(57)【要約】【課題】加熱対象物等の寸法公差により生じる加熱対象物の加熱のばらつきを抑制することができ、容易に高周波誘導加熱方式の半田付けを行うことができる半田付け装置を提供する。【解決手段】コア２０は、端面同士が対向するＣ型コアであり、断面コ字状をなす本体部２０ａと、本体部２０ａの両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びる対向端面部２０ｂとを備えている。加熱対象物としての錘１７はコア２０の対向する端面２０ｃ，２０ｄ間に位置する。高周波加熱コイル２１による高周波誘導加熱によって錘１７が加熱され、回路基板１１の金属回路において半田を溶融させて半導体素子１２を半田付けする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半田付け部を有するワークの半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置であって、
高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、
前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に離間して配置され、前記高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに発生する磁束を収束して前記加熱対象物に導くコアと、
を備え、
前記コアは、端面同士が対向するＣ型コアであり、前記加熱対象物は前記コアの対向する端面間に位置する
ことを特徴とする半田付け装置。
【請求項２】
前記コアは、断面コ字状をなす本体部と、該本体部の両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びる対向端面部とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の半田付け装置。
【請求項３】
前記半田付け装置は電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイルを備え、前記コアは複数の加熱対象物それぞれに対応するように複数個設けられ、各コアは前記電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイルを跨ぐように配置されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半田付け装置。
【請求項４】
前記コアに前記高周波加熱コイルを直接巻回した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半田付け装置。
【請求項５】
前記コアの端面の大きさは、前記加熱対象物における磁路形成部の大きさよりも大きくなっている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半田付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導加熱方式の半田付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板上に半導体素子やチップ抵抗、チップコンデンサ等の電子部品を実装する場合、回路基板と電子部品とを半田を介して接合する方法が一般的である。また、従来、セラミック基板の表面に配線層となる金属板を接合するとともに裏面に接合層となる金属板を接合し、表面側の金属板には半導体素子を接合する一方で、裏面側の金属板には半導体素子の発する熱を放熱する放熱装置（ヒートシンク）を接合してモジュール化した半導体モジュールが知られている。この種の半導体モジュールでは、表面側の金属板に対して半導体素子を半田付けにより接合している。
【０００３】
また、銅箔を配線したプリント基板に表面実装形の電子部品の電極を半田付けするプリント基板と電子部品の半田付け装置において、誘導加熱で半田を溶融させて行う装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
高周波誘導加熱方式の半田付け装置の一例を図８に示す。図８においてセラミック基板１００に電子部品を半田付けすべく、セラミック基板１００の上面や半田を介して設置された電子部品に接触する加熱用治具１１０が搭載され、加熱用治具１１０の上方に、コイル１３０及び該コイル１３０を跨ぐ高透磁率のコア１２０が配置される。コア１２０は、その端面１２０ａを加熱用治具１１０の上面１１０ａと対向させており、端面１２０ａと加熱用治具１１０の上面１１０ａとが所定の間隔Ｌ１離間するような状態で配置されている。そして、コイル１３０に高周波電流を通電することによりコイル１３０の周囲に発生した磁界がコア１２０で収束され、コア１２０及びコア１２０の端面１２０ａと対向する加熱用治具１１０を通る磁路が形成される。即ち、コイル１３０を跨ぐように配置されるコア１２０の端面１２０ａが加熱用治具１１０の上面１１０ａと対向しているため、コア１２０で収束された磁束は、図８に矢印に示されるように加熱用治具１１０の上面１１０ａ側より加熱用治具１１０に入るのである。このようにしてコア１２０の下の加熱用治具１１０を加熱してセラミック基板１００において半田付けを行う。
【特許文献１】特開平８−２９３６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、半田付け装置におけるコア１２０の装置下面からの高さを一定とし、コイル１３０に供給する高周波電流の大きさを一定とした場合、図９（ａ），（ｂ）に示すように、加熱用治具１１０の厚さについての寸法がばらつく。あるいは、セラミック基板１００の厚さについての寸法がばらつく。さらには、セラミック基板１００の厚さの寸法と加熱用治具１１０の厚さの寸法の両方がばらつく。このようにセラミック基板１００や加熱用治具１１０等の寸法がばらつくことにより、加熱用治具１１０上面１１０ａとコア１２０の端面１２０ａとの距離Ｌ１が変動し、加熱用治具１１０の昇温速度がばらついてしまう。つまり、図９（ｂ）のように距離Ｌ１が短いと加熱用治具１１０を通過する磁束の大きさが大きくなるため、加熱用治具１１０の昇温速度は大きくなるが、図９（ａ）のように距離Ｌ１が長くなると加熱用治具１１０を通過する磁束の大きさが小さくなるため昇温速度は小さくなる。
【０００６】
また、加熱用治具１１０の上面１１０ａとコア１２０の端面１２０ａとの距離Ｌ１が常に一定となるように半田付け装置を調整することは、半田付け作業を複雑にしてしまう。
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、加熱対象物等の寸法公差により生じる加熱対象物の加熱のばらつきを抑制することができ、容易に高周波誘導加熱方式の半田付けを行うことができる半田付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、複数の半田付け部を有するワークの半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置であって、高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に離間して配置され、前記高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに発生する磁束を収束して前記加熱対象物に導くコアと、を備え、前記コアは、端面同士が対向するＣ型コアであり、前記加熱対象物は前記コアの対向する端面間に位置することを要旨とする。
