの熱質量(therma1ma
sa=比熱×慣性質量)社、加熱される物質、即チ、加
熱室Iの壁、コンベヤベルト加及び・厚膜回路熱質量よ
シもはるかに小さいから、加熱ゾーンの室内温度TB1
即ち、壁を含め次間熱室(9)内の表面の温度は近赤外
線照射源であるフィラメントの温度Tよシもはるかに低
い。多くの場合、TF は1400°に乃至20000
に程F、TBは1120°に乃至1170°に程度であ
る。厚膜回路が加熱ゾーンに進入した当初、その温度は
全体温度よpも、またフィラメント温度よりもはるかに
低いから、直接及び間接照射による熱伝達は共に大きい
。被処理物の温度が上昇して室内温度に近づくと、間接
照射による熱伝達が漸次弱まるのに反して直接照射によ
る熱伝達は急速に・進む。その結果、間接照射のみで加
熱される従来の炉に比較して焼成時間、即ち、処理時間
が著しく短縮される。第15図に公知の炉と工RFKつ
いて処理に要する時間と厚膜回路の準度変化の即係を示
したものである。グラフから明らかなように条件に応じ
て、工R炉では処理時間をIAま九はそれ以下に短縮す
ることができる。
従って、ペル1トの長さ、炉全体の長さを著しく短縮で
きる。
同様に、茄熱室温度シシもはるかに高温のエネルギー源
から近赤外線を直接照射することにより加熱室壁面の加
熱!著しく速めることができる。
直接照射成分が大きく、近赤外線エネルギー源のフイラ
メ、ント温度が高いから、工R炉では従来のような厳し
い断熱条件が課せ゛られない。従って、工R炉では熱質
量を公知の炉より小さくしても熱損失が少ない。以上の
ような特徴かI;、i炉では炉内温度を公知の炉よりも
迅速に変化させることができる。第16図は従来の炉と
工R炉について、始動時間管比較したグラフであり、公
知の炉では作用温度まで漸進的に上昇するのに対して、
工R炉では急激に上昇することが判る。第17図は従来
の炉とX、R炉について客年時間のグロフィルを比較し
たグツ−フであり、従来の炉の漸進的な温度変化に対し
て、λ1・ JR炉の急激な温度変化を読み取ることができる。
第18図は工R炉と従来の炉について相対電力使用量を
比較し九グラフであシ、1日の操業時間と電力使用量に
関して示している。従来の炉は例時間連続加熱されるか
ら、稼働時間に関係なくその電力使用量は一定している
。これに反して工R炉は非使用時には給電が断良れるか
ら、1日の稼働時間に応じて電力使用量が比例的に増大
する。工R1F’e1日冴時間稼働させるとしても、直
接照射成分の熱伝達効率が大きく、熱質量が小さくても
よいから、従来の炉よシもはるかに少ない電力使用量で
すむ。
多くの場合、厚膜回路は例えば96チアルミナから成る
比較的厚い、例えば5ミルの絶縁性ベースに薄い、例え
ば10乃至12.5 ミクロンの材料層を重ねることに
よって公知の態様で抵抗器、コンデンサ、導線などを形
成したものである。即ち、ベースはこれに重ねられる材
料層よりもその熱質量がはるかに大きい。多くの場合、
酸化ルテニウム、フリット、銀、金、ガラス、誘電材な
ど金ペースト状でペースに塗布する。塗布後、厚膜回路
を焼成することにより層を硬化及び/ま九は乾燥させて
これをベースに固定する。層を形成する材料のうちでは
特に酸化ルテニウムと7リツトが、場合によっては銀及
び金が入射する近赤外線をペースよりもはるかに多量に
吸収することが判明した。
第19図は典型的な厚膜回路の種々の材料について、焼
成中に吸収する入射線のパーセン) ’i 0.5乃至
2.0ミクロンの波長との関係で示したグラフである。
グラフから明らかなように、酸化ルテニウムは入射線の
匍乃至100チを吸収するが、90チアルミナから成る
ペースは1096以下しか吸収しない。
第列間は96チアルミナから成るベースを酸化ルテニウ
ム層210で被覆して成る厚膜回路の一部を示す。上記
工R炉内で行なわれる焼成中に、ベース211も層21
0も加熱室間の壁からの間接照射によって加熱されると
同時に、ランプ72からの直接照射によって加熱される
。吸収能に差があるから、直接照射はペース211より
も層zxotm択的に加熱する。しかし、ベース211
の大きい質量が@列間に矢標で示すように層210から
熱を奪うヒートシンクとして作用するから、層210の
温度がベース211の温度よシも著しく高くなることは
ない。従って、層210は加熱室の室内温度よりもはる
かに高い温度のランプフィラメントからの直接照射によ
って急速に且つ均等に加熱されるが、その温度はl炉の
炉内温度以上にLまず上昇しないペース211の温度に
ほぼ制限される。層210 u均等に加熱されるから、
材質の損傷を伴なうことなく完全に硬化及び/ま死線乾
燥する。酸化ルテニウム抵抗器の場合、均等な硬化扛抵
抗値を低く、許容誤差を小さくするための条件であシ、
この2っは厚膜回路に於いて極めて望ましい特徴である
以上、特定の実施例について本発明を説明じたが、本発
