JP2006120918A - 位置決め治具 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具を提供すること。
【解決手段】本発明の位置決め治具１は，絶縁基板１２を放熱板１１上に位置決めする位置決め治具であって，放熱板１１上に載置された絶縁基板１２の一方の端部と接触することにより絶縁基板１２を位置決めする位置決め部を有する上枠治具２３と，絶縁基板１２を挟んで上枠治具２３の位置決め部と対向して配置されるとともに，絶縁基板１２の他方の端部に接触する接触部２４ｂ，２５ｂが設けられた第１中央治具２４，第２中央治具２５とを有し，接触部２４ｂ，２５ｂは，下方ほど上枠治具２３との間の間隔が広がる向きに傾斜した傾斜部を含み，傾斜部で絶縁基板１２の他方の端部に接触するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は，基板や半導体部品等を他の部材上に位置決めするための位置決め治具に関する。さらに詳細には，基板や部品等をハンダ付けする際に，その対象部材上に位置決めして保持するための位置決め治具に関するものである。

基板や半導体部品等を他部材にハンダ付けする際には，精度良く作業を行うために，一般に両部材を位置決めして保持するための治具が利用される。特に，フェイスダウンでハンダ付けされる実装方法では，ハンダ面を目視できないことからこの位置決めが重要である。この位置決め方法は，基板の形状やハンダバンプの大きさ等の各種条件に応じて，それぞれ適切なものが選択される。例えば，特許文献１に記載の実装方法では，プリント板に複数のルーティングガイドを接着し，それらのルーティングガイドの間に半導体部品をはめ込むことにより位置決めしている。

ところで，１つの部材上に複数個の部材を同時にハンダ付けする場合，各部材の配置を精密に保持するとともに，それらの部材間に所定の間隔を設けることが重要である。このような従来の位置決め治具の例を，図１１と図１２に示す。これらの図に示したのは，１枚の放熱板１１上に４枚の同形の絶縁基板１２を同時にハンダ付けするための位置決め治具１００である。図１２は，図１１のＣ−Ｃ断面図である。

この位置決め治具１００は，上治具１０１と下治具１０２との組み合わせからなっている。上治具１０１，下治具１０２，および放熱板１１は，それらの平面外形がほぼ同一の四角形に形成されている。下治具１０２の四隅には，図中上方へ突出した位置決めピン１０２ａが設けられている。上治具１０１と放熱板１１の四隅にはそれぞれ，各位置決めピン１０２ａに対応する位置に貫通穴１０１ａ，１１ａが設けられている。これらによって，上治具１０１，下治具１０２，および放熱板１１は，図１２に示すように，その外形を合致させて積み重ねた状態で保持される。

上治具１０１は，外枠と中央部で交差した内枠１０１ｂとが一体的に形成され，平面視で「田」形状の部材である。この外枠と内枠１０１ｂとの間に形成される４カ所の空間に，それぞれ絶縁基板１２が配置される。これにより，４枚の絶縁基板１２がすべて，放熱板１１に対して同時に位置決めされる。また，内枠１０１ｂによって，各絶縁基板１２同士の間隔が適切に保持される。この状態で加熱することにより，絶縁基板１２と放熱板１１とは互いに位置決めされてハンダ付けされる。
特開平１−２３５３４１号公報

しかしながら，前記した従来の位置決め治具には，次のような問題点があった。一般に放熱板１１はステンレス鋼等の金属で形成され，位置決め治具１００はカーボン等で形成される。そのため，放熱板１１は加熱したときの膨張率が位置決め治具１００に比較して大きく，冷却によって再び収縮する。ハンダ付けはその膨張した状態で行われるため，冷却時には４つの絶縁基板１２が互いに接近する方向へ移動されることとなる。すなわち，冷却によって４つの絶縁基板１２はいずれも上治具１０１の内枠１０１ｂの側面へと押しつけられる。このため，内枠１０１ｂが絶縁基板１２によって挟みつけられて，ハンダ付け終了後の上治具１０１の取り外しが困難となるという問題点があった。

また，前記した特許文献１に記載の実装方法は，プリント板にルーティングガイドをそれぞれ接着固定する必要があり，手間もコストもかかるという問題点があった。

本発明は，前記した従来の位置決め治具が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた位置決め治具は，対象部品を対象面上に位置決めする位置決め治具であって，対象面上に載置された対象部品の一方の端部と接触することにより対象部品を位置決めする位置決め部を有する固定部材と，対象部品を挟んで固定部材の位置決め部と対向して配置されるとともに，対象部品の他方の端部に接触する接触部が設けられた可動部材とを有し，接触部は，下方ほど固定部材との間の間隔が広がる向きに傾斜した傾斜部を含み，傾斜部で対象部品の他方の端部に接触するものである。

