JP2014136249A - Soldering device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の組み立てに用いるはんだ付け装置、及びそのはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a soldering apparatus used for assembling a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device using the soldering apparatus.
特許文献1には、高周波誘導加熱装置を用いて複数のピン端子を基板にはんだ付けする技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique of soldering a plurality of pin terminals to a substrate using a high frequency induction heating device.
電子部品をはんだ付けした基板に対し端子をはんだ付けする場合がある。このとき、基板と端子を接続するためのはんだだけを加熱し、基板と電子部品を接続しているはんだを加熱しないことが好ましい。しかし、特許文献1に開示の高周波誘導加熱装置を用いると基板上の全てのはんだが加熱されてしまう問題があった。 In some cases, terminals are soldered to a substrate on which electronic components are soldered. At this time, it is preferable to heat only the solder for connecting the substrate and the terminal and not to heat the solder connecting the substrate and the electronic component. However, when the high frequency induction heating device disclosed in Patent Document 1 is used, there is a problem that all the solder on the substrate is heated.
基板上の一部のはんだだけを加熱するためにはんだごてを用いることが考えられる。しかし、はんだごてを用いたはんだ付けは時間がかかる問題があった。また、はんだごてが基板を収容するケースの壁面にあたってはんだ付けできなくなる問題があった。 It is conceivable to use a soldering iron to heat only a portion of the solder on the substrate. However, soldering using a soldering iron has a problem that takes time. Further, there is a problem that the soldering iron cannot be soldered to the wall surface of the case that accommodates the substrate.
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、基板と端子を接続するためのはんだだけを誘導加熱するはんだ付け装置、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a soldering apparatus that induction-heats only solder for connecting a substrate and a terminal, and a method for manufacturing a semiconductor device. .
本願の発明に係るはんだ付け装置は、加熱コイルと、該加熱コイルに交流電流を供給する電源と、半導体装置をのせるステージと、該加熱コイルの該ステージに対向する面を露出させつつ該加熱コイルを覆う磁性体と、該電源を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。 The soldering apparatus according to the present invention includes a heating coil, a power source for supplying an alternating current to the heating coil, a stage on which a semiconductor device is mounted, and the heating coil while exposing a surface facing the stage. The magnetic body which covers a coil, and the control apparatus which controls this power supply were provided.
本願の発明に係る他のはんだ付け装置は、同一方向に伸びた複数の端子を非接触で取り囲む形状で形成された加熱コイルと、該加熱コイルに交流電流を供給する電源と、該複数の端子を有する半導体装置をのせるステージと、該電源を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。 Another soldering apparatus according to the present invention includes a heating coil formed in a shape surrounding a plurality of terminals extending in the same direction in a non-contact manner, a power supply for supplying an alternating current to the heating coil, and the plurality of terminals And a control device that controls the power supply.
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、ケースに固定された信号端子と、電子部品がはんだ付けされた制御基板との間にはんだを供給する工程と、ステージに対向する面を露出させるように磁性体で覆われた加熱コイルを該はんだの直上に配置する工程と、該加熱コイルに交流電流を流して該はんだを溶融させることで該信号端子と該制御基板を接続する工程と、を備えたことを特徴とする。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of supplying solder between a signal terminal fixed to a case and a control board to which an electronic component is soldered, and a surface facing the stage are exposed. A heating coil covered with a magnetic material is disposed immediately above the solder, and an alternating current is passed through the heating coil to melt the solder, thereby connecting the signal terminal and the control board. It is characterized by having.
本願の発明に係る他の半導体装置の製造方法は、同一方向に伸びるようにケースに固定された複数の信号端子と、電子部品がはんだ付けされた制御基板の間に複数のはんだを供給する工程と、該複数の信号端子を非接触で取り囲む形状で形成された加熱コイルと該複数の信号端子を近づけ、該加熱コイルで該複数の信号端子を囲む工程と、該加熱コイルに交流電流を流して該複数のはんだを溶融させることで該複数の信号端子と該制御基板を接続する工程と、を備えたことを特徴とする。 Another method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of the present application is a step of supplying a plurality of solders between a plurality of signal terminals fixed to a case so as to extend in the same direction and a control board on which electronic components are soldered. And a step of bringing the plurality of signal terminals close to the heating coil formed in a shape surrounding the plurality of signal terminals in a non-contact manner, and enclosing the plurality of signal terminals with the heating coil, and passing an alternating current through the heating coil And a step of connecting the plurality of signal terminals and the control board by melting the plurality of solders.
