JPS62207574A - 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、ますます高密度他、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に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、赤外線或いはキセノンランプか
ら発する光を、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、高密度工ネルギを出すように
したものが実用化されている。

然しながら、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（特開昭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°
Ｃ２１０秒程度しか保証されず、レジンその物或は著じ
るしい場合には、半導体シリコンチップにクラックが発
生することがしばしば起る。

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（特開昭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
るように高精度逐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。

又微細リードになると、プリント板の電極が、０．３〜
０．４ｍｍ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リー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１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、その集光面の温度
が、ｓｏｏ’ｃにも達し、発光源にキセノンランプを使
用した場合は、１２００゜Ｃ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。

その第２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、理想的な点焦点は、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、理想的焦点の軸内波がりは、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。

この像７は、上述の微小円焦点を目的とした反射鏡系と
は異なり、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だけ低
下することは当然である。

従って、面像７のエネルギ密度は、はんだ付・　７　・ 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材用電極面上に、面像７を
形成した結果、その電極の温度上昇は、品 Ｐｂ−８ｎ共ｌはんだの溶融温度（１８３°Ｃ）まで極
めて短時間に昇温することができ、又プリント板（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、フラットバック部品のリ
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ること、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
光を補足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図参照ンの後
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、その光エネルギ密度は極端品 に減少し、そのエネルギは、Ｐｂ−８ｎ共昌体はんだを
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
面に相当する絞り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。又この絞
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。

然しながら、この絞り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、光学系の如何なる組合せにおいても、絞り幅に
は、ある一定の制限があることになる。

因みに、光源フィラメントコイルを使用し、面像１０の
長軸を３０ｍｍ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、絞り幅を１０ｍ
ｍ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絞り幅の
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類があり、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絞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〕

即ち、本発明は、発光源として有限長のフィラメント発
光体を用い、この発光源からの光を放物反射鏡によって
反射し、この反射光を球面レンズ及びシリンドリカルレ
ンズによって集光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、有限長のコイル状フィラメントであ
る。１５は、放物反射鏡であり、フィラメント１４から
の光を最大限受光するように設置されている。１１は絞
り体であり、フィールドレンズ９の直前に設けられてい
る。３はシリンドリカルレンズ、１０は矩形状焦点像で
ある。１６は、放物反射鏡１５からの反射光を集光する
ための集光レンズである。

以上のように構成した本実施例において、フィラメント
１４より発光する光は、放物反射鏡１５によって反射さ
れ、この反射光は、はぼ平行光となる。この平行光は１
球面レンズである集光レンズ１６により屈折され絞り体
１１に至る光の立体角を小さくする。従って絞り体１１
においては、放物反射鏡１５から反射される反射光の大
部分を遮断することなく、フィールドレンズ９に入射し
、シリンドリカルレンズ３によって矩形状焦点像１０を
得る。この矩形状焦点像１０のエネルギ密度は、フィラ
メント１４の光をほとんど受けること及び絞り体１１に
よりその面積を縮少されることから、高いエネルギ密度
になる。

表１は、絞り幅を変化させた場合の放物反射鏡の効果を
従来の楕円反射鏡と対比して示したものである。

表１ この実験は、絞り体１１から矩形状焦点像１０までの光
路長を等しくして行なったものである。

表１から解ることは、絞り幅が小さいほど、楕円反射鏡
と放物反射鏡のはんだ溶融時間差が大きくなっており、
絞り幅が大きくなるほどその差が小さくなっている。

これは、放物反射鏡の方が、立体角が小さく。

かつ、矩形状焦点像におけるエネルギ密度が高いことを
示すものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明による加熱装置は、発光源に
有限長のフィラメントを用い、この光を放物反射鏡によ
って平行光とし、これを集光レンズによって集光し、矩
形状焦点像を得るようにしたので、絞り体に入る光の立
体角を小さくして絞りによるエネルギ損失を大巾に減少
することができ、エネルギ密度の高い矩形状焦点像を得
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、高密度化及
び微細化された半導体のフラットパックリードの一括は
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、１５゜ 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。 ３・・・シリンドリカルレンズ、９・・・フィールドレ
ンズ、１０・・・矩形状焦点像、１１・・・絞り体。 １４・・・フィラメント、１５・・・放物反射ｆｉ、１
６・・・集光レンズ（球面レンズ）。 、１６゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　有限長のフィラメントを発光体とするランプを用いた
   発光源と、該発光源からの光を反射するための放物反射
   鏡と、該放物反射鏡の反射光を集光するための球面レン
   ズ及びシリンドリカルレンズとから成る加熱装置。