(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ付け対象の構成部品（２８，１２８）の、はんだ付け機（２００）における熱源および／またはヒートシンク（４８）との熱結合のための熱伝達装置（１０，１１０，２１０）であって、熱源および／またはヒートシンク（４８）と、少なくとも、前記熱源および／またはヒートシンク（４８）に熱伝導接触する少なくとも１つの基板（１２，１１２，２１２）とを有し、前記基板（１２，１１２，２１２）は、それぞれが接触面（２４，１２４）を有する、少なくとも２つの接触ユニット（１４，１１４，２１４）を含み、前記接触面（２４，１２４）は前記構成部品（２８，１２８）に熱接触可能であり、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）は、前記接触面（２４，１２４）と前記構成部品（２８，１２８）に対面する前記基板（１２，１１２，２１２）の表面との間の相対距離が変化可能であり、前記基板（１２，１１２，２１２）と前記構成部品（２８，１２８）との間の距離は変化可能である、熱伝達装置（１０，１１０，２１０）において、前記接触面（２４，１２４）と前記構成部品（２８，１２８）に対面する前記基板（１２，１１２，２１２）の前記表面との間の前記相対距離が、接触圧力の変化に応じて変化可能であるように、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）は構成されてなり、前記接触圧力によって前記基板（１２，１１２，２１２）が前記構成部品（２８，１２８）に対して押圧され、前記接触圧力の変化は、前記基板（１２，１１２，２１２）と前記構成部品（２８，１２８）との間の距離の変化によって生じることを特徴とする熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項２】
前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）は、前記基板（１２，１１２，２１２）に設けられる凹部（３０）に配設可能に保持されることを特徴とする請求項１に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項３】
前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）は、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）の前記接触面が前記構成部品（２８，１２８）に対面する前記基板（１２，１１２，２１２）の前記表面と面一となる後退位置に配設可能であることを特徴とする請求項２に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項４】
前記接触ユニット（１４，１１４）は、弾性を有する熱伝導材料から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項５】
前記弾性を有する熱伝導材料は、金属ペースト、金属粒子を組み込むエポキシ樹脂、および／または導電性エラストマであり、はんだ付け対象の前記構成部品（１２８）に対面する前記基板（１２）の側に設けられることを特徴とする請求項４に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項６】
各接触ユニット（２１４）は、前記接触面（２４）を有し、前記基板（１１２，２１２）に対して調整可能である接触ピン（１６，１１６）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項７】
弾性を有する熱伝導材料が、前記接触ピン（１６，１１６）の端面に塗布されることを特徴とする請求項６に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項８】
前記弾性を有する熱伝導材料は、金属粒子を組み込むエポキシ樹脂および／または導電性エラストマ材料であることを特徴とする請求項７に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項９】
前記接触ピン（１６，１１６）は、ばね装着されていることを特徴とする請求項７または８に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１０】
各接触ピン（１６，１１６）は、片側が閉じており、その閉じた端面がはんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）に対面する、熱伝導スリーブを含み、ばね（２０，１２０）が前記スリーブに収納され、前記ばねは、少なくとも非圧縮状態において前記スリーブ（１８，１１８）の開放端面から部分的に突出し、前記スリーブ（１８，１１８）と熱接触することを特徴とする請求項９に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１１】
熱伝導スタッド（２２，１２２）が、前記スリーブ（１８，１１８）から突出する前記ばねの自由端において、前記ばね（２０，１２０）の内部に保持され、前記スタッドは前記ばね（２０，１２０）に熱的に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１２】
前記スタッド（２２，１２２）の端部における端面が前記ばね（２０，１２２）の前記自由端の端面と面一となりまたは前記ばねから突出することを特徴とする請求項１１に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１３】
各接触ピン（３１６）は、その端面がはんだ付け対象の構成部品（２８，１２８）に対面する熱伝導スタッド（３１９）を有し、かつ、前記スタッド（３１９）において、ばね（３２０）が前記スタッド（３１９）のばね用タブ（３２３）上に保持されることを特徴とする請求項９に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１４】
前記ばね（３２０）は、前記ばね用タブ（３２３）から離れて対面する側の接触板（３２１）上に位置し、前記スタッド（３１９）は、前記ばね（３２０）が非圧縮状態にあるときに、前記基板（３１２）の凹部（３３０）の半径方向狭窄上に位置する前記ばね用タブ（３２３）の座部において半径方向突起（３２５）を有することを特徴とする請求項１３に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１５】
前記接触ピン（１６，１１６）は、機械的に調整可能であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１６】
前記接触ピン（１６，１１６）は、空気圧式で調整可能であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１７】
前記接触ピン（１６，１１６）は、油圧式で調整可能であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１８】
前記接触ピン（１６，１１６）は、電磁気的に調整可能であることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項１９】
前記接触ピン（１１６）は、複数の接触ピン（１１６）を含む少なくとも１つの群に配設されることを特徴とする請求項６〜１８のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項２０】
非圧縮状態において、前記基板に対する群の前記接触ピン（１１６）の前記接触面の距離は、前記群における前記接触ピン（１１６）の位置に対して内側から外側に減少することを特徴とする請求項６〜１９のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項２１】
