JP3106374U - 半田付け治具 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製フレーム面の電子部品半田固着予定位置に正確に固定され、かつ、その固定された電子部品に余分な応力が掛かり難いようにした半田付け治具を提供すること。
【解決手段】電子部品が位置決め治具６によって外周が取り囲まれることにより金属製フレーム１に対する相対的位置が規制され、その位置決め治具６が、電子部品の位置規制が不要な箇所で分割されている。その分割された複数の位置決め治具６が金属製フレーム１の長手方向に並べられると共に、それらを金属製フレーム１の長手方向のみ移動規制するガイド機構１６が設けられる。また、分割された複数の位置決め治具６が摩擦抵抗軽減機構７を介して受台９上に載置されるような半田付け治具となっている。
【選択図】図１

Description

本考案は、金属製フレーム半導体素子のような電子部品を半田付けする際に用いる半田付け治具に関するものである。

従来、図７（a）に示すような半田付け治具２０（全体）が、半導体素子のような電子部品の半田付け位置の位置ずれ防止を図るために用いられていた。
この半田付け治具２０は、金属製フレーム２１を、半田付け治具２０の構成部材である、カーボン下治具２２上に配置し、金属製フレーム２１の上面に半田ディスク２３を介して電子部品、例えばシリコンチップ２４を載置し、同じく半田付け治具２０である、カーボン上治具２５でシリコンチップ２４や、半田ディスク２３を囲い、位置ずれを防止していた。

また、金属製フレーム２１は、後工程で個々に分割されるように形成され、かつ、繰り返しパターンが１列に繋がって構成された相対的に横長のものが量産性に優れているために使用されてきた。
そして、カーボン上治具２５、カーボン下治具２２、及び金属製フレーム２１は、振動等によって起きる相互の位置ずれを防止するために固定ピン２６をそれらカーボン上冶具２５、カーボン下冶具２２間に挿通して固定するようにしていた。

特開２０００−２８１０１３号公報

しかしながら、上記のような従来の半田付け治具２０では、この治具２０を使用して電気炉等を通し半田溶融させ、シリコンチップ２４を金属製フレーム２１に固着させる場合に、次のような問題があった。
例えば、金属製フレーム２１の素材として一般的に用いられる電気抵抗の小さな銅を用いた場合、銅の熱膨脹率（１６．５×１０^−６／K）に比較して、位置決め治具としての半田付け冶具２０の素材であるカーボンの熱膨脹率（３．１×１０^−６／Ｋ）は小さい。

そのため、第７図（ｂ）に示すように、金属製フレーム２１に熱が加えられ熱膨脹すると、固定ピン２６から遠ざかる程、第７図（ａ）の熱膨脹前の金属製フレーム２１とカーボン上治具２５の相対的位置に比べ、カーボン上治具２５より金属製フレーム２１側が横長方向外側大きく伸びてずれる。
この時、金属製フレーム２１に半田ディスク２３を介して載置されたシリコンチップ２４も金属製フレーム２１と一緒にずれていく。

しかしながら、熱膨脹係数の小さいカーボン上治具２５は、熱膨張係数の相対的に大きな金属製フレーム２１に比較して元の位置に留まろうとする。したがって、ずれて移動するシリコンチップ２４がカーボン上治具２５にぶつかり、金属製フレーム２１上のシリコンチップ２４の固定予定位置からずれないようにする必要がある。
そこで、従来ではカーボン上治具２５によるシリコンチップ２４や半田ディスク２３の囲いを、固定ピン２６から離れた金属製フレーム２１の外側になる程、ずれによる移動を考慮して囲いの内側に余裕スペースをもって形成しなければならなかった。

一方、上記の囲いの中に設けられた余裕スペースのために、金属製フレーム２１上に載置された電子部品は、振動等により逆に固定予定位置からずれることがあり、正確な位置決めを行うことが困難であるという問題点があった。
そこで、本発明者等は、第８図に示すように、金属製フレーム２１の上面に載置された電子部品の位置決めが不要な箇所で、カーボン上治具２５及び、カーボン下治具２２を分割し、分割単位（ブロック）毎に、カーボン上治具２５、カーボン下治具２２、及び金属製フレーム２１を、相互の位置ずれを防止するために、固定ピン２６を挿通して固定する治具を考案した。

