JP2011054865A - リフロー装置およびリフロー方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー処理をしようとする対象物の生産量に応じた電力量や窒素量を用いれば良く費用の削減ができ、対象物の品質を保持でき、省スペース化が図れるリフロー装置およびリフロー方法を提供する。
【解決手段】リフロー装置１は、治具３００に保持された対象物Ｗを加熱するリフロー炉１０を複数台搭載しているテーブル６を有し、テーブル６の各リフロー炉１０をインデックス可能な回転テーブル装置４を備え、リフロー炉１０は、テーブル６に配置されて治具３００に保持された対象物Ｗを収容し、治具３００により対象物Ｗを封止可能なチャンバー２１と、テーブル６に配置されてチャンバー２１内に封止された対象物Ｗを加熱する加熱手段２２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフロー装置およびリフロー方法に関する。

リフロー処理を行う対象物として、大電力スイッチングユニットを例にあげると、この大電力スイッチングユニットは、インバータ回路等に搭載される。大電力スイッチングユニットでは、作動時にユニット内で発生する熱量が大きいので、大電力スイッチングユニットは冷却する必要がある。この熱はトランジスタで発生して、バスバーと銅板を通ってラジエータで冷却される。

トランジスタとバスバーは、はんだシートを使ってはんだ付けで接合される。大電力スイッチングユニットのモジュールは、バスバー・はんだシート・トランジスタ・はんだシート・バスバーの順番で、治具上において垂直方向に積載することで作られる（以下、このように治具に積載されたものをワークという。）。

図１５に、ワーク５００をリフロー処理するためのリフロー装置を示している。このワーク５００は、治具５０５上に横に寝かせた状態で加熱することで、はんだシートを溶かしてバスバーとトランジスタのはんだ付けを行っている。トランジスタは半導体チップの例である。これらのバスバー・はんだシート・トランジスタ・はんだシート・バスバーを積載する際には、それぞれの部品間にはフラックスを塗布している。

図１５に示すように、ワーク５００を治具５０５上に横に寝かせるのは、トランジスタから伝わった熱をバスバーを通して銅板に伝える際に、複数のバスバー同士が平面でないと銅板に熱が伝わらないためである。そのため、バスバーが全て自重で治具５０５に対して押し当たり、平面になるようにしている。

はんだ付け作業は、ある程度ワークをトレイの上に並べて、図１５に示すようなコンベア式のリフロー装置でバッチ処理している。このコンベア式のリフロー装置は、ワーク５００をコンベア５０６の投入口５０１から入れて、窒素雰囲気処理ユニット４８０で予備加熱して、さらに上からチャンバー４８１を下ろして真空中で本加熱をし、再び窒素雰囲気ユニット４８２で冷却して、コンベア５０６の取り出し口５０２から取り出している。このようなコンベア式のリフロー装置は、特許文献１に開示されており、各処理ユニットはコンベア５０６に沿って直線状に配列されている。

特開２００９―１０３００号公報

ところが、従来のコンベア式のリフロー装置を用いると、次のような問題がある。

ワーク５００をリフロー装置内に通過させながら、ワーク５００は予備加熱、本加熱、そして冷却を行うようになっている。このため、予備加熱と本加熱において加熱しなければならない空間領域と、本加熱において真空引きする空間領域と、そして冷却においてワーク５００を冷却する空間領域が共に広い。このため、処理をするワーク５００の数量に関係なく、リフロー装置では加熱と真空引きのための一定の電力量と一定の窒素ガス供給量が必要であり、この電力量や窒素ガス量を減らすことが難しく、費用の削減ができない。

また、リフロー装置でワーク５００を加熱中に、はんだが垂れてボイドが発生したり、フラックスを塗布してからリフロー装置へ投入するまでの時間が一定でないために、はんだ付けをした面の品質に差が出てしまうので、ワーク５００の品質保持をすることが難しい。

さらに、予備加熱と本加熱においてワーク５００を加熱しなければならない空間領域と、本加熱において真空引きする空間領域と、冷却においてワーク５００を冷却する空間領域が広いので、装置の占有面積が大きく、リフロー装置の省スペース化が図りにくい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、リフロー処理をしようとする対象物の生産量に応じた電力量や窒素量を用いれば良く費用の削減ができ、対象物の品質を保持でき、省スペース化が図れるリフロー装置およびリフロー方法を提供することである。

本発明のリフロー装置は、治具に保持された対象物を加熱してはんだ付けをするリフロー装置であって、
前記治具に保持された前記対象物を加熱するリフロー炉を複数台搭載しているテーブルを有し、前記テーブルの各前記リフロー炉をインデックス可能な回転テーブル装置を備え、
前記リフロー炉は、
前記テーブルに配置されて前記治具に保持された前記対象物を収容し、前記治具により前記対象物を封止可能なチャンバーと、
前記テーブルに配置されて前記チャンバー内に封止された前記対象物を加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする。上記構成によれば、各リフロー炉は小型化でき、リフロー処理をしようとする対象物の生産量に応じた電力量や窒素量を用いれば良く費用の削減ができ、対象物の品質を保持でき、省スペース化が図れる。

