(57)【要約】【課題】押圧方向の剛性を高めて押圧力を増大させることができ、多数のリードを均一かつ信頼性高くはんだ付けでき、無鉛はんだのはんだ付けに適するものとする。【解決手段】水平な下辺（１２）とその両端から立上がる左右一対の腕部（１４）とを備え、両腕部（１４）上端を加圧装置の加圧ヘッドに固定する給電端子（１８）とする一方、両給電端子（１８）間に加熱電流を供給することによって発熱させる熱圧着用ヒータツール（１０）において、水平な下辺（１２）の両端から立ち上がる左右一対の腕部（１４）を、下方に向ってその水平方向の断面積が漸減するように形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な下辺とその両端から立上がる左右一対の腕部とを備え、両腕部上端を加圧装置の加圧ヘッドに固定する給電端子とする一方、両給電端子間に加熱電流を供給することによって発熱させる熱圧着用ヒータツールにおいて、
前記両腕部を下方に向ってその長手方向にほぼ直交する断面積が漸減するように形成したことを特徴とする熱圧着用ヒータツール。
【請求項２】
下辺の下面にＤＬＣの薄膜をコーティングした請求項１の熱圧着用ヒータツール。
【請求項３】
両腕部の下端付近の断面積をこの下辺の両端付近における下辺の長手方向にほぼ直交する断面積にほぼ等しくした請求項１または２の熱圧着用ヒータツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品のリードを、プリント配線板の回路パターンなどに熱圧着するために用いる熱圧着用ヒータツールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（以下ＩＣともいう。）の多数のリードを配線基板（プリント配線板）の回路パターンにハンダ付けするために用いる熱圧着用ヒータツール（ヒータチップともいう。）が公知である。このヒータツールはモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニクロム合金、チタン（Ｔｉ）などの高抵抗金属で作られ、ここに電流を流すことによって発熱させる。ここに回路パターンの接合部（パッド、ランドなどを含む）には予めはんだめっき（プリコート）を施したりはんだペーストを供給しておき、この接合部に重ねたリードにヒータツールを押圧しながらこのヒータツールを発熱させることによりハンダ付けを行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３５６９５７８号
【特許文献２】特開平５−２２６４２７
【特許文献３】特許３７９５２６９号
【特許文献４】特開平１−２４９２６４
【０００４】
特許文献１には、タングステン鋼の板材を略矩形の枠状に形成し、その枠の上辺中央を切り欠いて一対の給電端子とする一方、左右の縦辺（連結辺）の長さと断面積（長手方向に直交する断面の面積）を下辺（押圧辺）の長さと断面積にそれぞれ等しくしたヒータツールが示されている。この結果、連結辺の剛性を大きくし、押圧辺の左右付近の熱放散を連結部下部による加熱で補うものである。またここには、給電端子や連結辺に繰り返し熱的ストレスおよび機械的な応力が加わるため、ヒータツールは疲労によって強度が低下したり摩耗が進行して、破損するおそれがあることが記されている。
【０００５】
特許文献２には、板状の本体の下面に設けた突起を接合部に押圧するヒータツールが示されている。ここには従来技術として、Ｖ字形の腕部の下端を接合部に押圧するものも示されている。
【０００６】
特許文献３には、長尺の直線棒状のヒータツールを負の抵抗温度係数を持つ導電性セラミックスなどの材料で形成し、ヒータツールの長手方向の温度分布の不均性を抑制するようにした熱圧着装置が示されている。
【０００７】
