JP4116655B2

JP4116655B2 - 加熱装置

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Publication number: JP4116655B2
Application number: JP2006230247A
Authority: JP
Inventors: 貢白井; 俊隆村川; 光範田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP2007013198A

Description

本発明は、加熱装置に係り、特に、印刷回路板のはんだ付け実装に用いる蒸気はんだ付け装置等に用いるに好適な加熱装置に関する。

一般に印刷回路板に電子部品を実装するには、はんだ付けが用いられている。はんだ材料としては、一般に、錫と鉛の合金が広く使用されている。しかしながら、近年、はんだ材を構成する鉛が有毒であることから、鉛を使用しないはんだ材（Ｐｂフリーはんだ材）の開発と、はんだ付け方法が検討されている。

鉛を使用しないはんだ材は、一般に融点が高く、従って、はんだ付け作業温度も従来の錫・鉛はんだより高温にする必要がある。例えば、錫と銀の合金のはんだ材の融点は２２１℃であり、錫・鉛はんだの融点（１８３℃）よりも高温である。しかしながら、はんだ付け作業温度を高くすると、プリント板や部品の耐熱性が問題となってくる。例えば、コンピュータ等のプリント基板等に用いられる多層配線基板は、単層の基板よりも耐熱温度が低く、例えば、２３０℃である。

従って、高融点温度の材料を使用するにもかかわらず、はんだ付け温度はできるだけ低く設定する必要があり、このため、従来より温度バラツキのない高精度な温度制御が可能な加熱装置を有するはんだ付け装置が必要となっている。

従来の基板を加熱する方法の中で、最も温度バラツキの小さい加熱法の一つに蒸気加熱法がある。蒸気加熱法は、所定の沸点を持つ熱媒を加熱し、この熱媒の飽和蒸気層を形成して、この飽和蒸気層中に基板を入れて、凝結潜熱で加熱する方法である。この方法では、熱媒の沸点で加熱温度が決定されるため、比較的高精度な加熱が可能となる。

しかしながら、蒸気加熱法は、次のような問題があることが判明した。即ち、蒸気加熱法を長時間継続すると、熱媒の沸点が次第に上昇するという問題が発生した。その原因について検討したところ、第１には、使用されている熱媒中からの低沸点成分の蒸発によるロスの問題がある。熱媒の沸点は、蒸留機を用いて抽出された熱媒の平均分子量によって決定される。即ち、ある沸点の熱媒は、熱媒を構成する分子量に幅があり、低分子量のものほど沸点が低いため、蒸気加熱法により熱媒を加熱すると、次第に低分子量の成分から蒸発し、次第に平均分子量が高くなることから、沸点も上昇することになる。また、第２に、熱媒中に、はんだ材中に使用されているフラックス等の不純物が混入することにより、熱媒の沸点が上昇する。

以上のような経時変化により、蒸気加熱法に使用する熱媒の沸点が上昇し、加熱温度が上昇するという第１の問題があることが判明した。特に、かかる加熱装置を蒸気はんだ付け装置として用いると、基板の加熱温度が、基板や部品の耐熱許容温度を越え、はんだ付けの信頼性が低下するという問題がある。

また、高融点温度の材料を使用するにもかかわらず、はんだ付け温度はできるだけ低く設定する必要があるため、はんだの融点に対して充分温度を上昇することができない。その結果、はんだ付けの欠陥が発生し易く、はんだ付け雰囲気を低酸素濃度化して、加熱時のはんだの酸化防止等を行う必要がある。そのため、加熱装置に、不活性ガスを導入することが考えられるが、加熱装置の蒸気槽から漏れる熱媒ガスを排気する必要もあるため、熱媒ガスの排気とともに不活性ガスも排気され、蒸気槽中の酸素浸度を効率的に低下させることができないという第２の問題があることが判明した。