本発明のリフロー装置では、前記チャンバー内に不活性ガスが充填された状態で前記チャンバー内に封止された前記対象物を予備加熱する際には、前記加熱手段が前記治具に当接されることを特徴とする。上記構成によれば、不活性ガスはチャンバー内だけに充填すれば良いので、不活性ガスの使用量を削減でき、加熱手段が、チャンバー内の対象物に対して治具を介して確実にしかも効率よく予備加熱することができる。

本発明のリフロー装置では、前記チャンバー内を真空引きした状態で前記チャンバー内に封止された前記対象物を本加熱する際には、前記加熱手段が前記治具に当接されることを特徴とする。上記構成によれば、真空引きはチャンバー内だけ行えばよいので、真空引きに要する電気量を削減でき、加熱手段が、チャンバー内の対象物に対して治具を介して確実にしかも効率よく本加熱することができる。

本発明のリフロー装置では、前記本加熱された前記対象物を冷却する際には、前記治具から前記加熱手段を離して、前記チャンバー内の前記対象物に冷却ガスが供給されることを特徴とする。上記構成によれば、加熱手段を離した後に冷却ガスはチャンバー内だけに充填すれば良いので、冷却ガスの使用量を削減できる。

本発明のリフロー装置では、前記対象物を保持している前記治具が前記テーブルに対して着脱自在に保持されており、
前記リフロー炉は、前記テーブルに保持された前記治具に対して前記チャンバーを直線移動して前記チャンバー内に前記対象物を封止する第１直動操作手段と、前記加熱手段を前記治具に対して直線移動して当接させる第２直動操作手段と、を有することを特徴とする。上記構成によれば、チャンバーと加熱手段を治具に対して容易にしかも確実に当接したり離したりすることができる。

本発明のリフロー装置では、前記チャンバーは、前記チャンバー内に封止された前記対象物を前記治具側に押して前記対象物を固定する押圧手段を有することを特徴とする。上記構成によれば、チャンバー内で対象物を加熱処理したり冷却する際に、対象物を治具側に確実に固定しておくことができる。

本発明のリフロー装置では、前記治具に保持された前記対象物を搬送するコンベアと、前記コンベアから前記リフロー炉へ前記治具に保持された加熱前の前記対象物を投入し、前記リフロー炉から前記コンベア前記治具に保持された加熱後の前記対象物を取り出すための移送ユニットと、を有することを特徴とする。上記構成によれば、加熱前の対象物と加熱後の対象物を効率よく出し入れでき、リフロー処理の効率を上げることができる。

本発明のリフロー装置では、前記対象物では、バスバーと半導体チップがはんだにより積層されていることを特徴とする。上記構成によれば、バスバーと半導体チップをはんだにより積層された対象物を容易にはんだ付けすることができる。

本発明のリフロー方法は、治具に保持された対象物を加熱してはんだ付けをするリフロー方法であって、
回転テーブル装置のテーブルには複数台のリフロー炉が搭載され、治具に保持された対象物を前記リフロー炉のチャンバー内に収容して、前記治具により前記対象物を前記チャンバー内に封止して前記チャンバー内に前記不活性ガスを充填した状態で、前記治具に加熱手段を当接して前記対象物を予備加熱し、
前記チャンバー内を真空引きした状態で、前記治具に前記加熱手段を当接して前記チャンバー内に封止された前記対象物を本加熱し、
前記加熱手段と前記治具を離して前記対象物を冷却することを特徴とするリフロー方法。上記構成によれば、各リフロー炉は小型化でき、リフロー処理をしようとする対象物の生産量に応じた電力量や窒素量を用いれば良く費用の削減ができ、対象物の品質を保持でき、省スペース化が図れる。

本発明によれば、リフロー処理をしようとする対象物の生産量に応じた電力量や窒素量を用いれば良く費用の削減ができ、対象物の品質を保持でき、省スペース化が図れるリフロー装置およびリフロー方法を提供することができる。

本発明のリフロー装置の好ましい実施形態の構成を示す平面図である。 円形テーブルのワークの出し入れポジションを示す図である。 円形テーブルの窒素ガスの充填と予備加熱ポジションを示す図である。 円形テーブルの本加熱と真空引きポジションを示す図である。 円形テーブルの冷却ポジションを示す図である。 ワークＷの構造を示す斜視図である。 移送ユニットを用いてはんだ付け前のワークＷを、コンベアから、円形テーブルのポジションＰ１に位置された小型リフロー炉へ移送する順序を示す図である。 移送ユニットを用いてはんだ付け前のワークＷを、コンベアから、円形テーブルのポジションＰ１に位置された小型リフロー炉１０へ移送した状態を示す図である。 円形テーブルの小型リフロー炉をさらに拡大して示す図である。 組み立て治具とこの組み立て治具の位置決め穴を示す図である。 小型リフロー炉におけるはんだ付け前のワークＷの予備加熱状態を示す図である。 図１２（Ａ）は、小型リフロー炉におけるはんだ付け前のワークＷの本加熱状態を示す図であり、図１２（Ｂ）は、小型リフロー炉におけるはんだ付け後のワークＷＴの冷却状態を示す図である。 小型リフロー炉からコンベアへはんだ付け後のワークＷＴを移送する順序を示す図である。 小型リフロー炉からコンベアへはんだ付け後のワークＷＴを移送した状態を示す図である。 従来のリフロー装置を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のリフロー装置の好ましい実施形態の構成を示す平面図である。