前記基板（１２，１１２，２１２）は、はんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）に対面する側に湾曲し、はんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）に相補的である形状に構成されてなることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項２２】
前記はんだ付け機（２００）は、真空はんだ付け機であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１０，１１０，２１０）。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの熱伝達装置（１０，１１，２１０）と、はんだ付け対象の少なくとも１つの構成部品（２８，１２８）が固定可能である構成部品ホルダ（３６）とを有する、はんだ付け機（２００）において、前記構成部品ホルダ（３６）と前記基板（１２，１１２，２１２）とは、結果として前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）が随意にはんだ付け対象の構成部品（２８，１２８）と熱伝導接触することができ、前記接触面（２４，１２４）と前記構成部品（２８，１２８）に対面する前記基板（１２，１１２，２１２）の前記表面との間の相対距離が変化可能であるように、互いに対して配設可能であることを特徴とするはんだ付け機（２００）。
【請求項２４】
前記構成部品ホルダ（３６）は、はんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）のための支持体としての担持板（２６）と、少なくともはんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）を前記担持板（２６）に対して押圧するように構成されてなる押圧装置とを含み、前記担持板（２６）は、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）の前記接触面（２４，１２４）とはんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）との間の熱接触を確立するために、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）が通過する少なくとも１つの通路（３２）を有することを特徴とする請求項２３に記載のはんだ付け機（２００）。
【請求項２５】
前記構成部品ホルダ（３６）と前記基板（１２，１１２，２１２）とは、互いに対して配設可能であり、前記構成部品ホルダ（３６）および／または前記熱伝達装置（１０，１１０，２１０）は、前記構成部品ホルダ（３６）と前記基板（１２，１１２，２１２）とが互いに近づくにつれて、力が、前記接触ユニット（１４，１１４，２１４）によってはんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）に付与され、はんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）が支持板（２６）から持ち上げられることを特徴とする請求項２３または２４に記載のはんだ付け機（２００）。
【請求項２６】
前記構成部品ホルダ（３６）は、はんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）と熱伝導接触可能である少なくとも１つの蓄熱ストリップ（３４）を有し、前記押圧装置は、前記蓄熱ストリップ（３４）をばね負荷によってはんだ付け対象の前記構成部品（２８，１２８）上に押圧するように構成されてなることを特徴とする請求項２４に記載のはんだ付け機（２００）。
【請求項２７】
前記はんだ付け機（２００）は、真空はんだ付け機であることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか１項に記載のはんだ付け機（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばはんだ付け機におけるはんだ接合部を作る場合に使用することが可能である、請求項1の前提部に記載の熱伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最適なはんだ付け結果を達成するためには、特に、広い面積をはんだ付けする場合には、はんだの相手同士または接合対象の構成部品同士と共に、溶融はんだを、はんだの融点より高い温度に制御された方法で加熱し、次いで、はんだの相手同士を空隙なく互いに接合するためには、制御された方法で、凝固点より低い温度にまで冷却することが必要である。
【０００３】
用語「構成部品」および「はんだ相手」とは、一般に、金属、セラミック、プラスチックまたは他の材料、または各種材料の任意の組み合わせによって作製された基体、基体担持体、底板、ワークピース担持体、組立体担持体または同様のもの、およびそれらに固定される、電力用半導体チップ、（半導体）組立体等のような構成部品をいう。
【０００４】
このような意味における大面積はんだ接合部とは、たとえば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴまたはダイオードなどの電力用半導体チップが金属化セラミック基体にはんだ付けされるか、または金属化セラミック基体が電力用半導体モジュール用の金属底板にはんだ付けされているようなものと理解される。
【０００５】
はんだ付け対象の、少なくとも1つの大面積はんだ接合部のまだ液体であるはんだを冷却するための冷却装置として設計された熱伝達装置を備えたはんだ付け機は、好ましくは、脱気可能なチャンバと、脱気可能なチャンバの内部に配設されたホルダと、脱気可能なチャンバの内部に配設されたヒートシンクとを備える。こうすることによって、汚染プロセスまたは酸化プロセスを排除するために、真空下または制限可能なプロセスガス雰囲気下においてはんだ付けプロセスを行うことが可能になる。
【０００６】
検体として働く金属板を、ホルダ内に配設することが可能であり、この金属板で、冷却装置の動作モードを試験、確認することが可能である。金属板は、下側主面、下側主面から垂直方向に離間した上側主面を有し、初期温度は、少なくとも２００℃である。Ｎ≧１個の、少なくとも３０ｍｍ×３０ｍｍの面積を有する、または少なくとも５０ｍｍ×５０ｍｍの面積を有する、互いに隣接する、矩形の表面断片を、上側主面に固定することが可能である。
【０００７】
ワークピース担持体または金属板は、ヒートシンクを使用してチャンバの内部で冷却することが可能である。チャンバの内部では、金属板上で達成される冷却効果の基準として、約１０１３．２５ｈＰａの圧力で窒素を主に含む雰囲気を使用することが可能である。しかしながら、冷却運転は、全体として、または部分的に、他の所望の圧力、たとえば、負圧でも行うことが可能であり、たとえば、１ｈＰａから１０３０．２５ｈＰａの範囲の絶対圧で行うことも可能であり、および/または部分的に過圧、すなわち１０１３．２５ｈＰａを超える絶対圧で行うことも可能である。これとは別に、冷却は、任意の所望の雰囲気中で行うことが可能であり、たとえば、空気中、または、はんだ相手の酸化を防止する保護ガス雰囲気中において、たとえば、窒素（Ｎ２）雰囲気、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気、水素（Ｈ２）雰囲気、ヘリウム（Ｈｅ）雰囲気またはフォーミングガス（Ｎ２Ｈ２）雰囲気中において行うことが可能である。
【０００８】
