(57)【要約】【課題】第２部材に複数の第１部材を接合する際に、第１部材が治具によって噛み込まれることを防止する。【解決手段】本明細書で開示する技術における治具は、第２部材に接合される複数の第１部材を第２部材に対して位置決めする治具である。この治具は、各々が複数の第１部材の対応する一つに当接して、当該第１部材を位置決めする複数の第１治具と、熱膨張した複数の第１治具及び第２部材に当接して、第２部材に対する複数の第１治具の位置決めをする第２治具とを備える。また第１治具は、第２部材よりも線膨張係数が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２部材に接合される複数の第１部材を前記第２部材に対して位置決めする治具であって、
各々が前記複数の第１部材の対応する一つに当接して、当該第１部材を位置決めする複数の第１治具と、
熱膨張した前記複数の第１治具及び前記第２部材に当接して、前記第２部材に対する前記複数の第１治具の位置決めをする第２治具と、
を備え、
前記第１治具は、前記第２部材よりも線膨張係数が大きい、
治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、位置決め治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第２部材にはんだ付けされる複数の第１部材を、第２部材に対して位置決めする治具が開示されている。この治具は、線膨張係数の異なる複数の部材で構成されている。これにより、はんだ付け後の第１部材が、熱収縮する治具によって圧迫されることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０３２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、治具が複数の部材に分割されているものの、複数の第１部品が共通の治具によって位置決めされる。そのために、治具を構成する各部材は大型化してしまい、治具の基点（膨張と収縮の中心）から端部までの距離は長くなる。ここで、第２部材と治具は、線膨張係数が異なる材料によって構成されているため、はんだ付け後に生じる熱収縮量も、第１部材と治具との間で互いに異なる。そして、この熱収縮量の差は、基点からの距離に応じて増大することから、治具が比較的に大型である場合には、熱収縮する治具によって第１部材が圧迫され、噛み込まれるおそれが生じる。このような問題は、はんだ付けに限られず、温度の上昇及び低下を伴う他の接合（例えば、ろう付け）を実施する場合でも、同様に生じ得る。本明細書は、第２部材に複数の第１部材を接合する際に、第１部材が治具によって噛み込まれることを防止する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する技術における治具は、第２部材に接合される複数の第１部材を第２部材に対して位置決めする治具である。この治具は、各々が複数の第１部材の対応する一つに当接して、当該第１部材を位置決めする複数の第１治具と、熱膨張した複数の第１治具及び第２部材に当接して、第２部材に対する複数の第１治具の位置決めをする第２治具とを備える。また第１治具は、第２部材よりも線膨張係数が大きい。
【０００６】
上記した治具は、各々が複数の第１部材の対応する一つに当接して、当該第１部材を位置決めする複数の第１治具を備える。即ち、複数の第１部材は、共通の治具によって位置決めされず、各々が個別の第１治具によって位置決めされる。各々の第１治具が比較的に小型化されることから、接合後（例えば、はんだ付け後）の温度低下において、各々の第１治具に生じる熱収縮は比較的に小さい。さらに、上記の治具では、熱膨張した複数の第１治具及び第２部材が、第２治具に当接することによって、第２部材に対する第１治具の位置決めが行われる。ここで、第１治具は、第２部材よりも線膨張係数が大きい。そのことから、接合後の温度低下において、各々の第１治具は第２治具よりも収縮率が大きくなり、各々の第１治具が第２治具による位置決めから解放される。これにより、第２部材に接合された第１部材が、第２部材の熱収縮に伴って第１治具に当接したとしても、第１治具が第２部材に対して受動的に移動することによって、第１部材が第１治具に圧迫されることがない。即ち、これらの技術の適用によって、第１部材が治具によって噛み込まれることは防止される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の治具１０の平面図を示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図を示す。