本発明の目的は、酸素濃度を効率的に低下させることができる加熱装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、加熱用熱媒を加熱して、この熱媒の飽和蒸気層を形成し、この飽和蒸気層の中に被加熱物を浸漬して加熱するとともに、上記飽和蒸気層の近傍に不活性ガスを供給して低酸素濃度化する加熱装置において、上記飽和蒸気が存在する蒸気槽の入口側には、第１予備室，予熱室，入口側排気室が順次配置され、上記蒸気槽の出口側には、出口側排気室，第２予備室，第３予備室が順次配置され、上記被加熱物が上記第１予備室から順次、上記予熱室，上記入口側排気室，上記蒸気槽，上記出口側排気室，上記第２予備室，上記第３予備室へ移動する加熱装置であって、上記第１予備室，上記予熱室，上記入口側排気室，上記蒸気槽，上記出口側排気室，上記第２予備室，上記第３予備室の相互間、上記第１予備室の入口側、及び上記第３予備室の出口側のそれぞれに設けられたシャッタと、上記第１予備室，上記予熱室，上記蒸気槽，上記第２予備室、及び上記第３予備室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、上記入口側排気室及び上記出口排気室の下側から吸引された不活性ガス及び上記熱媒の蒸気を含む気体中から上記熱媒の蒸気を液化して回収する回収手段とを備え、上記熱媒の蒸気が回収された不活性ガスを含む気体を上記入口側排気室及び上記出口側排気室に上部から供給して循環させることにより、上記入口側排気室及び出口排気室をエアーカーテンとして用いるようにしたものである。
かかる構成により、加熱装置である蒸気槽の出入口側に設けられた排気室から吸引した気体を循環させることにより、酸素濃度を効率的に低下させ得るものとなる。

本発明によれば、加熱装置の酸素濃度を効率的に低下させることができる。

以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による加熱装置について説明する。最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置の構成について説明する。

蒸気槽１０の内部には、加熱用熱媒２０が収納されている。加熱用熱媒２０は、蒸気槽１０の中に取り付けられたヒーター１２によって、沸点温度まで加熱されることにより、沸騰し、蒸発する。また、蒸気槽１０の内部の上端寄りには、凝縮コイル１４が設置されている。蒸発した加熱用熱媒２０の蒸気は、凝縮コイル１４によって閉じこめられ、飽和蒸気層２２を形成する。凝縮コイル１４の中には、約１００℃に加熱された水が流されている。凝縮コイル１４の中を流れる媒体の温度が低いと、凝縮コイル１４の表面で加熱用熱媒の蒸気が再凝縮し、その下の加熱用熱媒２０内に滴下する量が増加し、この熱媒の再加熱が必要となる。そこで、加熱用熱媒２０の加熱効率の点から、凝縮コイル１４の中を流す媒体の温度はできるだけ高い温度としている。かかる観点からは、沸点が水よりも高い油を使用することも可能である。しかしながら、媒体のコストの観点から水を使用している。

飽和蒸気層２２の中に、キャリア３０にセットされた図示しない被加熱物を浸漬することにより、被加熱物は、飽和蒸気の温度まで加熱される。飽和蒸気層２２の中の飽和蒸気温度は、加熱用熱媒２０の沸点と等しいため、非加熱物を加熱用熱媒２０の沸点で加熱することができる。

ここで、例えば、被加熱物として、多層配線基板とし、Ｐｂフリーはんだ材によるはんだ付けを行う場合を例にして、具体的に説明する。Ｐｂフリーはんだ材として、錫・銀の合金を使用すると、その融点は、２２１℃である。また、多層配線基板の耐熱温度が２３０℃とすると、飽和蒸気の温度は、２２１℃よりも高く、２３０℃よりも低くする必要がある。そこで、例えば、沸点が２２５℃の加熱用冷媒２０を使用する。このような加熱用冷媒を使用することによって、被加熱物である多層配線基板を２２５℃に加熱して、錫・銀合金によるはんだ付けを行い、しかも、多層配線基板の劣化を防止することができる。