明の趣旨及び範囲を逸脱したシ、長所を犠牲にする仁と
なく構成に種々の変更、改良を加え得ること社云うまで
もない。従って、本発明は特許請求の範囲内で可能なす
べての変更、改良を含むものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に使用される赤外線炉の全体的斜
面図、第2図鉱内部の加熱室が見えるように正面パネル
を取外して示す第1図の赤外線炉の正面図、第3図は加
熱室入口端部のバッフル・ユニットヲ第1図の3−3線
に於いて示す断面図、第4図は加熱室を第3図の4−4
@に於いて示す断闇図、第5図は加熱室の一部を加熱率
支持フレームに正面パネル!取付けた状態で示す拡大断
面図、第6図は加熱室の全体的斜面図、第7図は加熱室
入口端のバッフル・ユニットを示す斜面図、第8図は加
熱室側壁に固定されたセラミックホルダーに取付けた赤
外線ランプの端部を示す拡大断面図、第9図は加熱室の
各側壁に固定されたセラミックホルダーに赤外線ランプ
端部を挿着した状態を示す斜面図、第10図紘加熱室右
@壁に固定されたセラミックホルダーに赤外線ランプ右
端部分の金属端子を挿通する状mを示す斜面図、第11
図は加熱室左側様に固定され次セラミックホルダー右端
部分の金属端子を抜き取る状態を示す斜面図、断面図、
第13図は第12図の13−13線に於けるセラミック
ホルダーの端面図、第14図は本発明の実施に利用され
る赤外線照射源のパワー・スペクトルを示すグラフ、第
15図り本発明の実施に利用されるようなIR炉に於け
る処理時間を公知の炉に於ける地理時間と比、較するグ
ラフ、第16回位本発明の実施に利用されるIR炉の始
動時間を公知の炉の始動時間と比較するグラフ、第17
図は本発明の実施に利用されるIR炉のi!度プロフィ
ル変化時間ヲ公知の炉の温度プロフィル変花時間と比較
するグラフ、第18口拡本発明の実施に利用されるIR
炉の相対電力使用量を公知の炉の相対電力使用量と比較
するグラ”フ、第19口拡波長の変化に応じて異なる各
種厚膜材料の近赤外*a収能を示すグラフ、第列間は本
発明の実施に利用される工R炉で処理される厚膜回路の
一部を示す拡大断面図、第zi1gH前記工RFffi
於ける作用温度を制御する装置のブロックダイヤグラム
である。 lO・・・赤外線炉 加・・・コンベヤベルト %・・
・電動モータ n・・・制御装置 (資)・・・加熱室
 38.40・・・断熱板 46 、49・・・プレナ
ム・チャンバー 6・・・石英チューブ 72・・・赤
外線ランプ 75 、76・・・円孔84 ・・・バッ
フル・ユニット 99 、104・・・プレナム・チャ
ンバー 103・・・厚膜回路 特許出願人   レイディアント テクノロジーコーポ
レイション FIG、 21 tBn吟M    − アp71ル突イし 第1頁の続き 優先権主張 01981年9428日[株]米国(US
)■306200 0発 明 者 ロパート・ぺり−・ハーデイソン アメリカ合衆国92680カリフオ ルニア州タステイン・シャープ 51イースト・ミツチェル1777

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)厚膜回路等を搬送して加熱室を通過させながら、
    加熱ゾーンに於いて赤外線エネルギー源からとの厚膜電
    子回路に直接照射を行なうことを特徴とする厚膜電子回
    路等の焼成法。 (2)赤外線エネルギー源の温度が加熱ゾーンの温度よ
    りもはるかに高いことを特徴とする特許請求の範囲@(
    !)項に記載の焼成法。 (3)赤外線エネルギー源の温度が約1400°に乃至
    2000°にであシ、加熱ゾーンの温度が約1120 
    ’に乃至1170 ’にであることを特徴とする特許請
    求の範囲第(2)項に記載の焼成法。 (4)小さい質量と高い近赤外線吸収能を有する材料の
    単数または複数層で被覆した大きい質量と低い近赤外線
    吸収能を有するペースを含む電子回路の焼成法であって
    、断熱壁によって限定された加熱ゾーンに近赤外線帯を
    中心とする赤外線エネルギーを隅々まで照射し、回路を
    搬送して加熱ゾーンを通過させることによシこれに近赤
    外線エネルギーを照射することを特徴とする電子回路の
    焼成法0      ぐ (5)それぞれが不活性ガスを充填された密封チューブ
    でフィラメントを囲まれ加熱ゾーンに配置された複数の
    赤外線ランプに給電することにょシ照射を行ない、ラン
    グに対する給電に伴ってフィラメントが加熱されて近赤
    外線照射1行なうようにし、フィラメントの質量を断熱
    壁の質量よりもはるかに小さく選んだことを特徴とする
    特許請求の範囲第(4)項に記載の焼成法。 (6)断熱壁を約1120°に乃至−1−14(3’K
