(57)【要約】【課題】  量産しても各冷却能力をほぼ均一とする。【解決手段】    チャンバー２内に熱板８が設けられている。熱板８は、被処理物１６が載せられる面８ａを有し、被処理物１６を加熱するための電熱ヒータ１０が熱板８の内部に設けられている。熱板８の下方には冷却板１８が設けられている。冷却板１８は、熱板８の下面に接触可能な上面１８ａを有し、熱板８に対してシリンダー２４によって進退可能である。冷却板１８の上面１８ａには、複数の溝３２が形成されている。この溝３２に真空排気ポンプ４０が接続されている。電熱ヒータ１０が通電され、被処理物１６を加熱した後、冷却板１８の上面１８ａを熱板８の下面に接触させた状態で、真空排気ポンプ４０を駆動して、冷却板１８の上面１８ａを熱板８の下面に密着させて、熱板８を冷却する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
このチャンバー内に設けられ、被処理物が載せられる部分を有し、かつ前記被処理物に対する加熱手段を備えている加熱体と、
前記加熱体に接触可能な接触面を有し、前記加熱体に対して進退可能に前記チャンバー内に設けられた冷却体と、
前記冷却体の接触面側に開口して前記冷却体または前記加熱体に設けられた溝と、
この溝に連通し、前記加熱体に前記冷却体の接触面が接触した状態において、前記溝を前記チャンバー内の圧力よりも減圧する減圧手段とを、
具備する加熱及び冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱及び冷却装置において、前記溝は、非環状に１個以上形成されている加熱及び冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載の加熱及び冷却装置において、前記溝は、前記非環状に形成された１個以上の主溝を有し、前記主溝に対して所定の角度をなすように前記主溝に形成された複数の副溝を有する加熱及び冷却装置。
【請求項４】
請求項１記載の加熱及び冷却装置において、前記加熱手段が、前記加熱体内に赤外線を輻射するものである加熱及び冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を加熱及び冷却する加熱冷却装置、例えばはんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱及び冷却装置の一例であるはんだ付け装置としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。このはんだ付け装置では、熱板と冷却板とがチャンバー内に設けられている。熱板は、内部に加熱手段を備え、表面に基板等を配置可能である。冷却板は、熱板の裏面に接触可能な接触面を有し、接触面が熱板の裏面に対して進退可能に形成され、内部を冷却水が通過する。冷却板の接触面が熱板裏面に非接触の状態で、熱板の表面に基板と電子部品とをはんだを介在させて配置する。チャンバー内を排気し、加熱手段を加熱して、はんだを溶融させる。排気状態での加熱により、はんだが内蔵するボイドをはんだから抜くことができる。その後に、加熱を停止し、冷却板の接触面を熱板裏面に接触させ、冷却板に冷却水を通過させて、基板等を冷却し、溶融させたはんだを固化させて、基板等と電子部品等をはんだ付けする。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３３９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このはんだ付け装置では、冷却板の冷却能力は、冷却板の接触面と熱板裏面との接触度合いによって決まる。そのため、冷却板の接触面と熱板の裏面とが隙間無く接触するように、両者の平面度を高めることが行われていた。しかし、このはんだ付け装置を量産する場合、量産される全てのはんだ付け装置において、冷却板の接触面と熱板の裏面との平面度を同一にすることはかなり困難で、冷却能力に個体差があった。また、はんだ付け装置によっては、冷却板の接触面と熱板の裏面との平面度が完全に一致せず、熱板の冷却速度が均一にならず、温度分布を持つことがあった。
