KR20090099072A

KR20090099072A - 가열로 및 가열로의 가열 방법

Info

Publication number: KR20090099072A
Application number: KR1020097015490A
Authority: KR
Inventors: 마사나리 마쯔우라; 소따로오 오오이; 도모유끼 구보따; 마사야 쯔루따
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤; 히라따기꼬오 가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2009-09-21
Also published as: WO2009022590A1; US20090325116A1; JP4974805B2; KR101107445B1; DE112008000561T5; CN101600926A; JP2009041081A; US9033705B2; DE112008000561B4; CN101600926B

Abstract

수소 감압로(100)는 피가열체(10)를 수납하는 처리실(1)과, 히터 램프(25)를 수납하는 가열실(2)과, 피가열체(10)와 히터 램프(25)를 격리하는 석영판(3)을 갖고 있다. 수소 감압로(100)에서는 히터 램프(25)로부터의 복사선에 의해 피가열체(10)가 복사 가열된다. 처리실(1) 및 가열실(2)에는 모두 기체의 도입구(11, 21) 및 배출구(12, 22)가 형성되어, 기체의 도입 및 배출이 가능하게 되어 있다. 그리고, 피가열체(10)의 가열 처리 시에는 기체의 출입에 의해, 가열실(2)이 처리실(1)에 대해 정압이 되도록 각 실의 분위기 압력을 조절한다.

수소 감압로, 가열로, 히터 램프, 매스 플로우 컨트롤러, 석영판

Description

가열로 및 가열로의 가열 방법 {HEATING FURNACE AND HEATING METHOD EMPLOYED BY HEATING FURNACE}

본 발명은 피가열체를 복사 가열하는 가열로 및 가열로의 가열 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 발화를 회피하여 안전성을 향상시킨 가열로 및 가열로의 가열 방법에 관한 것이다.

종래부터, IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터) 소자 등의 파워 모듈에 사용되는 반도체 소자를, 땜납을 통해 기판에 접합하는 솔더링 공정에서는, 처리실인 챔버 내를 수소 분위기로 하고, 분위기를 감압하여 처리하는 방법이 채용되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1).

전형적인 수소 감압로로서는, 도 5에 도시한 바와 같은 구조를 갖고 있다. 즉, 수소 감압 가열로(90)는 피가열체(10)를 수납하는 처리실(1)과, 가열원이 되는 히터 램프(25)를 수납하는 가열실(2)과, 처리실(1)과 가열실(2)을 격리하는 석영판(3)을 갖고 있다. 또한, 처리실(1)에는 처리실(1) 내에 수소 혹은 수소와 불활성 가스의 혼합 가스를 도입하기 위한 도입구(11)와, 처리실(1) 내의 기체를 배출하기 위한 배출구(12)가 형성되어 있다. 수소 감압로(90)에서는 히터 램프(25)로부터의 복사선(적외선 등)에 의해 피가열체(10)가 복사 가열된다.

이와 같이 히터 램프를 피가열체로부터 격리하는 구조를 갖는 수소 감압로는 히터 램프가 처리실 내에 배치되는 것과 비교하여 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 수소 혹은 수소와 불활성 가스의 혼합 가스와, 착화원이 되는 히터 램프의 격리.

(2) 감압 하에서의 가열 시에 있어서의 히터 램프의 방전 방지.

(3) 처리실 내를 오염시키지 않고 히터 램프의 교환이 가능(메인터넌스의 용이화).

(4) 처리실의 용적 저감(가스 사용량의 억제).

(5) 히터 램프로의 불순물(땜납에 포함되는 플럭스 등)의 부착 방지.

(6) 히터 램프로부터의 불순물(히터 램프의 표면을 코팅하는 반사막 등)에 기인하는 처리실의 오염의 억제.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2005-205418호 공보

그러나, 상기한 종래의 수소 감압로(90)에는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 석영판(3)은 O링 등의 시일재(31)에 의해 시일되어 있고, 그 시일재(31)는 내구에 수반하여 열화된다. 이 열화에 의해 시일재(31)가 파손되어 시일이 불충분해진다. 그리고, 시일재(31)가 파손됨으로써, 처리실(1)로부터 수소 혹은 수소와 불활성 가스의 혼합 가스가 히터 램프(25) 주변으로 급격하게 유입되어, 히터 램프(25)가 착화원이 될 수 있다.