上記の治具では、カーボン下治具２２の下面に金属製フレーム２１と熱膨脹係数の近い金属板２７を設け、カーボン下治具２２の分割ブロック毎に該金属板２７上にねじ止２８等により固定するようにした。
上記のように改良された治具を使用し電気炉等を通して半田を溶融させ、シリコンチップ２４を金属製フレーム２１に固着させる場合には、該金属製フレーム２１と熱膨脹係数の近い金属板２７は、加熱による熱膨脹により略同程度、一緒に変位する。

したがって、上記金属板２７に固定されたカーボン下治具２２も略同程度、一緒に変位し金属製フレーム２１、電子部品及カーボン上、下治具２５，２２の相対的位置は、熱膨脹の前後で変わらない。
よって、カーボン上治具２５による位置決めのための電子部品の内側に、余裕スペースを設ける必要がなくなり、上記のような振動等によるずれの問題は改善された。

しかしながら、上記の改善も未だ十分ではなく次のような問題が残された。
すなわち、カーボン下治具２２に固定された金属板２７は、治具として何回も電気炉等を通し、熱膨脹と収縮を繰り返すため、熱履歴によって反り等の変形が起こる。このため、かかる変形した金属板２７にカーボン下治具２２をねじ止２８等で固定し、カーボン上治具２５、カーボン下治具２２、及び金属製フレーム２１間に固定ピン２６を挿通して固定すると、金属板２７の変形に習って金属製フレーム２１を変形させようとする応力を該金属製フレーム２１に与える要因となる。
上記の要因は、半田付け後の完成した装置の信頼性を向上させる上で、極めて好ましくないものとして懸念されていた。

本考案は、上記の課題を解決するためになされたもので、金属製フレーム２１の上面の電子部品半田固着予定位置に正確に固定され、かつ、その固着された電子部品に余分な応力が掛かり難いようにした半田付け治具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の考案は、相対的に横長の金属製フレーム面の所定箇所に半田を介して電子部品を載置し、熱処理により該電子部品を前記金属製フレームに半田固着する際に用いる、前記金属製フレームと前記電子部品の相対的位置を規制する位置決め冶具を備えた半田付け治具において、
前記電子部品が、該位置決め冶具によって外周が取り囲まれることにより前記金属製フレームに対する相対的位置が規制され、
前記位置決め冶具が、前記金属製フレームよりも相対的に熱膨張の小さい素材からなり、
前記位置決め冶具が、前記電子部品の位置規制が不要な前記金属製フレーム箇所で分割され、
前記分割された複数の位置決め冶具が、前記金属製フレームの長手方向に並べられ、前記各位置決め冶具は、前記金属フレームに係止され、前記複数の位置決め冶具を前記金属製フレームの長手方向にのみ移動を規制するガイド機構が設けられ、
かつ、前記分割された複数の位置決め冶具が、該部材が載置される面との間に摩擦抵抗軽減機構を設けたことを特徴とする半田付け治具である。

上記課題を解決するための請求項２に記載の考案は、前記位置決め冶具が、カーボン素材で形成され、
前記ガイド機構が、複数の前記位置決め冶具に貫通孔を設け、該貫通孔に串刺し状に、該位置決め冶具が熱膨張に応じて滑動できるように金属製ガイド棒を挿通し、
かつ、前記金属製フレームの長手方向と略一致する、前記金属製ガイド棒の軸線方向のみに移動が規制され、
前記摩擦抵抗軽減機構が、カーボン素材で形成された前記位置決め冶具と可滑動する、前記金属製フレームの長手方向に沿って配置された凸状部によって構成される摩擦抵抗軽減機構であることを特徴とする半田付け治具である。

上記課題を解決するための請求項３に記載の考案は、前記分割された複数の位置決め冶具が、前記摩擦抵抗軽減機構を備えた該位置決め冶具の受台上に載置され、
前記受台が、前記金属製フレームの長手方向と平行な両端に、前記位置決め冶具を滑動できるように挟持する枠体を備え、
前記枠体が、複数の前記位置決め冶具を、前記金属製フレームの長手方向にのみ移動を規制するガイド機構であることを特徴とする半田付け治具である。