本発明の位置決め治具によれば，対象部品の一方の端部は固定部材の位置決め部に接触することによって位置決めされる。そして，対象部品の他方の端部は可動部材の接触部に接触されている。この可動部材は固定部材の位置決め部と対向して配置されているので，対象部品は固定部材と可動部材とによって挟まれて位置決めされている。さらに，可動部材の接触部が，下方ほど固定部材との間の間隔が広がる向きに傾斜した傾斜部を含むので，可動部材の上下移動によって固定部材との間の間隔が変化される。すなわち，熱膨張や収縮等によって対象部品や対象面の配置が多少変化した場合でも，可動部材の配置によってその変化を吸収することができる。例えば，可動部材が下方に移動するにつれて，傾斜部が対象部品を固定部材に押しつけることになる。従って，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具となっている。

さらに本発明では，傾斜部が，対象部品の他方の端部に対して線接触することが望ましい。
可動部材のうち対象部品と接触している部分は傾斜部であり，この傾斜部が対象部品とは線接触されている。従って，可動部材と対象部品との接触面積は小さく，摩擦は小さいので，可動部材の移動は容易である。

さらに本発明では，可動部材が，固定部材とは別体であることが望ましい。
このようにすれば，固定部材が対象面あるいは対象部品の位置決め部に固定された状態で，可動部材のみを移動させることができる。従って，位置決め部に対向する可動部材の位置のみによって，熱膨張等による配置の変化を容易に吸収することができる。

さらに本発明では，固定部材が，多角形環状であるとともにその内辺が位置決め部であり，可動部材が，板状であるとともにその接触部が下方ほど薄く形成されていることが望ましい。
このようにすれば，固定部材によって１つの対象面に対して複数の対象部品を位置決めすることができる。それら複数の対象部品はいずれも固定部材の内辺によって位置決めされるので，対象部品間に可動部材を配置することができる。このとき，可動部材の接触部が下方ほど薄く形成されているので，可動部材の上下の移動によって両側の対象部品の熱膨張分を同時に吸収することができる。従って，複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具となっている。

さらに本発明では，基板または半導体部品を対象部品とし，対象部品を対象面にハンダ付けする際の位置決めに用いられることが望ましい。
各部材の熱膨張率に差があっても，この位置決め治具によってその差が吸収されるので，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとが両立されている。

本発明の位置決め治具によれば，複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立している。

「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，１枚の放熱板に４枚の絶縁基板をハンダ付けするための位置決め治具に本発明を適用したものである。

本形態の位置決め治具１は，図１と図２とに示すように，１枚の放熱板１１上に４枚の同型の絶縁基板１２を同時にハンダ付けするための治具である。図２は，図１のＡ−Ａ断面図である。放熱板１１は，背景技術で説明したものと同様の，ステンレス鋼等の金属で形成された四角い板状部材である。放熱板１１の四隅には，貫通穴１１ａが設けられている。絶縁基板１２は，図２に示すように，ここでは窒化アルミ板の両面に金属アルミ層が形成された３層構造のものを使用している。これらの絶縁基板１２が放熱板１１に対してハンダ付けされる。ここで，放熱板１１の図２中上面が対象面に，各絶縁基板１２が対象部品に相当する。

位置決め治具１は，いずれもカーボン製の上治具２１と下治具２２との組み合わせにより構成されている。上治具２１は，上枠治具２３，第１中央治具２４，第２中央治具２５を有している。これらは，それぞれ別体に形成されている。下治具２２は，背景技術で説明した下治具１０２と同様であり，四隅に位置決めピン２２ａを有している。上枠治具２３の四隅には貫通穴２３ａが形成されている。下治具２２の位置決めピン２２ａは，放熱板１１の貫通穴１１ａを貫通して，上枠治具２３の貫通穴２３ａに差し込まれる。すなわち，位置決めピン２２ａによって，下治具２２と放熱板１１と上枠治具２３とが互いに位置決めされて固定されている。

