JPS6255470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物品上での蒸気の凝縮によつて物品
に熱を伝達する方法および装置に関し、特に、凝
縮はんだ付方法および装置に関する。凝縮はんだ
付方法および装置は、 (1) 溶接ジヤーナル、1975年１月号に発表された
R.C.Pfahl Jr.、J.C.Mollendorf、およびT.Y.
Chu、の“凝縮はんだ付け” (2) 米国特許第3866307号 (3) Western Electric Engineer1975年４月号の
T.Y.Chu等の文献 に記載されている。

凝縮熱の伝達による物品の加熱には作動液の飽
和蒸気の中に物品を投入することを必要とする。
物品の温度が最初飽和蒸気の温度以下であれば、
凝縮が物品上で起りその結果物品に蒸気の潜熱が
伝達される。かくして、凝縮はんだ付けでは、適
当な液体の熱蒸気が、該蒸気の凝縮潜熱の使用に
よつて、はんだ層に熱をすばやく伝達するのに使
用され、該熱によりはんだを溶融させるから、は
んだは表面張力の作用で流れてはんだ付接続を作
る。選ばれた蒸気の凝縮物は溶融はんだとは混合
しないから、凝縮はんだ付けは、はんだ付けの起
るクリーンな環境をもたらす。

１つの観点によれば、本発明は、物品上での蒸
気の凝縮によつて物品を加熱する装置を提供し、
この装置は、物品を収容するための閉鎖可能な室
と、室に連結することができかつ透過性の電気伝
導性マトリツクスを有する蒸気源と、上記電気伝
導性マトリツクスのジユール熱効果により、物品
を加熱するための蒸気を生じさせるように蒸発さ
せるべき液体を上記マトリツクスに導入するため
の装置とからなる。

装置は室の中の圧力を実質的に大気圧以下に減
少させるための真空装置を含むのが良く、又、室
の一部は、前記圧力を実質的に大気圧に維持する
ため、室の中の圧力変化に応じて伸縮することが
できるのが良い。

他の観点によれば、本発明は物品上での蒸気の
凝縮によつて物品を加熱する方法を含み、該方法
は、加熱されるべき物品を閉鎖可能な室の中に置
き、液体を透過性の電気伝導性マトリツクスに通
して液体の少くとも一部から蒸気を生じさせ、蒸
気を室の中に導入して物品上での蒸気の凝縮によ
つて物品を加熱することからなる。

本方法は、蒸気が室の中に導入される前に、室
の中の環境圧力を実質的に大気圧以下に減少させ
ることを含むのが良く、又、上記環境圧力を実質
的に大気圧に維持することを含むのが良い。

本発明は１つの応用として凝縮はんだ付けに使
用することができ、更に別の観点では本発明の方
法によつて作られたはんだ付接合をもつ構成要素
を含む。

本発明の透過性の電気伝導性マトリツクスは蒸
発器によつて提供されるのが望ましく、該蒸発器
は、２つの電気端子間に延びる透過性の電気伝導
性材料の中空円筒体を有し、適当な電圧を端子間
に確立することができる。このような蒸発器の例
は英国特許第1395494号および同第1466240号並び
に同第1600253（ドイツ公開公報2822536.7、米国
特許第4257157号）に記載されている。

今本発明を例示として添附図面を参照して更に
説明する。

今第１図を参照すると、凝縮はんだ付装置１０
は真空および圧力気密ドア１４を有する室１２を
備え、はんだ付けされるべきワークピース又は構
成要素１６（回路基板）はその上にはんだ層を有
し、支持体１８の上に載せるために室１２の中へ
導入することができる。室１２の一方の側で底の
近くで上方に延びるダクト２０は蒸発室２２と連
結し、上記の明細書に記載されているものと同様
の蒸発器２６が蒸発室２２の中に配置されてい
る。室１２の底からのダクト２８は弁２９を介し
て凝縮室３０と連結し、該凝縮室３０はフルオロ
カーボン液（Fomblin）３１を収容している。凝
縮室３０は冷却コイル３２で囲まれそして冷却媒
体（例えば水）の循環用冷却コイル３４を有して
いる。枝パイプ３８はダイト２８の下側から凝縮
室３０の底まで延びている。弁４２を有する通気
ダクト４０が室１２の頂から延び、凝縮室３０の
頂から上方に延びるダクト４６が冷却トラツプ４
８および弁５０を介してロータリ真空ポンプ５２
に連結し、該真空ポンプはミスト除去器５４を介
して排出する。

ドレンダクト５８が凝縮室３０の底からポンプ
６０およびフイルタ６２を介して蒸発室２２に連
結している。第１ａ図に示すように、ドレンダク
ト５８は、蒸発器２６の内側に沿つて延びる端６
６に孔６４を持つている。蒸発器２６は基本的に
は２つの電気端子７０と７２との間に延びる透過
性の電気伝動性材料（例えばカーボン）の中空円
筒形加熱要素（マトリツクス）６８を含み、端子
７０は絶縁ブツシユ７１によつてドレンダクト５
８から電気絶縁されている。スイツチ７６を有す
る電気回路７４が端子７０，７２に接続されてい
て、スイツチ７６を閉じるとき、加熱用電流（例
えば20ボルトで200アンペア）を加熱要素６８に
流す。

