(57)【要約】【課題】はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融を防止することができるはんだ付け用治具およびはんだ付け方法を提供する。【解決手段】はんだ付け装置１０により、はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けする。治具において、上部電極５４をはんだ付けする際に半導体素子５１およびヒートスプレッダ５２を冷却する放熱バー２４を有し、半導体素子５１とヒートスプレッダ５２とを接続するはんだ５３の再溶融が防止される。【選択図】図３
2011258800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に、第３の部品をはんだ付けするためのはんだ付け用治具であって、
前記第３の部品をはんだ付けする際に前記第１の部品および前記第２の部品を冷却する冷却手段を有することを特徴とするはんだ付け用治具。
【請求項２】
前記第１の部品は半導体素子であり、前記第２の部品は基板であり、前記第３の部品は上部電極であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け用治具。
【請求項３】
はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に、第３の部品をはんだ付けするはんだ付け方法であって、
前記第３の部品をはんだ付けする際に前記第１の部品および前記第２の部品を冷却するようにしたことを特徴とするはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け用治具およびはんだ付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部品をはんだ付けすべく溶融したはんだをはんだ付けしたい部分に落下させてはんだ付けすることが行われている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
はんだ付けの際に、はんだの濡れ性をよくするためには、はんだ付けしようとする部品を加熱する必要がある。しかし、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際には、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだが再溶融してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融を防止することができるはんだ付け用治具およびはんだ付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に、第３の部品をはんだ付けするためのはんだ付け用治具であって、前記第３の部品をはんだ付けする際に前記第１の部品および前記第２の部品を冷却する冷却手段を有することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融が防止される。
よって、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融を防止することができる。
【０００８】
なお、本発明でいう「第３の部品をはんだ付けする際」とは、第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けするために第３の部品を加熱する時から第３の部品にはんだが供給されるまでの間を意味する。
【０００９】
請求項２に記載のように、請求項１に記載のはんだ付け用治具において、前記第１の部品は半導体素子であり、前記第２の部品は基板であり、前記第３の部品は上部電極であるとよい。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に、第３の部品をはんだ付けするはんだ付け方法であって、前記第３の部品をはんだ付けする際に前記第１の部品および前記第２の部品を冷却するようにしたことを要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融が防止される。
よって、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、はんだ付けされた第１の部品と第２の部品に第３の部品をはんだ付けする際に、第１の部品と第２の部品とを接続するはんだの再溶融を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図２】（ａ）ははんだ付け後の半導体装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け後の半導体装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の作用を説明するためのはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｄ）は温度分布図。
【図４】（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の作用を説明するためのはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｄ）は温度分布図。
【図５】はんだ付け工程における温度の推移と放熱バーの動作を示すタイムチャート。
