JP2008229709A - Soldering device, soldering method and manufacturing method of electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法に関する。 The present invention relates to a soldering device for soldering an electronic component by melting a solder by heating an object to be heated by high-frequency induction heating to each soldering part of a work having a plurality of soldering parts, and soldering The present invention relates to a method and a method for manufacturing an electronic device.
回路基板上に半導体素子やチップ抵抗、チップコンデンサ等の電子部品を実装する場合、回路基板と電子部品とを半田を介して接合する方法が一般的である。また、従来、セラミック基板の表面に配線層となる金属板を接合するとともに裏面に接合層となる金属板を接合し、表面側の金属板には半導体素子を接合する一方で、裏面側の金属板には半導体素子の発する熱を放熱する放熱装置(ヒートシンク)を接合してモジュール化した半導体モジュールが知られている。この種の半導体モジュールでは、表面側の金属板に対して半導体素子を半田付けにより接合している。 When mounting electronic parts such as semiconductor elements, chip resistors, and chip capacitors on a circuit board, a method of joining the circuit board and the electronic parts via solder is common. In addition, conventionally, a metal plate serving as a wiring layer is bonded to the surface of the ceramic substrate and a metal plate serving as a bonding layer is bonded to the back surface, and a semiconductor element is bonded to the metal plate on the front surface side, while the metal on the back surface side is bonded. 2. Description of the Related Art A semiconductor module in which a heat dissipation device (heat sink) that dissipates heat generated by a semiconductor element is joined to a plate to form a module is known. In this type of semiconductor module, a semiconductor element is joined to a metal plate on the front side by soldering.
また、銅箔を配線したプリント基板に表面実装形の電子部品の電極を半田付けするプリント基板と電子部品の半田付け方法において、誘導加熱で半田を溶融させて行う方法が提案されている(特許文献1参照。)。この方法では、図9に示すように、プリント基板71に銅箔72,72aからなる配線回路を形成するプリント配線基板73と、導電性及び磁性を持つ複数の発熱体74とこれを保持する保持板75とからなる治具76と、誘導加熱コイル77とを準備する。発熱体74は、半田付けしようとする表面実装形の電子部品78の複数の電極79に対向して配置される。初め、銅箔72,72aの表面に半田80を載せ、電子部品78の電極79を半田80にあてがうように電子部品78を配置する。次に、電極79が半田80と発熱体74で挟まれて当接するように保持板75を配置する。その後、誘導加熱コイル77で発熱体74を誘導加熱して熱伝導により半田80を溶融させる。
Also, a method of soldering a printed circuit board and an electronic component by soldering an electrode of a surface-mounted electronic component to a printed circuit board wired with copper foil is proposed by melting the solder by induction heating (patent) Reference 1). In this method, as shown in FIG. 9, a printed
そして、熱容量が大きい銅箔72aの電極79に対応する発熱体74には透磁率の高い材料を使用し、熱容量が小さい銅箔72の電極79に対応する発熱体74には透磁率の低い材料を使用することで全ての電極79を均一な温度で半田付けすることが開示されている。また。熱容量が大きい銅箔72aの電極79に対応する発熱体74は寸法を小さく形成し、熱容量が小さい銅箔72の電極79に対応する発熱体74は寸法を大きく形成することで、全ての電極79を均一な温度で半田付けすることが開示されている。
前記セラミック基板の裏面側の金属板に半導体素子の発する熱を放熱するヒートシンクを接合してモジュール化した半導体モジュールを製造する場合、金属製のヒートシンクの上にセラミック基板が金属板を介して接合されている。そのため、半導体素子を半田付けする前の状態のワークは、接合の際の状態等により、形状が微妙に異なったり、反りが生じた状態になったりする場合がある。その結果、発熱部材(加熱対象物)を誘導加熱で加熱して半田を溶融する半田付け方法では、誘導加熱用のコイルと発熱部材の距離の違い等により、複数の半田付け部で半田の溶融状態が異なる状態となり、半田付け部によっては半導体素子の半田付けが適切に行われない場合が生じる。例えば、同じ発熱部材を誘導加熱する場合、コイルからの距離によって発熱部材の温度上昇速度が異なり、結果として半田の温度上昇速度が異なる。 When manufacturing a modularized semiconductor module by joining a heat sink that dissipates heat generated by a semiconductor element to a metal plate on the back side of the ceramic substrate, the ceramic substrate is joined via a metal plate on the metal heat sink. ing. For this reason, the workpiece in a state before the semiconductor element is soldered may have a slightly different shape or a warped state depending on the bonding state or the like. As a result, in the soldering method in which the heating member (object to be heated) is heated by induction heating to melt the solder, the solder is melted at a plurality of soldering portions due to the difference in the distance between the induction heating coil and the heating member. The state becomes different, and depending on the soldering part, the semiconductor element may not be soldered properly. For example, when the same heat generating member is induction-heated, the temperature rising speed of the heat generating member varies depending on the distance from the coil, and as a result, the temperature rising speed of the solder varies.