본 발명은 상기한 종래의 가열로가 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 그 과제로 하는 점은, 발화를 회피하여 안전성을 향상시킨 가열로 및 가열로의 가열 방법을 제공하는 데 있다.

이 과제의 해결을 목적으로 하여 이루어진 가열로는 피가열체를 복사 가열하는 가열로이며, 피가열체를 수납하여 기체의 도입구 및 배출구를 갖는 제1 실과, 제1 실에 인접하여 가열원을 수납하고, 기체의 도입구 및 배출구를 갖는 제2 실과, 제1 실과 제2 실을 격리하고, 가열원으로부터의 복사선을 통과시키는 격리 부재를 구비하고, 제1 실 및 제2 실의 분위기 및 분위기 압력을, 도입구 및 배출구를 통한 기체의 출입에 의해 가변으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 가열로는 제1 실과 제2 실이 인접하고, 제2 실 내의 가열원으로부터의 복사선이 양쪽 실을 이격하는 격리 부재를 통과하여 피가열체에 흡수됨으로써 피가열체가 가열된다. 제1 실 및 제2 실에는 모두 기체의 도입구 및 배출구가 형성되어, 기체의 도입 및 배출이 가능하게 되어 있다. 즉, 양쪽 실 모두, 진공화나 기체의 공급에 의해, 분위기의 치환이나 분위기 압력의 조절이 가능하다.

그로 인해, 예를 들어 피가열체의 가열 처리 전에 양쪽 실 내를 진공화함으로써, 양쪽 실 내의 산소가 제거된다. 그리고, 제2 실의 분위기를 질소 치환한다. 이에 의해, 제2 실이 불활성 가스 분위기로 되는 동시에, 수소의 착화의 조건의 하나인 산소 농도가 낮게 억제된다. 따라서, 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열로는 피가열체의 가열 처리 시에, 제1 실의 분위기 압력보다도 제2 실의 분위기 압력을 높게 하는 것으로 하면 더욱 좋다. 즉, 제2 실 내에 불활성 가스(예를 들어, 질소)를 도입한다. 그 결과, 제2 실이 제1 실보다도 분위기 압력이 높은 상태로 된다. 이에 의해, 가령 제1 실과 제2 실의 간극을 시일하는 시일 부재가 파손되었다고 해도, 가열 처리 시에 제1 실 내의 수소의 제2 실로의 급격한 유입이 억제된다. 따라서, 제2 실에 있어서, 수소와 착화원의 혼재 상태를 만들지 않아, 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열로는 피가열체의 가열 처리 시에, 제2 실의 도입구로부터 배출구를 향하는 불활성 가스의 기류를 형성하는 것으로 하면 더욱 좋다. 즉, 제2 실 내에서 불활성 가스의 블로우 처리를 행한다. 이 블로우 처리에 의해, 제2 실 내의 분위기 온도의 상승이 억제된다. 그것에 수반하여, 격리 부재의 온도 상승도 억제된다. 제1 실 내의 최고온 부위는 격리 부재이므로, 제1 실 내에 있어서도 온도 상승이 억제되어, 착화의 조건의 하나인 착화원(410℃ 이상)을 만들지 않고, 제1 실에서의 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열로는 제2 실 내 혹은 제2 실로부터 배출되는 기체의 배출로에 위치하여, 제1 실에 도입되는 기체인 제1 기체를 검지하는 기체 검지부를 구비하고, 기체 검지부에 의해 제1 기체가 소정치 이상 검출된 경우에, 제2 실 내의 제1 기체의 함유량의 상승을 억제하는 안전 제어를 행하는 것으로 하면 더욱 좋다.