【図３】第１治具１２、第２治具１４を第２部材１８上に配置し、それらの上から第１部材１６を配置させる工程を示す。
【図４】リフロー炉内で、熱膨張した複数の第１治具１２及び第２部材１８が第２治具１４に当接した状態で、複数の第１部材１６が第２部材１８にはんだ付けされる工程を示す。
【図５】リフロー工程後、複数の第１部材１６と第２部材１８とがはんだ付けされた積層体を放冷する工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して、実施例の治具１０について説明をする。図１、２に示すように、治具１０は、第２部材１８にはんだ付けされる複数の第１部材１６を、第２部材１８に対して位置決めする治具である。治具１０は、一例ではあるが、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるパワー半導体装置の組み立て時に採用することができる。また、本実施例の治具１０は、はんだ付けに限られず、第１部材１６と第２部材１８との間の接合が、温度の上昇及び低下を伴う他の接合方法（例えば、ろう付けや接着剤による接合）によって行われる場合でも、同様に採用することができる。
【０００９】
第１部材１６は、概して板形状又はブロック形状の部材であり、上面１６ａとその反対側に位置する下面１６ｂを有している。第１部材１６の一例には、例えば半導体素子が挙げられる。第２部材１８は、概して板形状又は直方体形状の部材であり、上面１８ａとその反対側に位置する下面１８ｂを有している。第２部材１８の一例には、例えばリードフレーム等の第１部材１６よりも大きい部材が挙げられる。第２部材１８は、例えば銅又はアルミニウムといった金属材料、あるいは樹脂材料等で構成されており、後述する第２治具１４よりも線膨張係数が大きい材料を採用することができる。ここで、第２部材１８の一例である銅の線膨張係数は、１６×１０−６／ケルビンである。第１部材１６の下面１６ｂは、第２部材１８の上面１８ａとはんだ付けによって接合される。
【００１０】
治具１０は、複数の第１治具１２と第２治具１４とを備える。第１治具１２は、枠形状を有しており、第２部材１８の上面１８ａに位置している。また第１治具１２は、開口１２ａが形成されており、その開口１２ａにおいて、第１部材１６に接合される第２部材１８の上面１８ａが露出される。第１部材１６は、第１治具１２の開口１２ａにおいて収容される。第１治具１２は、例えば亜鉛合金又はアルミニウムといった材料で構成することができる。この第１治具１２を構成する材料は、上述した第２部材１８よりも線膨張係数が大きい材料を採用することができる。ここで、第１治具１２の一例である亜鉛合金の線膨張係数は、２７×１０−６／ケルビンである。
【００１１】
第２治具１４は、概して枠形状を有しており、第２部材１８の上面１８ａに位置している。第２部材１８上を覆うようにして配置される。図１に示すように、第２治具１４は、平面視したときに、一つの端部１４ｂとその反対側に位置する端部１４ｃとの少なくとも一対が、第２部材１８から外側方向へ突出している。そして、図２に示すように、その一対の端部１４ｂ、１４ｃが第２部材１８の周縁に沿って、第２部材１８の厚み方向に延びている。これにより、第２部材１８の一対の端部１４ｂ、１４ｃは、第２部材１８を挟んで対向するように設けられている。前述したように、第２部材１８を構成する材料は、第２治具１４を構成する材料よりも線膨張係数が大きい。従って、はんだ付け時の温度上昇において、第２部材１８と第２治具１４とがそれぞれ熱膨張したときに、第２部材１８は第２治具１４の一対の端部１４ｂ、１４ｃに当接する。これにより、第２治具１４が第２部材１８に対して位置決めされる。
【００１２】
第２治具１４には、開口１４ａが形成されており、その開口１４ａにおいて、複数の第１部材１６に接合される第２部材１８の上面１８ａが露出される。複数の第１治具１２は、第２治具１４の開口１４ａにおいて収容され、室温下では、第２治具１４の開口１４ａの内部で中子のように自由に動くことができる。第２治具１４は、例えばカーボン又はステンレス等といった第２部材１８よりも線膨張係数が小さい材料を採用するとよい。即ち、第２治具１４を構成する材料は、第１治具１２を構成する材料よりも線膨張係数が小さい。このため、はんだ付け時の温度上昇において治具１０が熱膨張すると、各々の第１治具１２は、第２治具１４に当接することにより、第２治具１４に対して位置決めされる。そして、はんだ付け後の温度低下において治具１０が熱収縮するときに、第１治具１２は第２治具１４による位置決めが開放され、自由に動くことができる。ここで、第２治具１４の一例であるカーボンの線膨張係数は、４×１０−６／ケルビンである。