【０００５】
本発明は、量産しても各冷却能力がほぼ均一であり、かつ冷却時の温度分布及び冷却効率を向上させた加熱及び冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による加熱及び冷却装置、例えばはんだ付け装置は、チャンバーを有している。チャンバーは、開閉可能であることが望ましい。このチャンバー内に加熱体が設けられている。加熱体は、被処理物、例えばプリント基板またはＩＣパッケージ等と電子部品または素子等がはんだを介在させたものが、載せられる部分を有している。加熱体は、例えば板状に形成することが望ましい。加熱体は、被処理物に対する加熱手段を備えている。加熱体は、加熱手段を内蔵し、その加熱手段からの熱が伝導する良熱伝導体によって構成することが望ましい。加熱手段としては、加熱体に直接に接触して熱を伝導する、例えば電熱ヒータを使用することができる。或いは、加熱手段として、加熱体と直接に接触せずに、熱輻射によって加熱体に熱を伝導する輻射手段、例えばランプヒータを使用することもできる。チャンバー内には冷却体も設けられている。冷却体は、前記加熱体に接触可能な接触面を有し、前記加熱体に対して進退可能である。冷却体も例えば板状に形成することが望ましく、その接触面が加熱体の一面、例えば被処理物が載置されている以外の面に接触することが望ましい。冷却体も良熱伝導体製であることが望ましく、その内部を冷却用流体が流れることが望ましい。チャンバーは、加熱体による被処理物の加熱時に排気されていることが望ましく、排気手段、例えば真空ポンプを備えていることが望ましい。前記冷却体または加熱体に溝が設けられている。この溝は、前記冷却体の接触面側に開口している。この溝に減圧手段が連通し、前記加熱体に前記冷却体の接触面が接触した状態において、前記溝を前記チャンバー内の圧力よりも減圧する。
【０００７】
このように構成された加熱及び冷却装置では、被処理物を冷却するために、冷却体の接触面を加熱体の一面に接触させている状態において、減圧手段によってチャンバー内よりも溝を減圧している。そのため、チャンバー内の圧力によって加熱体が冷却体に押圧され、冷却体の接触面に加熱体の一面が強固に接触し、冷却能率を高めることができるし、加熱体の場所によって冷却状態が異なるという温度分布も殆ど生じない。また、冷却体の溝内とチャンバー内との圧力差を利用しているので、冷却体と加熱体との密着度は、量産した加熱及び冷却装置の何れにおいてもほぼ同様となり、製品の個体差が少なくなる。なお、冷却時にチャンバー内が大気圧であれば、減圧手段として真空ポンプを使用することができる。
【０００８】
前記溝は、非環状に１個以上設けることもできる。例えば後述するように放射状に複数設けたり、排気手段に接続された排気口から伸びる第１の溝と、この第１の溝に沿って間隔をおいて複数の第２の溝が形成された櫛形にしたり、この櫛形の溝を複数設けたりしたものがある。例えば環状の溝を同心的に複数設けた場合、最も外側の環状溝よりも内側では真空状態となり、熱伝導が悪くなると考えられる。しかし、非環状に溝を設けると、上述したような状態にならず、良好に熱伝導が行われる。
【０００９】
前記溝は、前記減圧手段への連通位置から前記接触面の外方に向かって放射状に設けられた複数の主溝を有するものとすることができる。このように構成すると、接触面の様々な位置で減圧することができ、加熱体を均等に押圧することができる。
【００１０】
