(57)【要約】【課題】  簡単な構成によってリフロー工程にかかる時間を短縮するリフロー装置を提供する。【解決手段】  温度制御部１０は、セラミックヒータ１１、冷却ノズル１３などを有し、パワー素子３、リードフレーム４、及び、はんだ２から構成される対象部品５を加熱または冷却する。パレット支持部２０は、対象部品５を支持するパレット２１、パレット２１を天地方向に移動可能なよう支持するパレット受け部２２などを有する。押さえ部３０は、対象部品５に当接可能な端部がセラミックから形成されている押さえ部材３１などを有し、対象部品５がセラミックヒータ１１に当接または離間するよう駆動する。対象部品５を加熱するとき、押さえ部３０は対象部品５をセラミックヒータ１１の一方の面１１１に押さえつける。これにより、対象部品５とセラミックヒータ１１との密着の度合いが高くなり、対象部品５の温度の上昇を速めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の部品（３）と他の部品（４）との間に設けられるはんだ（２）を溶融するリフロー装置（１）であって、
前記一の部品、前記他の部品、及び、前記はんだから構成されるリフロー対象（５）を加熱する加熱手段（１１）と、
前記リフロー対象を支持する支持部材（２１）と、
前記リフロー対象を加熱するとき、前記リフロー対象を前記加熱手段に押さえつける押さえ部材（３１）と、
前記押さえ部材を前記リフロー対象に対して駆動する押さえ部材駆動手段（３３）と、
を備えることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
前記加熱手段に気体を噴射する気体噴射手段（１３）を備えることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項３】
前記他の部品に対する前記一の部品の位置決めを行う位置決め部材（２５）を備え、
前記支持部材は、前記他の部品に形成される対象側貫通孔（６）、及び、前記位置決め部材に形成される位置決め側貫通孔（２５１）に挿通される位置決め用突部（２１７）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー装置。
【請求項４】
前記リフロー対象が前記加熱手段に当接すると、前記支持部材は前記リフロー対象から離間することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のリフロー装置。
【請求項５】
前記加熱手段、前記支持部材、及び、前記押さえ部材を収容するチャンバ（８）を備え、
前記リフロー対象を前記加熱手段に当接させるとき、前記チャンバ内を減圧することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一の部品と他の部品との間に設けられるはんだを溶融するリフロー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一の部品と他の部品との間に設けられるはんだを介して一の部品と他の部品とを接続するリフロー工程において、はんだを溶融するリフロー装置が知られている。例えば、特許文献１には、一の部品、他の部品、及び、一の部品と他の部品との間に設けられるはんだから構成されるリフロー対象を加熱する加熱ヒータと、はんだを溶融したのち加熱ヒータを冷却する冷却部を備えるリフロー装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のリフロー装置では、リフロー対象は加熱ヒータ上に自重によって置かれているだけであるため、リフロー対象と加熱ヒータとの間に形成されるおそれがある隙間の大きさによって、はんだを溶融可能な温度までリフロー対象を昇温する時間が比較的長くなる。また、特許文献１に記載のリフロー装置では、はんだを溶融した後加熱ヒータを冷却するとき加熱ヒータと冷却部とを密着させ加熱ヒータの冷却速度を速めるため、加熱ヒータと冷却部との間に真空ポンプによって吸引可能な隙間が形成されている。しかしながら、真空ポンプで吸引したとき加熱ヒータと冷却部とが密着可能な程度の隙間を設けることや、隙間を吸引するための真空ポンプを備えるなどリフロー装置の構成が複雑となる。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構成によってリフロー工程にかかる時間を短縮するリフロー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一の部品と他の部品との間に設けられるはんだを溶融し一の部品と他の部品とを接続するリフロー装置であって、一の部品、他の部品、及び、はんだから構成されるリフロー対象を加熱する加熱手段と、リフロー対象を支持する支持部材と、リフロー対象を加熱するときリフロー対象を加熱手段に押さえつける押さえ部材と、押さえ部材をリフロー対象に対して駆動する押さえ部材駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のリフロー装置では、リフロー対象を加熱するとき、押さえ部材がリフロー対象を加熱手段に当接させる。これにより、加熱手段とリフロー対象との密着の度合いが高くなり伝導伝熱が促進されるため、リフロー対象の温度を比較的速く上げることができる。