JP7444479B2 - 基板上に電子部品を焼結するための焼結プレス - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に電子部品を焼結するための焼結プレスに関するものである。
公知のように、いくつかの電子的用途では、集積電子部品、例えば、ダイオード、ＩＧＢＴ、サーミスタ、ＭＯＳＦＥＴが、焼結ペーストを介して基板に固定されている。各部品を正しく焼結するためには、焼結温度、例えば２００℃以上の温度で基板に押圧しなければならない。
一般に、焼結プレスは、１枚以上の基板が配置される押圧面を形成するベースを備える。このプレスは、基板毎に、例えば油圧回路によって制御され、焼結対象の電子部品に所定の圧力を付与する１以上の押圧部材を設けた押圧ユニットを備える。
プレスのいくつかの実施形態では、ベースは、プレスが正しく動作していることを監視するために、押圧部材が各基板用の電子部品に及ぼす力の合計を検出するのに適した１以上のロードセルをさらに備える。ロードセルは、焼結温度よりもはるかに低い温度で動作させなければならない電子部品である。
このため、上述したタイプの焼結プレスを悩ませる問題の１つは、ロードセルなど、十分に低い温度に維持しなければならないプレスの他の要素を過熱することなく、しかもいかなる場合にもプレスの機械的性能を損なうことなしに基板を焼結に適した温度にする方法である。
本発明の目的は、このような問題を解決することができるプレスを提案することである。
前記目的は、請求項１に記載のプレスによって達成される。従属項には、本発明の好ましい実施形態が記載されている。
本発明に係る焼結プレスの特徴及び利点は、添付図面を参照して、表示され、非限定的な例として提供された好ましい実施形態についての以下の説明から明らかとなる。
本発明に係るプレスの断面図である。 熱拡散プレートを備えたプレスの要素ホルダプレートの平面図である。 要素ホルダプレートを上方から見た斜視図である。 要素ホルダプレートに係る熱拡散プレートのみの斜視図である。 熱拡散プレートを備えた押圧ホルダプレートの平面図である。 押圧ホルダプレートを上方から見た斜視図である。
前記図面では、本発明による焼結プレスをまとめて符号１で示す。
このプレスは、基板１２上の電子部品１０を焼結するのに適している。
一実施形態では、プレス１は、複数の基板１２上の電子部品を同時に焼結するように設計されている。
基板１２は、焼結ペースト層上に配置された、焼結対象の電子部品１０（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード、サーミスタ、ＭＯＳＦＥＴ）を保持する。部品１０は、所定の面圧、例えば３０ＭＰａで、所定温度、例えば２６０℃で、１８０～３００秒間処理されなければならない。
電子部品１０は、分類によって厚さが異なる部品であることを考慮して、その投影面に比例した力で押圧しなければならない。
焼結プレス１は、垂直方向に延び、少なくとも１つの基板１２、好ましくは複数の基板のために、上部で押圧ユニット１４を支持し、下部で支持ベース６０を支持するフレームワーク８を備える。
押圧ユニット及びベースの一方又は双方は、プレス軸Ｘに沿って他方に対して移動可能であり、焼結対象の電子部品１０を押圧ユニット１４に実質的に当接させた後、押圧する。
一実施形態では、押圧ユニット１４は、基板毎に、電子部品に必要な焼結圧力を付与するのに適した１又は複数の押圧部材を備える。
一実施形態では、押圧ユニット１４は、平行で独立した押圧ロッド２８を有するマルチロッドシリンダ２０を備える。各押圧ロッド２８は、焼結対象の各電子部品１０と同軸で重心が一致し、焼結対象の各電子部品の面積に比例した力を作用させるスラスト部を有する。なお、「重心が一致」とは、各押圧ロッド２８が各電子部品１０の重心と一致するロッド軸を有することを意味する。