また特許文献４には、端子列に押圧される接合面（端子列と接触する部分）にダイヤモンドの薄膜をコーティングすることが記されている。ここにダイヤモンドの薄膜は絶縁性に優れるから、ヒータツールから端子列への電流の分流をなくすことができ、薄膜は耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、耐不着性にも優れる特性を持つから、熱圧着工程に影響を与えることがないと記されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来より鉛はんだ（Ｐｂ−Ｓｎ合金はんだ）が環境に及ぼす悪影響（鉛公害）を防ぐために鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ、無鉛はんだ）が広く用いられている。例えば錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）の合金、錫−亜鉛−アルミニウム（Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ）の合金、錫−ビスマス−銀（Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ）の合金が知られている。
【０００９】
Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金は融点（１３８℃）が鉛はんだ（Ｐｂ−Ｓｎ合金）の融点（１８３℃）に比べて著しく低いので通常除外し、主として前２者が無鉛はんだとして用いられている。これらＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系およびＳｎ−Ｚｎ−Ａｌ系の合金は、鉛はんだとは物性が異なり、特にヤング率と硬度が鉛はんだより大きい。すなわちヤング率と硬度は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金では３１ＧＰａ、１５Ｈｖ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系合金では３６ＧＰａ、１９Ｈｖであるのに対して、Ｐｂ−Ｓｎ合金では２２ＧＰａ、１３Ｈｖである。これらの物性値については例えば、雑誌ＦＵＪＩＴＳＵ２００５−１１月号（富士通（株）雑誌ＦＵＪＩＴＳＵ企画編集グループ作成）の特集「鉛フリーはんだによるアセンブリ技術」に記載されている。
【００１０】
このようにヤング率や硬度が大きいはんだ合金（無鉛はんだ）を用いる場合には、ヒータツールの発熱温度を従来の鉛はんだに比べて高くする必要があるのは勿論であるが、押圧力も大きくするのが望ましい。すなわち回路パターンに施したはんだめっき（プレコート）では、表面に微細な凹凸が発生するから、ヒータツールの押圧力を大きくすればはんだ表面とリードの接触面積が増大し、伝熱面積増大により熱伝導が増大し、はんだが溶融し易くなるからである。
【００１１】
特許文献１のものは左右の連結辺を押圧辺とほぼ同一長さかつ同一断面積としているが、押圧辺の長さが大きくなると共に連結辺も長くなるので、特に鉛フリーはんだに用いる際にはその剛性が不足し易い。このため連結辺、押圧辺の変形量が大きくなり、疲労により寿命が短くなるおそれがある。また多数のリードを一度に均一に押圧するのが困難になり、均一なはんだ付けが困難になったりはんだ付けの品質や信頼性が低下するおそれが生じ得る。
【００１２】
特許文献２のものは左右の腕をＶ字形に配置するが、Ｖ字形の先端の突起を押圧端とするため、多数のリードを有する電子部品（ＩＣ）の接合には使用できない。
【００１３】
特許文献３のものは導電性セラミックスなどを用いることを前提とするから、これを絶縁材で作られたヒータツールホルダに保持する必要があり、構造が複雑で大型化する。このため小型の電子部品の多数のリードを一度に接合するには適さない。
【００１４】
特許文献４のものは押圧辺の両端からこれとほぼ同一断面積の連結辺を起立させたものであるから、前記特許文献１とほぼ同様な問題を有する。
【００１５】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、剛性を高めて押圧力を増大させる場合の変形を防ぎ、多数のリードを均一かつ信頼性高くはんだ付けすることができ、特に無鉛はんだを用いるはんだ付けに適する熱圧着用ヒータツールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明によればこの目的は、水平な下辺とその両端から立上がる左右一対の腕部とを備え、両腕部上端を加圧装置の加圧ヘッドに固定する給電端子とする一方、両給電端子間に加熱電流を供給することによって発熱させる熱圧着用ヒータツールにおいて、前記両腕部を下方に向ってその長手方向にほぼ直交する断面積が漸減するように形成したことを特徴とする熱圧着用ヒータツール、により達成される。