したがって、簡単な構成によってリフロー工程において比較的時間を要するリフロー対象の昇温時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態によるリフロー装置の要部の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態によるリフロー装置の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態によるリフロー装置によるリフロー工程のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態によるリフロー装置の作用を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（一実施形態）
本発明の一実施形態によるリフロー装置について、図１〜図４に基づいて説明する。
【００１１】
一実施形態によるリフロー装置１は、はんだ２を介して「一の部品」としてのパワー素子３と放熱用の「他の部品」としてのリードフレーム４とを接続するとき、はんだ２を溶融するリフロー工程において用いられる。リフロー装置１は、チャンバ８、温度制御部１０、パレット支持部２０、押さえ部３０などから構成される。温度制御部１０、パレット支持部２０、押さえ部３０が有する押さえ部材３１などは、内部を減圧可能なチャンバ８に収容されている。以下、リフロー装置１によって接続されるパワー素子３とリードフレーム４、および、パワー素子３とリードフレーム４とを接続するはんだ２から構成される部材を「リフロー対象」としての対象部品５とする。また、図１、２、４に示すように、紙面の上側を「天」側、紙面の下側を「地」側とする。
【００１２】
温度制御部１０は、対象部品５と当接しつつ対象部品５を加熱または冷却する。温度制御部１０は、「加熱手段」としてのセラミックヒータ１１、ヒータ受け台１２、「気体噴射手段」としての冷却ノズル１３、熱電対１４、支持台１５などから構成されている。
【００１３】
セラミックヒータ１１は、略平板状に形成されている。セラミックヒータ１１は、一方の面１１１が外部に露出するよう設けられている。セラミックヒータ１１は、外部の図示しない電源と接続している。セラミックヒータ１１は、当該電源から電力が供給されると発熱する。
【００１４】
ヒータ受け台１２は、金属から略筒状に形成されている。ヒータ受け台１２は、天側と地側の両端に開口を有する略柱状の空間１２１を形成する。天側の開口には、セラミックヒータ１１が収容されている。このとき、セラミックヒータ１１の他方の面１１２は、空間１２１に露出している。セラミックヒータ１１とヒータ受け台１２との間には図示しない断熱材が設けられている。
【００１５】
冷却ノズル１３は、ヒータ受け台１２の地側に設けられている。冷却ノズル１３は、気体取り入れ口１３１、通路１３２、複数の噴射孔１３３を有する。気体取り入れ口１３１は、外部の図示しない気体供給部と接続する。複数の噴射孔１３３は、水平方向に形成されている通路１３２に対して略垂直となるよう形成されている。
【００１６】
冷却ノズル１３では、気体供給部が供給する不活性ガス、例えば、窒素を気体取り入れ口１３１から通路１３２に導入する、通路１３２を流れる窒素は、複数の噴射孔１３３から点方向に向かって噴射される。噴射された窒素は、ヒータ受け台１２の空間１２１を通ってセラミックヒータ１１の他方の面１１２に当たる。
【００１７】
熱電対１４は、一方の端部１４１に当接する対象部品５の温度を検出する。一方の端部１４１は、セラミックヒータ１１の中央に形成される貫通孔１１３を介してセラミックヒータ１１の一方の面１１１から突出するよう設けられている。熱電対１４の他方の端部１４２は、熱電対支持部１４３に支持されている。熱電対支持部１４３は、支持台１５とばね１４４を介して接続している。ばね１４４は、一方の端部１４１に対象部品５が当接するとき熱電対１４に作用する地方向の押圧を吸収し、熱電対１４の破損を防止する。
【００１８】
支持台１５は、複数の支持柱１５１を介してヒータ受け台１２を支持する。また、支持台１５は、ばね１４４を介して熱電対１４を支持する。
【００１９】
パレット支持部２０は、対象部品５を温度制御部１０に対して所定の位置に維持する。パレット支持部２０は、「支持部材」としてのパレット２１、複数のパレット受け部２２、複数のばね２３、支持台２４、位置決め部材２５などから構成される。
【００２０】
パレット２１は、金属から略平板状に形成されている。パレット２１は、対象部品５を支持している。パレット２１は、略中央に貫通孔２１１を有する。貫通孔２１１の地側を構成する小内径孔２１２は、温度制御部１０のヒータ受け台１２の外径より大きい内径を有する。貫通孔２１１の天側を構成する大内径孔２１３は、内径が小内径孔２１２の内径より大きくなるよう形成されている。大内径孔２１３には、リードフレーム４の一部が収容される。小内径孔２１２と大内径孔２１３とを接続する段差面２１４には、リードフレーム４が当接している。
【００２１】
パレット受け部２２は、パレット２１の径方向外側に複数設けられる。パレット受け部２２は、リフロー装置１の径内方向と天方向とに開口を有する窪み２２１を有する。パレット２１がパレット受け部２２に支持されるとき、窪み２２１の地側の内壁２２２にはパレット２１の外縁部２１５の地側の面２１６が当接している。