特許文献1では、プリント基板71上の銅箔72,72aの熱容量が違う場合に、透磁率や寸法が異なる発熱体(加熱対象物)74を使用して、熱容量に関係なく全ての電極79が均一な温度で半田付けを行うようにしている。しかし、特許文献1では、もともと大きさが異なることにより熱容量が異なる銅箔72,72aに対して、各電極79を均一な温度で半田付けすることを目的としている。そして、本来同じであるべき半田付け部の加熱状態が、製造時におけるワークの形状のバラツキ等によって発熱体74の温度上昇速度が異なることにより、半田付けが良好に行われない場合があることの対策を示唆する思想はない。
In
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高周波誘導加熱によって複数の半田付け部を有するワークに電子部品を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても加熱対象物の温度上昇速度を均一化し、半田の温度を所定範囲内に保持して半田付けを良好に行うことができる半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its object is to have variations in the shape of a workpiece when an electronic component is soldered to a workpiece having a plurality of soldering portions by high-frequency induction heating. However, it is possible to provide a soldering apparatus, a soldering method, and a method for manufacturing an electronic device that can uniformize the temperature rise rate of the heating target and can perform soldering satisfactorily while maintaining the solder temperature within a predetermined range. It is in.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置であって、高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対向配置され、かつ、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアと、前記コアを位置決め支持する位置決め手段とを備え、前記コアを、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節した状態で前記位置決め手段により位置決め支持可能にした。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 melts solder by heating an object to be heated by high-frequency induction heating to each soldering part of a work having a plurality of soldering parts. A soldering apparatus for soldering an electronic component, disposed opposite to a high-frequency heating coil capable of passing a high-frequency current and a plurality of heating objects that are simultaneously heated by high-frequency induction heating by the high-frequency heating coil, and A magnetic path forming portion that is arranged to be relatively movable to the high-frequency heating coil and that forms a magnetic path around the high-frequency heating coil by energizing the high-frequency heating coil toward the heating object. An extended core; and positioning means for positioning and supporting the core, wherein the core includes an end surface facing the heating object in the magnetic path forming unit, and the heating object. And positionable supported by said positioning means in a state where the gap was adjusted to the value set in accordance with the rate of temperature increase of the heating object during.
これによれば、ワーク形状のバラツキ等があっても、コアを移動させて加熱対象物とのギャップを調節することにより、共通の高周波加熱コイルで同時に加熱される複数の加熱対象物の温度上昇速度を均一化することができる。したがって、高周波誘導加熱によって半田が均一化された温度上昇速度で加熱、溶融されることにより、半田温度が所定範囲内に保持され、電子部品の半田付けを良好に行うことができる。 According to this, even if there is a variation in the shape of the workpiece, by adjusting the gap with the object to be heated by moving the core, the temperature rise of a plurality of objects to be heated simultaneously by the common high-frequency heating coil The speed can be made uniform. Therefore, when the solder is heated and melted at a uniform temperature rise rate by high-frequency induction heating, the solder temperature is maintained within a predetermined range, and the electronic component can be soldered well.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半田付け装置において、前記コアは複数設けられ、前記位置決め手段により個別に位置決めされる。この発明によれば、複数のコアそれぞれを確実に位置決めすることができ、加熱対象物それぞれに対応して調節されたギャップを位置決め手段で確実に維持することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to the first aspect, a plurality of the cores are provided and are individually positioned by the positioning means. According to this invention, each of the plurality of cores can be reliably positioned, and the gap adjusted corresponding to each heating object can be reliably maintained by the positioning means.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の半田付け装置において、前記複数のコアは前記複数の加熱対象物それぞれに対向配置される。この発明によれば、複数の加熱対象物が存在することによってギャップの値も複数設定される。各加熱対象物にコアを対向配置させることで各加熱対象物毎に設定されたギャップを維持することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to the second aspect, the plurality of cores are arranged to face each of the plurality of heating objects. According to this invention, a plurality of gap values are set due to the presence of a plurality of heating objects. The gap set for each heating object can be maintained by disposing the core opposite to each heating object.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記コアは前記高周波加熱コイルを跨ぐとともに高周波加熱コイルの外側から磁路形成部が加熱対象物に向けて延びるように断面横C型状に形成されている。これによれば、磁路形成部と加熱対象物との間に磁束密度の高い磁路を形成することができる。 Invention of Claim 4 is a soldering apparatus as described in any one of Claims 1-3. WHEREIN: The said core straddles the said high frequency heating coil, and a magnetic path formation part from the outer side of a high frequency heating coil Is formed in a lateral C-shaped cross section so as to extend toward the object to be heated. According to this, a magnetic path with high magnetic flux density can be formed between a magnetic path formation part and a heating target object.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記半田付け装置は電流の流れる方向が逆である複数本の高周波加熱コイルを備え、前記コアは前記電流の流れる方向が異なる高周波加熱コイル同士を仕切るとともに各高周波加熱コイルの周りに磁路を形成可能とするように磁路形成部が加熱対象物に向けて延びる断面横E型状に形成されている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to any one of the first to third aspects, the soldering apparatus includes a plurality of high-frequency heating coils whose currents flow in opposite directions. And the core separates the high-frequency heating coils in which the current flows in different directions, and a magnetic path forming portion extends toward the object to be heated so that a magnetic path can be formed around each high-frequency heating coil. It is formed in a mold shape.