一実施形態では、押圧ロッド２８は、加圧された制御流体によって駆動される。例えば、押圧ロッド２８は圧縮チャンバ３０に連通している。押圧ロッドには制御流体が導入される。また、制御流体によって作用する圧力を押圧ロッドに伝達するために、押圧ロッドには適切な制御要素が収容されている。例えば、制御要素は膜３２である。圧縮チャンバ３０が焼結圧力に加圧されると、膜３２は、各押圧ロッド２８に焼結圧力を伝達するために、押圧ロッド２８の後端２８’に押し付けられて変形する。
一実施形態では、押圧ユニットは、押圧部材１１２を摺動可能に支持する押圧加熱プレート１１０をさらに備える。各押圧部材は、各押圧ロッド２８によって動作可能であり、焼結する各電子部品１０に作用する。
一実施形態では、押圧加熱プレート１１０は、押圧部材１１２を摺動可能に支持するのに適した内側プレート１１４と、内側プレート１１４の周囲に配置されて内側プレート１１４を加熱し、さらに押圧部材１１２を加熱するための、例えば抵抗器などの加熱手段１１８を有する押圧加熱体１１６とを備える。
勿論、他の押圧ロッド作動システムを使用することもできる。
本発明の一態様によれば、プレス１は、複数の反応要素４０を備える。各反応要素は、第１要素端４０’と第２要素端４０’’の間をプレス軸Ｘに平行な要素軸に沿ってそれぞれ延びている。第１要素端４０’は、各基板１２のための支持面を形成する。
一実施形態では、ロードセル５０が、第２要素端４０’’に動作可能に接続されている。ロードセル５０は、反応要素４０によって、押圧ユニット１４の１又は複数の押圧ロッド２８が基板１２上に位置する焼結対象の電子部品１０に付与される力を検出するのに適している。
ロードセル５０は、特定の要件に従って、単に、各基板１２に圧力が付与されたことを検出するために、オン／オフ動作モードで使用してもよいし、例えば、フィードバック圧力制御によって、付与された圧力の値を検出するために使用してもよい。
一実施形態では、ロードセル５０は、冷却回路５４に動作可能に接続されたセルホルダプレート５２に収容されている。
反応要素４０は、要素プレート７０に摺動可能に支持されている。反応要素４０は、要素プレート７０に設けられている。各反応要素４０の第１端４０'は、要素プレート７０から突出している。
「摺動可能に支持」という用語は、反応要素４０が必ずしも要素プレート７０内で摺動しなければならないということではなく、この要素が要素プレート７０に形成された各ガイドシートに、拘束されることなく挿入されることを意味する。要するに、以下に説明するように、要素プレート７０は、反応要素４０への熱伝達を確実にし、反応要素４０をプレス軸Ｘに平行な適切な位置に維持しなければならないが、同時に、各ロードセル５０によって検出される力に影響を与えることはない。
好ましい実施形態では、反応要素４０の第２端４０’’が常にロードセル５０に当接することにより、押圧ステップの間、反応要素４０は、実質的に無効又は無視できる軸方向の変位を受ける。この場合、反応要素４０は、押圧部材によって作用する力に対して全く反対に作用し、その力は、焼結対象の電子部品１０によって完全に吸収される。
要素プレート７０は、熱伝導によって、反応要素が焼結に必要な温度、例えば２４０℃から２９０℃の間になるように加熱されなければならない。
一実施形態では、各反応要素４０は、要素プレート７０を通過し、要素プレート７０から各基板１２に伝導によって熱を伝達させるのに適した加熱部４０ａ有する。
一実施形態では、反応要素４０は、さらに、第２端４０’’で終端し、要素プレート７０から加熱部４０ａに伝達された熱を放散するように形成された冷却部４０ｂを有する。
例えば、加熱部４０ａ及び冷却部４０ｂは連続して設けられている。
一実施形態では、加熱部４０ａは、要素プレート７０の厚さと実質的に等しいか、僅かに大きい軸方向の延伸部を有する。例えば、加熱部４０ａは、要素プレート７０から軸方向に突出する反応要素の第１端部４０’で終端する。
要素プレート７０を加熱するために、プレスは、要素プレート７０の周囲に配置された加熱体７６に埋め込まれた発熱体からなる加熱回路７２を備える。
例えば、加熱回路７２は、抵抗温度計によって制御される電気抵抗を備える。