즉, 기체 검지부에 의해 제2 실 내에 포함되는 제1 기체(예를 들어, 수소)를 검지한다. 그리고, 소정치 이상 검출된 경우에는 제2 실 내의 제1 기체의 함유량의 상승을 억제하는 안전 제어를 행한다. 안전 제어로서는, 예를 들어 제1 실로의 제1 기체의 도입을 정지하면 된다. 또한, 제2 실로 도입되는 불활성 가스의 유속을 올려도 좋다. 이에 의해, 제2 실 내의 제1 기체의 농도 상승을 억제하여 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열로는 제1 실의 분위기 압력을 검지하는 제1 압력계와, 제2 실의 분위기 압력을 검지하는 제2 압력계와, 제1 압력계의 계측 결과와 제2 압력계의 계측 결과를 기초로, 제1 실의 분위기 압력과 제2 실의 분위기 압력을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 피가열체의 가열 처리 시에, 제1 실의 분위기 압력보다도 제2 실의 분위기 압력이 높고, 제1 실의 분위기 압력과 제2 실의 분위기 압력의 차압이 소정치 이하로 되도록 제어하는 것으로 하면 더욱 좋다.

즉, 제어부에 의해 제1 실과 제2 실의 분위기 압력의 차압이 작은 상태를 유지한다. 이에 의해, 격리 부재의 응력 부하가 저감되어, 격리 부재의 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, 가열원과 피가열체의 거리가 단축되어 가열 효율이 향상된다. 또한, 격리 부재 자체의 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 격리 부재에 의한 흡수 에너지가 감소되므로, 격리 부재의 온도 상승이 억제된다.

또한, 본 발명은 피가열체를 수납하는 제1 실과, 제1 실에 인접하여 가열원을 수납하는 제2 실과, 제1 실과 제2 실을 격리하고 가열원으로부터의 복사선을 통과시키는 격리 부재를 구비하여, 피가열체를 복사 가열하는 가열로의 가열 방법이며, 제1 실 내에 피가열체를 반입하기 전에, 제2 실 내를 불활성 가스의 분위기로 치환하여 제2 실의 분위기 압력을 대기압보다도 높게 하는 준비 스텝과, 제1 실 내에 피가열체를 반입한 후에, 제1 실의 분위기를 소정의 압력이 되도록 감압하는 감압 스텝과, 제1 실 내를 감압한 후에, 피가열체의 온도가 소정의 온도가 되도록 가열하는 가열 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 가열 방법을 포함하고 있다.

또한, 상기한 가열로의 가열 방법은, 제2 실을 소정의 분위기 압력으로 유지하면서, 제2 실의 도입구로부터 배출구를 향하는 불활성 가스의 기류를 형성하는 블로우 제어 스텝을 포함하는 것으로 하면 더욱 좋다.

또한, 상기한 가열로의 가열 방법은, 제1 실 내의 분위기 압력의 변화에 연동하여, 제1 실의 분위기 압력보다도 상기 제2 실의 분위기 압력이 높고, 제1 실과 제2 실의 분위기 압력의 차압이 소정치 이하로 되도록 각 실의 분위기 압력을 제어하는 차압 제어 스텝을 포함하는 것으로 하면 더욱 좋다.

본 발명에 따르면, 발화를 회피하여 안전성을 향상시킨 가열로 및 가열로의 가열 방법이 실현되어 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 수소 감압로의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1의 수소 감압로를 중심으로 하는 가열 제어 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

도 3은 솔더링 공정에서의 온도 및 압력의 프로파일을 도시하는 그래프이다.

도 4는 처리실과 가열실이 별체인 수소 감압로의 구성을 도시하는 도면이다.

도 5는 종래의 형태에 관한 수소 감압로의 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 가열로를 구체화한 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참 조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는 IGBT 소자와 세라믹 기판의 솔더링 공정에 이용되는 수소 감압로에 본 발명을 적용한 것이다.

[수소 감압로의 구성]

본 형태의 수소 감압로(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이 피가열체(10)를 수납하여 피가열체(10)의 솔더링 처리에 제공하는 처리실(1)과, 가열원이 되는 히터 램프(25)를 수납하는 가열실(2)과, 피가열체(10)와 히터 램프(25)를 격리하는 석영판(3)과, 처리실(1) 내가 소정치 이상의 분위기 압력으로 되었을 때에 개봉되는 안전 밸브(4)를 갖고 있다. 수소 감압로(100)에서는 히터 램프(25)로부터 방사되는 복사선에 의해 피가열체(10)가 복사 가열된다.