ヒートシンクの助けを借りた金属板の冷却は、矩形の表面断片の内のいずれの表面断片も、その上部主表面の温度は、その表面断片の縁部から距離をおいたところにある極大を示さず、これは、表面断片のいずれにも、最低冷却温度が２００℃より高い、または１５０℃よりも高いところが存在しない限り、維持されている。はんだが、たとえば、２００℃、または、たとえば、１５０℃で十分に固化した場合、はんだ相手同士間は、仕上げ処理された、接合はんだ接続がなされている。実際の製造プロセスでは、はんだ相手の一方は、最下位のはんだ相手としてホルダ内に正確に配設され、１つまたは複数のさらなるはんだ相手はこの上に配設され、そして、接合対象のはんだ相手間にはんだが配設される。たとえば、このはんだは、予備成形されたはんだプレフォームであってもよく、または、互いに接合対象のはんだ相手の一方または双方上で他方のはんだ相手に接合対象の接合表面に塗布されるはんだペーストであってもよい。
【０００９】
最下位のものとして、はんだ相手の一方を位置づける代わりに、ホルダ内に正確に嵌合される担持板上に配設してもよい。他方のはんだ相手は、上で述べたのと同様に、最下位のはんだ相手上に、はんだプレートレットまたは塗布されるはんだペーストと共に配設される。この変形例として、それぞれが１つに結合される、２またはそれより多いはんだ相手を有する複数のグループが、同様の方法で、共通の担持板上に、相並んで配設することが可能である。担持板は、はんだ付けプロセスが完了すると、はんだ付けされた組立体の一部ではなくなる。
【００１０】
冷却装置は、たとえば、上述したように、脱気可能なチャンバにおいて、または別個の加熱チャンバにおいて、はんだが溶融するように、はんだの融点を超えるまで、加熱装置によって加熱された後に、たとえば、はんだ付け機であって、その助けを借りて、はんだ製品を冷却装置の脱気可能なチャンバの内部で冷却することが可能であるはんだ付け機の一部としてもよい。別個の加熱チャンバが使用される場合には、このチャンバと、冷却装置の脱気可能なチャンバとの間に、ロックを設けることができ、また、使用されるはんだの融点を超えて加熱されたはんだ製品が、加熱チャンバから冷却装置の脱気可能なチャンバ内に搬送される搬送装置を設けることが可能である。それにもかかわらず、予熱室、はんだ室および冷却室を設けることが可能であり、それらは、それぞれ、関門が設けられて、気密に、または機械的に互いから分離することが可能であり、はんだ付け対象の構成部品は、それらの関門を通過して搬送装置を介して搬送される。
【００１１】
たとえば、冷却装置として構成されたＤＥ１０  ２０１１  ０８１  ６０６Ａ１に従った一般的な熱伝達装置は、従来技術から知られている。この熱伝達装置は、冷たい空気を介して、はんだ付け対象の構成部品に亘って、規定された熱分布を提供するように構成される。この目的のために、銅板上で所望の温度勾配を作り出すために、冷空気ノズルアレイ、または複数の開口が備えられた冷空気スクリーンが設けられる。代わりに、不均一な熱導体を含むことが可能である、または互いに隣り合って配設され、垂直方向において、互いから独立して移動可能な冷却素子を含む、ヒートシンクを設けることも可能である。互いに入れ子になっていることも含む。冷却原理は、ガス対流に基づいており、真空下では冷却を提供することができない、循環ガス供給のための能動的構成部品を必要とする。また、制御可能な、一部の領域およびすべての領域の冷却は、距離を変化させることによっても行うことはできない。冷却ノズル／冷却要素と、はんだ付け対象の構成部品との間に配設される銅板が、均一な温度分布をもたらし、したがって、規定された温度勾配を与えることができない。
【００１２】
実際には、湾曲または屈曲した底板上に配設された各組立体または各構成部品がはんだ付けされることが多い。また、底板は、加熱されたり、冷却されたりすると、形状が歪み、したがって、通常、はんだプロセスは、湾曲した底板上で実施しなければならない。底板は、組立体のための担持体として働き、たとえば、原動機または発電機用途における整流器またはインバータなどの変換器といった高出力用途のための半導体組立体のための担持体として働く。このような用途の一例は、風力タービンにおけるコンバータである。このタイプの風力タービンは、沖合でますます設置されるようにもなっており、かかる場所では、陸地に設置されたタービンと比較して、補修、修理の費用がより高くつくので、各構成部品の信頼性について高い要求が課される。伝送される電力が大きいために、はんだ付けされた結合部は、特に応力にさらされ、よって、はんだ付けの質に関する要件は途方もなく高い。高額な修理、および故障した変換器から生じる風力タービンの故障時間を回避するためには、空洞、クラックなどのはんだ付けの欠陥を防止することが不可欠である。
【００１３】
この種の電力用途では、底板は、組立体から過剰な熱を放散し、組立体を冷却するために、ヒートシンクの機能も果たす。また、底板は、構成部品担持体のための基準電位を付与するために、共通接地接続として働くことも可能である。この理由のために、底板は、熱伝導性材料から、特に、金属から作られる。
【００１４】
電力工学の分野では、特に、三相用途の場合、３つの組立体、６つの組立体、または３の倍数の組立体を、１つの底板上にはんだ付けすることが可能である。これらの構成部品、または構成部品群は、１または複数の基体担持体を含み、これらの基板担持体は、たとえば、セラミックまたはプラスチックから作られ、背面には、はんだ付け可能な金属膜が施され、はんだ付け接続によって、底板に、全面に亘って、またはいくつかの点において、電気的に且つ熱的に接続されている。この場合、はんだプロセスは、高い温度勾配に関連し得るものであって、かかるはんだプロセスにおいて、底板と組立体基体はそれぞれ異なって膨張し、それによって、バイメタル片のように、構成部品全体の機械的反りが生じる。水平基準面に対する、底板の熱によって生じる曲げ偏位は、０．３ｍｍ以上となる。はんだ付着物内において十分に高い温度差を維持するためには、比較的高速の冷却が重要であり、特にプロセス技術にとってはそれが重要である。こうすることによって、まだ液体であるはんだが、既に凝固した領域に流れ込むことが可能になる。低い冷却速度では、温度は製品全体にわたって均一化され、したがって、この効果を利用できない。また、構成部品のはんだ付け機内における高速処理を達成するためにも、２Ｋ／秒以上の冷却速度が達成されることが望ましい。
【００１５】
異なる材料間のはんだ接合を行う際に熱的に発生する反りを相殺するために、はんだが行われて、はんだ接合部が固化した後に、構成部品が全体として平面配向性を有するように、底板を前もって何らかの状態にしておく。通常は、前もって曲げておく。このことは、構成部品や組立体が、湾曲した、底板または構成部品坦持体上にはんだ付けされ、制御された方法で加熱または冷却せねばならないという問題をもたらす。この加熱プロセスはここでは特に重要であり、なぜなら、異なる材料が冷却されたときに機械的応力がしょうじるからであり、その機械的応力は、はんだ接合の質に不利な影響を及ぼすからである。
【発明の概要】
【００１６】
以下の点、すなわち、
湾曲した構成部品または底板を全面に亘って均一に加熱すること、
はんだにクラックが生じないように、局所的に限定した冷却と熱の保持とによって制御された方法で、はんだプロセスに影響を与え、その結合はんだにクラックが生じないこと、および
はんだ処理の時間を短縮するために、はんだの固化後に大面積冷却に切り替えることが可能であること、
を達成する熱伝達装置を提供することが、本発明の目的である。
【００１７】
本発明の目的は、制御された加熱のための、および／または、作られるべき大面積のはんだ接続部のまだ液状であるはんだの、制御された冷却のための熱伝達装置を提供することである。
【００１８】
この目的は、請求項1の特徴を有する熱伝達装置によって達成される。
【００１９】
本発明の実施形態および変形例は、従属請求項の主題である。
【００２０】