図１に示すように、リフロー装置１は、ワークを搬送するための搬送部としてのコンベア２と、移送ユニット３と、回転テーブル装置４を有している。

図１に示すコンベア２は、Ｘ方向に沿って直線状に配置されている。このコンベア２は、移送ユニット３と回転テーブル装置４の付近に配置されている。コンベア２は、はんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００を載せて、前工程ＭからＸ１方向に沿って、投入口・取り出し口５に搬送する。しかも、コンベア２は、はんだ付け後のワークＷＴを保持した組み立て治具３００、を投入口・取り出し口５からＸ１方向に沿って、後工程Ｎへ搬送することができる。

図１に示す移送ユニット３は、コンベア２と回転テーブル装置４に渡ってＹ方向に沿って配置されている。移送ユニット３は、コンベア２と移送ユニット３と回転テーブル装置４が占有する占有面積を削減するために、コンベア２と回転テーブル装置４の上方に配置されている。移送ユニット３は、コンベア２の投入口・取り出し口５と回転テーブル装置４のポジションＰ１に渡って配置されている。移送ユニット３は、はんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００を、コンベア２の投入口・取り出し口５から回転テーブル装置４上に移送する。そして、はんだ付け後のワークＷＴを保持した組み立て治具３００を、回転テーブル装置４のポジションＰ１上からコンベア２の投入口・取り出し口５に移送することができる。

図１に示す回転テーブル装置４は、円形テーブル６と、駆動部４Ｍを有している。円形テーブル６は、駆動部４Ｍの駆動により、中心軸ＣＬを中心として、Ｒ方向（例えば時計回り）に沿ってインデックス角度θ（図示例では、４５度）毎にインデックス可能である。

円形テーブル６の上には、図１の例では８個の小型リフロー炉１０が搭載されている。これらの小型リフロー炉１０は、円形テーブル６のポジションＰ１からポジションＰ８に、中心軸ＣＬを中心とするインデックス角度θ毎に、それぞれ配置されている。ポジションＰ１にある小型リフロー炉１０は、コンベア２の投入口・取り出し口５に対向している。

移送ユニット３は、コンベア２の投入口・取り出し口５からポジションＰ１にある小型リフロー炉１０に対して、はんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００を移送する。逆に、移送ユニット３は、ポジションＰ１にある小型リフロー炉１０内にあるはんだ付け後のワークＷＴを保持した組み立て治具３００を、投入口・取り出し口５へを移送する。

図１に示す制御部１００は、駆動部４Ｍに指令を与えて駆動部４Ｍを動作できる。また、制御部１００は、コンベア２の駆動部２Ｍに指令を与えて駆動部２Ｍを動作でき、これによりコンベア２はワークを保持した組み立て治具３００をＸ１方向に搬送できる。制御部１００は、移送ユニット３の駆動部３Ｍに指令を与えて駆動部３Ｍを動作でき、これにより移送ユニット３はワークを保持した組み立て治具３００をＹ方向に搬送できる。図１に示す中心軸ＣＬはＺ方向であり、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向は、互いに直交している。

図１に示す円形テーブル６におけるポジションＰ１は、図２に示すワークの出し入れポジションである。図１のポジションＰ２は、図３に示す窒素ガスの充填と予備加熱処理ポジションである。図１のポジションＰ５は、図４に示す本加熱と真空引き処理ポジションであり、図１のポジションＰ７は、図５に示す冷却処理ポジションである。

ここで、図６を参照して、ワークＷの構造例を説明する。

図６はワークＷの構造を示す斜視図である。

図６に示すワークＷは、組み立て治具３００において着脱可能に載せて保持されている。組み立て治具３００は、耐熱性を有し熱伝導性の良好な金属材料、例えば鉄や銅などにより作られている。組み立て治具３００は、大きい保持板３０１と小さい保持板３０２を有しており、下部には例えば複数個の位置決めピン３０３が突出して設けられている。保持板３０１と保持板３０２は直交するように固定されている。保持板３０１の内面３０１Ａと保持板３０２の内面３０２Ａには、ワークＷが着脱可能に保持されるようになっている。

図６に示すように、ワークＷは、リフロー処理をしようとする対象物であり、例えば車載専用の大電力スイッチングユニットである。ワークＷは、バスバー４００と、はんだシート４０１と、トランジスタ４０２と、はんだシート４０１と、バスバー４００を、垂直方向に積層することで構成されている。バスバー４００は銅製である。トランジスタ４０２は半導体チップの例である。そして、各部材の間には、フラックスが塗布されている。

次に、図７と図８を参照して、図１に示す移送ユニット３の構造例を説明する。

図７は、移送ユニット３を用いてはんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００を、コンベア２の投入口・取り出し口５から、円形テーブル６のポジションＰ１に位置された小型リフロー炉１０へ移送する順序を示す図である。図８は、移送ユニット３を用いてはんだ付け前のワークＷをを保持した組み立て治具３００を、コンベア２の投入口・取り出し口５から、円形テーブル６のポジションＰ１に位置された小型リフロー炉１０へ移送した状態を示す図である。