操作に当り、弁４２を閉じ弁２９，５０を開
き、ドア１４を気密に閉じる。室１２が１トリチ
エリーと750トリチエリーとの間の真空圧力にな
るまで真空ポンプ５２で空気を室１２から除去す
る。次に弁５０，２９を閉じ、真空ポンプ５２を
切る。ポンプ６０を起動して凝縮器３０の中の液
体３１を蒸発器２６を通して循環させ、液体３１
は蒸発器２６からダクト２０，２８を介して凝縮
器３０に戻り、次にスイツチ７６を入れて蒸発器
２６を賦勢し、従つて液体３１は加熱要素６８の
ジユール熱によつて蒸発する。液体３１の飽和蒸
気即ち過熱蒸気はダクト２０を介して室１２に入
り、ここで蒸気は、室１２の壁の上、構成要素１
６の上およびはんだ層の上に凝縮し始める。蒸気
の発生は、はんだが溶解して構成要素１６の上を
流れてはんだ付接合部を作るまで続く。次にスイ
ツチ７６を開き、ポンプ６０を止める。弁２９が
開かれているので、蒸気は凝縮室３０の壁の上お
よび冷却コイル３４の上に凝縮する。最後に、未
凝縮蒸気は、弁５０を開き、真空ポンプ５２を作
動することによつて除去され、蒸気のほとんどは
凝縮室３０の中および冷却トラツプ４８の中で凝
縮し、蒸気はトラツプ４８から凝縮室３０の中へ
戻る。次に弁２９，５０を閉じ、弁４２を開いて
空気を室１２の中へ入れてドア１４を開けるよう
にしかつ構成要素１６を取出せるようにする。

室１２に蒸気を導入する前および構成要素１６
を室１２から取出す前に室１２が排気されるの
で、残留空気によつて又は構成要素１６の取出し
とともに有毒蒸気の流出によつて及ぼされる部分
圧力と関連した問題は相当な程度まで解消され
る。かくして、室１２の中の空気と蒸気の境界面
は構成要素１６より上になる。空気の分子量より
も大変重い分子量をもつフルオロカーボンの使用
を記載したけれども、大変低い分子量の蒸気を使
用しても良い。凝縮はんだ付法に使用される或る
液体（例えばFomblin）は、圧力が減ずると飽和
温度が著しく減少する性質をもつている。その結
果、大気圧と関連した液体凝縮温度で本発明の方
法を使つて凝縮はんだ付法を実施することが可能
であるばかりでなく、圧力を制御することによつ
て希望の凝縮温度を選ぶことが可能である。本発
明の方法に使用するのに適した種々の液体は、
950.16の分子量および大気圧で223.9℃の沸点を
もつポリオキシプロピレン、FOMBLINの登録商
標で販売されているペルフルオロポリエチレン、
FLUORINERTの登録商標で販売されているフル
オロカーボン、および真空ポンプ用シリコン油を
含む。

蒸発器２６を起動復数秒間のうちにその作動温
度にすることができ、かつ過剰の未凝縮蒸気は真
空ポンプ５２ですばやく除去されるので、比較的
急速な加熱サイクルを使用することができる。加
熱要素６８は、操作中可撓性の大きい大変コンパ
クトな加熱要素６８の使用を許す比較的高い電力
密度定格（例えば加熱要素材料の1000ワツト／
cm³）で使用される。適当な加熱要素は英国のポー
ラスエレメント ヒーテイング社から得られる。

本発明を加熱室の中の環境圧力を減ずるための
対策をもつ装置について記載したけれども、本発
明は第２図に示すように圧力を実質的に大気圧に
保つように構成された加熱室と関連して使用する
こともできる。第２図において、装置８０、空気
の分子量よりも重い分子量をもつ上記液体の１つ
８３を収容する室８２を備え、該室は、上にはん
だ層（図示せず）をもつたワークピース又は構成
要素（例えば、回路基板）を室８２の中の支持体
８８の上に置けるように取外し可能なカバー８４
をもつている。ダクト８８は室８２からポンプ９
０まで下方に延び、冷却トラツプ９２およびフイ
ルタ９４を介して蒸発器２６まで延び、この蒸発
器２６は第１図の蒸発器２６と等しく、室８２よ
り上に位置している。蒸発器２６は蒸発室９６の
中に保持され、そしてスイツチ９９をもち、第１
図の電気回路７４と等しい電気回路９８によつて
賦勢されるようになつている。蒸発室９６は下方
に延びたダクト１１０によつて室８０の下側に連
結されている。カバー８２は直立のベロー１１２
が有し、室８２の内側でその頂に冷却コイル１１
４が置かれている。