これによれば、磁路形成部と加熱対象物との間に磁束密度の高い磁路を形成することができる。また、電流の流れる方向が異なる高周波加熱コイル同士の間に介在する磁路形成部により、高周波加熱コイルに形成される磁路同士が打ち消し合うことを防止することができる。 According to this, a magnetic path with high magnetic flux density can be formed between a magnetic path formation part and a heating target object. Moreover, it is possible to prevent the magnetic paths formed in the high-frequency heating coil from canceling out due to the magnetic path forming part interposed between the high-frequency heating coils having different current flowing directions.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記加熱対象物は、前記高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材であり、該発熱部材を伝導した熱によって半田が溶融され、前記ギャップは前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に設定される。これによれば、高周波誘導加熱により発熱部材を加熱して半田を加熱することで、半田に対して集中的に熱を伝えることができる。
The invention according to claim 6 is the soldering apparatus according to any one of
請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記高周波加熱コイルと前記コアとの間に介装されるスペーサである。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。 A seventh aspect of the present invention is the soldering apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the positioning means is interposed between the high-frequency heating coil and the core. It is a spacer. According to this, the gap can be maintained with a simple configuration.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項6のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記コアから延設された支持板、及び前記支持板とワークとの間に介装されるボルト及びナットからなる。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。また、ボルトに対するナットの螺着位置を調節するという簡単な作業でギャップの微調節を行うことができる。
The invention according to claim 8 is the soldering apparatus according to any one of
請求項9に記載の発明は、請求項6に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に介装される非磁性材料製のスペーサである。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to the sixth aspect, the positioning means faces an end surface of the heat generating member facing the magnetic path forming portion and a heat generating member of the magnetic path forming portion. It is a spacer made of a non-magnetic material interposed between the end surface to be made. According to this, the gap can be maintained with a simple configuration.
請求項10に記載の発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けする半田付け方法であって、高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対し、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアを対向配置させ、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを、前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節し、前記ギャップを維持するように前記コアを位置決め支持して半田付けを行う。
The invention according to
これによれば、ワーク形状のバラツキ等があっても、コアを移動させて加熱対象物とのギャップを調節することにより、共通の高周波加熱コイルで同時に加熱される複数の加熱対象物の温度上昇速度を均一化することができる。したがって、高周波誘導加熱によって半田が均一化された温度上昇速度で加熱、溶融されることにより、半田温度が所定範囲内に保持され、電子部品の半田付けを良好に行うことができる。 According to this, even if there is a variation in the shape of the workpiece, by adjusting the gap with the object to be heated by moving the core, the temperature rise of a plurality of objects to be heated simultaneously by the common high-frequency heating coil The speed can be made uniform. Therefore, when the solder is heated and melted at a uniform temperature rise rate by high-frequency induction heating, the solder temperature is maintained within a predetermined range, and the electronic component can be soldered well.