本発明に従えば、はんだ付け対象の構成部品の、はんだ付け機における熱源および／またはヒートシンクとの熱結合のための熱伝達装置であって、少なくとも、熱源および／またはヒートシンクと熱接触するように構成されてなる少なくとも１つの基板を含む熱伝達装置が提案される。前記基板は、それぞれの接触面を有する、少なくとも２つの、特に、複数の接触ユニットを備え、それらの接触面は、各構成部品に熱的に接触可能である。それらの接触ユニットは、接触面と、構成部品に対面する基板の表面との間の相対距離が変化可能であるように構成されてなる。
【００２１】
本発明は、具体的には、少なくとも２つの、特に複数の接触ユニットを介して、熱源またはヒートシンク、またはそれに接続された基板への熱接触を確立する考えに基づいており、したがって、熱接触した構成部品の特定の各領域だけが加熱または冷却される。選択的な冷却/加熱の効果は、接触ユニットの冷却/加熱に基づいており、接触ユニットは、高い精度と高い温度勾配で、冷却/加熱効果を提供することが可能である。したがって、基板全体が、その構成部品と熱接触するわけではなく、接触するのは、接触ユニットを有する部分的領域だけであって、構成部品の加熱および／または冷却は、接触ユニットの接触面領域において起こる。構成部品に対面している基板表面直下の接触領域間の相対的距離が変化可能である結果として、接触領域間の距離を、接触対象の構成部品の外郭に適合させることが可能であるので、前述した、湾曲した底板などの非平面の構成部品にも、確実に接触させることが可能となる。これによって、多点接触が生み出されるのであって、多点接触は、真空はんだ付けにおいて特に有利である。真空はんだ付けの場合には、周囲圧力下ではんだ付けをするときに生じる対流の結果として、基板と構成部品との間にギャップがあるときに、それが架橋するということが起こらないからである。機械的実装は比較的簡単で、冷却／加熱の効果を、真空下において、対流なしで達成することが可能である。
【００２２】
好ましくは、この場合、接触領域と構成部品に対面している基板表面との相対的距離は、各接触ユニットによって及ぼされるばね力、および／または位置決め力に対して変わり得る。これは、たとえば、接触ユニットが、ばね要素を有する、または弾性材料から作られることによって達成することが可能であり、これについての詳細は後述する。しかしながら、原則的には、構成部品からの距離が相対変化することがなくても、基板が、接触可能な、一般的には、凸状である接触面を有することになれば、熱伝達装置の機能にとっては十分である。
【００２３】
接触ユニットの接触面は、平面または曲面とすることが可能であり、前記相対距離は、湾曲した接触面の場合、基板から最大の距離を有する接触面上の点に関わるものである。発明に従った熱伝達装置は、原則的に、方向性とは無関係に採用可能であり、したがって、構成部品の下面、または上面、または下面および上面でも、熱接触させることが可能である。このことは、本出願における、“上”または“下”などの対応の方向性の指示は、限定的なものではなく、各実施形態とそれぞれの図に関連するものであることを意味している。
【００２４】
発明の好ましい実施形態に従えば、基板と構成部品との間の距離は、変化可能であり、接触ユニットは、接触面と構成部品に対面する基板表面との間の相対距離が、基板と構成部品との間の距離の変化に応じて、特に、それによって引き起こされる、基板が構成部品に対して押圧される接触圧の変化に応じて、変化可能であるように構成されてなる。接触面と基板との間の距離の相対的変化は、すでに述べた接触ユニットの弾性を介して達成することが可能である。これによって、それぞれ他の接触ユニットから独立した各ユニットに関する相対距離を変化させることが可能となる。したがって、このような、平面輪郭を有さない、または、はんだプロセス中に、熱プロセスの結果変形する構成部品についても、確かな熱接触が保証される。
【００２５】
好ましくは、接触ユニットは、基板に設けられた凹部に再配設可能であり、特に、該凹部において、接触ユニットを、それらの接触面が、構成部品に対面する基板の表面と同一平面上にある後退位置に再配設してもよい。このように接触ユニットを再配設可能とすることによって、接触ユニットがばね要素を有することにおいて、または、接触ユニットが弾性材料から作製されることにおいて、達成することが可能である。さらにまた、接触ユニットの再配設は、適切な調整手段によって、たとえば、機械的、空気圧式、電磁式、または油圧式の調整手段によって達成可能である。前記後退位置に接触ユニットを再配設可能であることによって、構成部品は、または、その構成部品が搭載され、その構成部品と熱接触している担持板は、大きな領域に亘って、熱的に接触され、すなわち、その構成部品の、その後退位置外では、接触面に接触していない領域を加熱または冷却することも可能である。したがって、その後退位置では、接触面と構成部品に対面する基板の表面との間の相対距離は、ゼロである。
【００２６】
さらに好適な実施形態に従えば、接触ユニットは、弾性を有する、熱伝導性材料から形成され、特に、金属ペースト、金属粒子、たとえば銀粒子などを組み込んでいるエポキシ樹脂、および／または導電性エラストマ材料などから形成され、これは、はんだ付け対象の構成部品に対面している基板の側に設けられる。ここでは、接触ユニットは、所望の形状および／または所望の大きさにすることが可能である、いわゆるパッドによって形成されており、各接触ユニットの形状、大きさは、それぞれ異なってもよい。この種の接触ユニットは経済的に製造することが可能であり、特に、わずかな製造労力で、はんだ付け対象の個々の構成部品に個別に適合させることが可能である。
【００２７】
さらに別の好適な実施形態に従えば、各接触ユニットは、接触面を有し、基板に対して調節可能である接触ピンを備える。接触ピンは、それ自体が硬質であってよく、好ましくはアルミニウムまたは銅などの、良好な熱伝導性を有する材料からなる。接触ピンの断面は、円形または多角形、特に正方形とすることが可能である。さらに、接触ピンに金または銀のコーティングを施すことも可能である。
【００２８】
この文脈において、弾性および熱伝導性材料、特に、金属粒子および／または導電性エラストマ材料を組み込んでいるエポキシ樹脂が、接触ピンの端面に適用されると、好適であることがわかっている。これによって、設計上の、および/または製造上の事情の結果として、接触ピンおよび構成部品が、互いに対して傾斜していたとしても、接触ピンの端面全体、または少なくとも端面の大部分が、構成部品に熱的に接触することが可能であることが確実になり、したがって、熱伝導性材料がなくとも、接触ピンと構成部品との間の小さな領域にわたる部分的なだけの接触が可能になる。その場合には、熱伝導性材料が、接触面を形成する。
【００２９】
接触ピンは、好ましくはばね式であり、ばね式の場合には、たとえば、基板上への取付け、または熱源および／もしくは、基板によって熱接触可能であるヒートシンク上への取付けてもよく、たとえば、バネに取り付けられる。
【００３０】
これに関連して、各接触ピンは、一方側に、閉じた熱伝導性スリーブを有し、その熱伝導性スリーブの閉じた端面は、はんだ付け対象の構成部品に対面しており、ばね、特にコイルばねが、スリーブ内に収納され、該ばねは、少なくとも圧縮されていない時は、スリーブの開いた端面から部分的に突出して、スリーブに熱的に接触し、その場合、特に、熱伝導性を有するスタッドが、スリーブから突出する遊端部において、ばねの内部に保持され、該スタッドは、熱的にばねに接続され、その場合、スタッド端部の端面は、ばねの遊端部の端面と同一面上にあるか、またはばねから突出しているのが有利であることがわかっている。スリーブは、好ましくは円筒状の断面を有する。閉じた端面は、接触面を組み込むことが可能である。その端面において、スタッドは、熱源および／またはヒートシンクに接続されることが可能であり、またはヒートシンクに固定することが可能である。スタッドはばねへの熱伝達を改善し、同時にスリーブのエンドストップとして作用することができ、したがって、ばねの動きを制限することが可能である。
