(57)【要約】【課題】放熱板にハウジングを接着する際に、ホットプレート上に放熱板を載せて接着剤を硬化させていたので、接着剤が昇温しにくく硬化するまでに長時間を要していた。【解決手段】発熱素子４を実装した基板３が接合される放熱板１と、該放熱板１のハウジング２とを接着する接着方法であって、放熱板１又はハウジング２に接着剤５を塗布した後に、該放熱板１とハウジング２とを重ね合わせ、接着剤５の塗布領域に相当する箇所に局所配置したヒータ１２にて、接着剤５を加熱硬化させる。【選択図】  図１
2004296645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子を実装した基板が接合される放熱板と、ハウジングとを接着する接着方法であって、
放熱板又はハウジングに接着剤を塗布した後に、該放熱板とハウジングとを重ね合わせ、
接着剤の塗布領域に相当する箇所にヒータを局所配置し、該ヒータにて接着剤を局所加熱して硬化させることを特徴とする接着剤の硬化方法。
【請求項２】
前記ヒータによる接着材の加熱硬化は、重ね合わせた放熱板とハウジングとを、ヒータを備える硬化治具に位置決めしつつセットして行うことを特徴とする請求項１に記載の接着剤の硬化方法。
【請求項３】
前記ヒータを、放熱板若しくはハウジング、又は重ね合わせた放熱板とハウジングとの間における、接着剤の塗布領域近傍へ着脱自在に挿入し、
接着剤の硬化後にヒータを抜き取ることを特徴とする請求項１に記載の接着剤の硬化方法。
【請求項４】
重ね合わせた放熱板及びハウジングがセットされる基台と、
セットされる放熱板及びハウジングの基台に対する位置決めを行う、基台から突出した位置決め部材と、
放熱板又はハウジングに塗布された接着材の塗布領域に合わせて基台に埋設されるヒータと、
ヒータを基台から突出する方向に付勢する付勢部材とを備えることを特徴とする接着剤の硬化治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子を実装した基板が接合される放熱板と、該放熱板のハウジングとを接着する接着剤の硬化方法及び硬化治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ用ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュールなどの制御機能を有するパワーモジュールでは、放熱等の問題から、発熱素子を実装した基板が放熱板に接合されている。放熱板には、基板を覆って保護するためのハウジングが、接着材により接着されている。この放熱板とハウジングとを接着するための接着材としては、熱硬化性の接着剤が用いられている。
そして、ハウジングを放熱板に接着する際には、接着材を塗布した放熱板にハウジングを重ね合わせ、その後ホットプレート上に放熱板を載せることで、放熱板を通じて接着剤を加熱して硬化する方法をとっていた。
【０００３】
また、放熱板と他の部材とを接着する方法としては、例えば、粘着テープにて接着された放熱板と基板との接着強度を向上させるために、熱硬化性接着剤を基板長手方向端部に塗布し、部分的に加熱して、放熱板の反りを増大させることなく熱硬化性接着剤を硬化させる技術が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２６２９号公報
【特許文献２】
特開平７−４０５６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く、放熱板にハウジングを接着する際に、ホットプレート上に放熱板を載せて接着剤を硬化させた場合は、接着剤の塗布領域だけでなく熱容量の大きい放熱板全体が加熱されるので、接着剤が昇温しにくく硬化するまでに長時間を要するという問題があった。