【発明の効果】
【００１７】
水平な下辺（押圧辺）の両端から立上がる左右一対の腕部（連結辺）を、下方に向ってその長手方向にほぼ直交する断面積が漸減するようにしたから、腕部がほぼ逆三角形になり特に下向きの押圧力に対する剛性が著しく増大する。またこの逆三角形の上辺に給電端子を設け、ここを加圧装置（固定装置）の加圧ヘッドに固定することになるが、この給電端子を広く（大きく）できるので両腕部からヒータツールに大きな押圧力を加えるのに適する。
【００１８】
このためヒータツールの変形が少なくなり、押圧辺を長くして多数のリードを接合する場合に、押圧力を均一化しはんだ付けの品質と信頼性を向上させることができる。またヒータツールの剛性が高いので、押圧力が大きい無鉛はんだを用いた接合に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図
【図２】他の実施例を示す正面図
【図３】図１の実施例における電流分布を示す図
【図４】図２の実施例における電流分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ヒータツールの下辺（押圧辺）の下面にはダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ，Diamond Like Carbon）の薄膜をコーティングしておくのが望ましい（請求項２）。このＤＬＣは炭素原子のｓｐ3結合（ダイヤモンド構造）を多く含むアモルファス炭素膜であり、低摩擦性、耐摩耗性に優れている。また電気抵抗係数はダイヤモンド（立方晶）より小さくグラファイト（六方晶系扁平結晶、ｓｐ2結合である黒鉛構造）よりも大きい。
【００２１】
このＤＬＣをヒータツールの押圧面に施しておくことによりヒータツールと接合部材であるリードなどとの間の電気抵抗を著しく増大させることができる。このためヒータツールから接合部材に流出する電流量を著しく減らすことができ、ヒータツールの発熱量、従って接合温度を高精度に管理することができる。すなわちヒータツールの発熱量はここに流れる電流ｉと押圧辺の抵抗ｒとからｉ2ｒで設定されるが、この電流ｉの一部が接合部材に分流するとヒータツールの発熱量が減少し接合温度を正確に管理できなくなるからである。
【００２２】
なおこのＤＬＣは低摩擦な被膜であるからヒータツールを接合部材に押圧する際にヒータツールや接合部材に加わる応力、特にヒータツールの押圧方向に直交する方向（水平方向）の応力が減少し、ヒータツールの疲労による寿命低下を防ぐことができる。またＤＬＣは耐摩耗性に優れるから、ヒータツールの摩耗が減少し、特に無鉛はんだを用いる場合に押圧力を大きくしてもヒータツールの寿命低下を招くことがない。
【００２３】
下辺と腕部の集合部付近では、これらの長手方向に直交する断面積をほぼ等しくしておくのがよい（請求項３）。この場合には下辺の両端と腕部の下部との発熱量がほぼ等しくなるから、下辺両端と腕部下端の温度が接近することになり、下辺の両端から両腕部に逃げる熱量が減少し、下辺の押圧面の温度分布を均一化できる。特に無鉛はんだでは加熱温度が高いので、腕部に逃げる熱量が増えるおそれが生じるが、この実施例によればこの不都合を防ぐことができる。また押圧面にＤＬＣを形成した場合（請求項２）には、加熱電流の接合部材への分流が無くなる（または減少する）から、下辺の温度分布が長手方向に均等化する。このため、その両端付近から腕部に逃げる熱をこの腕部の下部の発熱で補充することで下辺の温度均一化に一層適する。
【実施例１】
【００２４】
図１において符号１０はヒータツール（ヒータチップ）であり、一定厚さの金属材を加工したものである。金属材は前記したＷ、Ｍｏ、ニクロム、Ｔｉなどである。ヒータツール１０は、下辺１２とその左右両端から起立する左右一対の腕部１４，１４とを一体に形成したものである。下辺１２の下面が接合部材１６に押圧される押圧面となる。
【００２５】