【００３１】
先の実施形態の代りとして、それぞれの接触ピンは、端面が、はんだ付け対象の構成部品に対面している熱伝導性スタッドを有することが可能である。スタッドの端面に軸方向に対向する下側端部には、特に、螺旋ばねを、スタッドのばね用タブ上に保持することが可能である。スタッドのばね用タブに背を向けている側では、ばねは、接触板上に、好ましくは、他の接触ピンと共に、配設することが可能である。スタッドは、ばね用タブの座部に、ばねが圧縮されていない時に、基板の凹部の半径方向狭窄部に対して支持される、半径方向に延びる突出部を有している。接触ユニットの接触ピンは、熱伝導性固体材料のスタッドを有するように提案されている。スタッドは、はんだ付け対象の構成部品に対面する接触面を有しており、スタッドは、このはんだ付け対象の構成部品に熱接触可能であり、また、スタッドは、構成部品とのばね付き接触のための接触ばね用座部として働くばね用タブを、軸方向における反対側端部に有している。ばねは、接触ユニットの複数の接触ピンを配設可能である、接触板上に支持されている。複数の接触ピンを有する接触ユニットは、このようにして、接触板上で予め組み立てられ、次いで基板の凹部内に押圧することが可能となる。接触板は、基板の下に配設された加熱または冷却板に対する熱結合を達成することが可能であり、したがって、たとえば、基板の温度は、接触ユニットの温度とは異なるように選択することが可能である。ばね用タブからスタッドに半径方向に延びる突出部は、基板の凹部の半径方向狭窄部における、構成部品の方向における接触ピンの接触移動を制限し、スタッドのばね用タブの端面から接触板までの距離が、接触ピンの進入距離を制限する。
【００３２】
このように、接触ユニットの異なる実施形態が提案され、これらは、コンパクトな構成で、非常に良好な熱伝導性を示すと同時に、接触面と、構成部品に対面する基板表面との間の相対距離を所望のように変更することを可能にする。
【００３３】
好ましくは、接触ユニットの、特に各接触ピンの熱容量は、接触ユニットと構成部品との間の接触面積に関連して、はんだ温度とはんだ塊の固相線温度との間の温度差に対する熱量ができるだけ迅速に、好ましくは瞬時に吸収可能であるように構成されてなる。熱容量とは、結果としてもたらされた温度上昇に供給された熱エネルギの比であり、接触ユニットまたは接触ピンに関しては、選択された材料、すなわち特定の熱容量および質量に対して、たとえば２５０℃のはんだ温度およびはんだ塊の２２１°の固相線温度において、対応する温度差が、接触ユニットと構成部品との間の接触時にできるだけ瞬時に構成部品のはんだから取り出され、はんだが固化されるように、適切に構成されるべきものである。本実施形態において、接触ユニットと基板との間の熱接触は、接触ユニット自体の蓄熱能力よりも、冷却または加熱に関する役割が少なく、このことは最終的には接触ユニットのために選択される重量および材料に反映される。一般に、接触ピンは、固体銅または良好な伝導率を有する他の材料から成るものであってもよい。好ましくは、接触ユニットは、相変化材料（ＰＣＭ）を含んでいてもよく、相変化材料は接触温度を固定し、接触時に瞬時の冷却または加熱を可能にする。高い温度勾配にはこのようにして到達することができ、冷却時のはんだ堆積物の内側領域から外側領域へのはんだ固化挙動、またははんだ堆積物の外側から内側への溶融挙動の最適化された調整を達成することができる。基板における接触ユニット間の熱伝導接続は、特に、接触ユニットの初期温度を再設定する際に、１つの構成部品から次の構成部品に変化するとき、役割を果たす。
【００３４】
本発明の好適な実施形態に従えば、接触ピンは、機械的に、空気圧式で、油圧式で、または電磁気的に調整可能である。弾性材料またはばね要素の使用による接触ピンまたは接触ユニットの上述の受動的調整機能に代えて、アクチュエータを用いた接触ピンの能動的制御もしたがって可能である。ここで、各接触ピンは、別個に調整可能であってもよく、または複数の接触ピンが、基板に対して調整可能な接触ユニット担持体上に弾性的にまたは剛体的に配設可能であってもよい。
【００３５】
本発明のさらなる実施形態に従えば、接触ピンはそれぞれが複数の接触ピンを含む少なくとも１つの群に配設され、非圧縮状態において、特に、基板に対する群の接触ピンの接触面の相対距離が、該群における接触ピンの位置に対して内側から外側に減少する。非圧縮状態とは、接触ピンと構成部品および／または構成部品と熱接触する担持板との間に作用する圧縮力がない、または空気圧式、油圧式または電磁アクチュエータから接触ピン上への圧力がない状態をいう。本実施形態によって、構成部品または担持板と基板との間の距離に応じて、接触ピン群の有効接触面積を変化させることができることを保証することができる。基板が構成部品または担持板に接近すると、１つの接触ピンだけまたは少数の接触ピンが最初に構成部品または担持板に接触する。構成部品または担持板と基板との間の距離が減少すると、群内でさらに離れている接触ピンは、構成部品または担持板と次々に熱接触する。非圧縮状態における異なる距離は、たとえば異なる長さの接触ピンの使用によって、すなわち異なる長さのスリーブおよび／または螺旋ばねによって達成することができる。群の輪郭は、はんだ付け対象の構成部品に一致可能であり、たとえば群の外周は円形状または多角形状であってもよい。
【００３６】
好ましくは、基板は、はんだ付け対象の構成部品に対面する側に湾曲し、特に、はんだ付け対象の構成部品に、またははんだ付け対象の構成部品を搬送する担持板に相補的である形状を有する。このようにして、異なる長さを有しなければならない接触ユニットなしで、接触ユニットができるだけ同時に構成部品または担持板に接触することができることが保証される。接触ユニットが後退引き込み可能な位置に配設することができる場合、基板の曲率は、基板ができるだけ全領域にわたってはんだ付け対象の構成部品または担持板に接触することを可能にする。
【００３７】
熱伝達装置がさらに熱源および／またはヒートシンクを含む場合、基板が熱源および／またはヒートシンクに熱伝導接触することが有利であることが分かっている。たとえば、基板は、随意に、熱源またはヒートシンクに接触してもよく、あるいは、熱源またはヒートシンクを有する１つの構造ユニットを形成してもよい。さらに、熱源およびヒートシンクは１つの装置に組み合わせ可能である。熱源またはヒートシンクとしてのそれぞれの機能は、たとえば、冷却剤または加熱剤がこの装置を通って選択的に流れることができる、または加熱装置を作動させることができることで達成可能である。
【００３８】
好ましくは、耐熱流体、たとえば液体金属、特に液体はんだ、シリコン油を含む熱媒油または高熱伝導性エラストマを、加熱剤または冷却剤として用いてもよい。相変化材料を、基板または接触ユニットに用いることもできる。接触ユニットと基板との間の接続は、たとえば、固相線温度において溶融し、したがって一種の相変化材料を表す予め形成されたパレットレットによって確立可能である。接触ユニットと熱源／ヒートシンクとの間の熱抵抗は、このようにして最適化される。
【００３９】
本発明は、補助的な態様において、熱源および／またはヒートシンクを含む少なくとも１つの熱伝達装置であって、基板が熱源および／またはヒートシンクに熱接触する、熱伝達装置と、少なくとも１つのはんだ付け対象の構成部品が固定可能である構成部品ホルダとを含み、構成部品ホルダと基板とが、結果として接触ユニットの接触面が随意にはんだ付け対象の構成部品に熱伝導接触することができ、接触面と構成部品に対面する基板の表面との間の相対距離が変化可能であるように、互いに対して再配設可能である、はんだ付け機に関する。はんだ付け機は、特に、いくつかの熱伝達装置を含んでもよく、たとえば熱伝達装置は加熱装置として設計され、熱源に接触し、さらなる熱伝達装置は冷却装置として設計され、ヒートシンクに接触する。構成部品が固定されている構成部品ホルダは、随意に、これらの熱伝達装置に熱接触可能であり、熱伝達装置および／または構成部品ホルダは、適切に再配設可能に構成されてなる。