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する電子機器の製造方法である。この発明では、電子機器の製造方法において、対応する前記請求項に記載の発明の作用、効果を奏する。 An eleventh aspect of the invention is a method for manufacturing an electronic device using the soldering method according to the tenth aspect in a soldering process. In this invention, in the manufacturing method of an electronic device, there exists an effect | action and effect of the invention as described in the said corresponding claim.
本発明によれば、高周波誘導加熱によって複数の半田付け部を有するワークに電子部品を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても加熱対象物の温度上昇速度を均一化し、半田の温度を所定範囲内に保持して半田付けを良好に行うことができる。 According to the present invention, when an electronic component is soldered to a workpiece having a plurality of soldering portions by high-frequency induction heating, the temperature rise rate of the heating object is made uniform even if there is a variation in the workpiece shape, etc. Can be kept in a predetermined range and soldering can be performed satisfactorily.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。
図1及び図2は、車両の走行用モータの駆動装置に使用される電子機器の部品となる半導体モジュール10を示している。図1に示すように、半導体モジュール10は、回路基板11と、回路基板11上に半田付けにより接合された電子部品としての複数の半導体素子12とを備えている。回路基板11は、表面に金属回路13を有する複数(この実施形態では16枚、但し、図1では6枚のみ図示)のセラミック基板14が金属製のヒートシンク15に金属板16を介して一体化された冷却回路基板である。各セラミック基板14上にはそれぞれ4個、回路基板11では全体で64個の半導体素子12が半田付けされている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
1 and 2 show a
前記半導体素子12は、金属回路13に接合(半田付け)されている。図2における符号「H」は、半田層を示している。半導体素子12としては、例えば、IGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET、ダイオードが用いられている。また、金属回路13は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板14は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。金属板16は、セラミック基板14とヒートシンク15とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅などで形成されている。
The
ヒートシンク15は平面視矩形状をなし、ヒートシンク15の長辺方向に複数(本実施形態では8枚。図3参照。)のセラミック基板14が一体化され、ヒートシンク15の短辺方向に2枚のセラミック基板14が一体化されている。また、ヒートシンク15は冷却媒体が流れる冷媒流路15aを備えている。ヒートシンク15は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
The
図3は、半田付けに用いる半田付け装置21の構成を概略的に示している。半田付け装置21は、ワークとしての回路基板11が有する複数の半田付け部としての金属回路13に、高周波誘導加熱で半田を溶融させて半導体素子12を半田付けする半田付け方法を実施するための装置として構成されている。
FIG. 3 schematically shows a configuration of a
半田付け装置21は、密閉可能なチャンバ24を備える。半田付け装置21において、チャンバ24内の上部には、四角パイプ状をなす対となる二本の高周波加熱コイル20が二箇所に設置されている。すなわち、図4に示すように、チャンバ24内には合計四本の高周波加熱コイル20が設置されている。そして、対となる二本の高周波加熱コイル20は、ヒートシンク15の長辺方向に沿って一列に並設された複数(この実施形態では8枚)のセラミック基板14群に対応するように各セラミック基板14の上側に配置されている。また、対となる二本の高周波加熱コイル20は高周波電流の流れる方向が異なっている。高周波加熱コイル20は半田付け装置21が備える図示しない高周波発生装置に電気的に接続されている。
The
そして、チャンバ24内に設置された温度センサ(図示せず)の計測結果に基づき、高周波発生装置の出力が制御されるようになっている。また、高周波加熱コイル20は、四角パイプの内部が冷却水を通すための通路を形成し、半田付け装置21が備える図示しない冷却水タンクに接続されている。なお、チャンバ24は、高周波加熱コイル20等のメンテナンスを容易にするため、上側の一部に開放可能な蓋部24aが形成され、蓋部24aは常には閉鎖位置に気密状態で固定されている。
And the output of the high frequency generator is controlled based on the measurement result of the temperature sensor (not shown) installed in the
また、図3に示すように、半田付け装置21には、チャンバ24内に還元性ガス(この実施形態では水素)を供給するための還元ガス供給部30が接続されている。還元ガス供給部30は、配管30aと、当該配管30aの開閉バルブ30bと、水素タンク30cとを備えている。また、半田付け装置21には、チャンバ24内に不活性ガス(この実施形態では窒素)を供給するための不活性ガス供給部31が接続されている。不活性ガス供給部31は、配管31aと、当該配管31aの開閉バルブ31bと、窒素タンク31cとを備えている。また、半田付け装置21には、チャンバ24内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部32が接続されている。ガス排出部32は、配管32aと、当該配管32aの開閉バルブ32bと、真空ポンプ32cとを備えている。半田付け装置21は、還元ガス供給部30、不活性ガス供給部31及びガス排出部32を備えることにより、チャンバ24内の圧力を調整可能な構成とされており、チャンバ24内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。
As shown in FIG. 3, the
また、半田付け装置21には、半田付け後のチャンバ24内に熱媒体(冷却用ガス)を供給するための供給手段としての熱媒供給部33が接続されている。熱媒供給部33は、配管33aと、当該配管33aの開閉バルブ33bと、ガスタンク33cとを備えている。熱媒供給部33は、チャンバ24内に収容した半導体モジュール10のヒートシンク15に冷却用ガスを供給するように接続されている。なお、熱媒供給部33から供給される熱媒体を冷却液としてもよい。
The