上記課題を解決するための請求項４に記載の考案は、前記摩擦抵抗軽減機構が、前記金属製フレームの長手方向に沿って配置され、前記位置決め冶具と可滑動する、金属製又はカーボン製の網状又はストライプ状の凸状部であることを特徴とする半田付け治具である。

本考案における位置決め冶具は、複数に分割されていて、固定ピンで金属製フレームに固定され、かつ、該金属製フレームの長手方向に並んでいる。そして、ガイド機構により該金属製フレームの長手方向のみに移動方向が規制されている。さらに、位置決め冶具と、この部材が載置された面との摩擦係数を小さくする摩擦抵抗軽減機構を備えているため、当該載置面を前記位置決め冶具が滑動できる。

したがって、この位置決め冶具を備えた半田付け治具を使用して電気炉等を通過させた場合、加熱された金属製フレームの熱膨脹による長手方向への大きな変位に対し、該金属製フレームに固定された位置決め冶具は、金属製フレームのその長手方向にみに移動を規制されながら、該金属製フレームの熱膨脹による力に殆ど抵抗することなく、該金属製フレームと一緒に位置決め冶具の載置面を滑動することができる。

このため、金属製フレーム上に半田ディスクを介して載置された電子部品と、位置決め冶具は、熱膨脹の前後でその相対的位置が同じであるから、カーボン上治具による位置決めのための電子部品の囲いの内側に余裕スペースを設ける必要がなくなる。よって、金属製フレーム上に載置された電子部品は、振動等により固着予定位置からずれることもなく正確な位置決めを行うことができる。

さらに、本発明の位置決め冶具は、それが載せられる載置面に固定されていないので、該載置面に熱履歴により反り等の変形が仮に生じたとしても金属製フレームに直接的に変形応力を与えることはない。

また、従来技術の改良構造にように、位置決め冶具の載置部材は、金属製フレームと熱膨張係数の等しい素材を選ぶ必要もなく、かかる膨張係数が小さく熱履歴による反り等の変形を起こさない素材、例えばカーボン等を選択することができる。このように本考案では金属製フレームに変形応力を与えないので、半田付け後の完成した装置の信頼性を著しく向上させることができる。

以下に、本発明の実施の一形態つき図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す半田付け治具を模式的に示した断面図である。
図において、破線は、断面後方を透過して見た構造を表わしている。
この構造では、銅製の金属製フレーム１の上面所定箇所に半田ディスク２を介してシリコンチップ３を載置し、これをカーボン上冶具４とカーボン下冶具５で囲い、位置決め冶具６を構成し、半田固着箇所の位置ずれを防止するようにしている。

図１の位置決め治具６が載置された面には、摩擦抵抗軽減機構７が設けられている。この摩擦抵抗軽減機構７は、載置面を凸部８とし、接触面積を少なくし、かつ、滑らかな面によって構成されている。

図２は、その一実施例の斜視図である。
この図において、摩擦抵抗軽減機構７である凸部８は、位置決め冶具６の受台９と一体的に形成されたストライプ状の凸部８となっている。この凸部８のストライプ方向は、相対的に横長金属製フレーム１（図１参照）の長手方向に平行に形成されている。したがって、金属製フレーム１の熱膨脹による変位方向と一致しているので、この凹凸部に位置決め冶具６（図１参照）が引っ掛かることなく、接触面積の減少が図れる。

また、金属製フレーム１の長手方向と平行な受台９の両端には位置決め冶具６を滑動可能状態で挟持する枠体１０を備えている。この枠体１０により位置決め冶具６は、金属製フレーム１の長手方向のみに移動を規制される。
すなわち、上記枠体１０は、位置決め冶具６のガイド機構としての機能を果たしている。

上記受台９、凸部８及び枠体１０は、一体的にカーボン素材により形成されていて、その表面は滑らかに研磨され、すべり抵抗が軽減されている。
さらに、図１に模式的に示したように、上記摩擦抵抗軽減機構７を備えた受台９の上には、カーボン下治具５が載置される。