操作に当り、上にはんだ層を付けた構成要素８
６が支持体８８の上に置かれ、カバー８４が再び
置かれる。ポンプ９０を起動して液体８３を蒸発
器２６を通して循環させ、次にスイツチ９９を入
れて蒸発器２６を賦勢し、液体８３を蒸発器２６
のジユール熱で蒸発させる。液体８３の飽和蒸気
即ち過熱蒸気はダクト１１０を流下して室８２の
中に入り、室８２の中の空気を移動させ、構成要
素８６より上ではあるが好ましくは冷却コイル１
１４より下に空気と蒸気の境界面を作る。蒸気は
室８２の壁の上、構成要素８６の上、およびはん
だ層の上に凝縮し、はんだは溶解して、第１図の
装置の操作に関連して説明した方法と同様な方法
で構成要素８６の上を流れる。次にポンプ９０を
止め、スイツチ９９を開き、液体を構成要素８６
排出させるような時間後に、カバー８４を除去し
て構成要素８６を室８２から取出せるようにす
る。

ベロー１１２はその膨張収縮により室８２の中
の圧力を実質的に大気圧に維持し、而して、室８
２の中の空気によつて及ぼされる部分圧力の影響
を最小にする。第２図の装置は第１図の装置の迅
速な起動および停止の利点を有しているけれど
も、カバー８４および構成要素８６が取り除かれ
るときの蒸気損失又は流出の問題は依然残る。

第１図の装置において、分子量に関係なく、凝
縮加熱に適した液体、例えば、凝縮潜熱および他
の性質が許容される限りシリコン油を使用するこ
とが可能である。これは液体の初めの充填費用を
減少させることができるばかりでなく、或る液体
の使用と関連した健康に対する害を軽減させるこ
とができる。

本発明を凝縮はんだ付けと関連して説明したけ
れども、構成要素を蒸気の凝縮潜熱によつて加熱
させるような他の方法に本発明を使用しても良い
ことは理解されよう。

上記の装置の使用では、液体のいくらかが蒸発
しないままになつていることは、発生した蒸気の
温度が加熱要素の外表面に亘つて実質的に一定で
あり、作動圧力において略液体の飽和温度になる
ようにする利点がある。

フルオロカーボンポリエーテル液が約300〜350
℃に加熱されるとき、該液は熱的に分解するが、
分解生成物はすべて揮発性である。これらの液体
が分解する最低温度は通常は、蒸発に必要とされ
る温度以上であるから、蒸発器２６の通常の使用
のもとでは、液体の化学組成を変更させない。し
かし乍ら、局部的な「熱スポツト」又は他の欠陥
状態が起ることにより、液体のいくらか又は全部
の温度を液体が分解し始めるような値まで上昇さ
せることが起るかも知れない。

しかし乍ら、分解生成物が揮発性であるから、
分解生成物は蒸発器２６の内部から噴出され、蒸
発した液体とともに出て行うとし、その結果、蒸
発器２６の透過性は実質的に不変である。

第１図の装置の追加の利点は、蒸気圧力を希望
に応じて大気圧以上に上昇させることができるこ
とである。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝縮はんだ付装置の概略側面図、第１
ａ図は、第１図の装置に使用される蒸発器の拡大
中央断面図、第２図は変形例の凝縮はんだ付装置
の概略側面図である。 １２……室、１６……物品、２６……蒸発器、
３１……液体、６８……電気伝導性マトリツク
ス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物品を収容し閉鎖できる室と、蒸気源とを有
   し、蒸気が物品上で凝縮することによつて物品を
   加熱する装置において、蒸気源２２；９６は室１
   ２；８２の外側にある蒸発器２６から成り、蒸発
   器２６は、液体３１；８３を加熱するための透過
   性の電気伝導性マトリツクス６８を有し、液体を
   蒸発させるため前記液体をマトリツクス６８に流
   通させるようになつており、前記装置は又、液体
   をマトリツクスに流通させるためのポンプ６０；
   ９０と、液体をポンプから蒸発器に導く第一ダク
   ト５８と、蒸気を蒸発器から室１２に導く第二ダ
   クト２０；１１０と、凝縮した蒸気を室からポン
   プに戻す第三ダクト３８；８８とを有し、これに
   よつて液体および蒸気の閉鎖回路を構成すること
   を特徴とする装置。 ２ 物品を閉鎖可能な室の中に置き、室を閉鎖
   し、液体から蒸気を生じさせ、室の中の蒸気が物
   品上で凝縮することによつて物品を加熱する、物
   品上での蒸気の凝縮によつて物品を加熱する方法
   において、液体３１；８３を室１２；８２の外側
   に置かれた蒸発器２６の透過性の電気伝導性マト
   リツクス６８に通すことによつて蒸気を生じさ
   せ、室１２；８２と蒸発器２６は液体および蒸気
   の閉鎖回路の部分であり、更に、凝縮した蒸気を
   室１２；８２から蒸発器２６に戻すことを含むこ
   とを特徴とする方法。