半田付け装置21を用いた半導体モジュール10の製造方法において、回路基板11上に半導体素子12を半田付けする場合、半田付けは高周波誘導加熱で半田を溶融させるが、半田を直接高周波誘導加熱で溶融させるのではない。すなわち、半田付けは、高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材(加熱対象物)を使用するとともに、発熱部材の発熱を半田に伝導させて溶融させる。そして、この実施形態では、発熱部材として錘を使用するとともに、位置決め用の治具を使用する。図4に示すように、錘17は、半田付け時において半導体素子12あるいは金属回路13と当接する加圧面17aを有する凸部を備えている。また、錘17は、平面視矩形状に形成されるとともに上面に凹部17bが2箇所形成されている。治具18は、半田付け時においてセラミック基板14上にシート半田19と、半導体素子12と、錘17とを位置決めするために使用される。このため、治具18には、位置決め用の孔18aが形成されている。
In the manufacturing method of the
錘17は、高周波誘導加熱により加熱可能な材料を用いて形成されており、高周波加熱コイル20に高周波電流が供給される際に、錘17を通る磁束の変化により電流が発生し、自身の電気抵抗によって発熱する。この実施形態の錘17は、ステンレスで形成されている。治具18は、例えば、グラファイトやセラミックス等の材料で形成されている。
The
図3及び図4に示すように、半田付け装置21において、対となる二本の高周波加熱コイル20の上側には、該高周波加熱コイル20の延びる方向に複数のコア40が配設されている。コア40は一つのセラミック基板14、詳細には一つの錘17に一つずつ対向配置されている。コア40はフェライトや電磁鋼板といった高い透磁率の材料より形成されている。そして、複数のコア40は、全て同じ磁気特性を有し、重量、寸法が同じになっている。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the
また、コア40は平面視が矩形状に形成されるとともに、コア40の長さ方向に沿った断面視が横E型状に形成されている。そして、図4に示すように、コア40には下方に開口する収容凹部40aが二箇所形成され、各収容凹部40a内に高周波加熱コイル20が収容されている。よって、コア40は、対となる二本の高周波加熱コイル20を跨ぐようにして二本の高周波加熱コイル20上に配設されている。
The
コア40において、各収容凹部40aを挟むように収容凹部40aの両側に位置するとともに各高周波加熱コイル20の外側となる位置には、錘17に向けて延びる磁路形成部40bが形成されている。すなわち、コア40には三つの磁路形成部40bが設けられている。そして、高周波加熱コイル20に高周波電流が通電されると磁路形成部40bによって、コア40と錘17を通るように高周波加熱コイル20周りに磁路が形成されるようになっている。なお、コア40が錘17に対向配置された状態では、収容凹部40aが錘17の凹部17bと対向配置され、各磁路形成部40bは、錘17における凹部17b以外の箇所に対向配置されるようになっている。
In the
コア40の長さ方向における両端には、コア40から延びる支持板41が一体化されている。両支持板41には挿通孔41aが形成されている。また、各挿通孔41aにはボルト50が挿通可能になっている。ボルト50にはナット51が螺着され、該ナット51は支持板41の下側に配設されるようになっている。そして、ボルト50はヒートシンク15に立設され、ナット51のボルト50への螺着位置を調節することで、該ナット51に支持されるコア40のヒートシンク15からの高さを調節可能になっている。すなわち、支持板41、ボルト50、及びナット51は各コア40毎に設けられ、各コア40を個別に所定高さに位置決め支持する位置決め手段を形成し、ボルト50とナット51は、支持板41とヒートシンク15との間に介装されるスペーサを形成している。また、コア40は、ナット51のボルト50に対する螺着位置を変更することにより、高周波加熱コイル20に対して相対移動可能になっている。
次に前記のように構成された半田付け装置21を用いて電子機器の部品となる半導体モジュール10の製造方法の一工程である半導体素子12の半田付け方法を説明する。なお、回路基板11にヒートシンク15を接合した物(以下、「半田付け対象物」という)を予め作製しておく。
Next, a method for soldering the
半田付けを行う際には、チャンバ24内に半田付け対象物を置き、位置決めする。次に、半田付け対象物の各回路基板11(セラミック基板14)上に冶具18を置き、冶具18の各孔18aにシート半田19と半導体素子12を配置する。シート半田19は、回路基板11(金属回路13)と半導体素子12との間に配置する。そして、半導体素子12を配置した回路基板11に錘17を置く。この状態において、回路基板11(金属回路13)上には、金属回路13側から順にシート半田19、半導体素子12、錘17が積層される。シート半田19、半導体素子12、錘17は、半田付け装置21の上下方向に積層される。また、錘17の加圧面17aは、半導体素子12の非接合面に接触し、加圧する。
When soldering, an object to be soldered is placed in the
次に、ボルト50に対するナット51の螺着位置を調節し、ナット51のヒートシンク15からの高さを調節する。ここで、ヒートシンク15の長さ方向に沿って一列に並設された錘17の列において、全ての錘17が同じ高さに並設されている場合、列の中央に位置する錘17はその両側にも錘17が位置しているため、中央に位置する錘17は、高周波加熱コイル20によって加熱されたとき両側の錘17からの熱を受けて最も温度が高くなる。一方、錘17の列において、列の両端に位置する錘17は、その片側にしか錘17がない。このため、中央に位置する錘17に比して隣の錘17から受ける熱も少なく、かつ、側方へ放熱可能であるため、両端に位置する錘17は、高周波加熱コイル20によって加熱されたとき、中央に位置する錘17よりも温度が低くなる。よって、全ての錘17が同じ高さにされた場合において、全ての錘17が同時に加熱されたとき、錘17の列において、中央から両端に向かうに従い錘17の温度上昇速度は遅くなり、錘17の温度も低くなる。
Next, the screwing position of the
また、ヒートシンク15は、セラミック基板14等に比較して形状(厚さ)のバラツキが生じたり、厚さが一定であってもセラミック基板14をヒートシンク15に金属板16を介して接合した際、反りが発生したりする場合がある。このため、例えば、ヒートシンク15に形状のバラツキが生じると、ヒートシンク15の上面から高周波加熱コイル20までの距離が位置によって異なる状態となり、異なる金属回路13で高周波加熱コイル20と錘17との距離が異なる状態となる。その結果、同じ昇温性能の錘17を使用した場合は、高周波加熱コイル20に供給される高周波電流が一定であっても、錘17の温度上昇速度(発熱状態)が異なる状態になる。
Further, the
そして、半田付け装置21においては、ヒートシンク15の形状のバラツキと錘17の位置による温度上昇速度の差を考慮し、全ての錘17の温度上昇速度を均一化するために各コア40と、該コア40に対向配置された錘17とのギャップGを調節する。なお、ギャップGは、磁路形成部40bにおける錘17に対向する端面(下端面)と、錘17における磁路形成部40bに対向する端面(上端面)との間の距離である。
Then, in the
本実施形態では、ヒートシンク15の長さ方向に沿って一列に並設されたコア40列において、列の中央に位置するコア40を錘17から最も離してギャップGを最も大きくし、列の両端に向かうに従いコア40を錘17に徐々に近づけてギャップGを徐々に小さくしていく。すなわち、各コア40における磁路形成部40bの錘17に対向する端面と、錘17における磁路形成部40bに対向する端面との間の距離を、錘17の温度上昇速度に応じて設定された値に設定する。そして、各コア40と錘17との間に設定された個別のギャップGが維持されるように、ナット51の螺着位置を調節し、ボルト50及びナット51を用いてコア40を個別に所定の位置に位置決め支持する。