図７と図８に示すように、移送ユニット３は、コンベア２と円形テーブル６の上方に位置されている。移送ユニット３は、第１リニアアクチュエータＬ１と、第２リニアアクチュエータＬ２を有する。第１リニアアクチュエータＬ１と第２リニアアクチュエータＬ２は、動力源１１により作動する。第１リニアアクチュエータＬ１と第２リニアアクチュエータＬ２と動力源１１は、図１に示す駆動部３Ｍに相当する。動力源１１は例えばエアー圧発生源であり、動力源１１は制御部１００の指令により動作する。

図７の第１リニアアクチュエータＬ１は、Ｙ方向に沿って配置され、コンベア２の搬送方向であるＸ方向とは直交している。第２リニアアクチュエータＬ２は、第１リニアアクチュエータＬ１の作動により、Ｙ方向に沿って移動して位置決め可能である。

図７と図８に示すように、第２リニアアクチュエータＬ２は、チャック１３を有している。第２リニアアクチュエータＬ２は、チャック１３をＺ方向に上下移動して位置決め可能である。このチャック１３は動力源１２により作動する。動力源１２は例えばエアー圧発生源である。動力源１２は制御部１００の指令により動作する。チャック１３がＹ方向に狭まることで、図８に示すようにチャック１３が組み立て治具３００の保持板３０１の上端部を着脱可能に掴んで保持できる。

このように、図７と図８に示す第１リニアアクチュエータＬ１は、第２リニアアクチュエータＬ２をＹ方向に移動して位置決め可能である。動力源１１は制御部１００の指令により動作すると、第２リニアアクチュエータＬ２は、チャック１３をＺ方向に移動して位置決め可能である。

図７に示すように、コンベア２の上面は、断面三角形状の位置決め穴２Ｈを有している。この位置決め穴２Ｈは、図１に示すコンベア２のＸ１方向に沿って、等間隔に形成されており、組み立て治具３００の位置決めピン３０３を着脱可能に差し込んで保持する。これにより、図１のコンベア２は、複数の組み立て治具３００を、等間隔をおいて保持しながらＸ１方向に搬送できる。

次に、図９を参照して、小型リフロー炉１０の構造を説明する。

図９は、各小型リフロー炉１０の構造をさらに拡大して示している。

図９に示すように、各小型リフロー炉１０は、円形テーブル６の上に搭載されており、第１リニアアクチュエータＬ３と、第２リニアアクチュエータＬ４と、チャンバー２１と、加熱プレート２２と、リニアガイド２３，２４を有している。第１リニアアクチュエータＬ３は、第１直動操作手段の一例であり、第２リニアアクチュエータＬ４は、第２直動操作手段の一例である。加熱プレート２２は、ワークＷを加熱するための加熱手段の一例である。円形テーブル６はテーブルの一例である。

図７と図８に示すように、円形テーブル６の上面には、位置決め穴２０Ｈが形成されている。図１０に示すように、位置決め穴２０Ｈは、組み立て治具３００の位置決めピン３０３を着脱可能に差し込んで保持する。図７に示すように、位置決め穴２０Ｈの前後位置には、リニアガイド２３，２４が、円形テーブル６の直径方向であるＫ方向に沿って直列に配列されている。

図９に示すように、第１リニアアクチュエータＬ３は、円形テーブル６に対してブロック２５を用いて固定されている。第２リニアアクチュエータＬ４は、円形テーブル６に対してブロック２６を用いて固定されている。第１リニアアクチュエータＬ３は、動力源１４により作動して、チャンバー２１をリニアガイド２３に沿ってＫ方向に移動可能である。第２リニアアクチュエータＬ４は、動力源１５により作動して、加熱プレート２２をリニアガイド２４に沿ってＫ方向に移動可能である。動力源１４，１５は例えばエアー圧発生源である。動力源１４、１５は制御部１００の指令により動作する。

図９に示すように、チャンバー２１は、真空吸引源１６と、排気弁１７と、窒素ガス供給源１８に接続されている。真空吸引源１６は、制御部１００の指令により動作して、チャンバー２１内を真空吸引する。排気弁１７は、制御部１００の指令により開いて、チャンバー２１内を排気する。窒素ガス供給源１８は、制御部１００の指令により、チャンバー２１内に窒素ガスを供給する。

図９に示すチャンバー２１は、４つの側面部４０と、正面部４１と、複数の加圧ピン４２と、複数の固定ピン４３と、複数のバネ４４と、Ｏリング４６を有している。正面部４１は第１リニアアクチュエータＬ３に固定されており、４つの側面部４０は正面部４１からＫ方向に突出されている。これにより、４つの側面部４０と正面部４１はチャンバー室４５を構成している。Ｏリング４６は、側面部４０の先端部に固定されており、側面部４０と保持板３０１の内面３０１Ａとの間の封止をするために設けられている。