本発明によれば、基板と端子を接続するためのはんだだけを誘導加熱することができる。 According to the present invention, only the solder for connecting the substrate and the terminal can be induction-heated.
本発明の実施の形態に係るはんだ付け装置と半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 A soldering apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置の正面図である。本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置10は加熱コイル12を備えている。加熱コイル12ははんだの誘導加熱に用いる。加熱コイル12の一部は磁性体14で覆われている。磁性体14は、例えば接着剤で加熱コイル12に固定されている。磁性体14の材料は、磁束を吸収する磁気シールド部材として機能するものであれば特に限定されない。そのような材料としては例えばフェライトがある。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a front view of a soldering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The
加熱コイル12には、加熱コイル12に交流電流を供給する電源16が接続されている。電源16には電源16を制御する制御装置18が接続されている。電源16は、制御装置18の指令を受けて加熱コイル12に交流電流(高周波電流)を流す。
A
はんだ付け装置10は、半導体装置をのせるステージ20を備えている。ステージ20は制御装置18に接続されている。ステージ20は、制御装置18の指令を受けて任意の方向に移動できるようになっている。ステージ20を移動させる手段として、例えばエアーシリンダー又はサーボモータ等を用いる。
The
図2Aは、加熱コイルと磁性体の斜視図である。図2Bは、加熱コイルと磁性体の底面図である。図2Cは、加熱コイルと磁性体の断面図である。磁性体14は、加熱コイル12のステージに対向する面を露出させつつ加熱コイル12を覆う。このため、加熱コイル12に交流電流を流したときに、主として、磁性体14で覆われていない方向に磁束が生じる。
FIG. 2A is a perspective view of a heating coil and a magnetic body. FIG. 2B is a bottom view of the heating coil and the magnetic body. FIG. 2C is a cross-sectional view of the heating coil and the magnetic body. The
次いで、本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する。まずケースをステージにのせる。図3は、ケースをステージにのせたことを示す断面図である。ケース50はベース板52を囲みつつベース板52に固定されている。ベース板52にははんだ54で絶縁基板56が固定されている。絶縁基板56にははんだ58で半導体素子60が固定されている。半導体素子60は例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はダイオードである。半導体素子60にはワイヤ62の一端が接続されている。ワイヤ62の他端は信号端子64に接続されている。信号端子64はケース50に固定されている。信号端子64は半導体素子60の制御信号を伝送する端子である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device using the soldering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. First put the case on the stage. FIG. 3 is a cross-sectional view showing that the case is placed on the stage. The
次いで、制御基板をケースの中にいれる。図4は、制御基板をケースの中に入れたことを示す断面図である。制御基板100にははんだ102で電子部品104が固定されている。制御基板100は開口100aを有している。制御基板100をケース50の中に入れる際には、信号端子64がこの開口100aを通るようにする。
Next, the control board is placed in the case. FIG. 4 is a cross-sectional view showing that the control board is placed in the case. An
次いで、はんだを供給する。図5は、ディスペンサではんだを供給することを示す断面図である。ディスペンサ110で、ケース50に固定された信号端子64と、電子部品104がはんだ付けされた制御基板100との間にはんだ112を供給する。このはんだ112はペースト状である。
Next, solder is supplied. FIG. 5 is a cross-sectional view showing supplying solder with a dispenser. The
次いで、ステージを移動させる。図6は、ディスペンサで供給したはんだの直上に加熱コイルが位置するようにステージを移動させたことを示す図である。この工程では、制御装置18の指令によりステージ20を移動させ、加熱コイル12がはんだ112の直上に配置されるようにする。
Next, the stage is moved. FIG. 6 is a diagram showing that the stage is moved so that the heating coil is positioned immediately above the solder supplied by the dispenser. In this step, the