そこで、本発明においては、放熱板とハウジングとを接着する接着剤の硬化時間を短縮し、短時間で硬化可能な接着剤の硬化方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の接着剤の硬化方法及び硬化治具は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１においては、素子を実装した基板が接合される放熱板と、該放熱板のハウジングとを接着する接着方法であって、放熱板又はハウジングに接着剤を塗布した後に、該放熱板とハウジングとを重ね合わせ、接着剤の塗布領域に相当する箇所にヒータを局所配置し、該ヒータにて接着剤を局所加熱して硬化させるものである。
これにより、接着剤の塗布領域の近傍のみをヒータにて加熱することが可能となり、余分な箇所へ逃げてしまうヒータからの熱量を大幅に減少することができる。そして、ヒータからの熱を効率良く接着剤へ伝達することができて、接着剤の硬化時間を短縮することができる。
【０００７】
また、請求項２においては、前記ヒータによる接着材の加熱硬化は、重ね合わせた放熱板とハウジングとを、ヒータを備える硬化治具に位置決めしつつセットして行うものである。
これにより、放熱板とハウジングとの相対位置、及びヒータによる加熱範囲を、簡易な構成で正確に位置合わせすることができ、より効率良く接着剤の硬化を行うことができる。
【０００８】
また、請求項３においては、前記ヒータを、放熱板若しくはハウジング、又は重ね合わせた放熱板とハウジングとの間における、接着剤の塗布領域近傍へ着脱自在に挿入し、接着剤の硬化後にヒータを抜き取るものである。
これにより、該ヒータにより接着剤を局所的かつ直接的に加熱することができ、ヒータからの熱の逃げを大幅に減少させて効率的な加熱を行うことが可能となる。
また、ヒータを支持したり放熱板を載置したりするための基台を必要としないので、加熱設備の簡素化を図ることもできる。
【０００９】
また、請求項４においては、接着剤の硬化治具は、重ね合わせた放熱板及びハウジングがセットされる基台と、セットされる放熱板及びハウジングの基台に対する位置決めを行う、基台から突出した位置決め部材と、放熱板又はハウジングに塗布された接着材の塗布領域に合わせて基台に埋設されるヒータと、ヒータを基台から突出する方向に付勢する付勢部材とを備えるものである。
これにより、加熱時にヒータと放熱板とを密着させることができて、さらに効率良く接着剤への熱の伝達を行うことができ、接着剤の硬化時間短縮を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の接着剤の硬化方法により接着される放熱板及びハウジングと、硬化治具とを示す斜視図、図２は放熱板及びハウジングを硬化治具にセットした状態を示す斜視図、図３は放熱板及びハウジングがセットされた状態の硬化治具を示す側面断面図、図４は接着剤の硬化工程を示す図、図５は第二の実施形態における放熱板及びハウジングとヒータとを示す斜視図、図６は放熱板及びハウジングを重ね合わせてヒータを挿入した状態を示す斜視図、図７は（ａ）は放熱板の下側ヒータ溝とハウジングの上側ヒータ溝とで形成された孔にヒータが挿入された状態を示す部分拡大斜視図、（ｂ）は放熱板の下側ヒータ溝とハウジングの上側ヒータ溝とで形成された孔からヒータを抜き取った状態を示す部分拡大斜視図、図８はヒータを挿入する孔を形成した放熱板を示す斜視図である。
【００１１】
本発明にかかる接着剤の硬化方法は、素子を実装した基板が接合される放熱板と、放熱板に接着されるハウジングとを、重ね合わせた状態で硬化治具にセットし、放熱板又はハウジングに塗布された接着剤を、硬化治具に備えられたヒータにて、局所的に加熱して硬化させるものである。
【００１２】
まず、接着剤の硬化方法の第一の実施形態について説明する。
図１に示すように、ハウジング２が接着される放熱板１の上面には、発熱素子４を実装した基板３がはんだ付け等により接合されている。放熱板１は、発熱素子４の動作時に発熱する熱を、効率良く放熱するためのものである。
放熱板１とハウジング２とを接着するための接着剤５は、放熱板１の上面におけるハウジング２との接着領域に対応した箇所に塗布されており、例えば、放熱板１上面の周縁部に、ディスペンサによる塗布やスクリーン印刷による塗布等の公知の塗布方法により塗布されている。
【００１３】
