JP2012004374A

JP2012004374A - はんだ付け用治具

Info

Publication number: JP2012004374A
Application number: JP2010138472A
Authority: JP
Inventors: Munehiko Masutani; 宗彦増谷; Masami Takeuchi; 政美竹内; Shigekazu Higashimoto; 繁和東元; Takuya Ishizaki; 卓也石崎
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に第３の部材をはんだ付けする際に、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだの再溶融を防止することができるはんだ付け用治具を提供する。
【解決手段】はんだ付け装置１０により、はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けする。加熱用プレート２４により、半導体素子５１、ヒートスプレッダ５２および上部電極５４を加熱することができる。下治具２１と上治具２２により加熱用プレート２４から上部電極５４への伝熱経路となる第１の部品が構成され、下治具２１と台座２３により加熱用プレート２４から半導体素子５１およびヒートスプレッダ５２への伝熱経路となる第２の部品が構成されている。第１の部品（下治具２１、上治具２２）に比べて第２の部品（下治具２１、台座２３）が熱を伝えにくくなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、はんだ付け用治具に関するものである。

２つの部材をはんだ付けすべく溶融したはんだをはんだ付けしたい部分に落下させてはんだ付けすることが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１３４４４５号公報

はんだ付けの際に、はんだの濡れ性をよくするためには、はんだ付けしようとする部材を加熱する必要がある。しかし、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に第３の部材をはんだ付けする際には、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだが再溶融してしまう虞があった。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に第３の部材をはんだ付けする際に、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだの再溶融を防止することができるはんだ付け用治具を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に、第３の部材をはんだ付けするためのはんだ付け用治具であって、前記第１の部材、前記第２の部材および前記第３の部材を加熱する加熱源と、前記加熱源から前記第３の部材への伝熱経路となる第１の部品と、前記加熱源から前記第１の部材および前記第２の部材への伝熱経路となる第２の部品とを有し、前記第１の部品に比べて前記第２の部品を、熱を伝えにくくすることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１の部品に比べて第２の部品は熱を伝えにくく、第３の部材をはんだ付けする際において、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだの再溶融が防止される。

よって、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に第３の部材をはんだ付けする際に、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだの再溶融を防止することができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載のはんだ付け用治具において、前記第１の部材は半導体素子であり、前記第２の部材は基板であり、前記第３の部材は上部電極であるとよい。

本発明によれば、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に第３の部材をはんだ付けする際に、第１の部材と第２の部材とを接続するはんだの再溶融を防止することができる。

（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。（ａ）ははんだ付け後の半導体装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け後の半導体装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の作用を説明するためのはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｄ）は温度分布図。（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の作用を説明するためのはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態におけるはんだ付け装置１０を示す。当該はんだ付け装置１０によりはんだ付けされた半導体装置５０を図２に示す。

図２において、第１の部材としての半導体素子（チップ）５１の下面には第２の部材としてのヒートスプレッダ５２がはんだ５３により接合されている。基板としてのヒートスプレッダ５２は四角の金属板よりなり、水平に配置されている。

そして、半導体素子５１の通電により半導体素子５１で発生する熱がヒートスプレッダ５２を通して逃がされるようになっている。
半導体素子５１の上面においては、図１のはんだ付け装置１０により第３の部材としての上部電極５４がはんだ付けされる。上部電極５４は金属の帯板よりなり、水平に配置されている。上部電極５４の一端が半導体素子５１の上方に位置し、上部電極５４の一端部において、はんだ５５により半導体素子５１の上面と接合されている。

図１において、はんだ付け装置１０は、治具２０を備えている。治具２０は、下治具２１と、上治具２２と、台座２３と、加熱源としての加熱用プレート２４を有している。下治具２１と上治具２２は伝熱性に優れた材料で構成されており、例えば金属やカーボン等で形成される。一方、台座２３は下治具２１および上治具２２を形成する材料より低い伝熱性を有する材料、例えば、シリコン系材料よりなる。

下治具２１は四角板状をなし、加熱用プレート２４の上に固定されている。そして、加熱用プレート２４において発生した熱が下治具２１に伝わる。
下治具２１の上面には嵌合凹部２１ａが形成され、嵌合凹部２１ａに台座２３の四角板部２３ａが嵌合した状態で固定されている。台座２３は、四角板部２３ａの上面における四隅に部材支持用突起２３ｂがそれぞれ形成されている。部材支持用突起２３ｂにおける内周側には、ヒートスプレッダ５２の隅部が嵌合する切り欠き２３ｃが形成されている。この切り欠き２３ｃにヒートスプレッダ５２の隅部が嵌合することにより、はんだ付け対象の部材としてのヒートスプレッダ５２および半導体素子５１を位置決めした状態で配置することができる。

下治具２１の上面における端部には上治具２２が固定されている。上治具２２は四角板状をなし、立設した状態で下治具２１に固定されている。そして、加熱用プレート２４において発生した熱が下治具２１を介して上治具２２に伝わる。また、上治具２２の上面に凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに上部電極５４を位置決めした状態で配置することができる。

このように本実施形態においては、下治具２１、上治具２２および台座２３によりヒートスプレッダ５２（半導体素子５１）と上部電極５４を位置決めすることができるようになっている。

そして、加熱用プレート２４において発生した熱が下治具２１および上治具２２を介して上部電極５４に伝わるとともに、加熱用プレート２４において発生した熱が下治具２１および台座２３を介してヒートスプレッダ５２および半導体素子５１に伝わる。

