JP5482846B2 - 溶融装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソルダペーストのリサイクルに用いる溶融装置に関するものである。

電子部品のはんだ付け方法としては、鏝付け法、フロー法、リフロー法等がある。このうち、リフロー法では、プリント基板の必要箇所にソルダペーストを印刷塗布し、電子部品を実装した後、リフロー炉のような加熱装置で熱を加えてソルダペーストを溶融し、はんだ付けする。

リフロー法に用いるソルダペーストは、微細なはんだ合金粒子とペースト状のフラックス成分及び有機溶剤とを混錬して生成したものである。一般にソルダペーストは円筒状のプラスチック容器に充填されて流通している。使用者は容器からソルダペーストをヘラですくい取り、プリント基板へ印刷塗布する。

ソルダペーストは、含有成分である有機溶剤の揮発により粘度が高くなると、印刷状態が劣化してしまう。従って、容器内のソルダペーストを全て使い切ることなく、開蓋から一定時間が経過したものについては廃却処分していた。しかし、産業廃棄物の削減の要請や金属市場の価格高騰等を背景として、廃棄するソルダペーストから再利用可能なはんだ合金粒子を抽出してソルダペーストをリサイクルする方法が注目されている。

ここで、ソルダペーストリサイクル方法としては、溶融法がある。溶融法とは、鉄製の大きな釜にソルダペースト及びプラスチック容器等を投入し、釜の下部からバーナーで加熱して釜の中に投入されたソルダペースト等を４００〜５００℃で溶融させるものである。４００〜５００℃で加熱すると、プラスチック容器及びソルダペーストはともに溶融するが、比重の違いを利用してはんだ合金成分だけを回収し、インゴット合金としてリサイクルしている。

また、ソルダペーストに含まれるフラックス成分は８００℃以上の温度で焼却すればダイオキシンの発生を抑制できるため、加熱手段を用いて８００℃以上でソルダペーストを溶融してリサイクルしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２２９０４８

しかし、従来のソルダペーストリサイクル方法では、フラックス成分等を含有した状態のソルダペーストを溶融していたため、ソルダペーストに混錬されているフラックス成分（重量比１０％前後含有）が燃焼し、炭化して黒煙を発生したり、悪臭を発するという問題点があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、黒煙や悪臭を発することなくソルダペーストをリサイクルする溶融装置を得るものである。

本発明に係る溶融装置は、加熱によりはんだ合金粒子を溶融するはんだ槽と、はんだ槽を覆うフードと、はんだ槽において溶融したはんだ合金粒子の表面に近接する部分に窒素をはんだ合金粒子の溶融温度以下の所定の温度に加熱して注入する窒素注入口とを備えることを特徴とする。

本発明に係る溶融装置は、はんだ合金粒子を溶融してソルダペーストをリサイクルするため、黒煙や悪臭の発生なくソルダペーストをリサイクルできる。

本発明の実施の形態１におけるソルダペーストリサイクル方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるソルダペーストが急速冷凍により自己粉砕する様子を模式化した図である。 本発明の実施の形態１におけるソルダペーストからはんだ合金粒子を分離する工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１における分離板の表面形状を示す平面図である。 本発明の実施の形態１におけるはんだ合金粒子を溶融してはんだ合金インゴットを生成する工程を説明する図である。 本発明の実施の形態２におけるはんだ合金粒子を溶融する工程を説明する図である。 本発明の実施の形態３におけるはんだ合金粒子を分離する工程を説明する図である。

本発明に係るソルダペーストリサイクル方法及び装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の各図において、同一符号は、同一または相当の構成を示す。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるソルダペーストを再生はんだとしてリサイクルする方法を示すフローチャートである。図２は本発明の実施の形態１におけるソルダペーストが急速冷凍により自己粉砕する様子を模式化した図である。図２（ａ）は急速冷凍前のソルダペーストを示しており、図２（ｂ）は急速冷凍後のソルダペーストを示している。図３は本発明の実施の形態１におけるソルダペーストからはんだ合金粒子を分離する工程を説明する図である。

本実施の形態１におけるソルダペーストリサイクル方法では、まず、ソルダペースト１を急速冷凍する（ステップＳ１０）。急速冷凍することにより、ソルダペースト１に混錬されていたフラックス成分２及び有機溶剤１０が急激に固体化及び膨張することで、混錬状態が崩壊し、はんだ合金粒子３が部分的に分離される（図２（ｂ）参照）。急速冷凍により部分的にはんだ合金粒子３が分離された状態のソルダペーストを冷凍ソルダペースト１ａと称する。