その後、電源16を用いて加熱コイル12に交流電流(高周波電流)を流す。これにより、加熱コイル12の周辺に発生する変化する磁束が信号端子64及びはんだ112に渦電流を発生させる。この渦電流によるジュール熱ではんだ112を溶融させて信号端子64と制御基板100を接続する。このとき、磁性体14がはんだ102の方向への磁束を吸収するのではんだ102は溶融しない。
Thereafter, an alternating current (high-frequency current) is passed through the
例えば制御基板と信号端子をはんだ付けする箇所が30ヶ所ある場合に、はんだごてではんだ付けすると一箇所のはんだ付けに7秒程度を要するのでトータルで210秒必要となる。ところが、本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法によれば、誘導加熱を用いているので10秒程度の短時間ではんだ付けができる。複数のはんだの直上に加熱コイル12を配置して、加熱コイル12の直下の複数のはんだを一括して溶融する場合はさらに短い時間ではんだ付けができる。従って、本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法によれば短時間ではんだ付けができる。
For example, if there are 30 locations where the control board and signal terminals are to be soldered, if soldering with a soldering iron, it takes about 7 seconds to solder at one location, so a total of 210 seconds is required. However, according to the method of manufacturing a semiconductor device using the soldering apparatus according to the first embodiment of the present invention, since induction heating is used, soldering can be performed in a short time of about 10 seconds. When the
本発明の実施の形態1に係るはんだ付け装置では、磁性体14が加熱コイル12のステージ20に対向する面を露出させつつ加熱コイル12を覆うので磁束が加熱コイル12の左右に拡がることを抑制できる。つまり、加熱コイル12の直下部分の磁束密度を高くし他の方向の磁束密度を低くすることができる。従って、電子部品104を固定しているはんだ102を溶融させることなく、はんだ112だけを溶融させることができる。
In the soldering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, the
はんだごてを用いる場合には、こて先がケース50にあたりこて先をはんだにあてることができない問題があったが、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では加熱コイル12をはんだ112の直上に位置させた状態ではんだ112を溶融させるのでスムーズにはんだ付けできる。従って、ケース50の壁面周辺のはんだ付けが容易になる。
In the case of using a soldering iron, there is a problem that the tip hits the
図7は、本発明の実施の形態1に係る磁性体の変形例を示す斜視図である。磁性体200は、加熱コイル12のステージ20に対向する面のみを露出させるように加熱コイル12を覆っている。これにより磁束を加熱コイル12の直下領域に集中させることができる。
FIG. 7 is a perspective view showing a modified example of the magnetic body according to Embodiment 1 of the present invention. The
はんだの供給方法はディスペンサに限定されない。図8は、リングはんだを用いたことを示す断面図である。リングはんだ300を用いることで制御基板100と信号端子64の間に容易にはんだを供給できる。なお、信号端子64と制御基板100の間に供給するはんだは、リングはんだに限らず、印刷はんだ、インクジェット式はんだ、又は糸はんだでもよい。なお、この変形は、実施の形態2に係るはんだ付け装置、及び半導体装置の製造方法にも応用できる。
The solder supply method is not limited to the dispenser. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the use of ring solder. By using the
加熱コイル12は導線を環状に形成したものであれば巻き数は特に限定されない。従って、巻き数を増加させて誘導加熱を効率化してもよい。また、制御装置18によりステージ20を動かすのではなく、加熱コイル12を動かすこととしてもよい。なお、これらの変形は、実施の形態2に係るはんだ付け装置、及び半導体装置の製造方法にも応用できる。
The number of turns of the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るはんだ付け装置、及び半導体装置の製造方法は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図9は、本発明の実施の形態2に係るはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
Embodiment 2. FIG.