In this embodiment, in the array of
次に、ガス排出部32を操作してチャンバ24内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部31を操作してチャンバ24内に窒素を供給し、チャンバ24内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部30を操作してチャンバ24内に水素を供給し、チャンバ24内を還元ガス雰囲気とする。
Next, the
次に、高周波発生装置を作動させ、高周波加熱コイル20に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル20の周りには磁路形成部40bを通り、かつ、対向する錘17を通る磁路が形成され、高周波の磁束が発生し、錘17には磁束の通過によって渦電流が発生する。このとき、磁路形成部40bの端面が錘17に対向し、近づけられているため磁束密度の高い磁路が形成される。高周波加熱コイル20の磁束内に置かれた錘(加熱対象物)17は、電磁誘導作用によって加熱され、その熱が錘17の加圧面17aから半導体素子12に伝わる。そして、回路基板11の各金属回路13上に載置されたシート半田19には、錘17に生じた熱が当該錘17の加圧面17a及び半導体素子12を介して集中的(局所的)に伝わり、加熱される。この結果、シート半田19は、半導体素子12を介して伝わる熱で溶融温度以上の温度になることにより溶融する。
Next, the high frequency generator is operated, and a high frequency current is passed through the high
半田付け装置21において、錘17一つに対し一つのコア40を対向配置させるとともに、コア40と錘17とのギャップGを調節して高周波誘導加熱により半田付けを行っている。そして、ヒートシンク15の形状のバラツキや反りを考慮し、さらに、複数並設された錘17の位置に起因した温度上昇速度(発熱状態)のバラツキを考慮してコア40と錘17のギャップGの値が設定されている。このため、高周波加熱コイル20に供給される高周波電流が一定であれば、複数の錘17の温度上昇速度が均一化され、シート半田19が全て同じ温度で加熱される。よって、シート半田19は全て温度が所定範囲内に保持されることで同じタイミングで溶融し、複数の半田付け部で半田の溶融状態が異なる状態となることが防止される。
In the
また、半導体素子12は、錘17によって回路基板11側に加圧されているので、溶融した半田の表面張力で動かされることはない。そして、シート半田19が完全に溶融した後、高周波加熱コイル20への高周波電流の供給を停止させる。なお、高周波電流の供給時間は予め試験によって適切な時間に設定されている。また、チャンバ24内の圧力は、はんだ付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。
In addition, since the
高周波加熱コイル20への電流供給を停止後、冷却用の熱媒供給部33を操作してチャンバ24内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク15の冷媒流路15aの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、チャンバ24内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路15a及びヒートシンク15の周囲を流れて、半田付け対象物(半導体モジュール10)を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、金属回路13と半導体素子12とを接合する。この状態において半田付けが終了し、半導体モジュール10が完成する。
After stopping the supply of current to the high-
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)半田付け装置21において、高周波加熱コイル20上に複数のコア40を設けるとともに、各コア40を高周波加熱コイル20による高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の錘17一つずつに対向配置した。そして、コア40を高周波加熱コイル20に対して相対移動可能にし、コア40と錘17のギャップGを調節した状態でボルト50及びナット51を用いて位置決め支持可能にした。よって、同時に加熱される複数の錘17の温度上昇速度が均一化されるようにギャップGを調節して錘17を加熱することができる。したがって、シート半田19の温度上昇速度が均一化され、半田温度が所定範囲内で均一に保持された状態で半導体素子12の半田付けを行うことができ、半田付けを良好に行うことができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the
(2)高周波加熱コイル20上に複数のコア40を配設し、該高周波加熱コイル20によって複数の錘17を同時に加熱するようにした。複数の錘17はヒートシンク15の長さ方向に一列に配設され、錘17の列の中央ほど加熱されやすくなっている。また、ヒートシンク15には反り等の形状のバラツキがある。半田付け装置21においては、半田付けに際し、様々な条件が存在するが各条件を考慮しギャップGを調節するだけで錘17の温度上昇速度を均一化させ、全ての半田付け部で半田付けを良好に行うことができる。したがって、全ての錘17の温度上昇速度を均一にするため、背景技術のように透磁率や熱容量の異なる発熱体を準備したり、選択したりする必要が無く、半田付け作業を容易とすることができる。
(2) A plurality of
(3)半導体素子12を押圧する錘17を加熱してシート半田19を加熱することで、シート半田19に対して集中的に熱を伝えることができる。そして、該錘17とコア40とのギャップGを調節可能としたため、半田付けを一層良好に行うことができる。
(3) By heating the
(4)コア40は、錘17に向けて延びる磁路形成部40bを三つ備える。また、錘17におけるコア40への対向面には凹部17bが二箇所形成されている。そして、各磁路形成部40bは錘17における凹部17b以外の部位に対向配置されている。このため、例えば、磁路形成部40bが形成されず、磁路がオープンループになるコアに比して、コア40と錘17との間に磁束密度の高い磁路を形成することができ、高周波誘導加熱によって錘17を効率良く加熱することができるとともに、所定の磁束密度の磁路を形成するために要する電力を抑えることができる。
(4) The
(5)コア40は断面横E型状に形成され、二本の高周波加熱コイル20の間に磁路形成部40bが介在している。このため、各高周波加熱コイル20の周りに形成される磁路が打ち消し合うことを防止することができる。
(5) The
(6)ボルト50に対してナット51を螺進させる又は螺退させるといった簡単な作業だけでコア40の高さの微調節を容易に行うことができる。すなわち、錘17とコア40とのギャップGの微調節を容易に行うことができる。よって、背景技術のように透磁率や熱容量の異なる発熱体を多数必要とする場合に比して、温度上昇速度を均一とするための作業を容易とすることができる。
(6) Fine adjustment of the height of the core 40 can be easily performed only by a simple operation such as screwing or unscrewing the