硬化治具７は、重ね合わせた状態の放熱板１とハウジング２とがセットされる基台１１と、基台１１から上方へ突出し、セットされる放熱板１及びハウジング２の基台１１に対する位置決めを行う位置決め部材である位置決めピン１３・１３と、基台１１に埋設されるヒータ１２と、ヒータ１２を基台１１から突出する方向に付勢する付勢部材としての押上部材１５とを備えている。
【００１４】
基台１１に埋設されるヒータ１２は、図２に示すように、放熱板１及びハウジング２を硬化治具７にセットした状態にて、基板１又はハウジング２に塗布された接着材５の塗布領域に対応する位置に配置されている。
位置決めピン１３・１３は複数箇所に設けられており、放熱板１及びハウジング２には、位置決めピン１３を挿入可能な位置決め孔１ａ・２ａが、位置決めピン１３の数量及び配置位置に合わせて、それぞれ形成されている。
【００１５】
図３に示すように、硬化治具７の基台１１には、ヒータ１２を配設する位置に合わせてヒータ埋設穴１１ａが形成されており、該ヒータ埋設穴１１ａにはヒータ押上ブロック１４が上下摺動自在に嵌装されている。
ヒータ押上ブロック１４の上面側にはヒータ埋設用溝１４ａが形成されており、該ヒータ埋設用溝１４ａには、断熱材１６を介してヒータ１２が埋設されている。ヒータ１２の上端は、ヒータ１２に上方からの力が加わらない自然状態では、ヒータ押上ブロック１４の上面よりも上方に位置している。
【００１６】
また、ヒータ埋設穴１１ａの底部には、ヒータ押上ブロック１４を上方に付勢して押し上げるための押上部材１５が備えられている。押上部材１５は、本実施形態では皿ばねを用いているが、圧縮ばねや板ばね等のその他のばね部材や、耐熱性のゴム部材等、ヒータ押上ブロック１４を弾性的に上方付勢し得るものであればよい。
ヒータ押上ブロック１４は押上部材１５により上方に押し上げられ、上方から力が加わらない自然状態では、ヒータ１２の上端が基台１１の上面よりも上方に位置するように構成されている。
【００１７】
このように構成される硬化治具７を用いて、放熱板１とハウジング２とを接着する接着剤５は、以下の方法により硬化される。
まず、放熱板１上面のハウジング２が接着される所定領域に、接着剤５を塗布し、接着剤５を塗布した放熱板１に、上方からハウジング２を重ね合わせる。この際、放熱板１とハウジング２との相対位置を、最終的に接着する位置に位置合わせしておくことが望ましい。
【００１８】
重ね合わせた放熱板１とハウジング２の位置決め孔１ａ・２ａを位置決めピン１３・１３に挿入しつつ、該放熱板１とハウジング２とを硬化治具７上に載置してセットする。
位置決め孔１ａ・２ａを位置決めピン１３・１３に挿入することで、放熱板１とハウジング２の相対位置、及び塗布された接着剤５とヒータ１２との相対位置が正確に位置決めされる。
【００１９】
基台１１上に載置した放熱板１及びハウジング２に対して、上方から荷重をかける。
この状態では、ヒータ１２が放熱板１の下面に圧接するとともに、接着剤５が硬化するのに十分な温度となっており、接着剤は放熱板１を介してヒータ１２により加熱・硬化される。
【００２０】
この場合、ヒータ１２は押上部材１５により上方に押し上げられ、放熱板１及びハウジング２は下方への荷重がかけられた状態であるので、該ヒータ１２が放熱板１の下面に密着して、ヒータ１２からの熱は効率的に接着剤５へ伝達される。
また、ヒータ１２は、接着剤５の塗布領域の下方にのみ配置されていて、不要な領域を加熱することがないため、放熱板１の加熱面積を少なくして、効率良く接着剤５へ熱を伝達して昇温させることができ、硬化時間の短縮及び硬化に要するエネルギーを減少することができる。
【００２１】
ヒータ１２の加熱により接着剤５が硬化硬化すると、放熱板１及びハウジング２にかけていた荷重を解き、該放熱板１及びハウジング２を硬化治具７から取り外す。
【００２２】
このように、放熱板１又はハウジング２に接着剤５を塗布した後に、該放熱板１とハウジング２とを重ね合わせ、接着剤４の塗布領域に相当する箇所にヒータ１２を局所配置し、該ヒータ１２にて接着剤５を加熱硬化させることで、接着剤４の塗布領域の近傍のみをヒータ１２にて加熱することが可能となって、余分な箇所へ逃げてしまうヒータ１２からの熱を大幅に減少することができる。