ここで、加熱用熱媒２０の中に、錫・銀合金のはんだ材に混入してあるフラックスの不純物が混入すると、加熱用熱媒２０の沸点が次第に上昇する。そこで、このような加熱用熱媒の沸点上昇を防止するため、本実施形態においては、次のように構成している。

即ち、本実施形態においては、新たに、温度調整用熱媒４０を備えている。蒸気層１０の中には、加熱用熱媒２０の温度を検出するための温度センサ５０が設置されている。温度センサ５０としては、例えば、クロメルーアルメルのＣＡ熱電対を用いる。温度センサ５０の出力は、温度計５２に入力して、加熱用熱媒２０の温度データとして、マイコン６０に取り込まれる。マイコン６０は、温度センサ５０によって検出された加熱用熱媒２０の温度が、設定温度よりも高くなると、ポンプコントローラ６２に制御信号を出力する。ポンプコントローラ６２は、この制御信号に基づいて、ポンプ６４を駆動して、温度上昇分に見合った量の温度調整用熱媒４０を、蒸気槽１０の中に供給する。これによって、加熱用熱媒２０の沸点が低下する。

ここで、図２を用いて、本実施形態による温度調整用熱媒を用いて加熱用熱媒の沸点を低下させる原理について説明する。一般に市販されている加熱用熱媒は、沸点を基準としている。例えば、フッ化プロピレンからなる熱媒としては、沸点が２３２℃のものと、沸点が２１６℃のものが市販されている。沸点が２３２℃のものは、蒸留機から平均分子量が８００となるようなフッ化プロピレンを抽出したものである。また、沸点が２１６℃のものは、沸点が２３２℃のものよりも平均分子量が小さいものである。

本発明者らは、これらの入手可能な２種類の熱媒を用いて実験を行ったところ、図２に示すようなことが判明した。即ち、沸点２３２℃の熱媒と、沸点２１６℃の熱媒の混合比率を変えて混合すると、その混合比率に応じて沸点が変化することが判明した。また、沸点は、２種類の熱媒の混合比率に応じて直線的に変化することも判明した。例えば、沸点２３２℃の熱媒だけの場合の沸点は、２３２℃であるが、沸点２３２℃の熱媒を６０％とし、沸点２１６℃の熱媒を４０％混合すると、その混合した熱媒の沸点は、２２５℃となることが判明した。

そこで、図１に示した例において、加熱用熱媒２０の沸点を２２５℃とする場合には、沸点２３２℃のフッ化プロピレンと、沸点２１６℃のフッ化プロピレンとを、６０対４０の比率で混合したものを用いる。また、温度調整用熱媒４０としては、沸点２１６℃のフッ化プロピレンを用いる。加熱用熱媒２０の中に不純物が混入したり、低沸点成分が蒸発したりすることによって、加熱用熱媒２０の沸点が上昇した場合には、マイコン６０の制御により、温度調整用熱媒４０を加熱用熱媒２０に供給して混合することにより、加熱用熱媒２０の沸点を低下させることが可能となる。

なお、温度の検出は、加熱用熱媒２０の中に温度センサ５０を設置する代わりに、飽和蒸気層２２の中に温度センサ５０Ａを設置するようにしても同様に行うことが可能である。

また、沸点２３２℃の熱媒と沸点２１６℃の熱媒を例にとって説明したが、他の沸点の熱媒を用いて、沸点２１６〜２３２℃の温度範囲以外に蒸気加熱に用いることも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、加熱用熱媒の沸点が上昇した場合には、温度調整用熱媒を混合することにより、加熱用熱媒の沸点を低下させて、長時間使用した際にも、熱媒の蒸発や不純物の混合による沸点上昇の影響を除去して、加熱温度の上昇が生じないようにすることができる。

次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態による蒸気はんだ付け装置は、蒸気槽１０が中央に配置され、その入口側には、第１予備室１１０，予熱室１２０，入口側排気室１３０が順次配置されている。また、蒸気槽１０の出口側には、出口側排気室１４０，第２予備室１５０，第３予備室１６０が順次配置されている。これらの第１予備室１１０から第３予備室１６０までの一連の各室の下には、冷却室１７０が配置されている。

