JP2009059832A - Soldering jig - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,放熱板等の板状部材に絶縁基板等を鉛フリーはんだによってはんだ付けする際に使用されるはんだ付け治具に関する。さらに詳細には,板状部材が湾曲している場合に適したはんだ付け治具に関するものである。 The present invention relates to a soldering jig used when soldering an insulating substrate or the like to a plate-like member such as a heat sink by lead-free solder. More specifically, the present invention relates to a soldering jig suitable when the plate-like member is curved.
例えば,HVインバータ用IGBTモジュールを製造する際には,放熱板の上に絶縁基板をはんだ付けする。このはんだ付けの加熱工程として,従来では,例えば特許文献1に記載されているように,リフロー式の加熱炉を用いて,大気圧中の雰囲気加熱を用いていた。しかし,はんだとして鉛フリーはんだを採用すると,この方法ではボイドが生じやすく,品質不良が発生しがちである。そのため,鉛フリーはんだを用いる場合は,減圧式のはんだ付け炉によって加熱する必要がある。そして,減圧式の加熱炉では,一般に,加熱プレート等による固体境界接触による熱伝導もしくは輻射による加熱を行うことが必要である。 For example, when manufacturing an IGBT module for an HV inverter, an insulating substrate is soldered on a heat sink. As the soldering heating process, conventionally, as described in, for example, Patent Document 1, atmosphere heating in an atmospheric pressure is used using a reflow type heating furnace. However, when lead-free solder is used as the solder, voids are likely to occur in this method, and quality defects tend to occur. For this reason, when lead-free solder is used, it must be heated in a reduced-pressure soldering furnace. In general, it is necessary to perform heating by heat conduction or radiation by solid boundary contact with a heating plate or the like in a decompression type heating furnace.
そこで,例えば図6に示すように,カーボン製の下治具101と上治具102とを有するはんだ付け治具100が用いられている。下治具101は枠形状であり,加熱プレート11の外周と位置合わせされて設置されている。下治具101の枠内に放熱板12を載置し,その上に上治具102を載せる。上治具102は,下治具101と位置合わせされて固定される。上治具102にはいくつかの貫通孔103が設けられており,その中にはんだ13と絶縁基板14とを重ねて載置する。この状態で加熱プレート11によって加熱すると,放熱板12を介してはんだ13が加熱溶融され,放熱板12と絶縁基板14とがはんだ付けされる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 6, a
ここで,後工程における必要性から,図6に示すように,放熱板12として湾曲したものを用いる場合がある。このような放熱板12を平面状の加熱プレート11に載置すると,放熱板12の中央部の狭い範囲のみで加熱プレート11と接触するため,加熱状態が不均一となる。また,図中左右方向に傾くことがあり,放熱板12の安定した配置が困難となる。そこで,図示のように,加熱プレート11の中央部に溝11aを設けている。これにより,加熱プレート11に放熱板12のみを載置した状態では,ほぼ均一に加熱できるようになった。さらに,加熱プレート11と放熱板12とが図中左右の2点で接触するので,安定した配置が可能となった。
しかしながら,放熱板12の湾曲の程度には多少のバラツキがある。そのため,湾曲の程度の大きい放熱板12を前記した従来のはんだ付け治具100に載置した場合,図6に示すように,放熱板12の両端部Pが上治具102の下面Lに接触してしまう。はんだ付け効率等の観点から,上治具102と加熱プレート11との間の空間はあまり大きくないことが望まれるためである。そして,放熱板12と上治具102とが部分的に接触すると,その接触箇所から放熱板12の熱が上治具102へと逃げる。上治具102はカーボン製であるため,熱伝導性は良好である。そのため,放熱板12のうち両端部Pの近傍の温度が低くなり,温度のムラができるという問題点があった。
However, there is some variation in the degree of curvature of the
本発明は,前記した従来のはんだ付け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,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することのできるはんだ付け治具を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional soldering jig described above. That is, an object of the present invention is to provide a soldering jig capable of heating the whole of a heat sink having a large degree of curvature almost uniformly.
この課題の解決を目的としてなされた本発明のはんだ付け治具は,加熱プレート上に置かれた板状部材のさらに上に配置されて使用され,板状部材上にはんだ付けされる部品の板面内における位置決めを行う穴が形成されているはんだ付け治具であって,板状部材に対面する側の面のうち,板状部材が下に凸に湾曲している場合にその板状部材の端部が接触する範囲に設けられた断熱部材を有するものである。 The soldering jig of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, is used by being placed on a plate-like member placed on a heating plate and soldered on the plate-like member. A soldering jig in which a hole for positioning in a plane is formed, and the plate-like member when the plate-like member is curved downward convexly on the surface facing the plate-like member It has the heat insulation member provided in the range which the edge part contacts.