【図６】（ａ）は実施形態におけるはんだ付け装置の作用を説明するためのはんだ付け装置の平面図、（ｂ）ははんだ付け装置の正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態におけるはんだ付け装置１０を示す。当該はんだ付け装置１０によりはんだ付けされた半導体装置５０を図２に示す。
【００１５】
図２において、第１の部品としての半導体素子（チップ）５１の下面には第２の部品としてのヒートスプレッダ５２がはんだ５３により接合されている。基板としてのヒートスプレッダ５２は四角の金属板よりなり、水平に配置されている。
【００１６】
そして、半導体素子５１の通電により半導体素子５１で発生する熱がヒートスプレッダ５２を通して逃がされるようになっている。
半導体素子５１の上面においては、図１のはんだ付け装置１０により第３の部品としての上部電極５４がはんだ付けされる。上部電極５４は金属の帯板よりなり、水平に配置されている。上部電極５４の一端が半導体素子５１の上方に位置し、上部電極５４の一端部において、はんだ５５により半導体素子５１の上面と接合されている。
【００１７】
図１において、はんだ付け装置１０は、治具２０と、加熱源としての加熱用プレート３０を備えている。加熱用プレート３０の上に治具２０が搭載されている。治具２０は、下治具２１と、上治具２２と、４つの台座２３と、冷却手段としての放熱バー２４を有している。治具２０における下治具２１と上治具２２と台座２３は伝熱性に優れた材料、例えば金属やカーボン等で形成される。
【００１８】
下治具２１は四角板状をなし、加熱用プレート３０の上に固定されている。そして、加熱用プレート３０において発生した熱が下治具２１に伝わる。
下治具２１の上面には４つの台座２３が固定されている。台座２３には、ヒートスプレッダ５２の隅部が嵌合する切り欠き２３ａが形成されている。この切り欠き２３ａにヒートスプレッダ５２の隅部が嵌合することにより、はんだ付け対象の部品としてのヒートスプレッダ５２および半導体素子５１を位置決めした状態で配置することができる。
【００１９】
下治具２１の上面における端部には上治具２２が固定されている。上治具２２は四角板状をなし、立設した状態で下治具２１に固定されている。そして、加熱用プレート３０において発生した熱が下治具２１を介して上治具２２に伝わる。また、上治具２２の上面に凹部２２ａが形成され、凹部２２ａに上部電極５４を位置決めした状態で配置することができる。
【００２０】
このように本実施形態においては、下治具２１、上治具２２および台座２３によりヒートスプレッダ５２（半導体素子５１）と上部電極５４を位置決めすることができるようになっている。
【００２１】
そして、加熱用プレート３０において発生した熱が下治具２１および上治具２２を介して上部電極５４に伝わるとともに、加熱用プレート３０において発生した熱が下治具２１および台座２３を介してヒートスプレッダ５２および半導体素子５１に伝わる。
【００２２】
治具２０の台座２３の上方、即ち、はんだ付けを行う箇所の上方には、溶融したはんだを滴下するはんだ滴下装置４０が配置されている。はんだ滴下装置４０により部品（上部電極５４、半導体素子５１）に溶融したはんだを供給することができるようになっている。
【００２３】
また、加熱用プレート３０および下治具２１には、上下に貫通する貫通孔１１が形成されている。
冷却手段としての放熱バー２４は伝熱性に優れた材料、例えば金属やカーボン等で形成される。放熱バー２４は、貫通孔１１の内部に配置され、図示しない移動機構（例えばモータと歯車機構を用いてモータと放熱バー２４を連結した機構）により上下に移動できるようになっている。そして、放熱バー２４の上動により放熱バー２４の上面がヒートスプレッダ５２の下面と接触する。また、放熱バー２４の下動により放熱バー２４の上面がヒートスプレッダ５２の下面と離間する。
【００２４】
次に、はんだ付け装置１０の作用について説明する。
まず、半導体素子５１の下面にヒートスプレッダ５２をはんだ付けしたものを用意する。また、上部電極５４を用意する。
【００２５】
そして、図３に示すように、はんだ付け装置１０の治具２０の台座２３にヒートスプレッダ５２をセットする。また、治具２０の上治具２２に上部電極５４をセットする。
このようにして、治具２０に対して、半導体素子５１がはんだ付けされたヒートスプレッダ５２と、上部電極５４をセットする。この状態では、放熱バー２４は、上面がヒートスプレッダ５２の下面と接触している。
【００２６】
そして、加熱用プレート３０を駆動して加熱用プレート３０を発熱させる。加熱用プレート３０の発する熱は下治具２１、上治具２２を介して上部電極５４に伝わり、上部電極５４の温度が上昇していく。また、加熱用プレート３０の発する熱は下治具２１、台座２３を介してヒートスプレッダ５２および半導体素子５１に伝わり、ヒートスプレッダ５２および半導体素子５１の温度が上昇する。
【００２７】
このように、上部電極５４と、予め半導体素子５１がはんだ付けされたヒートスプレッダ５２とが治具２０に搭載された状態で同時に加熱される。
このとき、上部電極５４ははんだ付け可能な温度（２６０℃程度）まで昇温される。一方、放熱バー２４の上面がヒートスプレッダ５２の下面と接触しており、放熱バー２４を通じてヒートスプレッダ５２側の熱を逃がしてヒートスプレッダ５２側の温度を調整して、図３（ｄ）の温度分布図に示すように、ヒートスプレッダ５２と半導体素子５１をはんだ付けしているはんだ５３が再溶融しないようにしている。また、ヒートスプレッダ５２側の温度を速やかに上昇させるとともに温度が下がり過ぎないように図４に示すように放熱バー２４の移動機構により放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面から離間させる。
【００２８】