複数の固定ピン４３は、正面部４１の内面からＫ方向に沿って突出して設けられている。加圧ピン４２はバネ４４を介して固定ピン４３に取り付けられており、加圧ピン４２は固定ピン４３に対して、バネ４４の力に抗してＫ方向に収縮可能である。加圧ピン４２と固定ピン４３とバネ４４は、チャンバー室４５内に封止された対象物であるワーク３００を、組み立て治具３００の保持板３０１の内面３０１Ａ側に押して固定する押圧手段を構成している。

図８と図９に示すように、チャンバー２１は、はんだ付け前のワークＷを収容して、図１１に示すようにチャンバー２１のＯリング４６が組み立て治具３００の保持板３０１の内面３０１Ａ側に当接されることで、ワークＷはチャンバー２１と保持板３０１とにより密閉して、チャンバー室４５内に封止できるようになっている。

図９の加熱プレート２２は、ワークＷを加熱するための加熱手段の一例である。図１１に示すように、組み立て治具３００の保持板３０１の背面側に当接されることで、チャンバー２１内のはんだ付け前のワークＷを予備加熱あるいは本加熱できるようになっている。加熱プレート２２は、ホットプレートともいう。

次に、図７〜図１４を参照して、上述したリフロー装置１を用いて、はんだ付け前のワークＷをリフロー処理する方法を説明する。

ここで、図１１は、小型リフロー炉１０におけるはんだ付け前のワークＷの予備加熱状態を示す図である。図１２（Ａ）は、小型リフロー炉１０におけるはんだ付け前のワークＷの本加熱状態を示す図である。図１２（Ｂ）は、小型リフロー炉１０におけるはんだ付け後のワークＷＴの冷却状態を示す図である。図１３は、小型リフロー炉１０からコンベア２へ、はんだ付け後のワークＷＴを保持した組み立て治具３００を、移送する順序を示す図である。図１４は、小型リフロー炉１０からコンベア２へはんだ付け後のワークＷＴを保持した組み立て治具３００を移送した後の状態を示す図である。

（はんだ付け前のワークＷを、ポジションＰ１の小型リフロー炉１０へ移送する移送工程：ポジションＰ１）
図６に示すように、はんだ付け前のワークＷは、組み立て治具３００に搭載されている。この組み立て治具３００の位置決めピン３０３は、図７に示すようにコンベア２の位置決め穴２Ｈに着脱可能に保持されている。また、図７と図８に示す状態では、チャンバー２１と加熱プレート２２は、位置決め穴２０ＨからそれぞれＫ方向に沿って互いに離れるようにして後退している。すなわち、チャンバー２１と加熱プレート２２は離れている。

図１と図７に示すように、このはんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００は、コンベア２により前工程ＭからＸ１方向に沿って、投入口・取り出し口５に搬送される。

はんだ付け前のワークＷを保持した組み立て治具３００が投入口・取り出し口５に到着すると、図７に示す移送ユニット３が、この組み立て治具３００をはんだ付け前のワークＷとともに、コンベア２の投入口・取り出し口５から円形テーブル６上のポジションＰ１の小型リフロー炉１０に移送する。すなわち、図７に示すように、移送ユニット３の第２リニアアクチュエータＬ２が、第１リニアアクチュエータＬ１により、コンベア２の上方に位置され、第２リニアアクチュエータＬ２が、チャック１３をＺ１方向に下げるとともに、チャック１３を狭めることで、チャック１３は組み立て治具３００の保持板３０１の上端部を機械的に掴む。

このように、チャック１３が組み立て治具３００を掴むと、図７と図８に示すように、第２リニアアクチュエータＬ２が、チャック１３をＺ２方向に上昇する。そして、第１リニアアクチュエータＬ１が、第２リニアアクチュエータＬ２をＹ１方向に水平に移動して、組み立て治具３００を円形テーブル６のポジションＰ１に位置決めする。しかも、第２リニアアクチュエータＬ２が、Ｚ１方向に沿ってチャック１３を下げることで、組み立て治具３００の位置決めピン３０３が、図８に示すように円形テーブル６の位置決め穴２０Ｈに保持される。このように、組み立て治具３００は、チャンバー２１と加熱プレート２２の間に、位置決め穴２０Ｈにより位置決めされる。次に、チャック１３が開いて保持板３０１の上端部を離す。

これにより、はんだ付け前のワークＷは組み立て治具３００を用いて、コンベア２から円形テーブル６のポジションＰ１の小型リフロー炉１０に対して確実にしかも簡単に移送して位置決めすることができる。図２は、このようにして、はんだ付け前のワークＷを搭載した組み立て治具３００が、ポジションＰ１に位置決めされている小型リフロー炉１０に対して装着されている状態を模式的に示している。

（チャンバー２１内への窒素ガスの充填と、はんだ付け前のワークＷの予備加熱工程：ポジションＰ２）
次に、図１に示す円形テーブル６は、４５度だけＲ方向にインデックスされる。これにより、図８と図２に示すワークＷを搭載した組み立て治具３００を有する小型リフロー炉１０は、図１に示すポジションＰ１からポジションＰ２にインデックスされる。このポジションＰ２では、図３と図１１に示すように、チャンバー２１内への窒素ガスの充填と、チャンバー２１内のはんだ付け前のワークＷに対する予備加熱を行う。