これにより、ヒータ１２からの熱を効率良く接着剤５へ伝達することができて、接着剤５の硬化時間を短縮することができる。
【００２３】
また、前記ヒータ１２による接着材５の加熱硬化は、重ね合わせた放熱板１とハウジング２とを、ヒータ１２が設けられる硬化治具７に位置決めしつつセットして行うので、放熱板１とハウジング２との相対位置、及びヒータ１２による加熱範囲を、簡易な構成で正確に位置合わせすることができ、より効率良く接着剤５の硬化を行うことができる。
【００２４】
さらに、硬化治具７は、放熱板１及びハウジング２がセットされる基台１１と、放熱板１及びハウジング２の基台１１に対する位置決めを行う、基台１１から突出した位置決めピン１３・１３と、放熱板１又はハウジング２に塗布された接着材５の塗布領域に合わせて基台１１に埋設されるヒータ１２と、ヒータ１２を上方へ押し上げる方向に付勢する押上部材１５とを備えるので、加熱時にヒータ１２と放熱板１とを密着させることができて、さらに効率良く接着剤５への熱の伝達を行うことができ、接着剤５の硬化時間短縮を図ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態の接着剤の硬化方法を、放熱板１とハウジング２との接着剤硬化工程に適用した例について説明する。
接着剤硬化工程では、まず、図４（ａ）に示すように、ディスペンサ等により接着剤が所定領域に塗布された放熱板１の上方からハウジング２が供給される。
図４（ｂ）に示すように、ハウジング２は、コンベア２１上で放熱板１と重ね合わされ、該コンベア２１により硬化治具７の配置位置まで搬送される。
【００２６】
硬化治具７はコンベア２１の下方に配置されており、硬化治具７の配置位置におけるコンベア２１の上方には受け台２３が配設されている。硬化治具７はシリンダ２２ａ・２２ａを介して支持台２２に支持されており、該シリンダ２２ａ・２２ａの伸縮により上下移動可能となっている。
そして、重ね合わされた放熱板１とハウジング２とが硬化治具７の位置まで搬送されると、シリンダ２２ａ・２２ａを伸長して硬化治具７を上昇させる。
【００２７】
図４（ｃ）に示すように、硬化治具７の上昇により、位置決めピン１３・１３にて放熱板１及びハウジング２とヒータ１２との位置合わせが行われるとともに、放熱板１及びハウジング２を硬化治具７と受け台２３とで挟み込んで、ヒータ１２を放熱板１の下面に密着させることができる。
この状態を、接着剤５が硬化するまでの所定時間保持する。
【００２８】
図４（ｄ）に示すように、放熱板１に密着させたヒータ１２の加熱により接着剤５が硬化すると、シリンダ２２ａ・２２ａを縮小して硬化治具７を下降させ、接着された放熱板１とハウジング２とを、コンベア２１にて搬出する。
このように、接着剤５の塗布、放熱板１とハウジング２との重ね合わせ、接着剤５の硬化、及び接着剤硬化後の放熱板１とハウジング２との搬出を、自動化・ライン化することができる。
【００２９】
次に、接着剤の硬化方法の第二の実施形態について説明する。
図５に示すように、放熱板５１の上面中央部には発熱素子４を実装した基板３が接合されている。該放熱板５１の上面における周縁部近傍には、各辺に沿って下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・が形成されており、各下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・の両側には接着剤５が塗布されている。
【００３０】
放熱板５１に接着されるハウジング５２の下面には、放熱板５１の下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・の位置に合わせて上側ヒータ溝５２ａ・５２ａ・・・が形成されている。
放熱板５１とハウジング５２とを重ね合わせると、放熱板５１の下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・及びハウジング５２の上側ヒータ溝５２ａ・５２ａ・・・により、ヒータ６２を収容可能な断面視略円形状の孔が形成されることとなる。
