JP6740645B2 - 収納容器 - Google Patents

Description

本発明は、はんだ付けが行われる対象物を収納する収納容器に関し、特には、対象物としてプリント基板を収納して搬送する収納容器に関する。

リフロー方式のはんだ付けでは、はんだが溶融した際に発生した気体が、はんだから抜けず、はんだが凝固したはんだ付け部の内部にボイドとして残る場合がある。はんだ付け部の内部にボイドが残ると、はんだ付け面積が低下し、その結果、はんだ付けの強度やはんだ付けされる部品の放熱性が低下するなどの問題が生じる。

これに対して特許文献１および２には、ボイドの発生を低減させるための技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、内部と外部とを連通する連通路が形成された容器が用意され、その容器内に、はんだ付けが行われる対象物が収納される。また、容器内の雰囲気の量を調整する雰囲気調整装置が連通路に接続される。そして、雰囲気調整装置を用いて容器内の雰囲気の量を調整することで、はんだ付けの際に容器内の気圧を大気圧よりも高くして、加圧脱泡効果によりボイドの発生を低減している。

また、特許文献２に記載の技術では、はんだ付けが行われる対象物を収納する容器に、容器内の温度を調整する温度調整機構として高周波加熱コイルや冷却タンクが設けられ、さらに容器内の気圧を調整する気圧調整機構として容器内にガスを供給するガス供給機構が設けられる。そして、この温度調整機構および気圧調整機構を用いて、はんだ付けの際に容器内を加圧した状態で容器内の温度を高くして、加圧脱泡効果によりボイドの発生を低減している。

特開２００７−１８０４４２号公報 特開２００９−２５３１５７号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、容器の内部の気圧を変化させるために雰囲気調整装置やガス供給機構などの大掛かりな機構が必要となり、その結果、コストの増加を招くという問題がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、コストの増加を抑制しつつ、ボイドの発生を低減することが可能な収納容器を提供することを目的とする。

本発明による収納容器は、はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、を有し、
前記本体部の状態は、前記本体部の温度および前記内部の圧力の少なくとも一方であり、
前記切換部は、前記本体部の温度が所定温度以上になり、かつ、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも高い第１の圧力以上になると、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部と前記外部とを連通した状態で前記内部の圧力が前記第１の圧力未満になると、前記内部と前記外部とを遮断する第１の弁部を含む。
または、はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、を有し、
前記本体部の状態は、前記本体部の温度および前記内部の圧力の少なくとも一方であり、
前記切換部は、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも低い第２の圧力以下の場合、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部の圧力が前記第２の圧力より高い場合、前記内部と前記外部とを遮断する、第２の弁部を有する。
または、はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、
前記内部の底面に設けられた凹部と、を有する。

本発明によれば、大掛かりな機構を用いずに、ボイドの発生を抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の収納容器の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の構成例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の一例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の動作の他の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の温度と気圧の時間変化の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の収納容器の別の構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の収納容器の構成例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の収納容器の構成を示す分解斜視図である。図１に示す収納容器は、リフロー方式ではんだ付けされる対象物を収納してリフロー炉まで搬送するための搬送治具１であって、対象物を内部に収納する本体部１０を有する。本体部１０は、対象物を載置するケース１１と、ケース１１を覆うことが可能な上蓋１２とを含む。対象物は、本実施形態では、はんだ付けされる前の状態の実装基板２０である。実装基板２０は、具体的には、プリント配線板と、プリント配線板に実装する部品と、プリント配線板と部品とをはんだ付けするためのペースト状のはんだ（いずれも図示せず）を含む。図１の例では、実装基板２０は、ケース１１と密着されないように載置されているが、実装基板２０に熱を効率的に伝えるために、ケース１１と密着するように載置されてもよい。

ケース１１および上蓋１２のそれぞれには、互いに連結し、本体部１０の内部の密閉性を高めるためのロック機構１３が備わっている。ケース１１と上蓋１２の間には、本体部１０の内部の密閉性をさらに高めるためにパッキンなどが挟まれてもよい。

本体部１０（具体的には、上蓋１２）には、本体部１０の状態に応じて、本体部１０の内部と外部との間の連通と遮断とを自動的に切り換える切換部１４として、第１の弁部である減圧部１５と、第２の弁部である加圧部１６とが備わっている。本体部１０の状態は、具体的には、本体部１０の温度および本体部１０の内部の圧力の少なくとも一方であり、本実施形態では、本体部１０の温度と内部の圧力の両方を用いる。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った搬送治具１の断面図である。図２の例では、ケース１１に上蓋１２が載置されている状態が示されている。