【００２２】
ばね２３は、パレット受け部２２の窪み２２１が形成される側とは反対側に設けられる突部２２３と支持台２４の突部２４１との間に設けられる。ばね２３は、比較的弱い付勢力によってパレット受け部２２を温度制御部１０に対して往復移動可能なよう支持する。
【００２３】
位置決め部材２５は、略平板状に形成されるカーボン部材である。位置決め部材２５は、リードフレーム４に対するパワー素子３の位置決めを行う。位置決め部材２５の径方向外側には、「位置決め側貫通孔」としての貫通孔２５１が形成されている。貫通孔２５１には、パレット２１が有する「位置決め用突部」としての突部２１７が挿通される。また、突部２１７は、リードフレーム４の径方向外側に形成される「対象側貫通孔」としての貫通孔６にも挿通される。
【００２４】
押さえ部３０は、位置決め部材２５の天側に位置している。押さえ部３０は、対象部品５をセラミックヒータ１１に当接または離間するよう駆動する。押さえ部３０は、押さえ部材３１、シャフト３２、「押さえ部材駆動手段」としての駆動部３３などから構成されている。
【００２５】
押さえ部材３１は、位置決め部材２５のリードフレーム４及びパワー素子３と当接する側とは反対側の面に当接可能に設けられている。押さえ部材３１の地側は、セラミックから形成されている。
【００２６】
シャフト３２は、水平方向に延びるよう設けられ、押さえ部材３１を位置決め部材２５の天方向に位置するよう支持している。シャフト３２は、チャンバ８の外壁に設けられている駆動部３３（図２参照）によって押さえ部材３１を天地方向に駆動する。
【００２７】
次に、リフロー装置１を用いたリフロー工程について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
最初に、ステップ（以下、「Ｓ」とする）１０１において、対象部品５が搭載されたパレット２１をリフロー装置１にセットする。パレット２１に搭載される対象部品５を構成するパワー素子３とリードフレーム４との間に溶融前のはんだ２が置かれた状態であって、パワー素子３とリードフレーム４とは、物理的に接続していない。Ｓ１０１では、チャンバ８が有する開口８１を介して対象部品５が搭載されたパレット２１がチャンバ８内に導入される。チャンバ８内に導入されたパレット２１は、パレット２１の面２１６と複数のパレット受け部２２の窪み２２１の地側の内壁２２２とが当接するようパレット２１がパレット受け部２２にセットされる。
【００２９】
次に、Ｓ１０２において、チャンバ８内を減圧する。
【００３０】
次に、Ｓ１０３において、対象部品５を押さえ部３０によってセラミックヒータ１１に押さえつける。対象部品５は、パレット受け部２２に支持されつつ温度制御部１０から離間した位置に置かれている。押さえ部３０は、駆動部３３によってばね２３の付勢力に抗する地方向の力を位置決め部材２５に作用させる。これにより、図４に示すように、リードフレーム４をセラミックヒータ１１の一方の面１１１に当接させ押さえつける。
【００３１】
次に、Ｓ１０４において、セラミックヒータ１１に電力を供給する。これにより、セラミックヒータ１１が発熱し、セラミックヒータ１１から伝わる熱によって対象部品５が加熱される。この加熱によってはんだ２が溶融し、パワー素子３とリードフレーム４とが接続する。
【００３２】
パワー素子３とリードフレーム４とを接続したのち、Ｓ１０５において、セラミックヒータ１１への電力の供給を停止する。
次に、Ｓ１０６において、窒素を冷却ノズル１３に供給する。供給された窒素は、複数の噴射孔１３３からセラミックヒータ１１の他方の面１１２に向かって噴射される。このとき、リードフレーム４はセラミックヒータ１１の一方の面１１１に押さえつけられたままである。噴射される窒素ガスによって、セラミックヒータ１１及びセラミックヒータ１１に当接している対象部品５の温度が低下する。
【００３３】
次に、Ｓ１０７において、対象部品５の温度が所定の温度まで低下した後、押さえ部３０によるパレット２１への押圧を解除する。対象部品５の温度は、リードフレーム４に当接する熱電対１４によって検出されている。熱電対１４が検出する対象部品５の温度が所定の温度まで低下したことを確認したのち、押さえ部３０によるパレット２１への押圧を解除する。これにより、対象部品５は、ばね２３の付勢力によってセラミックヒータ１１から離間する。
【００３４】
次に、Ｓ１０８において、チャンバ８内を大気圧に戻す。
最後に、Ｓ１０９において、パレット２１をチャンバ８内から取り出し、リフロー装置１から外す。
【００３５】
一実施形態によるリフロー装置１では、対象部品５を加熱するとき、押さえ部３０によって対象部品５をセラミックヒータ１１に押さえつける。これにより、セラミックヒータ１１で発生する熱が主に伝導伝熱によって対象部品５に伝わりやすくなり、対象部品５の温度の上昇を速めることができる。したがって、対象部品５のリフロー工程に要する時間を短縮することができる。
【００３６】
また、従来、減圧下ではんだを溶融する場合、加熱手段とリフロー対象との間では、対流伝熱によって伝わる熱量が減少するため、リフロー対象の温度を上昇するのに時間がかかる。