피가열체(10)는 IGBT 소자, 세라믹 기판 및 IGBT 소자와 세라믹 기판을 접합하는 땜납 펠릿으로 이루어진다. IGBT 소자는 주지의 반도체 제조 기술을 사용하여 형성된 것이다. 땜납으로서는, 실질적으로 납을 포함하지 않는 납 프리 땜납(본 형태에서는 Sn-In, Sn-Cu-Ni, Sn-Cu-Ni-P, Sn-Ag-Cu 등)이다. 피가열체(10)는 도시하지 않은 보유 지지부에 의해 피가열체(10)의 단부가 보유 지지되어 있다.

또한, 처리실(1)에는 처리실(1) 내에 수소 혹은 수소와 불활성 가스(본 형태에서는 질소)의 혼합 가스를 공급하기 위한 도입구(11)와, 처리실(1) 내의 기체를 배기하는 배출구(12)와, 피가열체(10)의 온도를 측정하는 온도계(14)가 설치되어 있다.

또한, 가열실(2)에는 가열실(2) 내에 불활성 가스(본 형태에서는 질소)를 도입하기 위한 도입구(21)와, 가열실(2) 내의 기체를 배기하는 배출구(22)와, 소정의 파장 영역의 복사선(본 형태에서는 적외선)을 방사하는 히터 램프(25)(본 형태에서는 할로겐 램프)와, 히터 램프(25)로부터 방사되는 복사선을 반사하여 포물면을 갖는 반사판(26)이 설치되어 있다. 반사판(26)은 히터 램프(25)로부터의 복사선을 처리실(1)을 향해 반사하도록 배치되어 있다.

또한, 석영판(3)은 길이가 400㎜, 폭이 400㎜, 두께가 10㎜인 석영 유리판으로, 처리실(1)과 가열실(2) 사이에 위치하여 양쪽 실을 격리하고 있다. 석영판(3)은 히터 램프(25)로부터 방사되는 복사선을 통과시키는 기능을 갖고 있다. 또한, 석영판(3)의 단부는 처리실(1) 및 가열실(2)의 벽면에 설치된 보유 지지부(13, 23)에 의해 보유 지지되어, 그 보유 지지부(13, 23)와 석영판(3)의 간극이 O링(31)에 의해 시일되어 있다. 이에 의해, 처리실(1)과 가열실(2) 사이는 기밀성이 유지되어 있다.

[가열 제어 시스템의 구성]

본 형태의 수소 감압로(100)를 포함하는 가열 제어 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(61, 62)와, 각종 밸브(63, 64, 65, 66, 67, 74, 75, 76, 77)와, 압력계(PG)(71, 72)와, 펌프(P)(73)와, 각 기기의 동작을 제어하는 제어부(5)를 갖고 있다.

구체적으로, 처리실(1)에는 수소(H₂) 가스가 도입된다. 수소의 도입계는 수소의 반송 방향상, 밸브(66), 매스 플로우 컨트롤러(61), 밸브(63)의 순으로 배치되고, 처리실(1)의 도입구(11)를 통해 수소 가스가 도입된다. 또한, 가열실(2)에 는 질소(N₂) 가스가 도입된다. 질소의 도입계는 질소의 반송 방향상, 밸브(67), 매스 플로우 컨트롤러(62), 밸브(64)의 순으로 배치되고, 가열실(2)의 도입구(21)를 통해 질소 가스가 도입된다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(62)와 밸브(64) 사이에는 분기로가 설치되어, 밸브(65)를 통해 수소의 도입계에 연결되어 있다. 즉, 본 시스템에서는 밸브(65)의 온 오프에 의해 질소를 처리실(1)로 도입할 수 있다. 각 가스의 도입량은 매스 플로우 컨트롤러(61, 62)에 의해 조절된다.

또한, 처리실(1) 및 가열실(2)의 분위기는 펌프(73)에 의해 흡인된다. 구체적으로, 처리실(1)의 배기계는 처리실(1)의 배출구(12)측으로부터 밸브(75, 77), 펌프(73)의 순으로 배치되어 있다. 한편, 가열실(2)의 배기계는 가열실(2)의 배출구(22)측으로부터 밸브(76, 77), 펌프(73)의 순으로 배치되어 있다. 즉, 펌프(73) 및 밸브(77)는 처리실(1) 및 가열실(2)의 배기에 공용된다. 또한, 가열실(2)의 배출구(22)의 앞에는 리크 밸브(74)가 배치되어 있어, 밸브(74)의 온 오프에 의해 질소 블로우를 실현하고 있다.