次に、図３にカーボン下治具５の一実施例を斜視図で示す。
図において、カーボン下治具５の分割された単位ブロック５a，５ｂ・・・５ｎが、金属製フレーム１の長手方向に配列され、配列された複数の単位ブロック５a，５b・・・５ｎには、串刺し状に後述する金属製ガイド棒を挿通するための貫通孔１１が２列並んで設けられている。
なお、以下の説明では個々に分割されたカーボン下冶具を表わす場合には、特に断りなく５a，５ｂ・・・５ｎで示し、これらカーボン下冶具５a，５ｂ・・・５ｎの集合体であるカーボン冶具を５で示すことがある。

カーボン下治具５の上面には凹凸１２，１３が形成され、この上に載置した金属製フレーム（図示省略）が嵌合し、位置ずれが防止される。
また、その上面には固定ピン１４が設けられ、この固定ピン１４により図１に示したカーボン上治具４とカーボン下治具５、金属製フレーム１とカーボン下治具５が固定される。

上記カーボン上冶具４とカーボン下冶具５は、図１に示すように、シリコンチップ３を銅製の金属製フレーム１の上面に位置決めしていない箇所で分割され、その分割された各ブロックは、金属製フレーム１の長手方向に配列されている。
そして、カーボン下冶具５に串刺し状に設けられた貫通孔１１に滑動可能に金属製ガイド棒１５を挿通し、金属製フレーム１の長手方向にのみ移動を可能とするガイド機構となっている。

次に、上記受台９に、カーボン下冶具５に続いて金属製フレーム１を載置し、分割されたカーボン下冶具５a，５ｂ・・・５ｎの各ブロックの貫通孔１１に、可滑動する金属製ガイド棒１５を串刺し状に挿通した実施例の斜視図を図４に示す。
図のように、金属製ガイド棒１５を串刺し状にカーボン下冶具５の両端に１本づつ挿通する構成を採用すれば、該金属製ガイド棒１５の両端を持つことによって複数の分割されたカーボン下冶具５a，５ｂ・・・５ｎを受台上に運び、載置することができる。このようにすることによって、一つ一つカーボン下冶具５a，５ｂ・・・５ｎを受台９の上に運び、載置するものに比べ、その作業がし易くなるという利点がある。

上記銅からなる金属製フレーム１は、繰り返し連続したパターンを備えており、相対的に横長の構造を有し、後工程で分割されて個々の装置となる。また、上記金属製フレーム１は、固定ピン１４の凸状部１４aを該金属製フレーム１の、例えば図のように、網目状の空所に嵌合させることによって、金属製フレーム１が位置決めされる外枠状構造を備えている。この図４の実施例では、上記金属製フレーム１をカーボン下冶具５に対して２列に配置されている。
なお、上記金属製フレーム１は、外枠状構造以外の電子部品の載置されたフレーム部について図示が省略されている。

続いて、カーボン下冶具５にカーボン上冶具４を載せる。このカーボン上冶具４（集合体）は、個々に分割されたカーボン下冶具５a，５ｂ・・・５ｎと同様に、複数のブロック４a，４ｂ・・・４ｎからなる。
そして、カーボン下冶具５の固定ピン１４にカーボン上冶具４の貫通孔を合わせて嵌合させ、金属製フレーム１の上面にシリコンチップ３を位置決めするが、この状態の斜視図を図５に示す。
この例では、シリコンチップ３の他に内部リード１７も位置決めされる構成を採用している。

次に、図５に示した組立体１８を受台９に載置した状態の断面図を図６に示す。
以上のように構成された本実施形態の半田付け冶具によれば、金属製フレーム１上の半田固着予定位置に、正確にシリコンチップ３の半田付けができ、かつ、シリコンチップ３及び金属製フレーム１に余分な応力を内在させて固着するのを防止、あるいはそのような応力の内在を軽減することができる。

本発明は、以上に説明した実施形態乃至実施例に限定されるものではなく、位置決め冶具の載置面に形成された受台９の凸部８は、網目状あるいはドット状に形成されていても良い。
要するに、位置決め冶具６の載置面との接触面積が減少され、その接触面が滑らかであり、受台９に形成された凸部８と凸部８の間の凹部を、その長手方向に微動する位置決め冶具６が引っ掛かることなくスムーズに可滑動すれば良い。