図２に示すように減圧部１５は、減圧弁１５Ａと、高融点はんだ１５Ｂとを含む。減圧弁１５Ａは、上蓋１２に設けられる。減圧弁１５Ａは、本体部１０の内部の圧力が本体部１０の外部の圧力である大気圧よりも高い第１の圧力以上の場合、開放し、本体部１０の内部の圧力が第１の圧力未満の場合、閉鎖する。第１の圧力は、減圧弁１５Ａの自重に逆らって減圧弁１５Ａを押し上げることが可能な圧力である。高融点はんだ１５Ｂは、実装基板２０をはんだ付けするはんだの融点よりも高い所定温度以上で溶融する溶融物質であり、凝固した状態で実装基板２０を本体部１０に溶着している。以下、所定温度を、高融点はんだ１５Ｂの融点と呼ぶこともある。

上記の構成により、減圧部１５は、本体部１０の温度が高融点はんだ１５Ｂの融点以上になり、かつ、内部の圧力が第１の圧力以上になると、本体部１０の内部と外部とを連通する。また、減圧部１５は、内部の圧力が第１の圧力未満になると、本体部１０の内部と外部とを遮断する。

加圧部１６は、加圧弁１６Ａと、スプリング１６Ｂとを有する。加圧弁１６Ａは、上蓋１２に設けられる。加圧弁１６Ａは、本体部１０の内部と外部との気圧差に応じて開放と閉鎖を切り換える。スプリング１６Ｂは、加圧弁１６Ａと上蓋１２との間を連結し、本体部１０の内部の圧力が大気圧よりも低い第２の圧力以下の場合、加圧弁１６Ａが開放し、本体部１０の内部の圧力が第２の圧力より高い場合、加圧弁１６Ａが閉鎖するように、加圧弁１６Ａを付勢する付勢部材である。第２の圧力は、搬送治具１に収納された実装基板２０に対してリフロー方式のはんだ付けを行うはんだ付け動作において、実装基板２０の温度を常温に戻したときの本体部１０の内部の圧力となるように設定される。

上記の構成により、加圧部１６は、本体部１０内部の圧力が第２の圧力以下の場合、本体部１０の内部と外部とを連通し、本体部１０内部の圧力が第２の圧力より高い場合、本体部１０の内部と外部とを遮断する。

図３〜図８は、本発明の第１の実施形態の搬送治具１を用いたはんだ付け動作の一例を説明するための図である。図９は、本はんだ付け動作における本体部１０の内部の温度および圧力の変化の一例を示す図である。図９では、本体部１０の内部の温度は実線で示され、本体部１０の内部の圧力が点線で示されている。なお、本体部１０の内部の温度と本体部１０の温度とは同程度であるとしている。

先ず、図３に示すように、上蓋１２が開けられた状態ではんだ付けされる前の実装基板２０がケース１１に載置され、その後、ケース１１が上蓋１２によって閉じられる。続いて、図４に示すように、ロック機構１３を用いてケース１１と上蓋１２とを固定して、本体部１０の内部を密閉状態する。これにより、実装基板２０が搬送治具１の内部に密封される。このとき、実装基板２０の酸化を防止するために、本体部１０の内部に窒素が注入されてもよい。

続いて、実装基板２０を密封収納した搬送治具１がリフロー炉（不図示）に投入され、実際にリフロー方式のはんだ付けを行う工程が実行される。本工程では、先ず、図９に示す第１の工程が実行される。

第１の工程では、搬送治具１はリフロー炉で加熱される。これにより、搬送治具１の本体部１０の内部の気体および実装基板２０も搬送治具１からの輻射熱によって加熱される。この加熱に伴い、本体部１０の内部の気体の体積が増加し、本体部１０の内部の気圧が上昇する。第１の工程では、リフロー炉は実装基板２０の温度上昇率が段階的に変化するように制御され、最終的に実装基板２０の温度が、実装基板２０をはんだ付けするためのペースト状のはんだの融点であるはんだ溶融温度まで到達し、第２の工程に遷移する。

第２の工程では、実装基板２０の温度がはんだ溶融温度より高い所定温度である高融点はんだ１５Ｂの融点以上になるまで加熱され、その後、最高温度で一定期間維持される。そして、実装基板２０を冷却する冷却工程に遷移し、実装基板２０の温度がはんだ溶融温度まで下がり、第３の工程に遷移する。なお、第２の工程の時間的な長さが、実装基板２０をはんだ付けするはんだが溶融するはんだ溶融時間となる。

リフロー方式のはんだ付けにおいて現在主流である鉛フリーはんだを用いたはんだ付けでは、一般的に、はんだ溶融温度は２２０℃であり、搬送治具１の内部の気体の温度である雰囲気温度は２５０℃程度まで加熱される。この場合、加熱前の本体部１０の内部の状態が常温常圧（２５℃および１気圧）であった場合、本体部１０の内部の気圧は、実装基板２０のはんだの溶融時には１．８気圧程度にまで上昇する。この高圧下において実装基板２０のはんだが溶融すると、はんだの周囲の気圧が高いため、加圧脱泡効果でボイドとなる気泡の発生や肥大化が抑制される。

