(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融物質が収容された浴槽に挿入されて該浴槽の中心部を回転中心とした円運動を行う回転手段にて、溶融物質に円周方向の流速を与え、溶融物質よりも比重の大きい不純物を分離して前記浴槽の底面中央に凝集させる工程と、
不純物が分離された溶融物質を冷却して凝固させると共に、凝集された不純物を前記浴槽の底面に設けられた加熱手段にて溶融し、不純物が凝集した部分を再溶解させ不純物の濃度を高める工程と、
不純物を排出手段にて排出する工程とを含むことを特徴とする不純物除去方法。
【請求項２】
溶融物質を収容する浴槽と、
前記浴槽に挿入されて該浴槽の中心部を回転中心とした円運動を行い、溶融物質に円周方向の流速を与える回転手段と、
前記浴槽の底面に設けられた加熱手段と、
前記浴槽の底面中央に設けられた排出手段とを設け、
前記回転手段は、前記浴槽の中心部と一致する回転軸と、前記回転軸から前記浴槽の径方向に延出された腕部と、前記腕部から前記浴槽方向に延出された挿入部とを備えることを特徴とする不純物除去装置。
【請求項３】
前記排出手段は、前記浴槽の上面開口部から底面中央に向かって挿入される抽出ノズルであることを特徴とする請求項２記載の不純物除去装置。
【請求項４】
前記排出手段は、前記浴槽の底面中央部に挿通され、該浴槽の内部と外部とを連通するドレインコックであることを特徴とする請求項２記載の不純物除去装置。
【請求項５】
請求項２記載の不純物除去装置を備え、
前記浴槽に溶融はんだを収容してはんだ付処理を行うことを特徴とするはんだ付装置。
【請求項６】
請求項２記載の不純物除去装置を備え、
前記浴槽に溶融はんだを収容すると共に、
はんだ付処理を行うはんだ槽と前記浴槽とをバルブ付き配管によって接続したことを特徴とするはんだ付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶融はんだから不純物を除去する不純物除去方法及び装置、はんだ付装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静止式及びウエーブ（噴流）式フローはんだ付装置は、効率的にはんだ付が行え、工業生産に適した方法として広く普及している。
静止式及びウエーブ式フローはんだ付装置では、はんだ槽内ではんだ材料を加熱溶融させておき、この流動状態のはんだ材料（以下、溶融はんだ）を、電子部品をはんだ付けする基板の表面に吹き付けたり、溶融はんだの液面に基板を接触させたりして、電子部品と基板とのはんだ付箇所に溶融はんだを供給してはんだ付を行う。
【０００３】
静止式及びウエーブ式フローはんだ付装置を長時間稼動させていると、はんだ槽内の溶融はんだに含まれる不純物が増え、はんだ付品質性能に悪影響を及ぼすという問題がある。
例えば、加熱された溶融はんだが電子部品や基板と接触すると、電子部品のリードめっき部分から、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）等の低融点成分が不純物として溶出することがある。また、基板の銅箔からＣｕ（銅）が溶出することもある。その他にも、電子部品或いは基板を構成する材料に含まれる低融点成分が溶出して、溶融はんだに含まれる不純物が増加していく。
【０００４】
上記問題点を解決するために、半田鍍金方法及び半田鍍金装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この装置（方法）では、はんだ槽を回転させて、比重の大きな金属間化合物を遠心力ではんだ槽内外周側に移動、沈殿させ、はんだ槽中央部の溶融はんだの純度を上げている。そして、はんだ槽中央部、即ち高純度な溶融はんだが多い部分ではんだ付を行っている。
また、はんだ槽の低部に設けた開閉可能な排出口から金属間化合物を多量に含む溶融はんだを排出している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９２８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のはんだ付装置は、以上のように構成されていたので、はんだ付を継続するのに伴い、溶融はんだに含まれる不純物が徐々に増加してはんだの均一性が失われ、はんだ付の品質性能が低下するという課題があった。
例えば、はんだ付箇所で、はんだと基板銅箔との界面が剥離するリフトオフと呼ばれる現象が発生する原因になる。
また、溶融はんだ中のＣｕ濃度が上昇すると、はんだの融点が高くなって粘度が上昇し、ブリッジ不良（はんだの短絡）や赤目不良（銅箔の露出）が増加して、作業品質が低下する。