本発明の一態様によれば、プレス１は、反応要素４０の間で、加熱体７６に当接して配置され、要素プレート７０上に延在する熱拡散プレート８０をさらに備える。
拡散プレート８０は、要素プレート７０よりも高い熱伝導率を有する材料で構成されている。
要素プレート７０については、実質的に、熱伝導率よりも機械的性能、特に強度を優先する材料、例えば鋼が使用されている。
例えば、拡散プレート８０は銅製であり、要素プレート７０は鋼製である。
銅の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１）は、要素プレート７０を構成する鋼の６０に対して３９０である。
一実施形態では、拡散プレート８０は反対側に位置し、加熱体７６及び要素プレート７０に跨がって固定される少なくとも２つの端部集熱体８２をそれぞれ備える。
一実施形態では、拡散プレート８０は、例えば２つの端部集熱体８２に直接接続され、反応要素４０の第１端４０’を囲むようにプレート要素７０上に当接して延びる中央グリッド８４をさらに備える。
一実施形態では、拡散プレート８０は、要素プレートと加熱体の異なる熱膨張を容易にするために、例えば拡散プレート８０の長穴８６に挿通するボルトによって、遊びのある着脱可能な態様、すなわち摺動可能な態様で、加熱体７６及び要素プレート７０に固定されている。
一実施形態では、拡散プレート８０は又、全ての反応要素４０の均一な加熱を保証するように形成され、及び／又は位置決めされた補正孔８８を有する。
一実施形態では、要素プレート７０は加熱体７６から分離可能である。このように、要素プレートは、焼結対象の基板１２の数及び形状の目的に合わせて別のものと交換することができる。
一実施形態では、要素プレート７０とセルホルダプレート５２とは、反応要素の熱を放散させるのに適した分離流体、例えば空気によって軸方向に分離されている。
例えば、冷却部４０ｂは、要素プレート７０とセルホルダプレート５２との間の距離にほぼ等しい延在部を有する。
一実施形態では、加熱部４０ａは柱状である。例えば、加熱部４０ａは、基板の支持面の直径よりも大きい軸方向の延在部を有する。
一実施形態では、冷却部４０ｂは要素軸と同軸に延び、軸方向に連続する放熱ディスク４４を備える。
一実施形態では、反応要素４０の第２端４０’’は、ロードセル５０に対向する赤外線遮蔽体４６を備える。
一実施形態では、冷却回路５４は、セルホルダプレートを約２５℃に維持するのに適している。
例えば、冷却システムは、冷却器によって調整された冷却剤の循環に基づいている。
反応要素４０は、加熱可能な要素プレート７０及び冷却可能なセルホルダプレートを組み合わせることにより、
要素プレートから反応要素の加熱部分への伝導による熱の伝達を介して焼結対象の基板を加熱し、
上方の押圧部材によって付与される焼結圧力を打ち消し、
打ち消す力をロードセルに伝達し、
ロードセルへの熱伝達を低減することを可能とする。
したがって、冷却回路は、過剰なエネルギーを消費することなく、ロードセルを許容可能な作業温度、例えば６０℃に維持することができる。
一実施形態では、第２の拡散プレート１２０が、押圧加熱体１１６に当接して配置され、押圧部材１１２の間で、内側プレート１１４に広がっている。言い換えれば、第２の拡散プレート１２０は、押圧部材１１２の上端が突出して押圧ロッド２８が係合する複数の開口部１２２を有する。
また、第２の拡散プレート１２０は、例えば鋼製のインナープレート１１４よりも熱伝導率の高い材料で構成されている。
また、第２の拡散プレート１２０は、例えば銅で構成されている。
一実施形態では、第２の拡散プレート１２０は、内側プレートと押圧加熱体の異なる熱膨張を容易にするために、例えば、第２の拡散プレート１２０の長穴に挿通するボルトによって、遊びのある着脱可能な態様、すなわち摺動可能な態様で、押圧加熱体１１６及び内側プレート１１２に固定されている。
一実施形態では、第２の拡散プレート１２０の補正孔１２４も、全ての押圧部材１１２の均一な加熱を保証するような方法で、構成され、形作られ、及び／又は位置決めされている。
