JPS62183962A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体の微小リードのはんだ付は等に使用す
る加熱装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体は、ますます高密度化、微細化の傾向にある。こ
れに伴って周辺技術の開発が必要である。

この周辺技術の中でも、はんだ付は技術は、重要である
。

即ち、はんだ付けを行なう為には、はんだを溶融する温
度にまで、当該部分を加熱する必要がある。そのために
、高密度にかつ微細化された半導体にあっては、上記加
熱によって発生する熱応力に対する強度が問題となる。

このような理由で、半導体のはんだ付は用加熱装置は、
所定の場所を短時間に、はんだ溶融温度にまで昇温でき
る機能が要求される。

従来の加熱装置は、いずれも、光線と光学系とを組合せ
たものが多い。

例えば、特開昭４７−１２７０９号に示されているもの
は、水平形赤外線ランプｌと楕円弧状の反射鏡を取付け
、その集光を特別な制御手段を用いることなく、主とし
て広い面積を加熱するようにしたものである。

又特開昭４７−１７６４５号及び特開昭４９−１５４号
に示されているものは、赤外線或はキセノンランプから
発する元を、楕円反射鏡を用いて微小円状に集光して極
部的に加熱するようにしたものである。

又特開昭５７−１８１７８９号に示されているものは、
レーザビームを利用して、高密度エネルギを出すように
したものが実用化されている。

然しなから、これら加熱装置を、フラットパック形部品
のリード列のはんだ付に使用した場合、次のような問題
がある。

先ず、水平形赤外線ランプを用いて、広い面積を加熱す
るようにしたもの（％開昭４７−１２７０９号）は、い
わゆる赤外線炉として知られるように、パッケージ全体
を加熱することになり、はんだ付けをする部分のみを加
熱する装置ｔとしては適さない。

即ち、パッケージ全体を加熱するフラットパック形レジ
ンモールドパッケージ半導体のはんだ付けにおいては、
レジンが薄形の傾向にあるため、その耐熱性が２３０℃
、ｌＯ秒程度しか保証されず、レジンその物或は著しる
しい場合には、半導体シリコンチップにクラックが発生
することかしばしば起る。

又プリント板のはんだ付けを行なうための手段としては
、あらゆる部品の一括はんだ付けか、或は、半導体のみ
を炉内付けした後に、他の部品を再度はんだ付けする工
法が必要になる。

このはんだ付は工法による場合は、パッケージクラック
を防止するために、部品毎に遮弊板を取付ける必要が生
じ、加熱装置の熱容量による加熱条件変動に合せて行な
う遮弊板の着脱作業が困難である。

次に微小円集光装置（ｆＦ開昭４７−１７６４５号。

特開昭４９−１５４　　号）は、エネルギ密度が高いと
いう利点があるが、次のような問題を有する。

即ち、プリント板に部品を装着後に、一般にはプリント
板を高精度に位置合せし、かつはんだ付は部に集光され
るように高精度遂次搬送が必要である。更に、集光光線
の強度安定化に難点がある。

例えば、加熱はじめのリードに合せて、集光光線の強度
を調整すると、後の方のリードでは、集光光線の強度に
過不足を生ずることが多い。

又微ａ　ＩＪ−ドになると、プリント板の電極が、０．
３〜０．４１１ｆｆ程度のリード幅とほぼ同じになる傾
向が生ずる。

この場合において、本加熱方式は、本質的にリード頂面
→はんだ→電極へと熱伝導されてはんだ付けされるので
、電極幅が狭くなるとＩＪ　−ドのみが異常加熱され、
その結果、はんだがリードに積極的にぬれ上り、リード
底面と電極間のはんだが欠乏し、接合不良を生ずる。

この接合不良は、一般に発見し難く、この発見に多大な
労力を要するという問題がある。

発明者らは、上記問題を解決するために、矩形状集光を
可能にして微細リード部全体を加熱し、短時間にリード
列を一括はんだ付けできるように、本装置に対し検討を
加えた。