次に、冷凍ソルダペースト１ａを細かく粉砕する（ステップＳ２０）。ハンマーで砕く等冷凍ソルダペースト１ａに物理的な衝撃を加えることや冷凍ソルダペースト１ａを圧力容器に封入して高圧力を加えることで粉砕する。ステップＳ２０では、冷凍ソルダペースト１ａよりもはんだ合金粒子３が更に分離した状態のソルダペースト１ｂを生成する。このソルダペーストを粉砕ソルダペースト１ｂと称する。

次に、表面に溝のある分離板４０を有する分離装置４を用いて、粉砕ソルダペースト１ｂからはんだ合金粒子３を分離して抽出する（ステップＳ３０）。分離装置４は、分離板４０を所定の角度に傾斜させて、所定の振動数・振幅で揺動させる。図３（ａ）に示すように、粉砕ソルダペースト１ｂを分離板４０の上に配置する。このとき、分離板４０の傾斜角度は１５°〜３０°が最適である。次に、図３（ｂ）に示すように、分離装置４は分離板４０を矢印の方向に揺動させて、はんだ合金粒子３とその他の成分（フラックス成分２及び有機溶剤１０）とを分離する。はんだ合金粒子３はその他の成分と比較すると比重が大きいため、分離板４０の傾斜面に沿って下方へと移動する。

分離板４０の揺動について、振動数は１０〜２４０Ｈｚ、振幅は１〜５ｍｍの範囲で設定する。具体的な数値は、はんだ合金粒子３の粒径、フラックス成分２及び有機溶剤１０の含有量によって決定する。例えば、はんだ合金粒子３の粒径が大きいほど、振動数を低く設定する。なお、分離板４０の揺動の方向は、図３（ｂ）の矢印で示す方向に限られたものではなく、上下方向や紙面に対して鉛直方向に分離板４０を揺動させてもよい。

図４は本発明の実施の形態１における分離板４０の表面形状を示す平面図である。粉砕ソルダペースト１ｂと接触する面にある溝の形状を示している。図４（ａ）は直線状の溝を示し、図４（ｂ）は波状の溝を示し、図４（ｃ）は鏃状の溝を示している。溝の形状及び寸法については、粉砕ソルダペースト１ｂの種類に基づき、最適なものを選択する。

図５は本発明の実施の形態１におけるはんだ合金粒子３を溶融してはんだ合金インゴット９を生成する工程を説明する図である。ステップＳ３０においてはんだ合金粒子３を分離した後、抽出したはんだ合金粒子３をはんだ槽６に投入して溶融する（ステップＳ４０）。はんだ槽６は、下部に出湯口７を有する加熱槽で、槽内には分離抽出したはんだ合金粒子３と同じ合金組成のはんだを溶融させている。溶融温度はその合金の融点より３０〜７０℃程高い温度である。例えば、鉛入り共晶はんだの場合、溶融温度は２５０℃に設定する。

はんだ槽６に投入されたはんだ合金粒子３は、溶融はんだ５と同様に完全に溶融した状態となる。出湯口７から完全溶融したはんだをインゴット型８に流し込み、適度な冷却をすることではんだ合金インゴット９を生成する（ステップＳ５０）。

本発明の実施の形態１によれば、ソルダペースト１からフラックス成分２及び有機溶剤１０を除去後に、はんだ合金粒子３を溶融してはんだ合金インゴット９を生成するため、黒煙の発生や悪臭の発生なくソルダペーストをリサイクルできる。

実施の形態２．
はんだ合金粒子３を溶融する工程において、実施の形態１でははんだ槽６を用いたが、本実施の形態２では溶融の環境条件を設定可能な溶融装置を用いる。図６は本発明の実施の形態２におけるはんだ合金粒子３を溶融する工程を説明する図である。

ソルダペースト１を急速冷凍する工程、はんだ合金粒子３を分離する工程、及び溶融はんだ５からはんだ合金インゴット９を生成する工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。以下では、はんだ合金粒子３を溶融する工程について説明する。

溶融装置２０は、はんだ槽６をフード２１で覆い、溶融する物質を投入する投入口２２、窒素を注入する窒素注入口２３、フード２１内部を排気するための排気穴２４、及び出湯口７を備えている。溶融装置２０は、窒素注入口２３から窒素を注入することで、フード２１内部の酸素濃度を調整することができる。溶融はんだ５の表面部分（空気接触面）は、酸化による不純物が発生し易い。そこで、溶融はんだ５の表面付近の酸素濃度を下げるため、窒素注入口２３からフード２１内に窒素を注入して、酸素濃度を５００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。窒素注入口２３を溶融はんだ５の表面に近い高さに設けることで、溶融はんだ５の表面付近の窒素濃度を高くする、即ち、溶融はんだ５の表面付近の酸素濃度を低くすることができる。