本発明のはんだ付け治具は,加熱プレート上に置かれた板状部材のさらに上に配置される。すなわち,板状部材は,加熱プレートとはんだ付け治具とで挟まれる。この板状部材が下に凸に湾曲している場合,その凸部が加熱プレートに,端部がはんだ付け治具にそれぞれ接触することになる。本発明のはんだ付け治具では,板状部材の端部が接触する範囲に断熱部材が設けられているので,板状部材の熱がはんだ付け治具へと逃げることが防止されている。従って,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することのできるはんだ付け治具となっている。 The soldering jig of this invention is arrange | positioned further on the plate-shaped member placed on the heating plate. That is, the plate member is sandwiched between the heating plate and the soldering jig. When this plate-like member is convexly curved downward, the convex part comes into contact with the heating plate and the end part comes into contact with the soldering jig. In the soldering jig of the present invention, since the heat insulating member is provided in a range where the end of the plate member contacts, the heat of the plate member is prevented from escaping to the soldering jig. Therefore, even if the heat sink has a large degree of curvature, it is a soldering jig that can heat the entire body almost uniformly.
あるいは,本発明のはんだ付け治具は,加熱プレート上に置かれた板状部材のさらに上に配置されて使用され,板状部材上にはんだ付けされる部品の板面内における位置決めを行う穴が形成されているはんだ付け治具であって,板状部材に対面する側の面における,板状部材が下に凸に湾曲している場合にその上面の凹部に対応する位置に,板状部材に接触する下向きの凸部が形成されているものであってもよい。 Alternatively, the soldering jig of the present invention is used by being placed on a plate-like member placed on a heating plate and positioning a part to be soldered on the plate-like member in the plate surface. When the plate-like member is curved downwardly on the surface facing the plate-like member, the soldering jig is formed in a position corresponding to the concave portion on the upper surface. The downward convex part which contacts a member may be formed.
このようなものであれば,板状部材の凸部が加熱プレートに接触するとともに,その上面の凹部がはんだ付け治具の下向きの凸部に接触する。従って,放熱板のうち,特に加熱される箇所から熱が奪われる。これにより,放熱板の全体をほぼ均一に加熱することができる。 If it is such, while the convex part of a plate-shaped member will contact a heating plate, the recessed part of the upper surface will contact the downward convex part of a soldering jig. Accordingly, heat is taken away from the part of the heat sink that is heated. Thereby, the whole heat sink can be heated almost uniformly.
あるいは,本発明のはんだ付け治具は,加熱プレート上に置かれた板状部材のさらに上に配置されて使用され,板状部材上にはんだ付けされる部品の板面内における位置決めを行う穴が形成されているはんだ付け治具であって,板状部材に対面する側の面における,板状部材が下に凸に湾曲している場合にその上面の凹部に対応する位置に,部品の位置決めを行う穴とは別の穴が形成されており,別の穴に上方から挿入されるとともに,先端が板状部材に接触する可動部材を有するものであってもよい。 Alternatively, the soldering jig of the present invention is used by being placed on a plate-like member placed on a heating plate and positioning a part to be soldered on the plate-like member in the plate surface. In the soldering jig formed on the surface facing the plate-like member, when the plate-like member is convexly curved downward, the part A hole different from the hole for positioning may be formed. The hole may be inserted from above into another hole and may have a movable member whose tip contacts the plate member.
このようにすれば,可動部材が板状部材に確実に接触する。従って,放熱板のうち,特に加熱される箇所から熱が奪われる。これにより,放熱板の全体をほぼ均一に加熱することができる。 If it does in this way, a movable member will contact a plate-shaped member reliably. Accordingly, heat is taken away from the part of the heat sink that is heated. Thereby, the whole heat sink can be heated almost uniformly.
本発明のはんだ付け治具によれば,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することができる。 According to the soldering jig of the present invention, even a heat sink having a large degree of curvature can be heated almost uniformly.
「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,IGBTモジュールの絶縁基板を放熱板にはんだ付けするためのはんだ付け治具に本発明を適用したものである。
"First form"
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a soldering jig for soldering an insulating substrate of an IGBT module to a heat sink.