また、高融点はんだ１５Ｂの融点である所定温度をはんだ溶融温度２２０℃より大きく、最高温度２５０℃よりも小さく設定することで、実装基板２０のはんだが溶融した後、第２の工程中に、図５に示すように減圧弁１５Ａと上蓋１２とを溶着している高融点はんだ１５Ｂが溶融し、減圧弁１５Ａが大気圧よりも高い内部の気圧によって押し上げられ、開放される。これにより、本体部１０の内部と外部とが連通し、内部の圧力が大気圧まで減圧される。この減圧により、高圧化で発生したボイドの内圧よりも周囲の気圧の方が低くなるため、液化しているはんだの中に残ったボイドの体積が増加し、それに伴い、ボイドの浮力も増加する。これにより、ボイドがはんだの液面にまで到達し、ボイドの脱泡が促進される。なお、図５（ａ）は、高融点はんだ１５Ｂが溶融した後の搬送治具１の断面を示し、図５（ｂ）は、高融点はんだ１５Ｂが溶融した後の減圧部１５を示す。

本体部１０の内部の気圧が大気圧まで減圧されると、図６に示すように、減圧弁１５Ａが自重により閉鎖し、本体部１０の内部は再び密閉状態となる。この状態で搬送治具１の冷却工程に移行される。これにより、本体部１０の内部の気体も冷却され、気体の体積が減少するので、本体部１０の内部は大気圧よりも低い負圧となり、液化したはんだ中に残ったボイドの脱泡が真空脱泡効果によりさらに促進される。

そして、搬送治具１が高融点はんだ１５Ｂの融点である所定温度まで冷却されると、減圧弁１５Ａは高融点はんだ１５Ｂによって再び上蓋１２に溶着される。さらに本体部１０に収納されている実装基板２０がはんだ溶融温度まで冷却されると、ボイドが脱泡された状態ではんだが凝固する。

第３の工程では、搬送治具１および実装基板２０の温度がはんだ溶融温度から常温まで冷却される。これにより、本体部１０の内部の気圧は第２の圧力となる。第２の圧力は大気圧よりも低い負圧であるため、本体部１０の内部の気圧が第２の圧力となると、図７に示すように上蓋１２に取り付けられた加圧弁１６Ａがスプリング１６Ｂを押し下げて開放される。これにより、本体部１０の内部の気圧が大気圧に戻り、第３の工程が終了する。

第３の工程が終了すると、図８に示すようにロック機構１３が開放され、上蓋１２が開けられ、リフロー方式のはんだ付けが終了した実装基板２０が搬送治具１から取り出される。

以上説明した本実施形態の構成および動作は単なる一例であって、これらに限定されるものではない。例えば、上記の動作では、本体部１０の温度が所定温度に到達した時に、減圧弁１５Ａが開放されていたが、減圧弁１５Ａは、本体部１０の内部の圧力が所定圧力に到達した時に開放される構成でもよい。

また、図１０に示すように、搬送治具１の内部におけるケース１１の底面に、液体１８を溜めるために凹部であるプール部１７を設けてもよい。この場合、プール部１７に液体１８を蓄えた状態で搬送治具１をリフロー炉内に搬送して加熱する。これにより、はんだ付け動作の第２の工程において、プール部１７に蓄えられた液体１８が気化することにより、本体部１０の内部の気体の体積がさらに増加させ、本体部１０の内部の圧力をさらに高くすることが可能になる。プール部１７に蓄える液体１８の種類や量は、本体部１０の内部の圧力における所望の値に応じて適宜決定される。

以上説明したように本実施形態によれば、本体部１０は、はんだ付けされる対象物である実装基板２０を内部に収納する切換部１４は、本体部１０の状態に応じて、本体部１０の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える。したがって、本体部１０の状態に応じて、本体部１０の内部と外部との間の連通と遮断が切り換えられるため、本体部１０の内部の圧力をはんだ付け動作中に自動的に変化させることが可能になる。したがって、雰囲気調整装置やガス供給機構などの大掛かりな機構を用いなくても、本体部１０の内部の気圧を変化させることが可能になるため、コストの増加を抑制しつつ、ボイドの発生を低減することが可能になる。また、人手を使用して本体部１０の内部の気圧を変化させる必要がないため、はんだ付け動作における最初の減圧工程や実装基板２０を取り出した後の加圧弁１６Ａの再固定などを省略することができる。