先ず、微小円焦点集光方式の利点は、その果光面の温度
が８００℃に達し、発光源にキセノンランプを使用した
場合は、１２００℃という高密度エネルギを有すること
が確認できた。これは、微小熱電対（アルメル−クロメ
ル）により測定した。

然しながら、このエネルギをはんだ付は用加熱装置とし
て使用するには、次のような技術的な問題がある。

その第１の問題として、このエネルギは、原理的には、
専ら楕円反射鏡の焦点近傍における点状集光によって得
られるものであって、楕円反射鏡の中心軸上において、
その焦点をわずかでも外れると、その面内のエネルギ強
度は著しく低下し、一般には面積の２乗に反比例するこ
とがよく知られている。

そのｖ１４２の問題として、実際のランプ光源は、ハロ
ゲンランプのように、多くはタングステン系金属材料か
ら成るコイル状か、或は短冊状フ４ラメントから成り、
その発光・発熱源は、有限長である。

従って、層相的な点焦点は、楕円反射鏡を使用しても得
られないのであって、いわゆるその焦点は、楕円反射鏡
の軸方向に深度を有する擬似的焦点である。しかもこの
焦点は、楕円反射鏡の軸に直角な面状の拡がりを有する
。

これについて、第２図を用い更に詳しく説明する。図に
おいて、この加熱装置は、長さ４を有するハロゲンラン
プコイルの軸２方向の深度５が、コイル長４の約７倍を
有するように楕円反射鏡１を形成したものである。

この加熱装置において、理想的焦点の軸内拡がりは、コ
イル長４に対して拡がり６となり、コイル幅方向の集光
との関係により、理想焦点位置に楕円像７が形成される
ことになる。

このＩＪ！７は、上述の微小円焦点を目的とした反射鏡
系とは異り、一定の拡がりを有する集光像を目的とした
ものであることから、矩形状集光の可能性を秘めており
、この像の拡がりは、立体角８に影響される。

発明者らは、上述の擬似的焦点位置に形成された面像７
について次のことを確認した。

即ち、擬似的焦点位置に形成された面像７の単位面積当
りのエネルギ（密度）は、理想焦点から外れた分たけ低
下することは轟然である。

従って、面像７のエネルギ密度は、はんだ付けに必要で
かつ十分なものであるかどうかの確認が必要である。

そこで、プリント板のはんだ肘用電極面上に、面像７を
形成した結果、その電極の温度上昇は、Ｐｂ−５，共晶
はんだの溶融温度（１８３℃）まで極めて短時間に昇温
することができ、スプリント板（ガラス繊維入りエポキ
シ）表面を短時間で炭素化させて黒化させることが確認
された。

この実験により、面像７のエネルギは、はんだ付に十分
使用可能であることが判った。

更に、面像７の拡がりは、反射鏡とランプフィラメント
の組合せによって、面像７（楕円）の軸長とその長軸と
短軸の比並びに立体角８が選択され、面像７内のエネル
ギ密度の増減が可能であることも確認された。

上記の検討結果をもとにして、フラットパック部品のリ
ード列を一辺同時加熱するためには、前記楕円像に代え
て矩形状焦点像が必要であ名こと、かつはんだ付に十分
なエネルギが必要であることから、更に次の検討を行な
った。

先ず第１に考えねばならないことは、第２図において、
楕円反射鏡１から反射される光の立体角８をできるだけ
狭くシ、光の拡がりを防止して、できる限り多くの反射
光を捕捉十分なエネルギを得ることである。

これを実現するために、第３図に示す光学系を試みた。

即ち、集光用球面レンズ９を面像７（第２図参照）の後
位に配置し、その光路にひきつづきフィールドレンズを
入れ、矩形化の第１手段として最後にシリンドリカルレ
ンズ３を配設した。

これによって、はんだ付すべき位置に矩形状の像が得ら
れたが、その元エネルギ密度は極端に減少し、そのエネ
ルギは、　ｐｂ−ｓｎ共晶体はんだを溶かすにはとうて
い及ばないものであった。