図５のタイムチャートを用いて、温度の推移と放熱バー２４の動作について説明する。
図５のｔ０のタイミングで加熱用プレート３０を発熱させる。これに伴い上部電極５４の温度Ｔ１、および、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が上昇していく。
【００２９】
そして、加熱用プレート３０の発熱開始から所定時間が経過したｔ１のタイミングで放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面から離間させる。これにより、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が急上昇する。
【００３０】
そして、ｔ２のタイミングにおいてヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が規定値Ｔｔｈ１（例えば２００℃）に達すると、放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面に接触させる。これにより、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が低下していく。
【００３１】
その後、ｔ３のタイミングにおいてヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が規定値Ｔｔｈ２（例えば１８０℃）になると、放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面から離間させる。これにより、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が上昇していく。
【００３２】
以下、同様に、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が規定値Ｔｔｈ１に達すると、放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面に接触させるとともに、ヒートスプレッダ５２や半導体素子５１の温度Ｔ２が規定値Ｔｔｈ２になると、放熱バー２４の上面をヒートスプレッダ５２の下面から離間させることを繰り返す。
【００３３】
この状態で、はんだ滴下装置４０により上部電極５４の先端部に液体状態の溶融はんだを滴下する。この溶融はんだは、図６に示すように、上部電極５４の先端部に落下して半導体素子５１の上面において半円弧状となる。これにより、ヒートスプレッダ５２に半導体素子５１をはんだ付けしているはんだ５３が再溶融しない状態で、上部電極５４と半導体素子５１をはんだ付けできる。
【００３４】
その後、冷却し、はんだ付け装置１０の治具２０から、はんだ付けが完了した半導体装置５０を取り出す。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３５】
（１）はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けするためのはんだ付け用治具の構成として、上部電極５４をはんだ付けする際に半導体素子５１およびヒートスプレッダ５２を冷却する放熱バー２４（冷却手段）を有する。よって、はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けする際に、半導体素子５１とヒートスプレッダ５２とを接続するはんだ５３の再溶融を防止することができる。
【００３６】
（２）はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けするはんだ付け方法として、上部電極５４をはんだ付けする際に半導体素子５１およびヒートスプレッダ５２を冷却するようにした。よって、はんだ付けされた半導体素子５１とヒートスプレッダ５２に上部電極５４をはんだ付けする際に、半導体素子５１とヒートスプレッダ５２とを接続するはんだ５３の再溶融を防止することができる。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ヒートスプレッダ（金属板）に代わり回路基板等の他の基板を用いてもよい。要は、第１の部品と第２の部品と第３の部品は、その種類等は限定されない。
【００３８】
・放熱バー２４の移動機構は、半導体素子５１とヒートスプレッダ５２を接続するはんだ５３が再溶融しないように放熱バー２４がヒートスプレッダ５２に対し接触と離間を繰り返す方式を採用したが、これに限ることなく、はんだ付け時において放熱バー２４をヒートスプレッダ５２に連続して接触させて半導体素子５１とヒートスプレッダ５２を接続するはんだ５３が再溶融しないようにしてもよい。
【００３９】
・上記実施形態では加熱前から放熱バー２４をヒートスプレッダ５２に接触させたが、これに代わり、最初は接触させず、再溶融する温度になったら接触させるようにしてもよい。
【００４０】
・台座２３はなくてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…はんだ付け装置、２０…治具、２１…下治具、２２…上治具、２３…台座、２４…放熱バー、３０…加熱用プレート、５１…半導体素子、５２…ヒートスプレッダ、５３…はんだ、５４…上部電極。
【図１】
2011258800.tif 000003
【図２】
2011258800.tif 000004
【図３】
2011258800.tif 000005
【図４】
2011258800.tif 000006
【図５】
2011258800.tif 000007
【図６】
2011258800.tif 000008