リフロー装置１では、チャンバ８を減圧にした後、押さえ部３０によって対象部品５がセラミックヒータ１１に押さえつけるため、伝導伝熱が促進され、対流伝熱による伝熱量の減少による影響が小さくなる。これにより、対象部品５のリフロー工程に要する時間をさらに短縮することができる。
【００３７】
また、対象部品５の温度を上昇させるための時間が短くなるため、セラミックヒータ１１に供給される電力が少なくなる。これにより、対象部品５の製造コストを低減することができる。
【００３８】
リフロー装置１では、対象部品５の温度を熱電対１４によって検出する。熱電対１４によって対象部品５の温度が所定の温度以下であると検出されると、対象部品５をセラミックヒータ１１から離間する。これにより、対象部品５の温度からパワー素子３とリードフレーム４とが確実に接続されていることを確認することができる。したがって、対象部品５のリフロー工程における品質のばらつきを小さくすることができる。
【００３９】
リフロー装置１では、セラミックヒータ１１への電力の供給を停止した後、冷却ノズル１３から噴射される窒素によってセラミックヒータ１１及び対象部品５が冷却される。これにより、対象部品５の温度の低下を速めることができる。したがって、対象部品５のリフロー工程に要する時間をさらに短縮することができる。
【００４０】
また、リフロー装置１では、セラミックヒータ１１と冷却ノズル１３とが分離されて設けられている。これにより、セラミックヒータ１１が発生する熱が冷却ノズル１３に伝導伝熱によって伝わらなくなり、セラミックヒータ１１が加熱する熱容量が小さくなる。したがって、セラミックヒータ１１の加熱効率を向上し、製造コストを低減することができる。
【００４１】
また、リフロー装置１では、対象部品５が押さえ部３０によってセラミックヒータ１１に押さえつけられるとき、パレット２１は、セラミックヒータ１１に支持されるため、パレット受け部２２に支持されなくなる。これにより、パレット２１などの自重によって窪み２２１の地側の内壁と当接していたパレット２１の外縁部２１５の地側の面と窪み２２１の地側の内壁との間には隙間が形成され、セラミックヒータ１１が発生する熱がパレット２１を介してパレット受け部２２に伝導伝熱によって伝わりにくくなる。したがって、
セラミックヒータ１１が加熱する熱容量が小さくなり、セラミックヒータ１１の加熱効率を向上し製造コストを低減することができる。
【００４２】
リフロー装置１では、パレット２１に設けられる突部２１７が、リードフレーム４の径方向外側に形成される貫通孔６、及び、リードフレーム４に対するパワー素子３の位置決めを行う位置決め部材２５の径方向外側に形成される貫通孔２５１に挿通されている。これにより、パワー素子３をリードフレーム４の所定の位置に確実に接続することができる。
【００４３】
（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、セラミックヒータを冷却する冷却ノズルを備えるとした。しかしながら、冷却ノズルを備えていなくてもよい。
【００４４】
（イ）上述の実施形態では、リフロー装置は、リードフレームに対するパワー素子の位置決めを行う位置決め部材を備えるとした。しかしながら、位置決め部材を備えていなくてもよい。
【００４５】
（ウ）上述の実施形態では、パレットは、リードフレーム及び押さえ部材のパレットに対する位置を決定する突部を有するとした。しかしながら、パレットは突部を有していなくてもよい。
【００４６】
（エ）上述の実施形態では、はんだの溶融は、減圧で行うとした。しかしながら、はんだを溶融する条件はこれに限定されない。したがって、リフロー装置は、チャンバを備えていなくてもよい。
【００４７】
（オ）上述の実施形態では、セラミックヒータによって対象部品を加熱するとした。しかしながら、対象部品を加熱する方法はこれに限定されない。発熱するものであればよい。
【００４８】
（カ）上述の実施形態では、「一の部品」としてパワー素子とし、「他の部品」としてリードフレームとした。しかしながら、「一の部品」及び「他の部品」はこれに限定されない。はんだによって接続される二つの部品であればよい。このとき、「他の部品」としては、「位置決め用突部」が挿通される「対象側貫通孔」が形成されるため、一の部品に比べて大きな部品であることが望ましい。
【００４９】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１          ・・・リフロー装置、
２          ・・・はんだ、
３          ・・・パワー素子（一の部品）、
４          ・・・リードフレーム（他の部品）、
５          ・・・対象部品（リフロー対象）、
８          ・・・チャンバ、
１１        ・・・セラミックヒータ（加熱手段）、
１３        ・・・冷却ノズル（気体噴射手段）、
２１        ・・・パレット（支持部材）、
２５        ・・・位置決め部材、
３１        ・・・押さえ部材、
３３        ・・・駆動部（押さえ部材駆動手段）。
【図１】
2015112628.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015112628.tif 000005
【図４】
2015112628.tif 000006