図９に示す状態では、チャンバー２１と加熱プレート２２は、位置決め穴２０ＨからそれぞれＫ方向に沿って互いに離れるようにして後退している。これに対して、図１１に示す状態では、チャンバー２１がＫ１方向に前進して、チャンバー２１と保持板３０１の内面３０１Ａが、Ｏリング４６を用いて密着されることにより、はんだ付け前のワークＷがチャンバー２１のチャンバー室４５内に封止される。

はんだ付け前のワークＷのバスバー４００が、チャンバー２１内に封止された状態では、加圧ピン４２が、対応する位置のバスバー４００をバネ４４の一定の力で保持板３０１の内面３０１Ａに対して押し付けられる。これにより、はんだ付け前のワークＷは、チャンバー２１内で、確実に位置決めして固定できる。

一方、図１１に示すように、加熱プレート２２がＫ２方向に前進して、保持板３０１の外面３０１Ｂに密着される。これにより、加熱プレート２２が保持板３０１を通じてチャンバー２１内のはんだ付け前のワークＷに熱を伝えることで、保持板３０１を介してはんだ付け前のワークＷを、予備加熱することができる。

リフロー工程は、大きく分けて第１段階から第３段階までの３段階で構成されている。

図１１に示すリフロー工程の第１段階では、チャンバー２１内を窒素ガス雰囲気にして、加熱プレート２２を組み立て治具３００の保持板３０１に押し当てて、はんだ付け前のワークＷを、所定の予備加熱温度で予備加熱する。

（はんだ付け前のワークＷの本加熱とチャンバー２１内の真空引き工程：ポジションＰ５）
次に、図１に示す円形テーブル６が、さらに１３５度だけＲ方向にインデックスされて、小型リフロー炉１０がポジションＰ２からポジションＰ５に移り、小型リフロー炉１０は図４と図１２（Ａ）に示す状態になる。

図１２（Ａ）に示すリフロー工程の第２段階では、チャンバー２１内を真空引きして、加熱プレート２２を予備加熱よりも高い本加熱温度に設定して、予備加熱温度よりも高い温度ではんだ付け前のワークＷに対して保持板３０１を通じて熱を伝えて、はんだ付け前のワークＷを本加熱する。

（ワークＷの冷却工程：ポジションＰ７）
次に、図１に示す円形テーブル６が、さらに９０度Ｒ方向にインデックスされて、小型リフロー炉１０がポジションＰ５からポジションＰ７に移り、小型リフロー炉１０は図５と図１２（Ｂ）に示す状態になる。

図１２（Ｂ）に示すリフロー工程の第３段階では、第２リニアアクチュエータＬ４の作動により、加熱プレート２２をＫ１方向に後退させて、加熱プレート２２を保持板３０１から離す。そして、チャンバー２１内に窒素ガスを噴射して充満させて、この窒素ガスによりチャンバー２１内にあるはんだ付け後のワークＷＴを冷却する。

このようにして、はんだ付け前のワークＷをリフロー工程に通すことで、図６に示すワークＷのバスバー４００とトランジスタ４０２は、はんだシート４０１を溶かして固めることではんだ付けされる。ワークＷをはんだ付けする場合には、チャンバー２１内に配置されている加圧ピン４２が、バスバー４００を押すことで、はんだが溶けた時でもバスバー４００が組み立て治具３００の保持板３０１の内面に沿って平面になるようにしてある。従って、バスバー４００は保持板３０１の内面を基準として正確に位置決めできる。

はんだ付けの際には、チャンバー２１内を窒素ガス雰囲気にすることにより、はんだシートの表面が酸化するのを防ぐことができる。図１２（Ａ）に示す本加熱は、真空中でトランジスタのチップとバスバーをはんだ接合する際に接合面にある気化したフラックスを吸出して、はんだが垂れずにボイドの少ないはんだ接合が可能になる。

そして、図１２（Ｂ）に示すように、最後にはんだ付け後のワークＷＴを窒素ガス雰囲気で冷却することにより、はんだ面の酸化を防ぐことができる。

（はんだ付け後のワークＷＴを、小型リフロー炉１０からコンベア２へ移送する移送工程：ポジションＰ１）
その後、次に、図１に示す円形テーブル６が、さらに９０度Ｒ方向にインデックスされて、小型リフロー炉１０がポジションＰ７からポジションＰ１に戻る。

図１３は、はんだ付け後のワークＷを保持した組み立て治具３００を、小型リフロー炉１０からコンベア２へ戻す移送順序を示している。図１４は、はんだ付け後のワークＷＴを、小型リフロー炉１０からコンベア２へ移送した後の状態を示す。

図１３に示す移送ユニット３の第２リニアアクチュエータＬ２が、第１リニアアクチュエータＬ１の作動により、ポジションＰ１の小型リフロー炉１０の上方に位置される。第２リニアアクチュエータＬ２が、チャック１３をＺ１方向に下げるとともに、チャック１３を狭めることで、図１３に示すように、チャック１３は組み立て治具３００の保持板３０１の上端部を機械的に掴む。