また、Ｐｂは従来より用いられてきた代表的なＳｎ（錫）−Ｐｂはんだの組成物でもあるが、鉛フリーはんだ材料にＰｂが不純物として混入すると、本来の目的（鉛フリー化）を阻害することにもなる。
【０００７】
また、特許文献１記載の半田鍍金方法及び半田鍍金装置においても、遠心力により金属間化合物をはんだ槽内外周側に移動させているので、はんだ槽底面上に外周に沿って円状に金属間化合物が分散して沈殿する。従って、はんだ槽の低部に１箇所だけ設けられた排出口から上記分散沈殿した金属間化合物を排出しようとすると、金属間化合物と共に多量の溶融はんだも排出されることになり、必ずしも効率的に除去することができないという課題があった。
また、はんだ槽全体を回転させているため、大型の回転モータ（駆動装置）や十分な回転速度（遠心力）が得られるだけの電力が必要になる。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、浴槽内の不純物を効率よく除去できる不純物除去方法及び装置、はんだ付装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る不純物除去方法は、溶融物質が収容された浴槽に挿入されて該浴槽の中心部を回転中心とした円運動を行う回転手段にて、溶融物質に円周方向の流速を与え、溶融物質よりも比重の大きい不純物を分離して前記浴槽の底面中央に凝集させる工程と、不純物が分離された溶融物質を冷却して凝固させると共に、凝集された不純物を前記浴槽の底面に設けられた加熱手段にて溶融し、不純物が凝集した部分を再溶解させ不純物の濃度を高める工程と、不純物を排出手段にて排出する工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、溶融物質が収容された浴槽に挿入されて該浴槽の中心部を回転中心とした円運動を行う回転手段にて、溶融物質に円周方向の流速を与え、溶融物質よりも比重の大きい不純物を分離して前記浴槽の底面中央に凝集させる工程と、不純物が分離された溶融物質を冷却して凝固させると共に、凝集された不純物を前記浴槽の底面に設けられた加熱手段にて溶融し、不純物が凝集した部分を再溶解させ不純物の濃度を高める工程と、不純物を排出手段にて排出する工程とを含むので、効率良く除去することができる。
また、除去した不純物は濃化されているため、特定物質としてのリサイクルが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る不純物除去装置を備えるはんだ付装置の概略構成を示す断面図である。図１の構成では、不純物除去装置とはんだ付装置とは一体化されている（はんだ槽が共有化されている）ので、以下では、はんだ付装置として説明する。
【００１２】
図１において、本はんだ付装置は、はんだ槽２と、はんだ槽２内に充填（収容）された溶融はんだ中で回転する回転棒５と、回転棒５を駆動する回転モータ４と、はんだ槽２外周側面に配置された側面ヒータ３ａと、はんだ槽２の底面に設けられた底面ヒータ３ｂと、はんだ槽２内から不純物を吸引する抽出ノズル６を備えている。
回転棒５は、はんだ槽２の中心と一致する回転軸５ａからはんだ槽２の径方向に延出された腕部５ｂと腕部５ｂの端部からはんだ槽２方向へ延出される挿入部５ｃを備えている。回転軸５ａは回転モータ４の回転軸と接続されている。
【００１３】
次に、動作について説明する。図２−１〜図２−４は、図１の不純物除去装置において、不純物を除去して溶融はんだを精錬する手順を示した断面図であり、連続した各段階を示している。なお、簡略化のため、側面ヒータ３ａ、回転棒５、回転モータ４、抽出ノズル６は、それぞれ使用する場合のみ図示してある。
先ず、図２−１に示すように、側面ヒータ３ａ及び底面ヒータ３ｂを“ＯＮ”として、はんだ槽２内に充填されたはんだが溶融されている状態（溶融はんだ１）の場合には、不純物７は溶融はんだ１中に拡散している。この状態を初期状態とする。
【００１４】
次に、図２−２に示すように、はんだ槽２内の溶融はんだ１中に、回転モータ４が設置された回転棒５を浸漬する。そして、回転モータ４が駆動すると、はんだ槽２に挿入された回転棒５の挿入部５ｃが、回転軸５ａを中心とする円運動を行う。
回転棒５の回転軸５ａとはんだ槽２の中心とは一致しているので、回転棒５の挿入部５ｃが円周方向（図２−２中の矢印方向）に円運動するのに伴い、溶融はんだ１に同方向の流速を発生させる。
溶融はんだ１の流速が一定以上になると、溶融はんだ１には渦が発生し、その中央付近の液面は下降する。それに伴い、不純物７は渦の中心に向かって凝集を始める。
【００１５】