なお、ボイドの発生を低減することが可能になるため、はんだづけで接合する面積が増加し、その結果、はんだ付けの強度を向上させることができる。また、実装基板２０において部品の裏面とプリント配線板とをはんだ付けして、実装基板２０に放熱性を持たせる場合、ボイドを低減することにより、はんだで接合する面積が増えるため、その放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、はんだ付け動作において本体部１０の内部の圧力が負圧になるため、実装基板２０の周囲の酸素分子が減らすことが可能になる。このため、はんだやプリント基板などの酸化を抑制することが可能になり、はんだ付けの濡れを向上することが可能になる。

（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態の収納容器の概要を示す図である。図１１に示す収納容器１００は、対象物２００を内部に収納する本体部１０１と、本体部１０１の状態に応じて、本体部１０１の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部１０２とを有する。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、本体部１０の状態に応じて、本体部１０の内部と外部との間の連通と遮断が切り換えられるため、コストの増加を抑制しつつ、ボイドの発生を低減することが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、を有する収納容器。
（付記２）前記本体部の状態は、前記本体部の温度および前記内部の圧力の少なくとも一方である、請求項１に記載の収納容器。
（付記３）前記切換部は、前記本体部の温度が所定温度以上になり、かつ、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも高い第１の圧力以上になると、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部と前記外部とを連通した状態で前記内部の圧力が前記第１の圧力未満になると、前記内部と前記外部とを遮断する第１の弁部を含む、請求項２に記載の収納容器。
（付記４）前記第１の弁部は、前記本体部に設けられ、前記内部の圧力が前記第１の圧力以上の場合、開放し、前記内部の圧力が前記第１の圧力未満の場合、閉鎖する減圧弁と、前記減圧弁と前記本体部を溶着し、前記第１の温度以上で溶融する溶融物質とを有する、付記３に記載の収納容器。
（付記５）前記切換部は、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも低い第２の圧力以下の場合、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部の圧力が前記第２の圧力より高い場合、前記内部と前記外部とを遮断する、第２の弁部を有する、付記２ないし４のいずれか１項に記載の収納容器。
（付記６）前記第２の弁部は、前記本体部に設けられ、前記内部と外部との気圧差に応じて開放と閉鎖を切り換える加圧弁と、前記加圧弁と前記本体部との間を連結し、前記内部の圧力が前記第２の圧力以下の場合、前記加圧弁が開放し、前記内部の圧力が前記第２の圧力より高い場合、前記加圧弁が閉鎖するように、前記加圧弁を付勢する付勢部材と、を有する付記５に記載の収納容器。
（付記７）前記内部の底面に設けられた凹部をさらに有する、付記１ないし６のいずれか１項に記載の収納容器。

１ 搬送治具
１０ 本体部
１１ ケース
１２ 上蓋
１３ ロック機構
１４ 切換部
１５ 減圧部
１５Ａ 減圧弁
１５Ｂ 高融点はんだ
１６ 加圧部
１６Ａ 加圧弁
１６Ｂ スプリング
１７ プール部
１８ 液体
２０ 実装基板

Claims (5)

1. はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
   前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、を有し、
   前記本体部の状態は、前記本体部の温度および前記内部の圧力の少なくとも一方であり、
   前記切換部は、前記本体部の温度が所定温度以上になり、かつ、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも高い第１の圧力以上になると、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部と前記外部とを連通した状態で前記内部の圧力が前記第１の圧力未満になると、前記内部と前記外部とを遮断する第１の弁部を含む、収納容器。
2. 前記第１の弁部は、前記本体部に設けられ、前記内部の圧力が前記第１の圧力以上の場合、開放し、前記内部の圧力が前記第１の圧力未満の場合、閉鎖する減圧弁と、前記減圧弁と前記本体部を溶着し、前記第１の温度以上で溶融する溶融物質とを有する請求項１に記載の収納容器。
3. はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
   前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、を有し、
   前記本体部の状態は、前記本体部の温度および前記内部の圧力の少なくとも一方であり、
   前記切換部は、前記内部の圧力が前記外部の圧力よりも低い第２の圧力以下の場合、前記内部と前記外部とを連通し、前記内部の圧力が前記第２の圧力より高い場合、前記内部と前記外部とを遮断する、第２の弁部を有する収納容器。
4. 前記第２の弁部は、前記本体部に設けられ、前記内部と外部との気圧差に応じて開放と閉鎖を切り換える加圧弁と、前記加圧弁と前記本体部との間を連結し、前記内部の圧力が前記第２の圧力以下の場合、前記加圧弁が開放し、前記内部の圧力が前記第２の圧力より高い場合、前記加圧弁が閉鎖するように、前記加圧弁を付勢する付勢部材と、を有する請求項３に記載の収納容器。
5. はんだ付けされる対象物を内部に収納する本体部と、
   前記本体部の状態に応じて、前記本体部の内部と外部との間の連通と遮断とを切り換える切換部と、
   前記内部の底面に設けられた凹部と、を有する収納容器。

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