更に、前記溝は、前記各主溝に対してそれぞれが所定の角度をなすように前記各主溝の長さ方向に間隔を隔てて複数の副溝を形成することができる。副溝を設けたことにより、主溝と副溝とを合わせた溝の総面積が増加する。その結果、冷却体と加熱体とが圧接される力が大きくなり、冷却効率が高くなる。また、副溝が接触面の様々な位置と各主溝との間に形成され、かつ減圧手段によって減圧されているので、チャンバー内の気体がこれら様々な位置にある副溝から主溝に流入し、この流入による冷却が冷却体の接触面の全域においても起こる。従って、更に冷却効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、冷却能率を高めることができる上に、量産した場合でも、冷却効果の個体差を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の１実施形態のはんだ付け装置は、図１に示すように、チャンバー２を有している。チャンバー２の上部には、蝶番４によって蓋６が開閉可能に取り付けられている。蓋６が閉じられた状態では、チャンバー２内は気密状態になるように構成されている。
【００１３】
チャンバー２内には、加熱体、例えば熱板８が配置されている。熱板８は、熱伝導が良好な材料、例えば黒鉛製の扁平な直方体状に形成され、その内部には加熱手段、例えば電熱ヒータ１０が熱板８の内面と接触するように設けられている。この電熱ヒータ１０から伸延する電線１２、１２が気密端子１４、１４を介してチャンバー２の外部に導出され、図示しない制御装置に接続されている。図示していないが、熱板８内には温度検出手段、例えば温度検出素子が設けられ、その検出温度に基づいて熱板８の温度が所定温度になるように、電熱ヒータ１０の通電が制御装置によって制御される。熱板８の一面、例えば上面８ａには、被処理物１６が載せられる。被処理物１６は、例えばプリント基板とそれの所定位置にはんだを介して配置された電子部品とからなる。
【００１４】
チャンバー２内の熱板８の下方には、冷却体、例えば冷却板１８が配置されている。冷却体１８は、例えば熱伝導が良好な材料、例えばアルミニウム製で扁平な直方体状に形成され、熱板８の下面に接触可能な大きさの接触面、例えば上面１８ａを有している。上面１８ａは、熱板８の下面と同一の形状に形成されている。冷却体１８の内部は中空に形成されている。この冷却板１８の下面には昇降桿２０、２０が取り付けられている。昇降桿２０、２０は、チャンバー２の底を気密にかつ摺動可能に貫通し、冷却板１８を支持している。昇降桿２０、２０のチャンバー２の外部にある端部は、連結体２２に結合されている。チャンバー２の底の下面には駆動手段、例えばシリンダー２４が取り付けられ、それのロッド２４ａが連結体２２に結合されている。従って、シリンダー２４のロッド２４ａが進退するのに従って冷却板１８が昇降し、それの下面１８ａが熱板１８の下面に接触した状態と、非接触の状態とのうちいずれかをとる。昇降桿２０、２０は中空で、その一方を通して冷却板１８内に冷却水が供給され、他方を通して冷却水が排出される。これによって、冷却板１８が冷却される。
【００１５】
チャンバー２内の空間は、バルブ２６を介して排気手段、例えば真空排気ポンプ２８に連結されている。この真空排気ポンプ２８を作動させることによって、チャンバー２内を真空状態とすることができる。また、チャンバー２内には、バルブ３０を介して不活性ガス及びまたは還元ガスが供給される。
【００１６】
冷却板１８の上面１８ａには、図２に示すように溝３２が形成されている。この溝３２は、始端、例えば冷却板１８の上面１８ａの中心から、放射状に複数、例えば上面１８ａの２本の対角線に沿って合計４本の主溝３２ａが上面１８ａの縁まで形成されている。これら主溝３２ａは、冷却板１８の上面１８ａ側で開口している。これら主溝３２ａごとに、複数の副溝３２ｂが形成されている。これら副溝３２ｂは、主溝３２ａの両側に主溝３２ａの長さ方向に間隔をあけて位置し、主溝３２ａに対して所定の角度、例えば主溝３２ａの外方端側から測定して鋭角をなすように形成されている。副溝３２ｂも冷却板１８の上面１８ａにおいて開口している。これら主溝３２ａ、副溝３２ｂは、例えば幅５ｍｍ、深さ３ｍｍに形成されている。