腕部１４，１４はその長手方向（垂直方向）にほぼ直交する（水平方向の）断面積が下方に向って漸減するように形成されている。またこの腕部１４，１４の上部には、給電端子１８，１８が形成されている。すなわち腕部１４，１４は正面視（図１）でほぼ逆三角形であり、その上辺に給電端子１８，１８が形成されている。これら給電端子１８，１８はそれぞれ接合装置（図示せず）の加圧ヘッド（図示せず）にボルト結合される。ここに加圧ヘッドは絶縁材を介して保持された一対の電極を持ち、これらの電極が給電端子１８，１８にボルト結合される。図１で２０，２０はこの給電端子１８，１８を電極に結合するボルトを通すボルト孔である。
【００２６】
なおこの発明では、腕部１４は下方に連続的に断面積が漸減するものに限定されるものではなく、階段状に断面積が減少するものを含む。
【００２７】
前記接合部材１６は接合対象となる部材であり、実際にはプリント配線板などの回路パターンに電子部品の多数のリード（電極端子）を位置合わせして保持（例えば接着剤で仮止めして保持）したものである。ここに回路パターン側の接合箇所には予め無鉛はんだがはんだめっき（プリコート）などによって供給される。
【００２８】
この接合部材１６をヒータツール１０の下方に配置し、接合部材１６の多数のリードが並ぶ接合部にヒータツール１０の下辺１２の下面（押圧面）を位置合わせする。この状態で加圧ヘッドを下降させヒータツール１０を接合部に押圧する。また給電端子１８，１８間に接合装置によりパルス制御された加熱電流を供給する。この結果ヒータツール１０が発熱し接合部材を加熱することができる。
【００２９】
ここにヒータツール１０の左右一対の腕部１４，１４は下方に向って次第に（正面から見て）幅が狭くなっている。換言すれば、その長手方向（垂直方向）に直交する（水平方向の）断面積が下方に向って漸減している。このため加圧ヘッドの加圧力が加わった時に腕部１４，１４が変形しにくくなり、ヒータツール１０の下辺１２に確実に大きい加圧力を伝えることができる。
【００３０】
特に無鉛はんだでは前記したように、有鉛はんだに比べて一般にヤング率、硬度が大きく、溶融温度も高い。そこで無鉛はんだでは押圧力を大きくして伝熱面積を増大するのが望ましいが、この実施例によれば大きな押圧力に対応できるから、無鉛はんだの接合に適するものとなる。
【実施例２】
【００３１】
図２に示すヒータツール１０Ａは、図１のヒータツール１０における下辺１２の下面（押圧面）に、ＤＬＣ２２の薄膜を形成したものである。このＤＬＣ２２の薄膜は、例えばプラズマＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッタリングなどにより形成される。このＤＬＣは絶縁性に優れているから、接合部材１６に押圧した時に加熱電流が接合部材１６に回り込む（分流する）のを防ぐことができる。
【００３２】
図３はＤＬＣ２２を形成していない図１の実施例１における加熱電流の分布をコンピュータ解析により求めたものであり、図中の矢印の向きと長さは電流の方向と大きさを示している。図４はＤＬＣ２２を形成した図２の実施例２における加熱電流の分布をコンピュータ解析により求めたものであり。矢印の向きと長さは図３の場合と同じである。
【００３３】
図４から明らかなようにＤＬＣ２２を形成した実施例２によれば、下辺１２から接合部材１６に逃げる電流が無くなるから、下辺１２内の電流分布が均一になり、下辺１２の全体が均一な温度に発熱することになる。すなわち下辺１２の単位長さ当たりの発熱量が同一になるからである。接合部材１６は、下辺１２の長手方向に沿った方向の熱容量がほぼ一定と考えられるので接合部材１６の加熱温度が均一になり、均一で信頼性が高い接合が可能になる。
【００３４】
またＤＬＣ２２は摩擦抵抗が小さいので、ヒータツール１０Ａに大きい押圧力を加えた時に接合部材１６となるリードなどが僅かに移動してもヒータツール１０Ａに加わるその反力が小さくなる。このためヒータツール１０Ａに繰り返し加わる応力（特に下辺１２に直交する水平方向の応力、図１〜４で紙面に垂直方向の応力）が減少する。この結果ヒータツール１０Ａに繰り返し加わる応力による疲労が減り、ヒータツール１０Ａの耐久性が増大する。
【符号の説明】
【００３５】
１０、１０Ａ  ヒータツール
１２  下辺
１４  腕部
１６  接合部材
１８  給電端子
２０  ボルト孔
２２  ＤＬＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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