蒸気槽１０は、図１において説明したものと同様の構成となっており、蒸気槽１０の内部の加熱用熱媒２０は、ヒーター１２によって加熱され、凝縮コイル１４と加熱用熱媒２０の間には、飽和蒸気層２２が形成されている。飽和蒸気層２２の中に、搬送キャリア３０にセットされた被加熱物を浸漬することにより、被加熱物は、飽和蒸気の温度まで加熱される。

また、加熱用熱媒２０の温度は、図１に示した温度センサ５０によって検出され、図１において説明したように、マイコン６０は、温度センサ５０によって検出された加熱用熱媒２０の温度が、設定温度よりも高くなると、ポンプ６４を駆動して、温度調整用熱媒４０を、蒸気槽１０の中に供給して、加熱用熱媒２０の沸点を低下させている。

第１予備室１１０の入口側及び出口側には、搬送キャリア３０の通行が可能であるとともに、搬送キャリア３０の通過後にはほぼ独立した空間となるように、開閉可能なシャッタ１８０，１８１が設けられている。また、同様にして、予熱室１２０と入口側排気室１３０の間、入口側排気室１３０と蒸気槽１０の間、蒸気槽１０と出口側排気室１４０の間、出口側排気室１４０と第２予備室１５０の間、第２予備室１５０と第３予備室１６０の間、第３予備室１６０の出口側にも、シャッタ１８１，１８２，１８３，１８４，１８５，１８６，１８７が設けられている。

第１予備室１１０，予熱室１２０，蒸気槽１０，第２予備室１５０，及び第３予備室１６０には、配管２００及び流量調整用バルブ２０２，２０３，２０４，２０５，２０６を介して、不活性ガス，例えば、窒素（Ｎ2）ガスが供給されている。これらの各室を不活性ガスによりガスパージすることにより、各室の酸素濃度を低濃度化している。例えば、第１予備室１１０及び第３予備室１６０の酸素濃度は、約２００ｐｐｍまで低下され、予熱室１２０，蒸気槽１０，及び第２予備室１５０の酸素濃度は、約１００ｐｐｍまで低下される。なお、不活性ガスの流量は、０．２ｍ3／分としている。

第１予備室１１０及び第３予備室１６０の内部の上部であって、不活性ガスが噴き出す部分には、整流板１１２，１６２が配置されており、噴き出す不活性ガスを整流して、第１予備室１１０の入口側のシャッタ１８０が開いて大気と連通し、その後シャッタ１８０が閉じた後、速やかに元の酸素濃度まで低下させるようにしている。整流板１６２も、同様にして、第３予備室１６０の出口側のシャッタ１８７が開いて大気と連通し、その後シャッタ１８７が閉じた後、速やかに元の酸素濃度まで低下させるようにしている。

予熱室１２０には、ヒーター１２２が配置されており、予熱室１２０を１００〜１４０℃に加熱している。予熱室１２０は、被加熱物を所定時間（例えば、１〜５分）加熱することにより、はんだペースト中の水分を蒸発して除去するとともに、多層配線基板が常温から加熱用熱媒の沸点温度まで急激に上昇した場合に多層配線基板にかかる熱応力により、多層配線基板が割れる等の事態を回避するようにしている。

第２予備室１５０は、全体の配置を、蒸気槽１０を中心として対称として、バランスを整えるために、予熱室１２０と対称となるように設けられている。

搬送キャリア３０の載置して搬送する被加熱物である多層配線基板の大きさを、幅６００ｍｍで長さ８００ｍｍのものとするとき、第１予備室１１０，予熱室１２０，第２予備室１５０，及び第３予備室１６０の長さ（搬送キャリア３０が移動する方向の長さ）は、１ｍとしている。また、蒸気槽１０は、搬送キャリア３０を飽和蒸気層２２内に浸漬するため、上下動させる必要があり、その長さは、１．４ｍとしている。