【００１７】
冷却板１８の上面１８ａの中心にある各主溝３２ａの始点は、排気口とされ、冷却板１８内部の通路３４、管路３６、チャンバー２外部のバルブ３８を介して減圧手段、例えば真空排気ポンプ４０に接続されている。
【００１８】
このはんだ付け装置によってはんだ付けを行う場合、まず蓋６を開いて熱板８の上面８ａに被処理物１６を載せて、蓋６を閉じる。バルブ２６を開いて真空排気ポンプ２８を運転して、チャンバー２内を充分に排気する。ついで、バルブ３０を開いて不活性及び（または）還元ガスを導入しながら、真空排気ポンプ２８の運転を継続し、チャンバー２内を無酸素状態または低酸素濃度状態にする。
【００１９】
そして、電熱ヒータ１０に通電すると、熱板８は熱容量が小さいために急速に昇温し、被処理物１６をはんだ付けに適した温度、例えば摂氏２３０度に加熱する。これによって被処理物１６のはんだが溶融する。このとき、チャンバー２内がほぼ真空状態であるので、溶融はんだ中のボイドがはんだから駆出される。
【００２０】
次に電熱ヒータ１０への通電を停止し、バルブ３０からのガスの供給量を増加させてチャンバー２内の圧力をほぼ大気圧になるまで上昇させる。次に、シリンダー２４を作動させて、冷却板１８を上昇させて、その上面１８ａを熱板８の下面に接触させる。このとき、バルブ３８を開いて、真空排気ポンプ４０を駆動すると、溝３２が負圧となり、熱板８が冷却板１８の大気圧によって押圧される。その結果、冷却板１８の上面と熱板８の下面とが密着する。なお、真空排気ポンプ４０を作動させた状態でも、チャンバー２内がほぼ大気圧を維持するように、バルブ３０からのガスの供給及び真空排気ポンプ２８の運転が行われる。
【００２１】
この状態において、冷却板１８内に冷却水を供給すると、冷却板１８の上面と熱板８の下面とが密着しているので、冷却板１８による熱板８の冷却が良好に行われ、熱板８の温度は急速に常温付近にまで低下し、はんだが凝固する。なお、このとき、ガスの供給が行われ、かつ真空排気ポンプ４０が駆動されているので、図２に仮想線で一部だけ示すように各副溝３２ｂにガスが流れる。各副溝３２ｂは、放射状に形成した主溝３２ａから枝分かれするように形成されているので、冷却板１８の上面１８ａの全域をガスが流れ、より冷却効果を高めるし、上面１８ａにおいて温度が異なることが生じにくくなる。
【００２２】
例えば各主溝３２ａを繋ぐ角形の環状溝を同心的に複数副溝を形成することも考えられる。しかし、このように形成した場合、最も外側の角形の環状溝よりも内側が真空状態になり、熱伝導が悪くなると考えられるので、溝によって囲まれた部分が形成されないように、溝の配置は放射状などの形をとることが望ましい。
【００２３】
図３に実線で示すのは、この実施形態においてアルミニウム製の冷却板によって熱板８の冷却を開始してからの熱板８の温度変化を示すもので、冷却を開始し始めた時点から１秒間に約摂氏２．１５度の温度低下が生じた。図３に一点鎖線で示すのは、この実施形態において真空排気ポンプ４０を作動させていない場合の熱板８の温度変化を示すものであって、冷却を開始し始めた時点から１秒間に約摂氏１度しか温度が低下しなかった。図３に破線で示すのは、冷却板１８を銅製として真空排気ポンプ４０を作動させていない場合の熱板８の温度変化を示すものであって、冷却を開始し始めた時点から１秒間に約摂氏１．５６度しか温度が低下しなかった。このように真空排気ポンプ４０を作動させることによって冷却板１８の上面１８ａと熱板８の下面を密着させることによって、熱伝導性が銅よりも低いアルミニウム製の冷却板を使用していても、冷却板１８を銅製として真空ポンプ４０を作動させていない場合よりも急速に温度を低下させることができる。
【００２４】