또한, 처리실(1)의 배기계의, 처리실(1)의 배출구(12)의 앞에는 압력계(71)가 배치되어 있다. 이에 의해, 처리실(1) 내의 분위기 압력을 계측한다. 한편, 가열실(2)의 배기계의, 가열실(2)의 배출구(22)의 앞에는 압력계(72)가 배치되어 있다. 이에 의해, 가열실(2) 내의 분위기 압력을 계측한다. 압력계(71, 72)의 계측 결과는 제어부(5)로 보내진다.

또한, 가열실(2)의 배기계의, 가열실(2)의 배출구(22)의 앞에는 수소를 검지 하는 수소 검지기(78)가 배치되어 있다. 이에 의해, 가열실(2) 분위기 중의 수소 농도를 검출한다. 수소 검지기(78)의 계측 결과는 제어부(5)로 보내진다.

[솔더링의 수순]

계속해서, 본 형태의 가열 제어 시스템을 이용한 솔더링 공정의 동작 수순에 대해 설명한다. 이하, 제1 형태를 기본예로 하고, 제2 형태를 응용예로 하여 2개의 동작 수순을 설명한다.

[제1 형태]

우선, 작업물인 피가열체(10)를 반입하기 전의 운전 전 준비로서, 처리실(1) 및 가열실(2)의 양쪽 실을 질소 치환한다(스텝 1). 즉, 펌프(73)에 의해 양쪽 실을 진공화한다. 그 후, 양쪽 실에 질소를 도입한다. 이에 의해, 산소 농도가 10ppm 이하로 될 때까지 양쪽 실 내의 산소를 제거하여 양쪽 실이 질소 분위기로 된다.

다음에, 가열실(2) 내의 분위기 압력을 1.1atm으로 유지할 수 있도록 리크 밸브(74)를 조절하면서 20리터/min의 질소를 가열실(2)로 도입한다(스텝 2). 이에 의해, 가열실(2) 내에서는 질소 가스가 도입구(21)로부터 배출구(22)로 불어 흘리는 기류가 형성된다(이하, 본 처리를 「질소 블로우 처리」라고 함). 이 스텝 2에 의해, 운전 전 준비가 완료되어 양쪽 실 내로부터 산소가 제거되는 동시에, 가열실(2) 내의 분위기 압력이 대기압보다도 높은 상태로 된다.

계속해서, 솔더링 처리로 이행하여, 다음의 동작을 행한다. 우선, 피가열체(10)를 처리실(1) 내로 반입한다(스텝 3). 그 후, 처리실(1) 내의 분위기를 질 소로부터 수소로 치환한다(스텝 4). 즉, 펌프(73)에 의해 처리실(1)을 진공화한다. 그 후, 처리실(1)로 수소를 도입한다. 이에 의해, 처리실(1)이 수소 분위기로 된다.

다음에, 히터 램프(25)를 온으로 하여, 땜납의 융점(땜납의 고상선 온도 235 ℃) 이하의 예열 목표 온도(본 형태에서는 200℃)까지 피가열체(10)를 가열하고, 그 후, 히터 램프(25)를 온 오프하여 그 온도를 소정 시간 유지한다(스텝 5). 이 예비 가열에 의해, 피가열체(10)의 표면이 정화된다.

다음에, 땜납 내의 기포 압축 등의 이유에 의해, 처리실(1) 내를 2㎪까지 감압한다(스텝 6). 이에 의해, 처리실(1) 내의 분위기 압력이 가열실(2)의 분위기 압력보다도 큰 폭으로 작아진다. 그 후, 땜납의 융점(땜납의 액상선 온도 240℃) 이상의 도달 목표 온도(본 형태에서는 280℃)에 도달할 때까지 피가열체(10)를 가열한다(스텝 7). 이 본 가열에 의해, 땜납을 용융시켜 소정의 면적까지 젖어 확산되게 한다.