この上枠治具２３は，従来の上治具１０１とは異なり，内枠のない単純な四角形環状である。各絶縁基板１２は，その辺部が上枠治具２３の内辺に接触することにより位置決めされる。ここでは，各絶縁基板１２は，上枠治具２３の内角部に接触し，その２辺が位置決めされている。また，第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，４つの絶縁基板１２の中央部に十字形状に配置される。すなわち，各絶縁基板１２のうち上枠治具２３に接触していない各辺には，第１中央治具２４と第２中央治具２５とが接触している。図１では，絶縁基板１２と絶縁基板１２との隙間に，放熱板１１が見えている。この上枠治具２３が固定部材に，第１中央治具２４と第２中央治具２５とが可動部材にそれぞれ相当する。

第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，図３に示すように，いずれも図中下部がくさび状に次第に細く形成されており，互いにかみ合って配置されている。すなわち，第１中央治具２４は，その両面に斜面部２４ａが形成され，下方へ向かって細くなる接触部２４ｂとなっている。第２中央治具２５も同様に，斜面部２５ａと接触部２５ｂとを有している。そのため，これらが２枚の絶縁基板１２の間に配置されると，図２に示すように，２枚の絶縁基板１２の間に接触部２４ｂ，２５ｂが挟み込まれた状態となる。そして，第１中央治具２４および第２中央治具２５は，絶縁基板１２の端部に対して斜面部２４ａ，２５ａで接触している。すなわち，これらはいずれも絶縁基板１２に対して線接触となっている。

次に，この位置決め治具１を用いてハンダ付けを行う方法を説明する。まず，位置決めピン２２ａを貫通穴１１ａ，２３ａに差し込み，下治具２２の上に放熱板１１と上枠治具２３とを重ねて配置する。次に，上枠治具２３の四隅に寄せるように，放熱板１１に４枚の絶縁基板１２を乗せる。さらに，中央部に形成された４枚の絶縁基板１２の隙間に，第１中央治具２４と第２中央治具２５とを挟み込む。第１中央治具２４と第２中央治具２５との自重によって，各絶縁基板１２は上枠治具２３の内辺に押しつけられて保持される。これによって，放熱板１１と各絶縁基板１２とが精密に位置決めされる。

次に，この全体を加熱してハンダ付けを行う。そのためのハンダ箔は，絶縁基板１２の下面か，あるいは放熱板１１の上面に適切に配置しておく。このとき，放熱板１１は加熱によって膨張し，各絶縁基板１２間の隙間がやや大きくなる。放熱板１１の熱膨張率が，位置決め治具１や絶縁基板１２に比較して大きいからである。このとき，第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，いずれも絶縁基板１２に対して線接触となっているので，その間の摩擦力は小さく，比較的容易に摺動出来る。つまり，第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，隙間の大きさに合わせて上下動可能である。これにより，各絶縁基板１２は加熱中も上枠治具２３に押しつけられた状態が保持される。

加熱終了後，冷却されることにより，放熱板１１は次第に収縮する。このとき，絶縁基板１２は放熱板１１にハンダ付けされているので，放熱板１１の収縮によって互いの間の隙間が小さくなる。これにより，第１中央治具２４と第２中央治具２５とが徐々に押し上げられる。この冷却中においても，各絶縁基板１２は正しく上枠治具２３に押しつけられているので，位置ずれのおそれはない。さらに，冷却終了後には，第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，各絶縁基板１２から容易に取り外しできる。

なお，第１中央治具２４と第２中央治具２５との先端部の形状は，図２のものに限らず，図４や図５のようにしてもよい。さらに，これらの形状は左右同型に限らず，片側のみが斜面形状であっても良い。また，第１中央治具２４と第２中央治具２５との下端部は，放熱板１１に接触していても良い。また，第１中央治具２４と第２中央治具２５とが互いに固着された，一体の部材としても良い。

以上詳細に説明したように，本形態の位置決め治具１によれば，絶縁基板１２の間に配置される第１中央治具２４と第２中央治具２５とは，その下部がくさび形状となっている。そのため，絶縁基板１２との間の摩擦は小さく，上下に摺動可能である。従って，各絶縁基板１２間の間隔がいくらか変化しても，第１中央治具２４と第２中央治具２５とが上下に移動することにより対応できる。すなわち，加熱時においても精密な位置決めが可能で，冷却後の取り外しも容易である。これにより，複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具となっている。