不純物７は、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｕ等のＳｎより比重が大きい物質や、それらの物質から成る金属間化合物である。Ｓｎの比重７．２７に対する各比重は、Ｐｂが１１．３４、Ｂｉが９．７５、Ｃｕが８．９６である。また、鉛フリーはんだとして使用されているＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだの比重は７．４である。
【００１６】
以下、はんだ材料よりも比重の大きい不純物が凝集する現象について説明する。溶融はんだ１を等速回転させることによって、溶融はんだ１及び不純物７に対して、一意の方向のみに一定の圧力が加わる。上記各物質または金属間化合物で構成される粒子の間には、上記圧力による凝集圧力が作用して相互に絡み合いが起こり、粒子同士が寄り集まって凝集する。
仮に、溶融はんだ１を不等速回転にすると、圧力が分散されてしまい、各粒子に対して凝集圧力が作用しないので、不純物７は凝集しない。
【００１７】
回転棒５の回転数は、はんだ槽２の大きさ及び溶融はんだ１の充填量によって異なるが、１０〜１５０ｒｐｍ程度に設定する。この設定により、はんだ槽２の中心部に渦が発生するだけの等速回転を、溶融はんだ１に対して与えている。はんだ槽２の底面付近では、摩擦力により溶融はんだ１の粘性が上がり、遠心力が十分に作用しない。渦の中心と外側とでは、液面が下降する中心の方が圧力が低い。従って、凝集された不純物７は、その圧力差により渦の中心付近に向かって流されて沈殿する。
【００１８】
次に、図２−３に示すように、回転モータ４が設置された回転棒５を溶融はんだ１から抜き取り、抽出ノズル６を溶融はんだ１の渦の中心に差し入れ、その流れが静止するまで放置する。凝集された不純物７は、はんだ槽２の底面中心付近に沈殿する。抽出ノズル６は、はんだ槽２の上面開口部から底面中央に向かって挿入され、その先端開口部は、はんだ槽２の底面中央付近に到達する。
【００１９】
次に、図２−４に示すように、側面ヒータ３ａを“ＯＦＦ”とし、底面ヒータ３ｂの“ＯＮ”とした状態を保持する。
溶融はんだ１は、はんだ槽２の放熱され易い上面開口部分や側面周辺から凝固し始め、徐々に固体はんだ１ｂとなる。不純物７が分離された溶融はんだ１は、その凝固温度（融点）が不純物７の凝固温度よりも高いため、底面ヒータ３ｂから離間した部分から冷却され、固体はんだ１ｂになる。なお、固体はんだ１ｂは「固体」と表記しているが、冷却の進行によって融液から固液混合状態、固体へと変化するものである。
【００２０】
一方、凝集された不純物７は、底面ヒータ３ｂにより溶融（再溶融）され、はんだ槽２の底面中心付近で濃化される。
底面付近の溶融はんだ１は、不純物７の濃化が進行するのに伴い、不純物７と分離されて、高純度はんだ１ａとして徐々に析出し始める。この時点で溶融状態のままの物質のほとんどは、濃化された不純物７となる。
最後に、溶融状態の濃化された不純物７を抽出ノズル６で吸引して、はんだ槽２内から排出する。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、はんだ槽２内の溶融はんだ１に対して、等速回転を与えてはんだ材料より比重の大きい不純物７をはんだ槽２の底面中心付近に凝集させ、底面ヒータ３ｂで溶融して濃化させているので、溶融はんだ１から不純物７を分離して高純度はんだ１ａを精錬することができる。また、濃化された不純物７は、はんだ槽２の底面中心付近に集中しているので、抽出ノズル６から容易に排出することができる。
また、除去した不純物７は濃化されているため、特定物質としてのリサイクルが可能である。
【００２２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、濃化された不純物７を除去するのに、抽出ノズル６により上方からの吸引を行っていた。それに対して、実施の形態２では、抽出ノズル６の替わりに、はんだ槽２の底面中央に排出用のドレインコック（バルブ付き排出管）を設けたものである。
【００２３】
図３は、この発明の実施の形態２に係る不純物除去装置を備えるはんだ付装置の概略構成を示す断面図である。なお、図３は図２−４の状態に相当するものである。
図３において、本はんだ付装置は、はんだ槽２の底面中央に、はんだ槽２の内部及び外部に連通された、開閉自在なドレインコック８を備えている。そして、ドレインコック８を開くと、濃化された不純物７が排出される。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２によれば、溶融状態で流動性がありかつ比重が大きい濃化された不純物７は、ドレインコック８から容易に排出されるので、更に効率的に高純度はんだ１ａを精錬することができる。
【００２５】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１，２では、不純物除去装置は、はんだ槽２が不純物除去装置とはんだ付装置で共用されている。即ち、不純物除去装置ははんだ付装置の一部（内部）を構成している。