また、上記接触面が研磨等により非常に滑らかであれば、凸部８の形成による接触面積の減少も必要はない。さらに、その素材もカーボン、金属に限定されるものではない。
また、位置決め冶具６の素材についても、カーボンに限定されるものではなく、熱履歴による変形が少なく、熱膨張の小さい素材の中から適宜選択することができる。
ガイド機構１６として用いられる、分割された位置決め冶具６に挿通された滑動可能な金属製ガイド棒１５も本実施例で示したように２本である必要はなく、１本あるいは３本以上であっても良く、位置決め冶具６の大きさに応じて適宜選択可能である。
さらに、上記の実施形態では、位置決め冶具６に挿通した金属製ガイド棒１５の断面形状を丸形としたが、楕円形あるいは多角形状であっても良い。

本発明の実施形態を示す半田付け冶具の模式図である。 上記半田付け冶具における受台の斜視図である。 上記半田付け冶具におけるカーボン下冶具の斜視図である。 上記カーボン下冶具と金属製フレームとを位置決めして受台上に載置した状態の斜視図である。 上記図４の状態で、さらにその上にカーボン上冶具を載置した状態の斜視図である。 上記図５の中央断面図である。 従来の半田付け冶具の模式図を示し、（a）は金属製フレームの膨張前の状態を示し、（ｂ）は金属製フレームの膨張後の状態を示す。 図７の半田付け冶具に改良を加えた従来の半田付け冶具を示す模式図である。

符号の説明

１ 金属製フレーム
２ 半田ディスク
３ シリコンチップ
４ カーボン上冶具
５ カーボン下冶具
６ 位置決め冶具
７ 摩擦抵抗軽減機構
８ 凸部（摩擦抵抗軽減機構）
９ 受台
１０ 枠体
１１ 貫通孔
１２，１３ 凹凸
１４ 固定ピン １４a 凸状部
１５ 金属製ガイド棒（ガイド機構）
１６ ガイド機構
１７ 内部リード
１８ 組立体

Claims (4)

1. 相対的に横長の金属製フレーム面の所定箇所に半田を介して電子部品を載置し、熱処理により該電子部品を前記金属製フレームに半田固着する際に用いる、前記金属製フレームと前記電子部品の相対的位置を規制する位置決め冶具を備えた半田付け治具において、
   前記電子部品は、該位置決め冶具によって外周が取り囲まれることにより前記金属製フレームに対する相対的位置が規制され、
   前記位置決め冶具は、前記金属製フレームよりも相対的に熱膨張の小さい素材からなり、
   前記位置決め冶具は、前記電子部品の位置規制が不要な前記金属製フレーム箇所で分割され、
   前記分割された複数の位置決め冶具は、前記金属製フレームの長手方向に並べられ、前記各位置決め冶具は、前記金属フレームに係止され、前記複数の位置決め冶具を前記金属製フレームの長手方向にのみ移動を規制するガイド機構が設けられ、
   かつ、前記分割された複数の位置決め冶具は、該冶具が載置される面との間に摩擦抵抗軽減機構を設けたことを特徴とする半田付け治具。
2. 前記位置決め冶具は、カーボン素材で形成され、
   前記ガイド機構は、複数の前記位置決め冶具に貫通孔を設け、該貫通孔に串刺し状に、該位置決め冶具が熱膨張に応じて滑動できるように金属製ガイド棒を挿通し、
   かつ、前記金属製フレームの長手方向と略一致する、前記金属製ガイド棒の軸線方向のみに移動が規制され、
   前記摩擦抵抗軽減機構は、カーボン素材で形成された前記位置決め冶具と可滑動する、前記金属製フレームの長手方向に沿って配置された凸状部によって構成される摩擦抵抗軽減機構であることを特徴とする請求項１に記載した半田付け治具。
3. 前記分割された複数の位置決め冶具は、前記摩擦抵抗軽減機構を備えた該位置決め冶具の受台上に載置され、
   前記受台は、前記金属製フレームの長手方向と平行な両端に、前記位置決め冶具を滑動できるように挟持する枠体を備え、
   前記枠体は、複数の前記位置決め冶具を、前記金属製フレームの長手方向にのみ移動を規制するガイド機構であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載された半田付け治具。
4. 前記摩擦抵抗軽減機構は、前記金属製フレームの長手方向に沿って配置され、前記位置決め冶具と可滑動する、金属製又はカーボン製の網状又はストライプ状の凸状部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された半田付け治具。
   

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