Since the soldering apparatus and the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention have much in common with the first embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described. FIG. 9 is a perspective view showing a method for manufacturing a semiconductor device using the soldering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
加熱コイル400は、同一方向に伸びた複数の信号端子64を非接触で個別に取り囲む形状(各端子を巻く形)で形成されている。つまり加熱コイル400は、3本の信号端子64を非接触で個別に取り囲むように連続した円を形成している。
The
本発明の実施の形態2に係るはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法ではまず、同一方向に伸びるようにケースに固定された複数の信号端子64と、電子部品104がはんだ付けされた制御基板100の間に複数のはんだ112を供給する。次いで、加熱コイル400と複数の信号端子64を近づけ、加熱コイル400で複数の信号端子64を囲む。この状態が図9に示されている。
In the method of manufacturing a semiconductor device using the soldering apparatus according to the second embodiment of the present invention, first, a control in which a plurality of
次いで、加熱コイル400に交流電流を流して複数のはんだ112を溶融させることで複数の信号端子64と制御基板100を接続する。ここで、加熱コイル400とはんだ112が非常に近いので加熱コイル400に流す交流電流を抑制してもはんだ112を溶融できる。抑制された交流電流を流すことで、制御基板100上の電子部品104を固定するはんだ102の溶融は回避できる。
Next, an alternating current is passed through the
図10は、本発明の実施の形態2に係る加熱コイルの変形例を示す斜視図である。加熱コイル402は、同一方向に伸びた複数の信号端子64を非接触で一周取り囲む形状(各端子の両端を巻く形)で形成されている。このような形状の加熱コイル402でも上記の効果を得ることができる。なお、加熱コイル400、402の形状に限らず、同一方向に伸びた複数の信号端子64を非接触で取り囲む形状で加熱コイルを形成すれば上記効果を得ることができる。
FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the heating coil according to Embodiment 2 of the present invention. The
10 はんだ付け装置、 12 加熱コイル、 14 磁性体、 16 電源、 18 制御装置、 20 ステージ、 50 ケース、 52 ベース板、 54 はんだ、 56 絶縁基板、 58 はんだ、 60 半導体素子、 62 ワイヤ、
64 信号端子、 100 制御基板、 100a 開口、 102 はんだ、 104 電子部品、 110 ディスペンサ、 112 はんだ、 200 磁性体、 400,402 加熱コイル
DESCRIPTION OF
64 signal terminals, 100 control board, 100a opening, 102 solder, 104 electronic component, 110 dispenser, 112 solder, 200 magnetic body, 400, 402 heating coil
Claims (6)
前記加熱コイルに交流電流を供給する電源と、
半導体装置をのせるステージと、
前記加熱コイルの前記ステージに対向する面を露出させつつ前記加熱コイルを覆う磁性体と、
前記電源を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするはんだ付け装置。 A heating coil;
A power supply for supplying an alternating current to the heating coil;
A stage on which a semiconductor device is mounted;
A magnetic body that covers the heating coil while exposing a surface of the heating coil that faces the stage;
And a control device for controlling the power source.
前記加熱コイルに交流電流を供給する電源と、
前記複数の端子を有する半導体装置をのせるステージと、
前記電源を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするはんだ付け装置。 A heating coil formed in a shape surrounding a plurality of terminals extending in the same direction without contact;
A power supply for supplying an alternating current to the heating coil;
A stage on which a semiconductor device having the plurality of terminals is mounted;
And a control device for controlling the power source.
ステージに対向する面を露出させるように磁性体で覆われた加熱コイルを前記はんだの直上に配置する工程と、
前記加熱コイルに交流電流を流して前記はんだを溶融させることで前記信号端子と前記制御基板を接続する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Supplying solder between the signal terminal fixed to the case and the control board to which the electronic component is soldered;
Disposing a heating coil covered with a magnetic body so as to expose a surface facing the stage, directly above the solder;
And a step of connecting the signal terminal and the control board by flowing an alternating current through the heating coil to melt the solder.
前記複数の信号端子を非接触で取り囲む形状で形成された加熱コイルと前記複数の信号端子を近づけ、前記加熱コイルで前記複数の信号端子を囲む工程と、
前記加熱コイルに交流電流を流して前記複数のはんだを溶融させることで前記複数の信号端子と前記制御基板を接続する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Supplying a plurality of solders between a plurality of signal terminals fixed to the case so as to extend in the same direction, and a control board on which electronic components are soldered;
A heating coil formed in a shape surrounding the plurality of signal terminals in a non-contact manner and the plurality of signal terminals, and surrounding the plurality of signal terminals with the heating coil;
Connecting the plurality of signal terminals and the control substrate by causing an alternating current to flow through the heating coil to melt the plurality of solders.
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WO2017069005A1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 三菱電機株式会社 | Method for manufacturing power semiconductor device and power semiconductor device |
WO2018055835A1 (en) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社Screenホールディングス | Substrate processing device |
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