このように、チャック１３がはんだ付け後のワークＷＴの組み立て治具３００を掴むと、図１３に示すように、第２リニアアクチュエータＬ２が、チャック１３をＺ２方向に上昇する。そして、図１４に示すように、第１リニアアクチュエータＬ１が、第２リニアアクチュエータＬ２をＹ２方向に水平に移動して、組み立て治具３００をコンベア２の上部に位置決めする。しかも、第２リニアアクチュエータＬ２が、Ｚ１方向に沿ってチャック１３を下げることで、組み立て治具３００の位置決めピン３０３が、図１４に示すようにコンベア２の位置決め穴２Ｈに着脱可能に保持される。そして、チャック１３が開いて保持板３０１を離す。

これにより、はんだ付け後のワークＷは、組み立て治具３００を用いて、円形テーブル６のポジションＰ１の小型リフロー炉１０からコンベア２に対して、確実にしかも簡単に移送することができる。その後、はんだ付け後のワークＷを搭載した組み立て治具３００が、図１に示すコンベア２により、Ｘ１方向に沿って、後工程Ｎに送られる。

上述したリフロー装置１では、複数台の小型リフロー炉１０が、回転テーブル装置４の円形テーブル６に搭載されている。これにより、はんだ付け前のワークＷを、各小型リフロー炉１０により、それぞれ個別に枚葉処理をすることができる。従って、複数のはんだ付け前のワークＷを、順次効率良く処理できる。

各小型リフロー炉１０は、チャンバー２１と組み立て治具３００の保持板３０１の内面とを利用することにより、ワークＷを確実にしかも容易にチャンバー室４５内に封止できる。このため、図１１に示すリフロー工程の第１段階では、チャンバー２１内を窒素ガス雰囲気にして、加熱プレート２２によりはんだ付け前のワークＷを予備加熱できる。これにより、使用される窒素ガス量は、チャンバー２１のチャンバー室４５内を満たすだけの使用量で済むので、窒素ガス使用量をワークＷの生産量に応じた量に制限することができ、費用削減が図れる。

また、加熱プレート２２による予備加熱は、チャンバー２１内を所定の予備加熱温度で加熱すれば良いので、予備加熱に要する電力量を低減でき、費用削減ができる。

図１２（Ａ）に示すリフロー工程の第２段階では、チャンバー２１のチャンバー室４５内だけを真空引きにして、加熱プレート２２によりワークＷを直接加熱により本加熱する。これにより、加熱プレート２２による本加熱は、チャンバー２１のチャンバー室４５とワークＷだけを所定の本加熱温度で加熱すれば良いので、本加熱に要する電力量を低減でき、費用削減が図れる。しかも、チャンバー室４５内だけを真空引きすれば良いので、真空引きを行う際の電力量を低減できる。

さらに、図１２（Ｂ）に示すリフロー工程の第３段階では、第２リニアアクチュエータＬ４により加熱プレート２２をＫ１方向に後退させて加熱プレート２２を保持板３０１から離した後に、チャンバー２１のチャンバー室４５内だけに窒素ガスを噴射して充満させて、この窒素ガスによりはんだ付け後のワークＷＴを冷却する。これにより、少ない窒素ガス量ではんだ付け後のワークＷＴを冷却でき、費用削減が図れる。

図１２（Ｂ）に示すリフロー工程の第３段階では、はんだ付けの際には、チャンバー２１内を窒素ガス雰囲気にすることにより、はんだシートの表面が酸化するのを防ぐことができる。

図１２（Ａ）に示す本加熱は、真空中でトランジスタのチップとバスバーをはんだ接合する際に接合面にある気化したフラックスを吸出して、はんだが垂れずにボイドの少ないはんだ接合が可能になる。そして、図１２（Ｂ）に示すように、最後に窒素雰囲気で冷却することにより、はんだ面の酸化を防ぐことができる。

図１に示すテーブル６をＲ方向にインデックスすることで、複数の小型リフロー炉１０は、順次ポジションＰ１に位置決めすることができ、各小型リフロー炉１０のチャンバー２１内にはんだ付け前のワークＷを投入する時間的な間隔は、フラックスを塗布してから一定であるために、フラックス塗布の時間経過による品質の差が無くなる。これにより、ワークＷのはんだ付け品質を向上できる。

図７に示すように、直線状のコンベア２と回転型の回転テーブル装置４との間におけるワークの移送は、直線移動型の移送ユニット３により行い、この移送ユニット３は、直線状のコンベア２と回転型のテーブル６に対して上方に位置させることができる。しかも、複数の小型リフロー炉１０を搭載した回転テーブル装置４を用いている。これにより、本発明の実施形態のリフロー装置１の占有面積は、従来の直線状のコンベアを利用した直線処理型のリフロー装置の占有面積に比べて小さくでき、省スペース化が図れる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。

例えば、図１に示す回転テーブル装置４の円形テーブル６には、一例として８台の小型リフロー炉１０を搭載されているので、円形テーブル６のインデックス角度は４５度である。しかし、これに限らず、円形テーブル６には、２台から７台の小型リフロー炉１０を搭載しても良いし、９台以上の小型リフロー炉１０を搭載しても良い。また、１台のコンベア２に対して、２台以上の移送ユニット３を配置して、これらの移送ユニット３に対してそれぞれ回転テーブル装置４を配置しても良い。これにより、さらに多くのワークを順次処理することができる。