本形態のはんだ付け治具1は,図1に示すように,下治具21と上治具22とを有している。下治具21は,従来使用されている下治具101と同様に,枠形状のものである。この下治具21は,加熱プレート11上に配置されて使用される。加熱プレート11も従来使用されているものと同様のものである。加熱プレート11の図中上面には,図中奥行き方向に溝11aが設けられている。
The soldering jig 1 of this embodiment has a
本形態は,放熱板12上に絶縁基板14を位置決めしてはんだ付けするためのものである。使用時には,下治具21の枠内の加熱プレート11上に放熱板12が置かれる。上治具22は,下治具21の上で,かつ,放熱板12の上に配置されて使用される。上治具22には,複数個の貫通孔23が設けられている。この貫通穴23内に絶縁基板14を配置することにより,放熱板12の面内における絶縁基板14同士の位置決めが行われる。
In this embodiment, the
ここで,本形態では,放熱板12として図1に示すように湾曲したものを使用する。使用される放熱板12の形状はあらかじめ分かっている。ここでは,下に凸に湾曲しているものを対象とする。そのため,上治具22の下面22Lのうち,放熱板12が接触する可能性がある箇所は,ある程度の範囲内に限定される。この範囲を接触範囲Qという。そして,本形態の上治具22では,その下面22Lのうち,接触範囲Qを含む範囲に断熱材24が埋め込まれている。これにより,上治具22に対して放熱板12が接触する可能性があるのは,断熱材24の配置されている部分のみに限られる。なお,上治具22の断熱材24以外の部分および下治具21は,いずれもカーボン製である。断熱材24としては,例えば,ジルコニア(ZrO2),マセライト(商標名),ZRCO(商品名)等を用いればよい。
Here, in this embodiment, as the
例えば図1では,放熱板12のうち,図中左右の両端部Pが最も上方に突出する部分である。この両端部Pは,図中奥行き方向に連続する線状となっている。そして,上治具22の下面22Lのうち,この両端部Pに対応する部分が接触範囲Qである。そこで,断熱材24は,下面22Lの接触範囲Qを含む範囲に配置されている。ここでは,断熱材24は,上下方向の厚さ2〜3mm程度で,接触範囲Qを含む図中左右方向10mm程度の幅の板状部材である。この断熱材24の下面24Lは,上治具22の外面に露出している。なお,ここでは,上治具22の下面22Lと,断熱材24の下面24Lとが同一面内にあるように図示しているが,断熱材24の下面24Lが上治具22の下面22Lよりやや凹んでいてもよい。
For example, in FIG. 1, the left and right end portions P of the
次に,本形態のはんだ付け治具1を用いてはんだ付けを行う場合の例を図2に示す。これは,1つの放熱板12に,4個の絶縁基板14をはんだ付けするものである。各絶縁基板14には,あらかじめ複数個の素子15が取り付けられている。この例では,放熱板12は図中左右に湾曲し,図中左右の両端部Pが上治具22に接触する。中央部Tは,両端部Pに比較して,150〜250μm程度窪んでいる。そのため,この放熱板12を対象とした上治具22には,図中に破線で示すように,放熱板12の両端部Pを覆うように断熱材24が設けられている。
Next, an example in which soldering is performed using the soldering jig 1 of this embodiment is shown in FIG. In this method, four insulating
本形態のはんだ付け治具1を用いてはんだ付けを行う際には,まず,下治具21を加熱プレート11上に配置しておく。そして,下治具21の枠内に放熱板12を載せる。このとき,放熱板12の中央部Tが溝11aに載るので,安定して配置することができる。次に,下治具21に合わせて上治具22を配置し,下治具21と上治具22とを固定する。このようにすることにより,放熱板12の両端部Pと断熱材24とが接触する場合がある。
When soldering using the soldering jig 1 of this embodiment, first, the
次に,上治具22の貫通孔23から,箔状のはんだ13と絶縁基板14をそれぞれ挿入する。この貫通孔23はそれぞれの絶縁基板14の形状に合わせて形成されている。従って,各絶縁基板14は,貫通孔23に挿入されることにより,互いに位置合わせされる。この状態で加熱プレート11を加熱すると,放熱板12が加熱される。このとき,湾曲の程度の大きい放熱板12では,加熱プレート11の他に断熱材24に接触する。断熱材24によって上治具22へ熱が逃げることは防止されている。
Next, the foil-
あるいは,湾曲の程度の大きくない放熱板12では,加熱プレート11に接触するのみである。加熱プレート11には,溝11aが形成されているので,放熱板12の全体がほぼ均一に加熱される。従って,放熱板12の全体の温度をほぼ均一に保つことができる。そして,放熱板12を介して,はんだ13を加熱し溶融させることにより,放熱板12と絶縁基板14とをはんだ付けすることができる。
Alternatively, the
以上詳細に説明したように,本形態のはんだ付け治具1によれば,上治具22の下面22Lのうち,放熱板12が接触するかもしれない接触範囲Qを含む部分に断熱材24を配置している。従って,放熱板12から上治具22の下面22Lへ熱が逃げることが抑制され,放熱板12の全体をほぼ均一な温度に保持することができる。従って,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することのできるはんだ付け治具となっている。
As described above in detail, according to the soldering jig 1 of this embodiment, the
「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,第1の形態に比較して,上治具の構成がやや異なるのみであり,共通の部分は共通の符号を付して説明を省略する。
"Second form"
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the upper jig, and common portions are denoted by common reference numerals and description thereof is omitted.