(7)電子機器の部品となる半導体モジュール10の製造方法の一工程である半導体素子12の半田付け工程において前記の方法で半田付けを行っている。したがって、電子機器の製造方法において、前記各効果を得ることができる。
(7) Soldering is performed by the above-described method in the soldering process of the
(8)半田付け装置21は複数のコア40を備え、各コア40はそれぞれボルト50及びナット51を用いて個別に位置決め可能になっている。このため、各コア40毎に設定されたギャップGをその設定された値に正確に維持することができる。
(8) The
(9)半田付け装置21において、複数のコア40は各錘17それぞれに対して対向配置される。このため、複数の錘17それぞれに対して設定されるギャップGを維持することができ、複数の錘17の温度上昇速度を確実に均一化させることができる。
(9) In the
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図5に示すように、コア60は、長さ方向に沿った断面視が横C型状に形成されていてもよい。このコア60は下方に開口する収容凹部60aが一箇所形成され、該収容凹部60aの両側に磁路形成部60bが形成されている。また、コア60には支持板60cが延設されている。そして、収容凹部60a内には対となる二本の高周波加熱コイル20が収容されている。なお、この二本の高周波加熱コイル20において電流の流れる向きは同じになっている。また、コア60に対向配置される錘17は、コア60への対向面に凹部17bが一箇所だけ形成されている。そして、収容凹部60aは凹部17bに対向配置され、磁路形成部60bにおける錘17に対向する端面は、錘17におけるコア60に対向する端面に対向配置されている。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
As shown in FIG. 5, the
○ 図6に示すように、コア40の位置決め手段は、各高周波加熱コイル20の上面と、コア40の収容凹部40aの内面との間に介装されるスペーサ61であってもよい。この場合、コア40における支持板41は削除されるとともにボルト50及びナット51は使用されない。なお、図5に示すコア60の位置決め手段として、各高周波加熱コイル20の上面と、コア60の収容凹部60aの内面との間に介装されるスペーサ61を用いてもよい。
As shown in FIG. 6, the positioning means of the core 40 may be a
○ 図7に示すように、コア40の位置決め手段は、磁路形成部40bにおける錘17に対向する端面と、錘17における磁路形成部40bに対向する端面との間に介装されるスペーサ62であってもよい。このスペーサ62は、セラミックやガラスといった非磁性材料で形成される。この場合、コア40における支持板41は削除されるとともにボルト50及びナット51は使用されない。なお、図5に示すコア60の位置決め手段として、磁路形成部60bにおける錘17に対向する端面と、錘17における磁路形成部60bに対向する端面との間に介装されるスペーサ62であってもよい。
As shown in FIG. 7, the positioning means of the
○ 図8に示すように、コア63としては、対となる二本の高周波加熱コイル20の間に介在される板状のものであってもよい。そして、コア63そのものが磁路形成部を形成している。コア63の位置決め手段は、コア63における錘17に対向する端面と、錘17におけるコア63に対向する端面との間に介装されるスペーサ64よりなる。この場合、二本の高周波加熱コイル20は電流の流れる方向が逆になっている。
As shown in FIG. 8, the
○ コア40,60は、蓋部24aから吊下げ支持されてもよく、蓋部24aにはコア40,60を吊下げるための吊下げ部が設けられている。そして、吊下げ部に対するコア40,60の吊下げ位置を調節して錘17とコア40,60とのギャップGを調節してもよい。この場合、吊下げ部がコア40,60の位置決め手段を構成する。
The
○ 昇温特性の異なる複数の錘17を使用したり、寸法、幅、熱容量のうち少なくとも一つが異なる錘17を使用したりしてもよい。
○ 回路基板11上に接合されるセラミック基板14の数は複数であればよく、任意に変更してもよい。また、1個の金属回路13上に半田付けされる半導体素子12の数も任意に変更してもよい。
A plurality of
The number of
○ 回路基板11はヒートシンク15を備えたヒートシンク付き基板に限らず、複数の半田付け部を有するものであればよい。例えば、セラミック基板14の片面に金属回路13が複数形成されたものや、樹脂基板の片面に複数の金属回路13が形成された構成としてもよい。樹脂基板を構成する樹脂としてはポリイミドやポリアミドイミド等の特に耐熱性に優れた樹脂が好ましいが、高い耐熱性が要求されるのは半田付けの際の短時間であるため、エポキシ樹脂等のようにポリイミドに比較して耐熱性の低い樹脂であってもよい。樹脂基板の場合、ガラス繊維や炭素繊維等で強化されたものが好ましい。
The
○ 半田付けに使用する半田はシート半田19に限らず、半田ペーストを使用してもよい。
○ 高周波加熱コイル20は四角パイプではなく円筒で形成してもよい。
○ The solder used for soldering is not limited to the
The high
○ 錘17及び治具18を用いず、高周波加熱コイル20による高周波誘導加熱によってシート半田19を直接加熱し、溶融させて半導体素子12を金属回路13に半田付けしてもよい。この場合、シート半田19そのものが高周波加熱コイル20による高周波誘導加熱によって加熱される加熱対象物となる。このように構成しても、同時に加熱される複数のシート半田19の温度上昇速度が均一化されるようにギャップGを調節してシート半田19を加熱することができる。したがって、シート半田19の温度上昇速度が均一化され、半田温度が所定範囲内で均一に保持された状態で半導体素子12の半田付けを行うことができ、半田付けを良好に行うことができる。
The
○ 高周波誘導加熱で錘17を加熱してその熱で半田を溶融させる構成において、錘17はステンレス製に限らず、誘導加熱可能な材料であればよく、例えば、ステンレスに代えて、鉄やグラファイトで形成したり、熱伝導率の異なる2種類の導体材料を用いて構成したりしてもよい。
In the configuration in which the
○ コア40,60は収容凹部40a,60aに対となる二本の高周波加熱コイル20を二対収容可能な大きさに形成されていてもよい。この場合、対となる二本の高周波加熱コイル20同士の間には仕切りが設けられる。
(Circle) the
○ 半田付け装置21において、高周波加熱コイル20の本数は、高周波誘導加熱によって半田付けが行われる半田付け部の数に応じて任意に変更してもよい。
○ 高周波加熱コイル20はチャンバ24内に一本だけ設けられていてもよく、その場合、コアとしては収容凹部が一つだけ形成された断面C型状のタイプ(例えば、図5に示すコア60)が用いられる。
In the
Only one high-
○ 半導体モジュール10を構成する回路基板11の金属回路13に半田付けで接合される電子部品は半導体素子12に限らず、半導体素子12と他の電子部品、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサなどが混在してもよい。
An electronic component that is joined by soldering to the
○ 半田付け装置21において、コア40,60,63を錘17それぞれに対向配置した構成に限らず、一つのコア40,60,63を複数(例えば、2つ)の錘17に跨るような大きさに形成し、一つのコア40,60,63を複数の錘17に跨るように対向配置してもよい。