그 후, 히터 램프(25)를 오프하여, 처리실(1) 내를 다시 질소로 치환하여 처리실(1) 내를 대기압으로 복귀시킨다(스텝 8). 그 후, 피가열체(10)를 실온 부근까지 냉각하여, 땜납을 고화시켜 솔더링 처리를 종료한다. 그 후, 피가열체(10)를 반출한다. 이렇게, 솔더링 처리(스텝 3 내지 스텝 8) 시에는 가열실(2)의 분위기 압력이 처리실(1)의 분위기 압력보다도 높은 상태가 유지된다.

또한, 질소 블로우 처리 중, 수소 검지기(78)에 의해 수소의 유량을 검지한다. 즉, 처리실(1)로 도입된 수소가 가열실(2)로 누설되어 있지 않은지를 판단한 다. 소정치 이상의 수소를 검지한 경우에는 가열실(2) 내의 수소의 함유량의 상승을 억제하는 안전 제어를 행한다. 이에 의해, 가열실(2) 내로 미량의 수소가 유입되었다고 해도, 발화를 회피할 수 있다.

안전 제어로서는, 예를 들어 히터 램프(25)를 비상 정지하여 착화원의 존재를 제거함으로써 실현된다. 혹은, 질소 블로우 처리에 있어서의 질소의 유량을 상승시켜, 가열실(2) 내의 수소를 일소함으로써 실현된다. 즉, 수소와 착화원이 공존하는 조건을 만들지 않도록 한다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 형태 솔더링 공정에서는 운전 전 준비로서 양쪽 실 내를 진공화하여 양쪽 실 내의 산소를 제거하고 있다(스텝 1). 그리고, 양쪽 실의 분위기를 질소 치환한다. 이에 의해, 특히 가열실(2)에 있어서, 불활성 가스 분위기로 되는 동시에, 산소 농도가 낮게 억제된다. 따라서, 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 형태에서는 피가열체(10)의 가열 처리 시에, 처리실(1)의 분위기 압력보다도 가열실(2)의 분위기 압력을 높게 하고 있다. 즉, 가열실(2)에서는 가열실(2) 내로 질소를 도입함으로써 분위기 압력을 높게 하고 있다(스텝 2). 한편, 처리실(1)에서는 압력을 감압한 상태로 가열 처리한다(스텝 6). 이것으로부터, 피가열체(10)의 가열 처리 시에는 가열실(2)이 처리실(1)에 대해 정압(正壓)이 된다. 이에 의해, 가령 시일재(31)가 파손되었다고 해도, 처리실(1) 내의 수소의 가열실(2)로의 급격한 유입이 억제된다. 따라서, 가열실(2)에 있어서, 수소와 착화원의 혼재 상태를 만들지 않아, 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 형태에서는 피가열체(10)의 가열 처리 시에 질소 블로우 처리를 행하고 있다(스텝 2). 이 질소 블로우 처리에 의해, 가열실(2) 내의 분위기 온도의 상승이 억제된다. 그것에 수반하여 석영판(3)의 온도 상승도 억제된다. 처리실(1) 내의 최고온 부위는 석영판(3)의 표면이므로, 처리실(1) 내에 있어서도 온도 상승이 억제되어 착화의 조건의 하나인 착화원(410℃ 이상)을 만들지 않아, 발화를 회피할 수 있다.

또한, 본 형태에서는 가열실(2) 내의 산소를 10ppm 이하까지 제거한다. 그로 인해, 히터 램프(25)의 산화에 의한 열화를 억제할 수 있다. 특히, 본 형태에서는 할로겐 램프를 이용하고 있으므로, 히터 램프(25)의 시일재의 산화가 히터의 수명에 크게 영향을 미친다. 따라서, 산화를 억제하는 것이 장기 수명화에 특히 유효하다.

[제2 형태]

본 형태의 솔더링 공정에서는 가열실(2)의 분위기 압력을, 처리실(1)의 분위기 압력의 변동에 추종하고, 또한 처리실(1)에 대해 항상 정압이 되도록 각 실의 분위기 압력을 제어한다. 이 점에서, 세밀한 압력 제어를 행하지 않는 제1 형태와는 상이하다.