本形態のはんだ付け治具2の上治具31には,図3に示すように,図中下向きに突出した凸部32が設けられている。この上治具31は全体がカーボン製であり,断熱材は設けられていない。凸部32は,放熱板12の窪んだ箇所(ここでは,中央部T)に合わせて設けられている。ここでは図中奥行き方向の帯状となっている。また,凸部32の下面32Lは,上治具31の下面31Lに比較して,幅Sだけ図中下向きに突出している。この幅Sは,ワークとなる放熱板12の最も高い位置(両端部P)と最も低い位置(中央部T)との距離と同程度に形成される。ここでは,150〜250μmとされている。
As shown in FIG. 3, the
本形態のはんだ付け治具2の下治具21と上治具31の間に放熱板12を配置すると,図3に示すように,放熱板12の両端部Pは上治具31の下面31Lに,中央部Tは凸部32の下面32Lにそれぞれ接触する。すなわち,両端部Pからも中央部Tからも上治具31へと熱が奪われる。したがって,放熱板12の両端部Pと中央部Tとの加熱状態はほぼ均一となり,放熱板12の全体をほぼ均一に加熱することができる。なお,上治具31はさらに他の部材に触れているものではなく,その全体が加熱されれば熱的に飽和するので,それ以上の熱を奪うことはない。
When the
以上詳細に説明したように,本形態のはんだ付け治具2によっても,第1の形態と同様に,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することのできるはんだ付け治具となっている。なお,本形態では,放熱板12の両端部Pと中央部Tとのうちのいずれか一方のみが上治具31に接触している状態となることは好ましくない。従って,加熱プレート11の上面と上治具31の下面31Lとの間隔を,第1の形態の場合よりもやや小さめにすることが望ましい。このようにすれば,湾曲の程度が比較的小さい放熱板であっても,両端部Pと中央部Tとの両方が確実に接触するからである。
As described in detail above, even with the
「第3の形態」
以下,本発明を具体化した第3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,第1の形態に比較して,上治具の構成がやや異なるのみであり,共通の部分は共通の符号を付して説明を省略する。
"Third form"
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the upper jig, and common portions are denoted by common reference numerals and description thereof is omitted.