【００３１】
このように形成される放熱板５１及びハウジング５２を接着する場合には、まず、放熱板５１の下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・の両側に接着材５を塗布し、各下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・にそれぞれヒータ６２を置く。
図６に示すように、下側ヒータ溝５１ａ・５１ａ・・・にヒータ６２をセットした後、放熱板５１にハウジング５２を重ね合わせて、上方から荷重をかける。この状態では、ヒータ６２は、図７（ａ）に示すように、下側ヒータ溝５１ａと上側ヒータ溝５２ａとで形成された孔に挿入された状態となっている。
【００３２】
この孔に挿入された状態でヒータ６２を加熱し、加熱状態を接着材５が硬化するまでの間、保持する。
図７（ｂ）に示すように、接着材５の硬化後は、ヒータ６２を孔から抜き取って、接着された放熱板５１とハウジング５２が完成する。
【００３３】
このように、重ね合わされる放熱板５１とハウジング５２との間の、接着材塗布領域近傍に、ヒータ６２を挿入して接着材を硬化させることで、該ヒータ６２により接着剤５を局所的かつ直接的に加熱することができ、ヒータ６２からの熱の逃げを大幅に減少させて効率的な加熱を行うことが可能となる。
また、ヒータ６２を支持したり放熱板１を載置したりするための基台を必要としないので、加熱設備の簡素化を図ることもできる。
【００３４】
なお、図８に示すように、接着剤５の塗布領域の下方に位置するヒータ挿入孔７１ａ・７１ａ・・・を、放熱板７１の側面から形成し、該ヒータ挿入孔７１ａにヒータ６２を挿入して接着剤５を局所的に加熱して硬化することもできる。
同様に、ハウジング５２の下面に接着剤５を塗布し、ハウジング６２における接着剤５の塗布領域の近傍にヒータ６２を挿入するための孔を形成して、接着を行うように構成することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、
ヒータにより接着剤を直接的に加熱して、ヒータからの熱を効率良く接着剤へ伝達することができる。
これにより、ヒータからの熱の逃げを大幅に減少させて効率的な加熱を行うことが可能となって、接着剤の硬化時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接着剤の硬化方法により接着される放熱板及びハウジングと、硬化治具とを示す斜視図である。
【図２】放熱板及びハウジングを硬化治具にセットした状態を示す斜視図である。
【図３】放熱板及びハウジングがセットされた状態の硬化治具を示す側面断面図である。
【図４】接着剤の硬化工程を示す図である。
【図５】第二の実施形態における放熱板及びハウジングとヒータとを示す斜視図である。
【図６】放熱板及びハウジングを重ね合わせてヒータを挿入した状態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は放熱板の下側ヒータ溝とハウジングの上側ヒータ溝とで形成された孔にヒータが挿入された状態を示す部分拡大斜視図、（ｂ）は放熱板の下側ヒータ溝とハウジングの上側ヒータ溝とで形成された孔からヒータを抜き取った状態を示す部分拡大斜視図である。
【図８】ヒータを挿入する孔を形成した放熱板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  放熱板
２  ハウジング
３  基板
５  接着剤
７  硬化治具
１１  基台
１２  ヒータ
１３  位置決めピン
１５  押上部材
【図１】
2004296645.tif 000003
【図２】
2004296645.tif 000004
【図３】
2004296645.tif 000005
【図４】
2004296645.tif 000006
【図５】
2004296645.tif 000007
【図６】
2004296645.tif 000008
【図７】
2004296645.tif 000009
【図８】
2004296645.tif 000010