이하, 도 3에 도시한 온도 및 압력의 프로파일의 그래프를 기초로, 본 형태의 솔더링 처리의 동작에 대해 설명한다. 또한, 운전 전 준비의 동작에 대해서는 제1 형태와 마찬가지이다.

우선, 피가열체(10)의 반입 시부터 시간 t0까지의 동안, 예비 가열로서, 피 가열체(10)를 예열 목표 온도까지 가열한다. 그동안, 가열실(2) 내는 처리실(1)보다도 높은 분위기 압력으로 유지된다. 또한, 질소 블로우 처리에 의해, 가열실(2) 내의 분위기가 항상 리프레시(refresh)된다. 그로 인해, 가열실(2) 내의 분위기 온도 및 석영판(3)의 온도의 상승이 억제된다.

다음에, 시간 t0으로부터 시간 t1에 걸쳐서 처리실(1) 내의 분위기를 1㎪까지 감압한다. 이때, 가열실(2) 내도, 질소 블로우 처리를 정지하여 양쪽 실의 차압이 1㎪를 넘지 않도록 감압의 타이밍을 맞추어 2㎪까지 감압한다. 또한, 각 실의 압력은 압력계(71, 72)에 의해 계측되고, 그 계측 결과를 기초로 제어부(5)에 의해 각 실의 압력을 제어한다. 구체적으로, 압력 상승 시의 압력 제어는 매스 플로우 컨트롤러(61, 62)에 의해 행해지고, 압력 하강 시의 압력 제어는 진공 밸브(75, 76, 77)의 온 오프에 의해 행해진다.

다음에, 시간 t1로부터 시간 t2에 걸쳐서 본 가열로서, 피가열체(10)를 도달 목표 온도까지 가열한다. 그동안, 가열에 의해 조금씩 처리실(1) 내의 온도가 상승한다. 그로 인해, 필요에 따라서 처리실(1) 내의 진공화를 행하여, 가열실(2)과의 차압이 1㎪를 넘지 않도록 미세 조정을 행한다.

시간 t2 이후에는 히터 램프(25)를 오프하여, 양쪽 실 내로 질소를 도입하여 처리실(1) 내를 대기압까지 복귀시킨다. 이때, 가열실(2)과 처리실(1)의 차압이 1㎪를 넘지 않도록 질소 공급량을 제어한다. 그 후, 피가열체(10)를 실온 부근까지 냉각하여, 땜납을 고화시켜 솔더링 처리를 종료한다. 그 후, 피가열체(10)를 반출한다.

본 형태의 솔더링 공정에서는 제어부(5)의 압력 제어에 의해, 처리실(1)과 가열실(2)의 분위기 압력의 차압이 1㎪를 넘지 않도록 유지한다. 이에 의해, 석영판(3)으로의 응력 부하가 저감되어 석영판(3)의 두께를 얇게 할 수 있다. 즉, 제1 형태에서는 10㎜ 정도의 두께가 필요하지만, 본 형태에서는 5㎜ 정도까지 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, 히터 램프(25)와 피가열체(10)의 거리가 단축되어 가열 효율이 향상된다. 또한, 석영판(3) 자체의 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 석영판(3)에 의한 흡수 에너지가 감소하므로, 석영판(3)의 온도 상승이 억제된다.

또한, 본 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다. 예를 들어, 실시 형태에서는 처리실(1)과 가열실(2)이 일체의 챔버이고, 내부에서 석영판(3)에 의해 격리되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 처리실(1)에 감압 가능한 가열 박스(20)를 설치하는 구조로 해도 좋다. 즉, 처리실(1)과 가열실(2)이 별체라도 좋다.

또한, 압력계(71, 72)나 수소 검지기(78)는 처리실(1)이나 가열실(2)의 외측에 배치되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 처리실(1)이나 가열실(2)의 내측에 배치되어 있어도 좋다.

또한, 가열원(25)은 할로겐 램프로 한정되지 않고, 카본 히터, 세라믹 히터 등이라도 좋다. 처리실(1)과 가열실(2)을 격리하는 격리 부재는 석영판으로 한정되지 않고, 투명 세라믹 등이라도 좋다.