その原因は、立体角８を小さくするために、光路が長く
なり過ぎたためである。

上記第３図に示した光学系の欠点を補うために、光路を
短くした光学系を試みた。

第４図において、集光レンズ９の前に、所定の矩形集光
面に相当する紋り１１を設けた。このようにすることに
より、立体角８を大きくし、光路を短くした。又この紋
り１１によって、光路１２を制限し、矩形像を作ること
ができた。

然しなから、この紋り１１の設置は、単に面積の縮少に
よる損失だけにとどまらず、光源からの反射光を遮断し
、実際上コイル（光源）の中心部からの反射光１３のみ
しかエネルギとして利用できないことになる。

従って、光学系の１；１０例なる組合せにおいても、紋
り幅にはある一定の制限があることになる。

因みに、光源にフィラメントコイルを使用し、面像１０
の長軸を３０−ｇとして、第４図に示す光学系を用いて
実験した結果を表１に示す。この表より、紋り幅を１０
１１８にしてもなおはんだの溶融時間が１０秒以上必要
であり、フラットパック部品のはんだ付けには、実際上
パッケージ加熱遮断の考慮が必要であった。

このはんだ溶融に要する時間は、生産に必要なはんだ付
は時間として実用に供し得るものであるが、パッケージ
加熱防止用遮断を要しない範囲の時間の短縮と紋り幅の
縮少が必要である。

又光学系以外の解決策として、ハロゲンランプのコイル
線１本当りの輝度を高めることが考えられるが、コイル
線径が巻きのピッチを制約すること、及び線間が近接す
るので、線相互間の熱輻射によって、コイル寿命を縮め
る等の問題があり、コイル自体の個有の問題が生じ実用
的ではない。

従って、コイルの輝度を高めるには、自ずと制約があり
、これによる解決は期待することができない。

このことから、矩形状焦点像を有しかつはんだ付けを短
時間に行なうためには、光学系によるしかないことを示
唆するものである。

以上の種々の検討により発明者らが得た結果は、次の通
りである。

即ち、本質的には、反射光の立体角を小さくし、かつ、
光路を短くすることが必要であり、従来の楕円反射鏡と
有限長フィラメントの組合せでは、これを同時に達成す
ることができないことである。従って、別の新らたな光
学系を考える必要がある。

上記検討結果を踏えて、発明者らは更に検討を加えた結
果、従来の楕円反射鏡の代りに放物反射鏡を用いること
により、立体角を最小とし、かつ有限長のフィラメント
全体からの反射光を紋り体によってできる限り制限せず
に取り出せることを見出した。

〔発明の目的〕

本発明は、上記検討結果を基にして得られたものであり
、上記従来の問題点をことごとく解決し、リード列を一
括してはんだ付けすることができる矩形状集光可能な加
熱装置を提供せんとするものである。

〔発明の概要〕

発光体にキセノンランプを用い、このキセノンランプか
ら発する光を第１放物反射凹鏡で反射し、この反射光を
第２放物反射凹鏡で更に反射し、この反射光を第２放物
反射凹鏡の光軸上に設けた放物反射６鏡にて受光し、重
ね像を形成するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について詳細に説明する。第１図
において１４は、キセノンランプである。このキセノン
ランプの光源は、陽極近傍０．５１以内に極めて高い輝
度を有し、陰極までの距離が４〜５１の間に、上記高い
輝度の輝点を包む順次輝度の低い光を発生する。中心部
は、理想的な点光源にもっとも近いランプである。１５
は、キセノンランプ１４を囲むように設けられた第１放
物反射凹鏡であり、キセノンランプ１４から発する光を
最大限受光できるようになりでいる。１６はｓ　ｖｇ２
放物反射凹鏡であり、第１放物反射凹鏡１５からの反射
光を受光するように、第１放物反射凹鏡に対し向い合っ
た状態に設けられている。１７は、放物反射６鏡であり
、第２放物反射凹鏡１６の光軸上に設けられ、第２放物
反射凹鏡１６からの反射光を再反射する。又この放物反
射６鏡１７は、第２放物反射凹鏡と相似形である。１８
．１９は、放物反射６鏡１７の光路上に設けられたフィ
ールドレンズである。