なお、窒素注入口２３は、注入する窒素を加熱する構造を有する。この構造により、窒素注入口２３から注入される窒素が、溶融はんだ５の表面部分の温度を低下させることがなくなり、溶融はんだ５の表面部分に不純物が発生するのを抑制することができる。窒素の加熱温度としては、８０〜１５０℃くらいが適当である。

分離抽出したはんだ合金粒子３に微量ながらフラックス成分２が付着している場合には、はんだ合金粒子３の溶融により微量ながら黒煙や悪臭を発生することが考えられる。このような場合、排気穴２４からフード２１内に滞留する気体を排気することができる。

本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、ソルダペースト１からフラックス成分２及び有機溶剤１０を除去後に、はんだ合金粒子３を溶融してはんだ合金インゴット９を生成するため、黒煙の発生や悪臭の発生なくソルダペーストをリサイクルできる。

また、本発明の実施の形態２によれば、溶融装置２０を用いることで大気中よりも低酸素濃度の環境下においてはんだ合金粒子３の溶融を実施できるので、不純物の混入の少ない純度の高いはんだ合金インゴット９を生成することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、分離装置４の分離板４０は単数であったが、本実施の形態３では、分離装置４は複数の分離板４０ａ、４０ｂを有し、各々の分離板４０ａ、４０ｂについて傾斜角度、振動数、振幅等を設定することができる。図７は本発明の実施の形態３におけるはんだ合金粒子３を分離する工程を説明する図である。

ソルダペースト１を急速冷凍する工程、はんだ合金粒子３を溶融する工程、及び溶融はんだ５からはんだ合金インゴット９を生成する工程は、実施の形態１または実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。以下では、はんだ合金粒子３を分離する工程について説明する。

分離装置４は複数の分離板４０ａ、４０ｂを連結して備えている。分離板４０ａ、４０ｂは表面の溝形状が異なる組み合わせでもよい。また、分離装置４は複数の分離板４０ａ、４０ｂの傾斜角度、振動数、振幅を各々設定することができる。また、振動方向についても、各々設定することができる。

粉砕ソルダペースト１ｂに含まれるはんだ合金粒子３の粒径は一様ではない。分離装置４の各種パラメータ（分離板の振動数、振幅等）をはんだ合金粒子３の粒径に応じて最適な値に設定することが望まれる。例えば、分離板４０ａでは粒径が比較的大きなはんだ合金粒子３を分離するのに適した値に各種パラメータを設定し、分離板４０ｂでは粒径が比較的小さなははんだ合金粒子３を分離するのに適した値に各種パラメータを設定する。これにより、異なる粒径のはんだ合金粒子３を的確に分離することができる。

なお、本実施の形態３では、分離装置４は複数の分離板４０ａ、４０ｂを備え、分離板４０ａ、４０ｂの傾斜角度等をそれぞれ設定可能としたが、必ずしも複数枚の分離板４０ａ、４０ｂが必要である訳ではない。分離板４０ａ、４０ｂの溝形状が同一のものを選択する場合は、分離装置４は複数枚の分離板４０ａ、４０ｂを備える必要はない。複数の分離板４０ａ、４０ｂの各々について各種パラメータを設定するのではなく、１枚の分離板４０を用いて、はんだ合金粒子３を分離抽出する際に、異なる粒径に対応した各種パラメータに設定が変更できる構成であればよい。

本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、ソルダペースト１からフラックス成分２及び有機溶剤１０を除去後に、はんだ合金粒子３を溶融してはんだ合金インゴット９を生成するため、黒煙の発生や悪臭の発生なくソルダペーストをリサイクルできる。

また、本発明の実施の形態３によれば、分離板の振動数、振幅、溝形状等を１種類ではなく複数種類設定可能であるため、異なる粒径のはんだ合金粒子３を的確に分離することができる。

１ ソルダペースト
１ａ 冷凍ソルダペースト
３ はんだ合金粒子
４ 分離装置
６ はんだ槽
９ はんだ合金インゴット
２０ 溶融装置
２１ フード
２３ 窒素注入口
４０、４０ａ、４０ｂ 分離板

Claims (2)

1. 加熱によりはんだ合金粒子を溶融するはんだ槽と、
   前記はんだ槽を覆うフードと、
   前記はんだ槽において溶融したはんだ合金粒子の表面に近接する部分に窒素を前記はんだ合金粒子の溶融温度以下の所定の温度に加熱して注入する窒素注入口とを備え、
   前記窒素を注入することにより、大気よりも低酸素濃度の環境下で前記はんだ合金粒子を溶融することを特徴とする溶融装置。
2. 表面に複数の溝を有する分離板を揺動させて冷凍したソルダペーストから分離して抽出したはんだ合金粒子を加熱により溶融する前記はんだ槽を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶融装置。

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