또한, 피가열체(10)는 IGBT 소자 등의 파워 IC나 세라믹 기판 이외에도 저항 소자, 콘덴서 소자, 프린트 기판 등 수소 감압로에서 가열 처리되는 것이면, 한정되지 않는다. 또한, 땜납의 종류도 납 프리 땜납으로 한정되지 않는다.

Claims

피가열체를 복사 가열하는 가열로에 있어서,

피가열체를 수납하여 기체의 도입구 및 배출구를 갖는 제1 실과,

상기 제1 실에 인접하여 가열원을 수납하고, 기체의 도입구 및 배출구를 갖는 제2 실과,

상기 제1 실과 상기 제2 실을 격리하고, 상기 가열원으로부터의 복사선을 통과시키는 격리 부재를 구비하고,

상기 제1 실 및 상기 제2 실의 분위기 및 분위기 압력을, 도입구 및 배출구를 통한 기체의 출입에 의해 가변으로 하는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제1항에 있어서, 피가열체의 가열 처리 시에, 상기 제1 실의 분위기 압력보다도 상기 제2 실의 분위기 압력을 높게 하는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 실의 가열 처리 시에, 상기 제2 실의 도입구로부터 배출구를 향하는 불활성 가스의 기류를 형성하는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 실 내 혹은 상기 제2 실로부터 배출되는 기체의 배출로에 위치하여, 상기 제1 실로 도입되는 기체인 제1 기체를 검지하는 기체 검지부를 구비하고,

상기 기체 검지부에 의해 제1 기체가 소정치 이상 검출된 경우에, 상기 제2 실 내의 제1 기체의 함유량의 상승을 억제하는 안전 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제4항에 있어서, 상기 안전 제어는 상기 제1 실로의 제1 기체의 도입을 정지하는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제4항에 있어서, 상기 안전 제어는 상기 제2 실로 도입되는 불활성 가스의 유속을 올리는 것을 특징으로 하는, 가열로.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 실의 분위기 압력을 검지하는 제1 압력계와,

상기 제2 실의 분위기 압력을 검지하는 제2 압력계와,

상기 제1 압력계의 계측 결과와 상기 제2 압력계의 계측 결과를 기초로, 상기 제1 실의 분위기 압력과 상기 제2 실의 분위기 압력을 제어하는 제어부를 구비하고,

상기 제어부는 피가열체의 가열 처리 시에, 상기 제1 실의 분위기 압력보다도 상기 제2 실의 분위기 압력이 높고, 상기 제1 실의 분위기 압력과 상기 제2 실의 분위기 압력의 차압이 소정치 이하로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 가 열로.
피가열체를 수납하는 제1 실과, 상기 제1 실에 인접하여 가열원을 수납하는 제2 실과, 상기 제1 실과 상기 제2 실을 격리하고, 상기 가열원으로부터의 복사선을 통과시키는 격리 부재를 구비하여, 피가열체를 복사 가열하는 가열로의 가열 방법에 있어서,

상기 제1 실 내에 피가열체를 반입하기 전에, 상기 제2 실 내를 불활성 가스의 분위기로 치환하여 상기 제2 실의 분위기 압력을 대기압보다도 높게 하는 준비 스텝과,

상기 제1 실 내에 피가열체를 반입한 후에, 상기 제1 실의 분위기를 소정의 압력이 되도록 감압하는 감압 스텝과,

상기 제1 실 내를 감압한 후에, 피가열체의 온도가 소정의 온도로 되도록 가열하는 가열 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가열로의 가열 방법.
제8항에 있어서, 상기 제2 실을 소정의 분위기 압력으로 유지하면서, 상기 제2 실의 도입구로부터 배출구를 향하는 불활성 가스의 기류를 형성하는 블로우 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가열로의 가열 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 실 내의 분위기 압력의 변화에 연동하여, 상기 제1 실의 분위기 압력보다도 상기 제2 실의 분위기 압력이 높고, 상기 제1 실과 상기 제2 실의 분위기 압력의 차압이 소정치 이하로 되도록 각 실의 분위기 압력을 제어하는 차압 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가열로의 가열 방법.