本形態のはんだ付け治具3の上治具41には,図4に示すように,絶縁基板14を配置するものとは別に貫通孔42が設けられている。さらに,その貫通孔42を図中上から貫通して可動部材43が差し込まれている。可動部材43は,貫通孔42の内部で図中上下方向に移動することができ,自重によって,その下端部43Lが放熱板12に接触している。また,可動部材43の図中上端部には,径方向にやや大きいストッパ部44が形成され,抜け止めとなっている。また,本形態では,上治具41および可動部材43はいずれも,カーボン製である。
As shown in FIG. 4, the
この可動部材43は,はんだ付けの対象となる放熱板12の窪んだ箇所(ここでは,中央部T)およびその近辺に配置される。例えば,図5に示すように,中央部Tに沿った1列と絶縁基板14の外側等に複数個配置される。この配置は,放熱板12の形状や絶縁基板14の配置等に応じて,これがないと比較的高温となりがちな箇所を中心に適宜選択される。可動部材43は,自重で下がるので,放熱板12の湾曲の程度等のバラツキにかかわらず,放熱板12に確実に接触する。
The
なお,ここでは,貫通孔42を円孔とし,可動部材43を円柱形状のものとした。また,貫通孔42内での可動部材43の自重による移動を容易なものとするために,貫通孔42の内径を可動部材43の外径より0.5mm程度大きく形成している。また,図5に示すように,可動部材43の下端部43Lが接触する箇所の放熱板12は湾曲している。そこで,下端部43Lと放熱板12との接触をより確実なものとするために,下端部43Lの下面は丸みを帯びた形状とすることが望ましい。
Here, the through
このはんだ付け治具3に放熱板12を載置すると,両端部Pは上治具41の下面41Lに接触するとともに,中央部Tやその近辺は可動部材43の下端部43Lに接触する。従って,いずれの場所からも上治具41に熱が奪われるので,放熱板12の全体はほぼ均一な温度に保持される。
When the
以上詳細に説明したように,本形態のはんだ付け治具3によっても,第1,第2の形態と同様に,湾曲の程度の大きな放熱板であっても,その全体をほぼ均一に加熱することのできるはんだ付け治具となっている。なお,本形態においても第2の形態と同様に,加熱プレート11の上面と上治具41の下面41Lとの間隔を,第1の形態の場合よりもやや小さめにすることが望ましい。
As described in detail above, even with the soldering jig 3 of the present embodiment, the entire heat-radiating plate having a large degree of curvature is heated almost uniformly as in the first and second embodiments. It is a soldering jig that can. In this embodiment as well, as in the second embodiment, it is desirable that the distance between the upper surface of the
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,上治具に設けられる貫通孔の個数や配置は,各ワークに合わせて適切に変更することができる。また,下治具は,上治具または加熱プレートと一体としてもよい。また,第1の形態における断熱材24の形状,第2の形態における凸部32の下面32Lの形状等も平面に限らず,曲面としてもよい。また,第3の形態における可動部材の配置や形状はこれに限らないし,等間隔に配置されていなくてもよい。また,可動部材はカーボン製に限らない。また,ストッパ部は必ずしも全周に設けられていなくても良い。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, the number and arrangement of through holes provided in the upper jig can be appropriately changed according to each workpiece. The lower jig may be integrated with the upper jig or the heating plate. Further, the shape of the
1,2,3 はんだ付け治具
11 加熱プレート
12 放熱板
14 絶縁基板
22,31,41 上治具
23 貫通孔
24 断熱材
32 凸部
42 貫通孔
43 可動部材
1, 2, 3
Claims (3)
前記板状部材に対面する側の面のうち,前記板状部材が下に凸に湾曲している場合にその板状部材の端部が接触する範囲に設けられた断熱部材を有することを特徴とするはんだ付け治具。 In a soldering jig in which a hole for positioning in a plate surface of a component to be soldered is formed on a plate member placed on a heating plate and used on the plate member. ,
Among the surfaces facing the plate-like member, the plate-like member has a heat insulating member provided in a range in which the end of the plate-like member contacts when the plate-like member is curved downward and convex. Soldering jig.
前記板状部材に対面する側の面における,前記板状部材が下に凸に湾曲している場合にその上面の凹部に対応する位置に,前記板状部材に接触する下向きの凸部が形成されていることを特徴とするはんだ付け治具。 In a soldering jig in which a hole for positioning in a plate surface of a component to be soldered is formed on a plate member placed on a heating plate and used on the plate member. ,
On the surface facing the plate-like member, when the plate-like member is convexly curved downward, a downward convex portion that contacts the plate-like member is formed at a position corresponding to the concave portion on the upper surface. Soldering jig characterized by being made.
前記板状部材に対面する側の面における,前記板状部材が下に凸に湾曲している場合にその上面の凹部に対応する位置に,前記部品の位置決めを行う穴とは別の穴が形成されており,
前記別の穴に上方から挿入されるとともに,先端が前記板状部材に接触する可動部材を有することを特徴とするはんだ付け治具。 In a soldering jig in which a hole for positioning in a plate surface of a component to be soldered is formed on a plate member placed on a heating plate and used on the plate member. ,
When the plate-like member is curved downwardly on the surface facing the plate-like member, a hole different from the hole for positioning the component is provided at a position corresponding to the concave portion on the upper surface. Formed,
A soldering jig having a movable member which is inserted into the another hole from above and whose tip contacts the plate-like member.
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