     17)作用温度とする温度までフィラメントに給電す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(5)項に記載の
    焼成法。 (7)酸化ルテニウム及びガラスフリットの層をこの層
    よりも質量がはるかに大きいアルミナ・ペース上で焼成
    する方法であって、上記層及びペースを搬送して加熱ゾ
    ーンを通過させ、不活性ガスを充填され密封されたそれ
    ぞれの石英チューブに封入された複数のタングステ/フ
    ィラメントにitすることによりこのフィラメントから
    近赤外Mエネルギーを照射させることを特徴とする焼成
    法。 (8)給電の段階に於いてフィラメントヲ約1400°
    1c乃至2000°にの温度に維持することt−特徴と
    する特許請求の範囲第(7)項に記載の焼成法。 (9)入口と出口との間の縦軸上に配置され九細長い真
    直なトンネルを形成する断熱壁を有する筐体と、 入口と出口との一間−で前記縦軸に沿ってトンネル 内
    を連続移動するコンベヤと、 前記トンネル内で前記縦軸に対して交鞍で前記コンベヤ
    の上方に間隔を置いて平行に配され九複数の第一の細長
    い管状赤外線加熱素子と、前記トンネル内で前記縦軸に
    対して交軸で前記コンベヤの下方に間隔を置いて平行に
    配された複数の第二の細長い管状赤外線加熱素子とから
    成る赤外線炉。 Ql入口と出口との間に配置された細長いトン“ネルを
    形成する断熱壁を有する筐体であって、該断熱壁の各々
    が多孔性断熱内側パネルと非多孔性の外側パネルとから
    成り、少なくとも外側パネルの一枚はその連繋する内側
    パネルから間隔を置いてその間にプレナム・チャンバー
    を形成するようになしである筐体と、 入口と出口との間で前記トンネル内を連続移動するコン
    ベヤと、 ガス流を前記内側パネルを介して前記トンネル内に誘導
    するために、加圧下でガスを前記プレナム・チャンバー
    に供給する部材と、 前記トンネル内で赤外線エネルギーをコンベヤ上に放射
    する部材と から成る赤外線炉。 (11)入口と出口との間に配置された細長いトンネル
    を形成する断熱壁を有する筐体と、 入口と出口との間で前記トンネル内を連続移動する;ン
    ペヤと、 前記トンネルの入口と炉の外側とを連結するチャンバー
    t−有tル第一のバッフル・ユニット及ヒ前記トンネル
    の出口と炉の外側とを連結するチャンバーを有する第二
    のバッフル・ユニットであって、前記コンベヤがこれ等
    のチャンバーを通過するように構成され、これ等ヂャン
    パー内で該コンベヤ上にガスを注入する部材を含んでい
    る第−及ヒ第二のバッフル・ユニットト、 トンネル内で赤外線エネルギーをコンベヤに放射する部
    材と から成る赤外線炉。 (ロ)入口と出口との間の縦軸上に配置された細長いト
    ンネルを形成する断熱壁を有する筐体と、入口と出口と
    の間で前記トンネル内を連続移動するコンベヤと、 前記トンネルの縦軸に平行にトンネル内で延長し1つコ
    ンベヤの真下で該コンベヤを支持する平行に間隔を置い
    た検数のロンドと、 前記トンネル内で赤外線エネルギーをコンベヤに放射す
    る部材と から成る赤外線炉。 (至)内側の頂部、底部、側部及び端部の壁が断熱板で
    形成されている細長い矩形状の加熱室と、前記加熱室の
    断熱壁を包囲する金属板ケーシングと 前記加熱室の端部−に設けた開口部から前記加熱室の内
    外を通過するコンベヤベルトと、 −前記加熱室内で前
    記コンぺ゛ヤベルトの上方で横方向に配置され且つ終端
    部が側壁を通って延長、しでいる第一の一連の赤外線加
    熱素子と、□前記加熱室内で前記コンベヤベルトの下方
    で横方向に配置され且つ終端部が1IIl壁を通って延
    長しているml二の一連の赤外線加熱素子と     
    □から成る赤外線炉。 (2)高温断熱板で形成された壁を有する細長い加熱室
    と、  ゛ 前記加熱室の前記断熱壁を保持する金属板ケーシングと
    、 前記加熱室の壁部に設けた開口部から前記加熱室の内外
    を通過するコンベヤベルトと、前記加熱室内で細長い内
    部壁とそこを通過するコンベヤベートとの間に介在する
    複数の赤外線加熱素子と から成る赤外線炉。
JP57043047A 1981-03-23 1982-03-19 厚膜電子回路等の焼成法及びこれに使用する赤外線炉 Pending JPS5816591A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US246235 1981-03-23
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