【００４０】
原則として、構成部品は直接はんだ付け可能である。一般に、構成部品は、輸送および取扱いのために使用される構成部品フレームとしての構成部品担持体に囲われており、したがって、別の担持体構成部品を必要としない。。構成部品は、押圧装置または締め付け装置によって構成部品フレームに固定可能である。しかしながら、構成部品ホルダが、はんだ付け対象のための支持体としての担持板と、少なくともはんだ付け対象の構成部品を担持板に対して、特にばね負荷によって押圧するように構成されてなる押圧装置とを含むならば、接触ユニットの接触面と、はんだ付け対象の構成部品との間の熱接触を確立するためには有利であることが分かっており、その場合、担持板は、接触ユニットが通過する少なくとも１つの通路を有している。構成部品ホルダによって、少なくとも１つのはんだ付け対象の構成部品は、簡単な方法で固定可能であり、この場合、担持板に位置する構成部品は、たとえば底板、基体担持体などであってもよい。担持板に位置する構成部品を押圧することは、直接的に、すなわち押圧装置の構成部品との直接接触によって、または間接的に、たとえば担持板に位置する構成部品に接続されるべきであり、押圧装置に接触するさらなる構成部品を用いて行うことができる。
【００４１】
担持板を使用することによって、構成部品ホルダにおけるはんだ付け対象の構成部品の寸法への適応が単純化される。基板におけるはんだ付け対象の構成部品への適応も単純化される。
すなわち、底板として作用する構成部品が、基板に対面する側への熱反りを補償するように湾曲する場合、たとえば、構成部品の曲率に相補的である構成部品に対面する側に曲率を有する担持板を用いることができ、また、基板に対面する、担持板の他方側は平面状に構成されてなる。したがって、一般に利用可能な基板を用いることができる。担持板の形状だけを、支持対象の構成部品に適応させればよい。
【００４２】
はんだ付け機の好適な実施形態に従えば、構成部品ホルダおよび基板は、互いに対してさらに再配設可能であり、構成部品ホルダおよび／または熱伝達装置は、構成部品ホルダおよび基板が互いに近づくにつれて、はんだ付け対象の構成部品状の接触ユニットによって力が付与され、はんだ付け対象の構成部品が支持板から持ち上がるように構成されてなる。
【００４３】
いくつかの状況においては、はんだ付け対象の構成部品が担持板に対して押圧される押圧力が減少または除去されるように、押圧装置が制御または作動される必要がある。したがって、押圧装置の押圧力が、調整可能であることが考えられ、たとえば電磁気的に、電気機械的に、または何か別の方法で、調整可能にすることが考えられる。一般に、押圧装置の押圧力は、担持板からの構成部品の意図しない持ち上がりを防ぐために、ばね力または接触ユニットからの接触圧力を上回っている。たとえば、上述の実施形態に従った熱伝達装置は、接触ユニットが再配設可能に凹部内に設けられ、これらの凹部内において後退位置にまで下がることができ、基板が担持板にその表面の少なくとも大部分にわたって接触するように設計可能である。したがって、基板と、担持板上に位置するはんだ付け対象の構成部品との間の広域熱交換がこの位置において達成され、ここでこの熱交換が担持板を介して間接的に行われる。したがって、構成部品の一様な加熱が、この後退位置において達成可能である。その後、押圧装置によって付与される押圧力を減少させることができ、担持板に位置する構成部品は、それに続く冷却のために、ばね負荷または弾性接触ユニットによって付与される力によって担持板から持ち上げられる。
【００４４】
好ましくは、構成部品ホルダは、さらに少なくとも１つの蓄熱ストリップを有しもよく、該蓄熱ストリップは、はんだ付け対象の構成部品、特に、構成部品の縁部領域と熱伝導接触してもよく、特に押圧装置が、蓄熱ストリップをばね負荷によってはんだ付け対象の構成部品上に押圧するように設計されてもよい。蓄熱ストリップは、好ましくは担持板とは反対側のはんだ付け対象の構成部品の側に配設される。蓄熱ストリップは、構成部品の有効熱容量を局所的に上昇させることができ、このように、はんだ付け対象の構成部品の表面にわたって定義可能な温度勾配を形成することができ、または代わりに、たとえば構成部品の縁部領域において増加する放熱に由来する不所望な温度勾配を補償することができる。たとえば、蓄熱ストリップは、はんだ付け対象の構成部品の縁部領域に配設可能であり、構成部品が基板との接触または接触ユニットとの接触によって冷却されるとき、この温度勾配は、縁部領域のはんだが構成部品の中央よりもより遅く固化するという結果を生じ、まだ液体であるはんだは、固化中、外側から内側に流れることができ、はんだのキャビティまたはクラックの形成が回避される。さらに、蓄熱ストリップは、はんだプレフォームまたははんだ付着物および／またはさらなる構成部品の位置決めを容易にする。蓄熱ストリップは、底板の曲率に調整可能である。
【００４５】
たとえば、はんだ付け対象の構成部品は、この温度勾配を形成するために、上述のように担持板から持ち上がることができ、冷却は接触ユニットを介してのみ行われる。はんだ材料が完全に固体になる固相線温度を下回った後、この持ち上げは反転可能であり、構成部品が再び担持板上に完全に位置し、構成部品は、その後ずっとほぼ一様に、したがって急速にさらに冷却される。
【００４６】
本発明のさらなる好適な実施形態は、説明および図面から明らかになる。
【００４７】
本発明は、図面を参照して、例示的な実施形態に基づいて以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一例示実施形態に従った複数の接触ユニットを備える基板の斜視図である。
【図２】さらなる例示実施形態に従った接触ユニットの平面図である。
【図３】接触ユニットの代替実施形態による、図２に従った接触ユニットを備える熱伝達装置の断面図である。
【図４】さらなる例示実施形態に従った接触ユニット群を側方および上方からみた図である。
【図５】本発明の一例示実施形態に従った接触ユニットの接触面の詳細図である。
【図６】本発明の一例示実施形態に従った担持板の平面図および斜視図である。
【図７】本発明の一例示実施形態に従った基板の斜視図である。
【図８】本発明のさらなる例示実施形態に従った基板の斜視図および平面図である。
【図９】はんだ付け対象の構成部品、および蓄熱ストリップの様々な斜視図である。
【図１０】本発明のさらなる例示実施形態に従った構成部品ホルダおよび熱伝達装置の平面図および断面図である。
【図１１】本発明のさらなる例示実施形態に従った構成部品ホルダおよび熱伝達装置の斜視図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明の例示実施形態に従った熱伝達装置１０は、熱源またはヒートシンクと熱接触可能な矩形の基板１２を備える。矩形かつ熱伝導性弾性材料、たとえば金属粒子を組み込むエポキシ樹脂、または他の熱伝導性エラストマ材料からなる、６つの接触ユニット１４が基板１２の表面に配設される。基板１２は、図示しない構成部品担持体と、または直接構成部品と接触することができ、基板１２に取り付けられた接触ユニット１４は、高蓄熱のはんだが存在し、特に冷却対象の構成部品担持体の領域に最初に接触する。
【００５０】
図２は、接触ユニットのさらなる例示実施形態を示し、図３ａまたは図３ｃに示されるように、ばね付き接触ピン１６として設計可能である。接触ピン１６は、図３ａの実施形態に従えば、一方側が閉じた、銅からなる筒状の熱伝導性スリーブ１８を備え、スリーブ１８にはばね、たとえば螺旋ばねが装着される。スリーブ１８は、熱エネルギを受け入れる／解放するかつ蓄えるために高熱容量を付与するように作用する固体材料からなる部分と、ばね２０を受け入れるための止まり穴部とを含む。スリーブ１８の熱容量は、構成部品表面に接触するときに必要な温度勾配を確立するだけで十分であるように設計される。スリーブ１８の閉じた端面は、はんだ付け対象の構成部品と熱接触することができる接触面２４を構成する。図２に示される非圧縮状態において、ばね２０はスリーブ１８の開放端面から部分的に突出し、スリーブ１８と熱接触している。ばね２０の内部には、熱伝導性スタッド２２がスリーブ１８から突出しているばね２０の自由端に保持され、またばね２０に熱的に接続される。スタッド２２の端面は、ばね２０の自由端の端面と面一となる。