本発明に係る焼結プレスの実施形態に対し、当業者は、付随するニーズを満足するために、以下の請求項の範囲から逸脱することなく、改良、適合、及び機能的に等価な他の要素と交換することができる。可能な実施形態に属するものとして記載された特徴のそれぞれは、記載された他の実施形態とは独立して実施することができる。

Claims (11)

  1. 基板上の電子部品を焼結するための焼結プレスであって、
    焼結される電子部品に焼結圧力を付与するための複数の制御可能な押圧部材を有する押圧ユニットと、
    第１要素端と第２要素端との間で、プレス軸に平行な要素軸に沿って延び、第１要素端が各基板の支持面を形成する複数の反応要素と、
    前記反応要素を摺動可能に支持し、前記反応要素がマトリクス状に配置され、前記第１要素端が突出する要素プレートと、
    前記要素プレートを焼結温度にするために、前記要素プレートの周囲に配置した加熱体に埋め込まれた発熱体を有する加熱回路と、
    前記加熱体に当接して配置され、前記反応要素の間を通って前記要素プレート上に延在し、前記要素プレートよりも高い熱伝導率を有する材料からなる熱拡散プレートと、
    を備え、
    前記熱拡散プレートは、互いに反対側で固定され、加熱体と要素プレートを跨ぐ少なくとも２つの端部集熱体と、前記反応要素の第１要素端を取り囲む要素プレートに当接して延びる中央グリッドとを備える、焼結プレス。
  2. 前記押圧ユニットは、対応する押圧ロッドによって焼結される各電子部品に作用するように動作可能な押圧部材を摺動可能に支持する押圧加熱プレートをさらに備え、
    前記押圧加熱プレートは、前記押圧部材を摺動可能に支持するのに適した内側プレートと、前記内側プレートの周囲に配置され、前記内側プレートを加熱し、さらに前記押圧部材を加熱するのに適した加熱手段を有する押圧加熱体と、を備える、請求項１に記載の焼結プレス。
  3. 前記押圧ユニットは、前記押圧加熱体に当接して配置され、前記押圧部材の間を通って前記内側プレート上に延在する第２の熱拡散プレートを備え、前記第２の熱拡散プレートは、前記内側プレートよりも熱伝導率の高い材料で構成されている、請求項２に記載の焼結プレス。
  4. 前記熱拡散プレート及び／又は前記第２の熱拡散プレートは銅製である、請求項３に記載の焼結プレス。
  5. 前記熱拡散プレートは、前記加熱体及び前記要素プレートに対して遊びのある着脱可能な方法で固定されている、請求項１に記載の焼結プレス。
  6. 前記熱拡散プレートは、前記加熱体及び前記要素プレートに対して遊びのある着脱可能な方法で固定され、
    前記第２の熱拡散プレートは、前記押圧加熱体及び前記内側プレートに対して遊びのある着脱可能な方法で固定されている、請求項３に記載の焼結プレス。
  7. 前記要素プレートは前記加熱体から分離可能である、請求項１から６のいずれか１項に記載の焼結プレス。
  8. 複数のロードセルを備え、前記各ロードセルは、前記第２要素端に動作可能に接続され、１以上の押圧部材によって付与される力を反応要素を介して検出し、冷却回路に動作可能に接続されたセルホルダプレートに収容されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の焼結プレス。
  9. 前記各反応要素は、前記要素プレートを貫通し、前記要素プレートから前記基板に熱伝導させるのに適した加熱部と、前記第２要素端で終端し、前記要素プレートから前記加熱部に伝達された熱を放散するように形成された冷却部と、を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の焼結プレス。
  10. 前記冷却部は、前記要素軸と同軸に配置され、軸方向に連続する放熱ディスクを備える、請求項９に記載の焼結プレス。
  11. 前記反応要素の前記第２要素端は、前記ロードセルに対向する赤外線遮蔽体を備える、請求項８に記載の焼結プレス。
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