それに対して実施の形態３では、不純物除去装置をはんだ付装置と分離し、はんだ付装置と本不純物除去装置とを流入経路（バルブ付き配管）にて接続するように構成したものである。
【００２６】
図４は、この発明の実施の形態３に係る不純物除去装置の概略構成を示す断面図である。
図４において、不純物除去装置１０は、図１または図３のはんだ付装置から、はんだ付け処理機能のみを省略した構成であり、はんだ槽２内では、はんだ付処理による新たな不純物７の溶出は発生しない。
はんだ付装置２０は、既存の静止式及びウエーブ式フローはんだ付装置であり、はんだ槽１１に充填された溶融はんだ１３に、ワークとなるプリント基板１２が浸漬されてはんだ付処理が行われる。
不純物除去装置１０とはんだ付装置２０とは、バルブ９ａを備えた流入経路９にて接続されている。
【００２７】
以上のように、この実施の形態３によれば、不純物除去装置１０とはんだ付装置２０とを分離し、両者を流入経路９にて接続しているので、不純物除去装置１０は不純物７の除去のみを行うことができる。従って、不純物除去装置１０からはんだ付装置２０へは、より高純度な溶融はんだを効率的に供給することができる。
また、流入経路９を循環系にすることで、はんだ付装置２０のはんだ槽１１に溶出した不純物を継続して除去することもできる。
【００２８】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について説明する。図４に示したように、実施の形態３では、不純物除去装置とはんだ付装置とを流入経路９で接続している。
それに対して実施の形態４では、例えば、不純物除去装置１０とはんだ付装置２０とを接続せずに、不純物除去装置１０で精錬された純度の高い溶融はんだを、はんだ付装置２０のはんだ槽１１に移し変えるものである。
若しくは、はんだ槽２自体を着脱可能として、不純物除去装置１０からはんだ付装置２０に付け替えるように構成する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態４によれば、不純物除去装置１０にて、はんだ付処理に使用する以前のはんだ単体を精錬することで、同はんだ単体中の不純物含有量を管理することができる。そして、はんだ付装置に対して、実施の形態３よりも更に純度の高い溶融はんだを供給することができる。
【００３０】
実施の形態１〜４では、不純物除去対象を溶融はんだとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。不純物の比重が精錬対象物（溶融物質）の比重より大きければ、本発明によって、同様に不純物が分離されてより純度の高い対象物が得られる。
例えば、本発明は溶融めっき等にも容易に適用することが可能であり、溶融亜鉛めっきや溶融錫めっきに適用するのであれば、除去対象となる不純物の比重が亜鉛や錫よりも大きければよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施形態１に係る不純物除去装置を備えるはんだ付装置の概略構成を示す断面図である。
【図２−１】図１の不純物除去装置において、不純物を除去して溶融はんだを精錬する手順を示した断面図である。
【図２−２】図２−１の次の段階を示した断面図である。
【図２−３】図２−２の次の段階を示した断面図である。
【図２−４】図２−３の次の段階を示した断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る不純物除去装置を備えるはんだ付装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る不純物除去装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  溶融はんだ、１ａ  高純度はんだ、１ｂ  固体はんだ、２  はんだ槽、３ａ  側面ヒータ、３ｂ  底面ヒータ、４  回転モータ、５  回転棒、５ａ  回転軸、５ｂ  腕部、５ｃ  挿入部、６  抽出ノズル、７  不純物、８  ドレインコック、９  流入経路、９ａ  バルブ、１０  不純物除去装置、１１  はんだ槽、１２  プリント基板、１３  溶融はんだ、２０  はんだ付装置。
【図１】
0004722735.tif 000002
【図２−１】
0004722735.tif 000003
【図２−２】
0004722735.tif 000004
【図２−３】
0004722735.tif 000005
【図２−４】
0004722735.tif 000006
【図３】
0004722735.tif 000007
【図４】
0004722735.tif 000008