リフロー処理をしようとする対象物（ワーク）としては、図示例の車載専用の大電力スイッチングユニットに限らず、任意のワークを採用できる。

図示した各リニアアクチュエータは、エアーにより動作するようになっているが、これに限らず、電動式のリニアモータや、モータと送りねじを組み合わせたものであっても良い。

使用される窒素ガスは、不活性ガスの一例であるが、はんだを酸化させないガスであれば他の種類の不活性ガスであっても良い。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ リフロー装置、２ コンベア、２Ｈ コンベアの位置決め穴、３ 移送ユニット、４ 回転テーブル装置、５ 投入口・取り出し口、６ 円形テーブル、１０ 小型リフロー炉（リフロー炉の一例）、１１，１２ 動力源、１３ チャック、１４，１５ 動力源、２０Ｈ 円形テーブルの位置決め穴、２１ チャンバー、２２ 加熱プレート（加熱手段の例）、２３，２４ リニアガイド、４０ 側面部、４１ 正面部、４２ 加圧ピン（押圧手段）、４３ 固定ピン（押圧手段）、４４ バネ（押圧手段）、４５ チャンバー室、４６ Ｏリング、３００ 組み立て治具（治具の一例）、３０１，３０２ 保持板、３０３ 位置決めピン、４００ バスバー、４０２ トランジスタ（半導体チップの一例）、Ｗ はんだ付け前のワーク（対象物）、ＷＴ はんだ付け後のワーク（対象物）、Ｍ 前工程、Ｎ 後工程、Ｐ１ ワークの出し入れポジション、Ｐ２ 窒素ガスの充填と予備加熱処理ポジション、Ｐ５ 本加熱と真空引き処理ポジション、Ｐ７ 冷却処理ポジション、Ｌ１ 移送ユニットの第１リニアアクチュエータ、Ｌ２ 移送ユニットの第２リニアアクチュエータ、Ｌ３ 小型リフロー炉の第１リニアアクチュエータ、Ｌ４ 小型リフロー炉の第２リニアアクチュエータ、

Claims (9)

1. 治具に保持された対象物を加熱してはんだ付けをするリフロー装置であって、
   前記治具に保持された前記対象物を加熱するリフロー炉を複数台搭載しているテーブルを有し、前記テーブルの各前記リフロー炉をインデックス可能な回転テーブル装置を備え、
   前記リフロー炉は、
   前記テーブルに配置されて前記治具に保持された前記対象物を収容し、前記治具により前記対象物を封止可能なチャンバーと、
   前記テーブルに配置されて前記チャンバー内に封止された前記対象物を加熱する加熱手段と、を有することを特徴とするリフロー装置。
2. 前記チャンバー内に不活性ガスが充填された状態で前記チャンバー内に封止された前記対象物を予備加熱する際には、前記加熱手段が前記治具に当接されることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
3. 前記チャンバー内を真空引きした状態で前記チャンバー内に封止された前記対象物を本加熱する際には、前記加熱手段が前記治具に当接されることを特徴とする請求項２に記載のリフロー装置。
4. 前記本加熱された前記対象物を冷却する際には、前記治具から前記加熱手段を離して、前記チャンバー内の前記対象物に冷却ガスが供給されることを特徴とする請求項３に記載のリフロー装置。
5. 前記対象物を保持している前記治具が前記テーブルに対して着脱自在に保持されており、
   前記リフロー炉は、
   前記テーブルに保持された前記治具に対して前記チャンバーを直線移動して前記チャンバー内に前記対象物を封止する第１直動操作手段と、
   前記加熱手段を前記治具に対して直線移動して当接させる第２直動操作手段と、を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のリフロー装置。
6. 前記チャンバーは、
   前記チャンバー内に封止された前記対象物を前記治具側に押して前記対象物を固定する押圧手段を有することを特徴とする請求項５に記載のリフロー装置。
7. 前記治具に保持された前記対象物を搬送するコンベアと、
   前記コンベアから前記リフロー炉へ前記治具に保持された加熱前の前記対象物を投入し、前記リフロー炉から前記コンベア前記治具に保持された加熱後の前記対象物を取り出すための移送ユニットと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載のリフロー装置。
8. 前記対象物では、バスバーと半導体チップがはんだにより積層されていることを特徴とする請求項７に記載のリフロー装置。
9. 治具に保持された対象物を加熱してはんだ付けをするリフロー方法であって、
   回転テーブル装置のテーブルには複数台のリフロー炉が搭載され、治具に保持された対象物を前記リフロー炉のチャンバー内に収容して、前記治具により前記対象物を前記チャンバー内に封止して前記チャンバー内に前記不活性ガスを充填した状態で、前記治具に加熱手段を当接して前記対象物を予備加熱し、
   前記チャンバー内を真空引きした状態で、前記治具に前記加熱手段を当接して前記チャンバー内に封止された前記対象物を本加熱し、
   前記加熱手段と前記治具を離して前記対象物を冷却することを特徴とするリフロー方法。

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