このように構成した本実施例において、キセノンランプ
１４からの光は、第１放物反射凹鏡１５によって反射さ
れて平行光となり、この平行光は更に第２放物反射凹鏡
１６によって反射される。

この反射光は、更に放物反射６鏡１７によって全反射さ
れる。この反射光は、第１．第２の放物反射凹鏡１５，
１６及び放物反射６鏡の製作誤差や、キセノンランプと
いえども厳密には有限光源であるので、必ずしも平行光
ではない。これをフィールドレンズ１８．１９によって
修正される。

このようにして得られた集光像加は、中央に放物反射６
鏡１７によって遮え切られた円状の暗部を有し、目的の
輝線に関して中空円が得られる。

この中空円の焦点は、前記反射鏡において、最も軸が一
致するように調節して得られるもので、その固定点に関
して、放物反射６鏡１７を、光軸にそって移動すること
により、光軸との直交軸２１に関して重ね像２２を得る
。

この重ね像２２は、完全な矩形ではないが、その幅に関
して紋りを設けることにより、中心部を用いた矩形状焦
点像にすることができ、かつ、反射光の全部を受けるの
で、高いエネルギ密度になる。

重ね像９の長さを３０ｍに設計した場合、その幅は放物
反射６鏡１７或はキセノンランプ１の調整によって変る
が、フラットパック形ＬＳＩのリード長１〜３１の一括
はんだ付には十分である。

表１　　　　　　　表２ 表１は従来の楕円反射鏡を使用し光源としてハロゲンラ
ンプを用いて、紋り幅を変えたときの、はんだの溶融時
間を示実測したものであり、表２は、本発明によるもの
である。

本発明（表２）の場合、重ね像９の幅を３關に固定して
、紋り幅を変えたものである。

表１と表２−を比較した場合、紋り幅１龍において、は
んだ溶融時間は実に７１０である。

集光レンズ１８．１９の設置は、本来その熱吸収のため
に設けない方がよいと考えられるが、有限長光源による
わずかな非平行光の有するエネルギは大きく、この補正
で得られるエネルギの方が、集光レンズの吸収損失を上
回り、集光レンズ１８．１９を設けた方が実質的に有効
である。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明による加熱装置によれば、発
光源にキセノンランプを用い、このキセノンランプから
の光を、第１放物反射凹鏡で反射して平行光となし、こ
れを更に第２放物反射凹鏡にて反射して、この反射光を
再び放物反射６鏡にて反射するようにしたので、発光源
から発する光の反射光のすべてを受光した集光像とする
ことができると共に、この集光像を重ね像にしてエネル
ギ密度の高い矩形状焦点像とすることができた。

その結果、微小範囲の加熱が可能となって、編密度化及
び微細化された半導体のフラットバッタリードの一括は
んだ付けが可能となり、加熱によるチップの割れや、は
んだ不足による接続不良もなく、当該産業における効果
は多大なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であり、加熱装置の概略構
成を示す図である。第２図は従来の加熱装置の原理を示
す図である。第３図及び第４図は、実験に供した加熱装
置で、いずれも楕円反射鏡を使用したものであり、第３
図は、立体角を小さくした場合の概略構成図、第４図は
立体角を大きくして光路長を短くした場合の概略構成図
である。 １４・・・キセノンランプ　　１５・・・第１放物反射
凹鏡１６・・・第２放物反射凹鏡　１７・・・放物反射
６鏡１８．１９・・・集光レンズ　　加・・・集光像２
２・・・重ね像 一・ ゛・〜、・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　発光体にキセノンランプを用い、該キセノンランプか
   ら発する光を反射するための第１放物反射凹鏡と、該第
   １放物反射凹鏡によって反射される光を、受光反射する
   ための第２放物反射凹鏡と、該第２放物反射凹鏡の光軸
   上に設けられ第２放物反射凹鏡からの反射光を受光し重
   ね像を形成するための放物反射凸鏡より成る加熱装置。