本実施形態においては、加熱源としての加熱用プレート２４により、半導体素子５１、ヒートスプレッダ５２および上部電極５４を加熱することができるようになっている。このとき、下治具２１と上治具２２により、加熱用プレート２４から上部電極５４への伝熱経路となる第１の部品が構成されている。また、下治具２１と台座２３により、加熱用プレート２４から半導体素子５１およびヒートスプレッダ５２への伝熱経路となる第２の部品が構成されている。そして、第１の部品（下治具２１、上治具２２）に比べて第２の部品（下治具２１、台座２３）が熱を伝えにくくなっている。

治具２０の台座２３の上方、即ち、はんだ付けを行う箇所の上方には、溶融したはんだを滴下するはんだ滴下装置４０が配置されている。はんだ滴下装置４０により部材（上部電極５４、半導体素子５１）に溶融したはんだを供給することができるようになっている。

本実施形態においては、治具２０は、伝熱部分である下治具２１および上治具２２と、断熱部分である台座２３で構成された複合タイプの治具となっている。よって、治具２０は、伝熱経路が工夫された治具となっているとともに、部材の位置決めをすることができるようになっている。

次に、はんだ付け装置１０の作用について説明する。
まず、半導体素子５１の下面にヒートスプレッダ５２をはんだ付けしたものを用意する。また、上部電極５４を用意する。

そして、図３に示すように、はんだ付け装置１０の治具２０の台座２３にヒートスプレッダ５２をセットする。また、治具２０の上治具２２に上部電極５４をセットする。
このようにして、複合タイプの治具２０に対して、半導体素子５１がはんだ付けされたヒートスプレッダ５２と、上部電極５４をセットする。この状態においては、ヒートスプレッダ５２は治具２０内で断熱された状態にあり、上部電極５４は治具２０の伝熱部分である上治具２２と直接、接している。

そして、加熱用プレート２４を駆動して加熱用プレート２４を発熱させる。加熱用プレート２４の発する熱は下治具２１、上治具２２を介して上部電極５４に伝わり、上部電極５４の温度が上昇していく。また、加熱用プレート２４の発する熱は下治具２１、台座２３を介してヒートスプレッダ５２および半導体素子５１に伝わり、ヒートスプレッダ５２および半導体素子５１の温度が上昇する。

このとき、複合タイプの治具２０において加熱用プレート２４で加熱すると、伝熱部分である上治具２２に接している上部電極５４は伝熱部分である上治具２２からの熱で昇温し、ヒートスプレッダ５２は断熱されているため、昇温しにくい。即ち、上部電極５４は昇温しやすく、ヒートスプレッダ５２は昇温しにくい。

よって、図３（ｄ）の温度分布図に示すように、上部電極５４がはんだ付け可能温度（２６０℃程度）に達した状態においてヒートスプレッダ５２および半導体素子５１はそれよりも低い温度となっている。そのため、ヒートスプレッダ５２に半導体素子５１をはんだ付けしているはんだ５３が再溶融しない温度に保つことができる。

この状態で、はんだ滴下装置４０により上部電極５４の先端部に液体状態の溶融はんだを滴下する。この溶融はんだは、図４に示すように、上部電極５４の先端部に落下して半導体素子５１の上面において半円弧状となる。これにより、半導体素子５１をはんだ付けしているはんだ５３が再溶融しないまま上部電極５４と半導体素子５１とをはんだ付けすることができる。

その後、冷却し、はんだ付け装置１０の治具２０から、はんだ付けが完了した半導体装置５０を取り出す。
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）はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けするためのはんだ付け用治具の台座を次のように構成した。第１の部品を構成する上治具２２を形成する材料より低い伝熱性を有する材料で第２の部品を構成する台座２３を形成した。このように、上治具２２に比べて台座２３を熱を伝えにくくした。よって、はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けする際に、半導体素子５１とヒートスプレッダ５２とを接続するはんだ５３の再溶融を防止することができる。

（２）台座２３の材料としてシリコン系材料を用いたので、剛性を確保しつつ熱を伝えにくくすることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・ヒートスプレッダ（金属板）に代わり回路基板等の他の基板を用いてもよい。要は、第１の部材と第２の部材と第３の部材は、その種類等は限定されない。
・第２の部品は、はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に接触する部材が伝熱性に優れた材料で構成され、加熱用プレート２４に接触する部材が上記はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に接触する部材より低い伝熱性を有する材料で構成されていてもよい。

・第２の部品は、３以上の部材から構成されていてもよい。この場合、少なくとも１つの部材が第１の部品を形成する材料より低い伝熱性を有する材料で形成されていればよい。また、第１の部品も３以上の部材から構成されていてもよい。

・第１の部品が下治具２１と上治具２２とから構成され、第２の部品が下治具２１と台座２３とから構成されているが、下治具２１がない構成でもよく、第１の部品と第２の部品は、それぞれ１つの部材から構成されていてもよい。この場合、第１の部品は伝熱性に優れた材料で構成され、第２の部品は第１の部品を形成する材料より低い伝熱性を有する材料で構成される。

・部材支持用突起２３ｂがない構成としてもよい。

１０…はんだ付け装置、２０…治具、２１…下治具、２２…上治具、２３…台座、２４…加熱用プレート、５１…半導体素子、５２…ヒートスプレッダ、５３…はんだ、５４…上部電極。

Claims

はんだ付けされた第１の部材と第２の部材に、第３の部材をはんだ付けするためのはんだ付け用治具であって、
前記第１の部材、前記第２の部材および前記第３の部材を加熱する加熱源と、
前記加熱源から前記第３の部材への伝熱経路となる第１の部品と、
前記加熱源から前記第１の部材および前記第２の部材への伝熱経路となる第２の部品とを有し、
前記第１の部品に比べて前記第２の部品を、熱を伝えにくくすることを特徴とするはんだ付け用治具。
前記第１の部材は半導体素子であり、前記第２の部材は基板であり、前記第３の部材は上部電極であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け用治具。