次に、入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０について説明する。入口側排気室１３０は、予熱室１２０と蒸気槽１０の間に設けられている。また、出口側排気室１４０は、蒸気槽１０と第２予備室１５０の間に設けられている。入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０の長さ（搬送キャリア３０の移動方向の長さ）は、例えば、０．３ｍとしている。

入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０内の気体は、ブロア２１０によって吸引排気される。ブロア２１０と入口側排気室１３０との間には、第１回収器２２０が配置されている。また、ブロア２１０と出口側排気室１４０との間には、第２回収器２２２が配置されている。

入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０には、蒸気槽１０から流出した加熱用熱媒２０の蒸気，ガスパージ用の不活性ガス，及び蒸気槽１０に残留する酸素が流入する。また、予熱室１２０や第２予備室１５０からもガスパージ用の不活性ガス，残留する酸素が流入する。第１，第２回収器２２０，２２２は、ブロア２１０によって吸引された気体中から、加熱用熱媒２０の蒸気を液化した上で回収する。回収された加熱用熱媒は、それぞれ、ポンプ２３０，２３２によって蒸気槽１０の中に戻される。これによって、加熱用熱媒のリサイクルが可能となり、加熱用熱媒のロスを低減できる。また、入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０から吸引した気体中から蒸気成分を除去することにより、ブロア２１０には乾燥した気体を送り込むことができ、ブロア２１０の寿命を長くすることができる。

ブロア２１０で吸引された気体は、さらに、第３回収器２２４に導入され、さらに、加熱用熱媒２０の蒸気を液化した上で回収し、回収された加熱用熱媒は、ポンプ２３４によって蒸気槽１０の中に戻される。従って、第３回収器２２４からは、不活性ガスと微量な酸素が流出するが、これらの気体は、それぞれ、流量調整用ボリュームダンパ２４０，２４２，２４４，２４６を介して、第１予備室１１０，入口側排気室１３０，出口側排気室１４０，第３予備室１６０に還流される。なお、回収器２２０，２２２，２２４によって回収された不活性ガスは、例えば、５℃に冷却されているため、蒸気槽１０には還流しないようにしている。

従って、本実施形態に用いられる蒸気はんだ付け装置では、蒸気槽１０をガスパージして低酸素濃度状態にするための不活性ガスは、ブロア２１０を用いて循環されるため、不活性ガスのロスが低減するとともに、循環槽１０を低酸素状態に維持することができる。

ここで、ブロア２１０は、例えば、１０ｍ3／分の吸引・吐出能力を有している。従って、入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０から、それぞれ、５ｍ3／分の流量で気体を吸引するとともに、流量調整用ボリュームダンパ２４２，２４４を介して、それぞれ、５ｍ3／分の流量で気体を供給する。従って、入口側排気室１３０及び出口側排気室１４０は、エアカーテンの作用を有することとなり、搬送キャリア３０がシャッター１８２，１８３，１８４，１８５を開閉する際にも、外部の大気（特に、酸素）が蒸気槽１０に流入しにくく、また、蒸気槽１０の蒸気が外部に流出しにくくしている。従って、蒸気槽１０を低酸素濃度に維持できるとともに、加熱用熱媒の蒸気のロスも低減できる。