【００５１】
図３ａは、本発明のさらなる例示実施形態に従った熱伝達装置１１０を示し、図２に従った複数の接触ピン１６を備え、ここで、これらの接触ピン１６のただ１つが図３ａの断面図に示されている。熱伝達装置１１０は、貫通する孔または凹部３０を有する基板１１２を備え、そこに接触ピン１６が保持される。冷却板４８は、基板１１２の下方のヒートシンクとして設けられる。冷却板４８の代わりに、加熱板が熱源として設けられてもよく、熱源としてまたはヒートシンクとして随意に動作可能な他の板であってもよい。接触ピン１６は、冷却板４８上にばね２０の自由端が載置され、スタッド２２が冷却板４８に熱接触し、または冷却板４８に固定可能である。スリーブ１８は、基板１１２の上面から突出し、担持板２６の通路３２を通って延びる。担持板２６の機能は、以下により詳細に説明される。
【００５２】
スリーブ１８の接触面２４は、構成部品担持体または底板２８と熱接触し、この場合、底板２８上に、にはんだ付け対象のさらなる構成部品を配設可能である。これらのさらなる構成部品は、たとえば電気エネルギの整流または反転のためのハーフブリッジまたはフルブリッジとして使用可能な大電流半導体構成部品であってもよい。半導体構成部品は、導電性トラックが電気的接続を形成する金属化表面を有するセラミック基体に配設可能である。
【００５３】
図３ａに明確に示されるように、スリーブ１８は、ばね２０によって付与されるばね力に抗して基板１１２内に完全に後退させることができ、その結果、接触面２４は、実質的には基板１１２の他方の面と面一となる。ピン１６は、スタッド２２上に乗る。基板１１２が担持板２６により一層近づくと、構成部品および底板２８は担持板２６から持ち上げ可能である。
【００５４】
図３ａに対する代替案として、図３ｂは、複数の接触ユニット３１４を備える熱伝達装置のさらなる実施形態を示す。複数の接触ユニットは、共通の接触板３２１上に載置される群を形成するように一つにまとめられる。各接触ユニット３１４は、熱伝導性スタッド３１９を含む接触ピン３１６を備える。スタッド３１９は、接触面３２４と、その軸線方向の反対側に配設されるばね用タブ３２２とを有する。接触ばね３２０は、ばね用タブ３２３に装着され、接触板３２１に支持されている。接触ピン３１６は、基板３１２の凹部３３０に保持される。凹部３３０は、構成部品の方向において半径方向に狭窄する領域３２７を有し、スタッド３１９は、非圧縮状態において、凹部３３０の狭窄領域３２７に支持される半径方向突起３２５を有する。したがって、接触ピン３１６のばねの移動は、凹部３３０の半径方向狭窄３２７の位置、ばね用タブ３２３の長さおよび接触板３２１の位置によって規定される。接触板３２１は、基板３１２の下方に配設される加熱板または冷却板に熱接触することができる。したがって、接触ユニット３１４と基板３１２との間の熱デカップリング、または異なる温度が達成可能である。各接触ユニット３１４は、共通の接触板３２１に予め組み立てて、基板３１２内に挿入してもよく、この場合、これらの接触ユニット３１４は、各はんだプロセスに個別に適合させることが可能である。
【００５５】
冷却媒体は、または加熱板としての構成において、熱媒体は、所望の冷却または加熱効果をもたらすために、冷却板４８を通って流れてもよい。加熱板は、また電気抵抗加熱導体を含み、電気的に加熱することができる。にもかかわらず、ガス状または液体状であってもよい冷却媒体は、冷却板を通って流れることができ、または冷却板は、電気冷却素子、たとえばペルチェ素子を含んでもよい。
【００５６】
図４は、さらなる例示実施形態に従った接触ユニット群を示し、異なる長さを有する接触ピン１１６として設計されている。接触ピン１１６の構成は、図２の接触ピン１６の構成に対応し、ここで、接触ピン１１６のスリーブ１１８は、異なる長さを有している。接触ピン１１６のばね１２０の長さは、接触ピン１１６の異なる長さに適合可能である。熱伝導性スタッド１２２は、スリーブ１１８から突出するばね１２０の自由端１２０に設けられてもよい。
【００５７】
接触ピン１１６群は、円形状ユニットを形成し、接触ピン１１６の長さは、円の中心から外側に向かって減少し、その結果、接触ピン１１６群の上側は、円錐状の輪郭を呈する。にもかかわらず、接触ピン１１６は、同じ長さであってもよく、ばね１２０の長さはそれに対応して変化する。接触ピン１１６群が構成部品に接近すると、構成部品の中央領域が接触し、まず最初に冷却される。接近が継続すると、接触領域が継続的に成長する。温度勾配の細かな段階的制御がこのようにして達成可能であり、その結果、はんだ付け対象の構成部品の空間的および時間的に正確な冷却が達成可能である。
【００５８】
変形例に従えば、接触ピン１６（図２）または１１６（図４）の接触領域２４は、特に、弾性を有するもの、および／または湾曲するものとして設計可能である。
【００５９】
図５は、さらなる例示実施形態に従った接触ユニット１１４を示し、図１の熱伝達装置の接触ユニット１４と同様に、基板（図示せず）上に配設可能である。接触ユニット１１４は、弾性を有する熱伝導性材料からなり、非圧縮状態において、楕円形状の接触面１２４を有する。基板の構成部品担持体または底板１２８への接近の結果として、接触ユニット１１４の接触面１２４の小さな領域だけが、最初に底板１２８と熱接触する。接近が継続すると、接触ユニット１１４が変形し、その結果、底板１２４と接触している接触面１２４の領域が継続的に増加する。
【００６０】
本発明の例示実施形態に従ったはんだ付け機２００は、図１０および図１１を参照して以下に説明される。はんだ付け機２００は、熱伝達装置１１０（図３ａまたは図３ｂを参照）と、はんだ付け対象の構成部品が固定可能である構成部品ホルダ３６とを備える。はんだ付け対象の構成部品は、構成部品担持体として底板２８と、底板２８にはんだ付けされるべきさらなる構成部品４６とを含む。底板２８は、一列に配設された６つのはんだフィールド５０を有し、その上に構成部品４６が配設される。たとえばはんだペーストまたははんだプリフォームとして知られる型打ちされたはんだ要素の形態のはんだが、フラックスレスプロセスにおいて、構成部品４６と底板２８との間に設けることができる。あるいは、はんだ付け対象の構成部品のための一体化された小面積レセプタクルまたは対応して小さい底板を備える担持体フレーム３８を、底板２８に代えて使用可能であり、または底板もしくは複数の底板を、ピンによって押圧フレーム４０から懸架することが可能であり、すなわち浮かせて位置づけることが可能である。
【００６１】
図７は、熱伝達装置１１０の基板１１２を示す。基板１１２は、６群の接触ピン１６を含み、ここで、各群は、６つの同心円状に配設された接触ピン１６を含む。接触ピン１６群の配置は、底板２８のはんだフィールド５０の配置に一致させてなる。
【００６２】
構成部品ホルダ３６は、担持板２６が保持される担持体フレーム３８を含む。底板２８は、担持板２６に載置される。構成部品ホルダ３６は、ばねが装着された多数の押圧ピン４２を含む押圧フレーム４０をさらに含む。押圧フレーム４０は、担持体フレーム３８上に配設されたラッチ４４によって担持体フレーム３８上の適所に固定可能である。
【００６３】
特に図６に示されるように、担持板２６は、接触ピン１６と整列した通路３２を有し、その結果、接触ピン１６は、担持板２６のこれらの通路３２を介して底板２８と熱接触することができる。
【００６４】