【００１３】
図２〜５を参照して、治具１０を用いて複数の第１部材１６を第２部材１８にはんだ付けする方法について説明する。図３に示すように、先ず、第２部材１８を覆うように第２治具１４を配置し、第２治具１４の開口１４ａ内に複数の第１治具１２を配置する。次いで、複数の第１治具１２の開口１２ａ内に対応する複数の第１部材１６の各々が収容されるように配置する（図２参照）。このように、複数の第１部材１６は、共通の治具によって位置決めされず、各々が個別の第１治具１２によって位置決めされる。各々の第１治具１２が比較的に小型化されることから、後述するはんだ付け後の温度低下においても、各々の第１治具１２に生じる熱収縮は比較的に小さい。第１部材１６と第２部材１８との間には、はんだ２０が介挿される。ここで採用するはんだ２０は、シート形状のものを用いることができる。
【００１４】
図４に示すように、先の工程の後、リフロー炉内ではんだ２０を加熱し溶融させることで、第１部材１６の下面１６ｂと第２部材１８の上面１８ａとをはんだ付けする。このとき、第２部材１８と治具１０はそれぞれ熱膨張し、第２部材１８が第２治具１４に当接するとともに、各々の第１治具１２が第２治具１４に当接する。これにより、各々の第１治具１２が第２部材１８に対して位置決めされる。このとき、各々の第１部材１６は、第２部材１８が熱膨張したことに伴って、第１治具１２の開口１２ａに当接しており、第１治具１２によって位置決めされている。
【００１５】
上述したが、第１治具１２は、第２部材１８よりも線膨張係数が大きい。そのため、図５に示すように、はんだ付けの後の温度低下において、各々の第１治具１２は第２治具１４よりも収縮率が大きくなり、各々の第１治具１２が第２治具１４による位置決めから解放される。これにより、第２部材１８にはんだ付けされた第１部材１６が、第２部材１８の熱収縮に伴って第１治具１２に当接したとしても、第１治具１２が第２部材１８に対して受動的に移動することによって、第１部材１６が第１治具１２に圧迫されることがない。即ち、本技術の適用によって、第１部材１６が治具１０によって噛み込まれることは防止される。最後に、治具１０を第２部材１８から取り外し、治具１０による複数の第１部材１６を第２部材１８にはんだ付けする工程作業は完了する。
【００１６】
本実施例において、第２治具１４は、図１から理解されるように、連続的に形成された枠形状を有しているが、第２治具１４の形状はそれに限定されない。第２治具１４は複数の第１治具１２に当接することで第２部材１８における第１治具１２の位置決めができればよいので、第２治具１４の枠形状が断続的に形成されていてもよい。この形状については第１治具１２においても同様のことがいえる。また第２治具１４は、上記の形状に限らず、例えばピン形状を有していてもよい。この場合、第２治具１４は複数あってよく、複数並んでいる第１治具１２のうち両側に配置されている第１治具１２と第２治具１４とが当接することによって第２部材１８に対する位置決めをする。上記の場合においても本技術を適用することで第１部材１６が治具１０によって噛み込まれることは防止することができる。
【００１７】
加えて、本実施例では三個の第１部材１６が第２部材１８上にはんだ付けされる場合を説明したが、第１部材１６の個数は限定されず、単体の第１部材１６を採用してもよいし、二又は四以上の複数の第１部材１６を採用してもよい。熱膨張に伴って第１治具１２が第２治具１４を介して第２部材１８に位置決めされ、熱収縮に伴ってその位置決めが解除される限りにおいて、第１治具１２及び第２治具１４の構成は適宜変更することができる。また本実施例では、第１部材１６が１行３列の形状で、横一列で配置された場合で説明したが、この配列も特に限定されず、他の配列を採用してもよい。
【００１８】
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【符号の説明】
【００１９】
１０：治具
１２：第１治具
１２ａ、１４ａ：開口
１４：第２治具
１６：第１部材
１８：第２部材
２０：はんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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