In the
G…ギャップ、11…ワークとしての回路基板、12…電子部品としての半導体素子、13…半田付け部としての金属回路、17…加熱対象物及び発熱部材としての錘、19…加熱対象物としてのシート半田、20…高周波加熱コイル、21…半田付け装置、40,60,63…コア、40b,60b…磁路形成部、41,60c…位置決め手段を形成する支持板、50…位置決め手段を形成するボルト、51…位置決め手段を形成するナット、61,62,64…位置決め手段としてのスペーサ。
G ... Gap, 11 ... Circuit board as work, 12 ... Semiconductor element as electronic component, 13 ... Metal circuit as soldering part, 17 ... Weight as heating object and heating member, 19 ... As heating object Sheet solder, 20 ... high frequency heating coil, 21 ... soldering device, 40, 60, 63 ... core, 40b, 60b ... magnetic path forming portion, 41, 60c ... support plate for forming positioning means, 50 ... forming positioning means
Claims (11)
高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、
前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対向配置され、かつ、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアと、
前記コアを位置決め支持する位置決め手段とを備え、
前記コアを、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節した状態で前記位置決め手段により位置決め支持可能にした半田付け装置。 A soldering device for soldering an electronic component by melting a solder by heating an object to be heated by high-frequency induction heating to each soldering part of a work having a plurality of soldering parts,
A high-frequency heating coil capable of passing a high-frequency current;
A plurality of objects to be heated that are simultaneously heated by high-frequency induction heating by the high-frequency heating coil, and disposed so as to be relatively movable to the high-frequency heating coil, and by applying a high-frequency current to the high-frequency heating coil A core in which a magnetic path forming part for forming a magnetic path around the high-frequency heating coil is extended toward the heating object;
Positioning means for positioning and supporting the core,
The core is positioned in a state in which a gap between an end surface of the magnetic path forming unit facing the heating object and the heating object is adjusted to a value set according to a temperature increase rate of the heating object. Soldering device that can be positioned and supported by means.
高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対し、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアを対向配置させ、
前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを、前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節し、
前記ギャップを維持するように前記コアを位置決め支持して半田付けを行うことを特徴とする半田付け方法。 A soldering method for soldering an electronic component by melting a solder by heating an object to be heated by high frequency induction heating to each soldering part of a work having a plurality of soldering parts,
A plurality of objects to be heated simultaneously by high-frequency induction heating by a high-frequency heating coil are disposed so as to be relatively movable to the high-frequency heating coil, and the high-frequency heating coil is energized by applying a high-frequency current to the high-frequency heating coil. A magnetic path forming portion that forms a magnetic path around the core extended toward the object to be heated is disposed oppositely,
Adjusting the gap between the end surface facing the heating object in the magnetic path forming unit and the heating object to a value set according to the temperature increase rate of the heating object;
A soldering method comprising performing soldering while positioning and supporting the core so as to maintain the gap.
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