次に、本実施形態による蒸気はんだ付け装置を用いたはんだ付け方法について説明する。被加熱物である多層配線基板は、キャリアステーションＣＳにおいて、搬送キャリア３０Ａに載置される。搬送キャリア３０Ａは、搬送用ワイヤー３２よって固定されており、移動可能である。搬送用ワイヤー３２を駆動して、搬送キャリア３０Ａは、シャッター１８０を押し開いて、不活性ガスによってガスパージされている第１予備室１１０に移動する。続いて、シャッター１８１を押し開いて予熱室１２０に移動する。予熱室１２０は、１００〜１４０℃に加熱されており、この予熱室１２０内で１〜５分停止して、はんだペースト中の水分を除去するとともに、多層配線基板や電子部品及びＰｂフリーはんだ材を予熱する。予熱が終了すると、搬送キャリア３０Ａは、シャッタ１８２を押し開いて、入口側排気室１３０に移動し、さらに、シャッタ１８３を押し開いて、蒸気槽１０に移動する。ここで、搬送キャリア３０は、下降して、蒸気槽１０の中の飽和蒸気層２２内に浸漬され、１〜５分間加熱され、はんだ材が溶融する。次に、搬送キャリア３０は、上昇して、シャッタ１８４を押し開いて、出口側排気室１４０に移動し、さらに、シャッタ１８５を押し開いて、第２予備室１５０に移動する。さらに、搬送キャリア３０は、第３予備室１６０を経て、冷却室１７０に移動する。

冷却室１７０には、複数の冷却パイプ１７２が配置されており、移動してきた搬送キャリア３０Ｂを冷却して、元の位置（図示の搬送キャリア３０Ａの位置）まで搬送する。

なお、以上の説明では、不活性ガスは、第１予備室１１０，予熱室１２０，蒸気槽１０，第２予備室１５０，及び第３予備室１６０に供給するようにしているが、蒸気加熱によりＰｂフリーはんだ材を溶融するときに酸素濃度が高いことによるはんだ付け品質の向上を図るためには、少なくとも、蒸気槽１０に供給する必要があるものである。

また、不活性ガスの回収して循環させるためには、回収器２２４から流出する不活性ガスは、少なくとも、第１予備室１１０及び第３予備室１６０に戻すようにすればよいものである。入口側・出口側排気室１３０，１４０に不活性ガス戻すのは、不活性ガスの循環とともに、入口側・出口側排気室１３０，１４０をエアーカテンとして用いるためである。

また、第１予備室１１０及び第３予備室１６０は、必ずしも必要ではないが、第１予備室１１０及び第３予備室１６０を設けることによって、蒸気槽１０と外部との間の酸素濃度の勾配を小さくして、蒸気槽１０をより低酸素濃度に保つことが容易となる。

また、はんだ材としては、錫と銀の合金で、融点が２２１℃ものを例として、説明したが、例えば、錫と銀の合金に、さらに、ビスマス（Ｂｉ）や銅（Ｃｕ）を微小量加えて、融点をさらに下げたものを用いることもできる。このような場合には、図２において説明した原理に基づいて、沸点が２３２℃の加熱用熱媒と沸点が２１６℃の加熱用熱媒の混合率を変えることによって、用いるＰｂフリーはんだ材の融点に合わせることができる。また、加熱用熱媒としては、融点が２３２℃や２１６℃以外のものを用いることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、加熱用熱媒の沸点が上昇した場合には、温度調整用熱媒を混合することにより、加熱用熱媒の沸点を低下させて、長時間使用した際にも、熱媒の蒸発や不純物の混合による沸点上昇の影響を除去して、加熱温度の上昇が生じないようにすることができる。従って、作業温度のバラツキが小さくなり、耐熱性の無い部品等を用いる場合でも、より高い温度に設定して作業することが可能となる。

また、加熱装置に不活性ガスを供給して低酸素濃度状態にする場合には、加熱装置である蒸気槽の入口側と出口側に排気室を設け、この排気室から吸引した気体を循環させることにより、酸素濃度を効率的に低下させることができる。従って、蒸気はんだ付け装置として用いる場合には、はんだ付けの品質を向上することができる。

次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置について説明する。なお、図１及び図３と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態による蒸気はんだ付け装置は、蒸気槽１０の入口側に、第１予備室１１０，予熱室１２０，入口側排気室１３０が順次配置された構成となっている。

蒸気槽１０は、図１及び図３において説明したものと同様の構成となっており、蒸気槽１０の内部の加熱用熱媒２０は、ヒーター１２によって加熱され、凝縮コイル１４と加熱用熱媒２０の間には、飽和蒸気層２２が形成されている。飽和蒸気層２２の中に、搬送キャリア３０にセットされた被加熱物を浸漬することにより、被加熱物は、飽和蒸気の温度まで加熱される。