「第２の形態」
以下，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，１枚の放熱板に４枚の絶縁基板をハンダ付けするための位置決め治具に本発明を適用したものである。第１の形態と上治具の形状がやや異なるのみであり，共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の位置決め治具２は，図６に示すように，第１の形態の第１中央治具２４と第２中央治具２５に代えて，４つの上治具３１を有している。これらは，いずれも同型で下部が先細りのくさび形に形成されている。これらの断面形状は，第１の形態の第１中央治具２４と第２中央治具２５と同様の５角形でも良いし，図４や図５のようでも良い。上枠治具２３等は，第１の形態のものと共通である。このようなものであっても，第１の形態と同様に，各絶縁基板１２間の隙間の変動に応じて各上治具３１が上下に摺動できるので，上治具３１の取り外しが困難となることはない。

また，図７に示すように，本形態の上治具３１は，２つの絶縁基板１２を放熱板１１にハンダ付けするための位置決め治具に適用することもできる。また，図８に示すように，各絶縁基板１２の大きさがそれぞれ異なるものについても適用可能である。

以上詳細に説明したように，本形態の位置決め治具２によっても，第１の形態と同様に，複数の基板を１つの放熱板にハンダ付けするための治具であって，精密な位置決めと冷却後の容易な取り外しとを両立した位置決め治具となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，第１中央治具２４，第２中央治具２５，上治具３１等の幅や長さは，上記のものに限らない。各絶縁基板１２間の間隔の大きさや，各治具の重さ等に応じて適宜調節可能である。例えば，上記の第１の形態の図では，第１中央治具２４と第２中央治具２５とをいずれも，上枠治具２３の内側面間より小さく示しているが，上枠治具２３の内側面に接していても良い。また，絶縁基板１２の数も上記の例に限らず任意である。

また例えば，下治具２２と，放熱板１１や上枠治具２３との結合方法も，位置決めピン２２ａに限らない。適切に位置決めできるものであればよい。
また例えば，放熱板１１と位置決め治具との熱膨張率の大小関係が逆の場合は，図９と図１０に示すように，上クロス治具４１と上周辺治具４２とを有する位置決め治具３とするとよい。ここで，図１０は，図９のＢ−Ｂ断面図である。このようにすれば，各絶縁基板１２を上クロス治具４１のクロス部に位置決めしつつ，上周辺治具４２を上下動させて位置決め幅を調整することができる。

第１の形態に係る位置決め治具を取り付けた状態を示す平面図である。 第１の形態に係る位置決め治具を取り付けた状態の断面図である。 第１の形態に係る第１中央治具と第２中央治具の斜視図である。 中央治具の形状の別の例を示す断面図である。 中央治具の形状の別の例を示す断面図である。 第２の形態に係る位置決め治具を取り付けた状態を示す平面図である。 位置決め治具を取り付けた別の例を示す平面図である。 位置決め治具を取り付けた別の例を示す平面図である。 位置決め治具を取り付けた別の例を示す平面図である。 位置決め治具を取り付けた別の例を示す断面図である。 従来の位置決め治具を取り付けた状態の平面図である。 従来の位置決め治具を取り付けた状態の断面図である。

符号の説明

１，２，３ 位置決め治具
２３ 上枠治具（固定部材）
２４ 第１中央治具（可動部材）
２５ 第２中央治具（可動部材）
２４ａ，２５ａ 斜面部
２４ｂ，２５ｂ 接触部
３１ 上治具（可動部材）
４１ 上クロス治具（固定部材）
４２ 上周辺治具（可動部材）

Claims (5)

1. 対象部品を対象面上に位置決めする位置決め治具において，
   対象面上に載置された対象部品の一方の端部と接触することにより対象部品を位置決めする位置決め部を有する固定部材と，
   対象部品を挟んで前記固定部材の位置決め部と対向して配置されるとともに，対象部品の他方の端部に接触する接触部が設けられた可動部材とを有し，
   前記接触部は，
   下方ほど前記固定部材との間の間隔が広がる向きに傾斜した傾斜部を含み，
   前記傾斜部で対象部品の他方の端部に接触することを特徴とする位置決め治具。
2. 請求項１に記載の位置決め治具において，
   前記傾斜部が，対象部品の他方の端部に対して線接触することを特徴とする位置決め治具。
3. 請求項１または請求項２に記載の位置決め治具において，
   前記可動部材が，前記固定部材とは別体であることを特徴とする位置決め治具。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の位置決め治具において，
   前記固定部材が，多角形環状であるとともにその内辺が位置決め部であり，
   前記可動部材が，板状であるとともにその接触部が下方ほど薄く形成されていることを特徴とする位置決め治具。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の位置決め治具において，
   基板または半導体部品を対象部品とし，対象部品を対象面にハンダ付けする際の位置決めに用いられることを特徴とする位置決め治具。

Images