蓄熱ストリップ３４は、底板２８の縁部領域に配設されていてもよく、これらは連続していてもよく、または図示されるように分割されていてもよい。蓄熱ストリップ３４は、蓄熱ストリップ３４を底板２８に、または押圧フレーム４０に整列させる、または固定するように機能する位置決めピン５２および位置決め孔５４を有する。蓄熱ストリップ３４は、蓄熱容量が局所的に増加するように機能し、これによって、底板２８のその縁部領域における増加する温度損失を補償し、または基板にわたって温度勾配を形成し、その結果、縁部領域がよりゆっくりと冷えることになる。この温度勾配の結果として、液体のままである底板２８の中央のはんだがまず冷却プロセス中に冷えて凝固するが、さらに外側の領域のはんだは、液体のままであり、空洞またはクラックの形成を防ぐために、そこから内方に流れることができる。冷却プロセスの終わりに、底板２８の縁部領域のはんだも凝固点に達する。
【００６５】
特に図１０ｂおよび図１１ｃに明確に示されるように、底板２８は、はんだ付けプロセスの結果として生じる応力を補償するために、予め湾曲されている。これは、はんだ付けプロセスが完了して冷却が生じた後に、底板２８が平坦であることを目的としており、このことは、湾曲形状から冷却するときに、バイメタルストリップのように平らな方向に歪む、はんだ付け対象の構成部品の異なる熱膨張係数によって達成される。
【００６６】
担持板２６と底板２８との間の良好な熱接触を確保するために、担持板２６には、凸の切欠きまたは凹部５６が設けられ、その曲率は、板２８の曲率に相補的であるように構成されてなる（特に図６ａおよび図１１ｂを参照）。また担持板２６の凹部５６とは反対側は、基板１１２の上側と同様に、好ましくは平面であり、これらの板間の全面積の接触を確実にする。
【００６７】
底板２８が構成部品ホルダ３６に挿入され、押圧フレーム４０がラッチ４４によって担持体フレーム３８に固定されるとき、底板２８は担持板２６に対して押圧ピン４２によって押圧され、その場合、押圧力が、少なくとも部分的に、構成部品４６および熱伝達ストリップ３４を介して間接的に伝達され、したがってこれらも底板２８に対して押圧されることになる。
【００６８】
熱伝達装置１１０が担持板２６に接近すると、まず、接触ピン１６だけが底板２８と熱接触し、その結果、接触ピン１６の領域における局所的冷却が達成される。接近が継続すると、接触ピン１６の接触面２４と基板１１２との間の距離が減少し、その結果、最終的に接触ピン１６が十分な程度に基板１１２の凹部３０に保持され、最終的に全面積接触が熱伝達装置１１０と担持板２６との間に、そして担持板２６と熱接触している底板２８とともに確立され、底板２８の大面積冷却を達成する。熱伝達装置１１０が担持板２６に接近すると、底板２８を担持板２６から持ち上げることができる。
【００６９】
担持板２６と底板２８との間の熱接触を遮断するために、ラッチ４４を部分的にまたは完全に解放することができ、その結果、押圧ピン４２によって付与される押圧力は減少しまたはさらに除去される。あるいは、押圧ピン４２の押圧力は、熱伝達装置１１０が担持板２６に接近すると、接触ピン１６が完全に後退し、基板１１２が担持板２６に対してさらに移動するとすぐに、底板２８が持ち上がる。熱伝達装置１１０が構成部品ホルダ３６に接近すると、底板２８は、接触ピン１６によって担持板２６から持ち上げられる。なぜなら、接触ピン１６のばね２０を圧縮させる反対の力が存在しないか、少なくとも、接触ピン１６が、仮にそうであるとしても、わずかに凹部３０に入るだけ程度に小さいからである。底板２８の担持板２６との熱接触が存在しないために、より正確に制御された冷却、または階段状の温度勾配が、接触ピン１６が接触する場所の領域において可能である。
【００７０】
図８は、本発明のさらなる例示実施形態に従った熱伝達装置２１０を示す。熱伝達装置２１０は、矩形の基板２１２を備え、その上面には、概略的に図示されている、多数の接触ユニット２１４が配設される。接触ユニット２１４は、接触ピン１６（図２および図３）または弾性材料からなる接触ユニット１１４（図５）に対応していてもよい。接触ユニット２１４が基板２１２上に配設される面積密度は、基板２１２の縁部に沿って最大であり、内方に向かって減少し、すなわち接触ユニット２１４間の間隔が外側から内側に向かって増加している。基板２１２の内側領域には接触ユニット２１４が存在しない。
【００７１】
この種の熱伝達装置２１０は、好ましくは、加熱プロセス中に熱伝達装置２１０と熱接触している底板（図示せず）上の温度勾配を防止するために、加熱板または熱源として使用してもよい。ここで、これは、自然に生じる温度勾配を防ぐことを目的としている。一般に、より低温の環境における加熱体は、中心よりも縁部領域、この場合、担持板２６または底板２８の縁部においてより冷たい。縁部におけるより高い熱伝達のために、この温度降下は反対に作用することができ、このようにして、熱分布のより高い均一性が加熱時に達成される。一般に、これは冷却プロセスにほとんど影響を及ぼさない。
【００７２】
図１に従った熱伝達装置１０を用いて、蓄熱ストリップ３４を備える底板２８（図９）を冷却するとき、６つの矩形の接触ユニット１４は、底板２８の中央領域に接触可能であり、その場合、底板に配設された構成部品は、縁部に配設された蓄熱ストリップ３４を介して底板２８と結合される。約２８０℃の初期温度において、約２００℃までの冷却を、接触ユニット１４の領域における選択的冷却によって達成することが可能であり、外側領域においては、そして、特に蓄熱ストリップ３４においては、温度は約５℃〜２０℃高い。かなりの時間の後、個々の構成部品は１００℃未満の温度にまで冷却され、一方、縁部領域は、特に蓄熱ストリップ３４は、有意により高い温度のままであることが可能である。この温度範囲において、勾配の制御はもはや本質的なことではなく、加えて、中央領域と縁部領域との間の温度差が低下する。その結果として、はんだ付け接続部は、内側から外側に向かって冷却されて凝固し、したがって、機械的応力が生じ得ず、生じた空洞またはクラックは、外側からのまだ熱いままのはんだの流入によって充填されることになる。このようにして、はんだ接続部の有意に改善された品質を達成することが可能である。
【００７３】
加熱対象の構成部品または底板２８，１２８の縁部に配設配設される接触ユニット２１４を加熱のために用いることが有利であると思われる。冷却のためには、接触ユニット１４，１１４または接触ピン１６，１１６を、構成部品または底板２８の中央の、はんだに利用される領域に配設することが可能である。好ましくは、加熱のための基板２１２の接触ユニット２１４、および冷却のための基板１２，１１２の接触ユニット１４，１１４または接触ピン１６，１１６は、構成部品に関してまたは底板２８，１２８に関して相補的であるように配設してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１１０，２１０，３１０  熱伝達装置
１２，１１２，２１２．３１２  基板
１４，１１４，２１４，３１４  接触ユニット
１６，１１６，３１６  接触ピン
１８，１１８  スリーブ
３１９  スタッド
２０，１２０，３２０  ばね
３２１  接触板
２２，１２２  スタッド
３２３  ばね用タブ
２４，１２４，３２４  接触面
３２５  半径方向スタッド突起
２６  担持板
３２７  半径方向凹部狭窄
２８，１２８  底板
３０，３３０  凹部
３２  通路
３４  熱伝達ストリップ
３６  構成部品ホルダ
３８  担持体フレーム
４０  押圧フレーム
４２  押圧ピン
４４  ラッチ
４６  構成部品
４８  冷却板
５０  はんだフィールド
５２  位置決めピン
５４  位置決め孔
５６  凹部
２００  はんだ付け機
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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