また、冷却開始直後に、熱板８の図２における左上付近の温度は２３１度で、右上付近の温度は２２７．９度で、左下付近の温度は２３４．０度で、右下付近の温度は２３４．２であった。従って、熱板８の場所の相違による温度の相違（温度分布）は、最大でも６．３度（＝２３４．２度−２２７．９度）しかない。一方、真空排気ポンプ４０を作動させずに測定した場合、左上付近の温度は２３３．８度、右上付近の温度は２２４．４度、左下付近の温度は２３６．５度、右下付近の温度は２３４．４度であった。従って、熱板８の場所の相違による温度の相違は、最大で１２．１度（＝２３６．５度−２２４．４度）もあった。また、冷却板を銅製として、真空排気ポンプ４０を作動させていない場合には、左上付近で２３５．３度、右上付近で２２８．１度、左下付近で２３０．２度、右下付近で２４２．３度であった。従って、熱板８の場所の相違による温度の相違は、最大で１４．３度（＝２４２．３度−２２８．１度）もあった。これらの結果から、本実施形態によれば、熱板８の全域においてほぼ同一の温度となり、熱板８上の被処理物１６のはんだを全てほぼ同じ温度低下で冷却することができ、はんだの凝固状態にバラツキが生じることを防止できる。
【００２５】
上記の実施の形態では４本の主溝３２ａを設けたが、その数は任意であり、例えば１つだけ設けることもできるし、上記の実施形態よりも多くの数の主溝３２ａを形成することもできる。上記の実施形態では、主溝３２ａを放射状に設けたが、これに限ったものではなく、例えば冷却板１８の上面１８ａに形成した１つの排気口から直線状に伸びる第１の溝と、第１の溝の長さ方向に間隔をおいて第１の溝に直交するように複数の第２の溝を形成した櫛形の溝とすることもできる。或いは、この櫛形の溝を複数設けることもできる。また、上記の実施の形態では、副溝３２ｂは、１つの主溝の片側に３つ、もう片側に３つの合計６つ設けたが、その数は複数であれば任意であり、例えばさらに多くの副溝を主溝ごとに設けることもできる。上記の実施の形態では、溝３２は、冷却板１８に形成したが、熱板８の冷却板１８と接触する面に溝３２を形成することができる。
【００２６】
上記の実施の形態では、熱板８のみならずヒータも加熱冷却する形態である電熱ヒータ１０を加熱手段として使用したが、これに限ったものではなく、例えばランプヒータを使用することもできる。電熱ヒータは熱容量が大きく、加熱及び冷却に時間がかかる。しかも熱板８との接触により熱伝導するため、電熱ヒータを熱板８内に埋め込み必要があり、そのために精密な加工が必要となる。しかも、電熱ヒータ１０を加熱すると、ヒータ１０が熱膨張し、熱板８に対する接触の仕方が変化し、熱板に温度分布が生じやすくなる。一方、電熱ヒータの代わりに熱容量が電熱ヒータよりも小さいランプヒータを用いると、ランプヒータは赤外線の輻射により熱板８に熱伝導させるので、熱板８との接触は必要がない。これにより、冷却すべきものは熱板８だけであり、熱容量が小さくなり、冷却効率が向上する。そのため、電熱ヒータを使用した場合に比較して、温度分布が生じにくく、熱板８内へ取り付ける際にも接触させる必要がないので、精密に加工する必要がない。
【００２７】
上記の実施の形態では、はんだ付け装置に本発明を実施したが、これに限ったものではなく、例えば樹脂の硬化装置、アニール炉、乾燥炉等にも、本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施形態のはんだ付け装置の概略構成図である。
【図２】図１のはんだ付け装置で使用する冷却板の平面図である。
【図３】図１のはんだ付け装置において真空排気ポンプを作動させた状態、作動させていない状態及び冷却板を銅製として真空排気ポンプを作動させていない状態における温度プロフィルである。
【符号の説明】
【００２９】
２  チャンバー
８  熱板（加熱体）
１０  電熱ヒータ（加熱手段）
１６  被処理物
１８  冷却板（冷却体）
３２  溝
４０  真空排気ポンプ（減圧手段）
【図１】
2006082112.tif 000003
【図２】
2006082112.tif 000004
【図３】
2006082112.tif 000005