第１予備室１１０の入口側，予熱室１２０と入口側排気室１３０の間、入口側排気室１３０と蒸気槽１０の間には、シャッタ１８０，１８１，１８２，１８３が設けられている。

第１予備室１１０，予熱室１２０，蒸気槽１０には、配管２００及び流量調整用バルブ２０２，２０３，２０４を介して、不活性ガス，例えば、窒素（Ｎ2）ガスが供給されている。これらの各室を不活性ガスによりガスパージすることにより、例えば、第１予備室１１０の酸素濃度は、約２００ｐｐｍまで低下され、予熱室１２０，及び蒸気槽１０の酸素濃度は、約１００ｐｐｍまで低下される。なお、不活性ガスの流量は、０．２ｍ3／分としている。

第１予備室１１０の内部の上部であって、不活性ガスが噴き出す部分には、整流板１１２が配置されており、噴き出す不活性ガスを整流する。予熱室１２０には、ヒーター１２２が配置されており、予熱室１２０を１００〜１４０℃に加熱している。

搬送キャリア３０の載置して搬送する被加熱物である多層配線基板の大きさを、幅６００ｍｍで長さ８００ｍｍのものとするとき、第１予備室１１０，予熱室１２０の長さ（搬送キャリア３０が移動する方向の長さ）は、１ｍとしている。また、蒸気槽１０は、搬送キャリア３０を飽和蒸気層２２内に浸漬するため、上下動させる必要があり、その長さは、１．４ｍとしている。

入口側排気室１３０は、予熱室１２０と蒸気槽１０の間に設けられている。入口側排気室１３０の長さ（搬送キャリア３０の移動方向の長さ）は、例えば、０．３ｍとしている。入口側排気室１３０内の気体は、ブロア２１０によって吸引排気される。ブロア２１０と入口側排気室１３０との間には、第１回収器２２０が配置されている。

第１回収器２２０は、ブロア２１０によって吸引された気体中から、加熱用熱媒２０の蒸気を液化した上で回収し、回収された加熱用熱媒は、ポンプ２３０によって蒸気槽１０の中に戻される。

ブロア２１０で吸引された気体は、さらに、第３回収器２２４に導入され、加熱用熱媒２０の蒸気を液化した上で回収し、回収された加熱用熱媒は、ポンプ２３４によって蒸気槽１０の中に戻される。第３回収器２２４から流出する気体（主として、不活性ガス）は、流量調整用ボリュームダンパ２４０，２４２を介して、第１予備室１１０，入口側排気室１３０に還流される。

次に、本実施形態による蒸気はんだ付け装置を用いたはんだ付け方法について説明する。被加熱物である多層配線基板は、キャリアステーションＣＳにおいて、搬送キャリア３０Ａに載置される。搬送キャリア３０Ａは、搬送用ワイヤー３２よって固定されており、移動可能である。搬送用ワイヤー３２を駆動して、搬送キャリア３０Ａは、シャッター１８０を押し開いて、不活性ガスによってガスパージされている第１予備室１１０に移動する。続いて、シャッター１８１を押し開いて予熱室１２０に移動する。予熱室１２０は、１００〜１４０℃に加熱されており、この予熱室１２０内で１〜５分停止して、はんだペースト中の水分を除去するとともに、多層配線基板や電子部品及びＰｂフリーはんだ材を予熱する。予熱が終了すると、搬送キャリア３０Ａは、シャッタ１８２を押し開いて、入口側排気室１３０に移動し、さらに、シャッタ１８３を押し開いて、蒸気槽１０に移動する。ここで、搬送キャリア３０は、下降して、蒸気槽１０の中の飽和蒸気層２２内に浸漬され、１〜５分間加熱され、はんだ材が溶融する。次に、搬送キャリア３０は、反対方向（元の方向）に駆動される。上昇した搬送キャリア３０は、、シャッタ１８３を押し開いて、入口側排気室１３０に移動し、さらに、シャッタ１８２を押し開いて、予熱室１２０に移動する。この時点では、被加熱物の加熱は終了しているため、予熱は不要であり、搬送キャリア３０は、第１予備室１１０を経て、キャリアステーションＣＳに戻る。

即ち、本実施形態においては、蒸気はんだ付け装置は、図３の例とは異なり、搬送キャリアが往復動する構成としている。従って、図３の例のような出口側排気室や、第２，第３予備室は不要となるため、蒸気はんだ付け装置の設置面積を小さくしてコンパクトにすることができる。

なお、以上の説明では、不活性ガスは、第１予備室１１０，予熱室１２０，蒸気槽１０に供給するようにしているが、蒸気加熱によりＰｂフリーはんだ材を溶融するときに酸素濃度が高いことによるはんだ付け品質の向上を図るためには、少なくとも、蒸気槽１０に供給する必要があるものである。

また、不活性ガスの回収して循環させるためには、回収器２２４から流出する不活性ガスは、少なくとも、第１予備室１１０に戻すようにすればよいものである。入口側排気室１３０に不活性ガス戻すのは、不活性ガスの循環とともに、入口側排気室１３０をエアーカテンとして用いるためである。

また、第１予備室１１０は、必ずしも必要ではないが、第１予備室１１０を設けることによって、蒸気槽１０と外部との間の酸素濃度の勾配を小さくして、蒸気槽１０をより低酸素濃度に保つことが容易となる。

さらに、低酸素濃度状態において使用する加熱装置をコンパクトにすることができる。

本発明の一実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による加熱装置において用いる加熱用熱媒の沸点低下の原理説明図である。本発明の第２の実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態による加熱装置を用いた蒸気はんだ付け装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…蒸気槽
１２…ヒータ
１４…凝縮コイル
２０…加熱用熱媒
２２…飽和蒸気層
３０…搬送キャリア
３２…搬送用ワイヤ
４０…温度調整用熱媒
５０，５０Ａ…温度センサ
６０…マイコン
６２…ポンプコントローラ
６４，２３０，２３４…ポンプ
１１０，１５０，１６０…予備室
１２０…予熱室
１３０…入口側排気室
１４０…出口側排気室
１７０…冷却室
２１０…ブロアー
２２０，２２２，２２４…回収器

Claims

加熱用熱媒を加熱して、この熱媒の飽和蒸気層を形成し、この飽和蒸気層の中に被加熱物を浸漬して加熱するとともに、上記飽和蒸気層の近傍に不活性ガスを供給して低酸素濃度化する加熱装置において、
上記飽和蒸気が存在する蒸気槽の入口側には、第１予備室，予熱室，入口側排気室が順次配置され、上記蒸気槽の出口側には、出口側排気室，第２予備室，第３予備室が順次配置され、
上記被加熱物が上記第１予備室から順次、上記予熱室，上記入口側排気室，上記蒸気槽，上記出口側排気室，上記第２予備室，上記第３予備室へ移動する加熱装置であって、
上記第１予備室，上記予熱室，上記入口側排気室，上記蒸気槽，上記出口側排気室，上記第２予備室，上記第３予備室の相互間、上記第１予備室の入口側、及び上記第３予備室の出口側のそれぞれに設けられたシャッタと、
上記第１予備室，上記予熱室，上記蒸気槽，上記第２予備室、及び上記第３予備室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
上記入口側排気室及び上記出口排気室の下側から吸引された不活性ガス及び上記熱媒の蒸気を含む気体中から上記熱媒の蒸気を液化して回収する回収手段とを備え、
上記熱媒の蒸気が回収された不活性ガスを含む気体を上記入口側排気室及び上記出口側排気室に上部から供給して循環させることにより、上記入口側排気室及び出口排気室をエアーカーテンとして用いることを特徴とする加熱装置。