【０００８】
この発明では、高周波加熱コイルを流れる高周波電流により、コア内部を通過してコアの一方の端面から加熱対象物を通ってコアのもう一方の端面に向かう磁路が形成されて、加熱対象物を通過する磁束による誘導現象により加熱対象物が加熱される。即ち、加熱対象物における磁束の流れに直交する方向の寸法ばらつきは磁束の通過方向に対し直交する変動となるので、加熱対象物の前記寸法がばらついたとしても加熱対象物を通過する磁束の大きさは変化しない。従って、加熱対象物の加熱のばらつきは小さくなる。また、従来（図８、図９（ａ），（ｂ）参照）では加熱用治具１１０の上面１１０ａとコア１２０の端面１２０ａとの距離Ｌ１が常に一定となるように半田付け装置を調整することは半田付け作業を複雑にしてしまっていたが、本発明では煩雑な半田付け装置の調整を不要にすることができる。この加熱対象物の加熱に伴いワークの半田付け部において半田が溶融して電子部品が半田付けされる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半田付け装置において、前記コアは、断面コ字状をなす本体部と、該本体部の両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びる対向端面部とを備えている。
【００１０】
この発明では、端面同士が対向するＣ型コアを構成することができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の半田付け装置において、前記半田付け装置は電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイルを備え、前記コアは複数の加熱対象物それぞれに対応するように複数個設けられ、各コアは前記電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイルを跨ぐように配置されている。
【００１１】
この発明では、各コアを通る磁束を揃えることができ、各コアに対応する各加熱対象物における加熱のばらつきをより小さくすることができる。
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の半田付け装置において、前記コアに前記高周波加熱コイルを直接巻回した。
【００１２】
この発明では、高周波加熱コイルを流れる高周波電流により発生した磁束はコアを通り、コアにおける対向する端面から加熱対象物に対して流れ、加熱対象物を通過する磁束による誘導現象により、加熱対象物を加熱することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半田付け装置においてコアの端面の大きさは、前記加熱対象物における磁路形成部の大きさよりも大きくなっている。
【００１４】
この発明では、コアの端面の大きさを加熱対象物等の寸法バラツキを許容する大きさに設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、加熱対象物等の寸法公差により生じる、加熱対象物の加熱のばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１及び図２は、車両の走行用モータの駆動装置に使用される電子機器の部品となる半導体モジュール１０を示している。図１は半導体モジュール１０の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【００１７】
図１，２に示すように、半導体モジュール１０は、回路基板１１と、回路基板１１上に半田付けにより接合された電子部品としての複数の半導体素子１２とを備えている。回路基板１１は、表面に金属回路１３を有する複数のセラミック基板１４が金属製のヒートシンク１５に金属板１６を介して一体化された冷却回路基板である。各セラミック基板１４上にはそれぞれ４個の半導体素子１２が半田付けされている。
【００１８】
前記半導体素子１２は、金属回路１３に接合（半田付け）されている。図２における符号「Ｈ」は、半田層を示している。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられている。また、金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅などで形成されている。
【００１９】
ヒートシンク１５は平面視矩形状をなし、ヒートシンク１５の長辺方向に複数のセラミック基板１４が一体化され、ヒートシンク１５の短辺方向に２枚のセラミック基板１４が一体化されている。また、ヒートシンク１５は冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
【００２０】
図３，４には半田付け装置を示す。図３は半田付け装置の一部概略縦断面図であり、図４は半田付け装置の一部概略正面図である。図５にはコア２０、高周波加熱コイル２１および高周波発生装置２２についての配置図を示す。
【００２１】
図３において、チャンバ（図示略）内には高周波加熱コイル２１が設置されている。この高周波加熱コイル２１は図５に示すように、ループ状の１本のコイルを二重に巻回して構成し、その途中に高周波発生装置２２が配置されている。対となる二本の高周波加熱コイル２１は、高周波電流の流れる方向が同一となっており、半田付け装置は電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイル２１を備えた構成となっている。
【００２２】
図３において錘１７は、水平方向に延びる鍔部１７ａと、鍔部１７ａから下方に突出する胴体部１７ｂを備えている。錘１７の胴体部１７ｂの下面は、半田付け時において半導体素子１２あるいは金属回路１３と当接する加圧面１７ｃとなっている。また、錘１７は上面に凹部１７ｄが２箇所形成されている。
【００２３】
図３において位置決め治具１８は、半田付け時においてセラミック基板１４上にシート半田１９と、半導体素子１２と、錘１７とを位置決めするために使用される。このため、位置決め治具１８には、位置決め用の孔１８ａが形成されている。
【００２４】
錘１７は、高周波誘導加熱により加熱可能な材料を用いて形成されており、高周波加熱コイル２１に高周波電流が供給される際に、錘１７を通る磁束φの変化により電流が発生し、自身の電気抵抗によって発熱する。つまり、錘１７は、高周波加熱コイル２１による高周波誘導加熱によって加熱される加熱対象物となる。本実施形態の錘１７は、ステンレスで形成されている。位置決め治具１８は、例えば、グラファイトやセラミックス等の材料で形成されている。
【００２５】
半田付け装置においてコア２０が配設されている。コア２０は図５に示すように平面視が矩形状に形成されるとともに、図３に示すようにコア２０は、本体部２０ａと対向端面部２０ｂとを備えており、本体部２０ａは断面コ字状（詳しくは断面横コ字状）をなし、対向端面部２０ｂは本体部２０ａの両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びている。これにより、コア２０は端面同士が対向する断面Ｃ型形状（詳しくは断面横Ｃ型形状）をなしている。コア２０の端面２０ｃ，２０ｄは水平方向において所定距離だけ離間して対向している。加熱対象物としての錘１７は鍔部１７ａがコア２０の対向する端面２０ｃ，２０ｄ間に位置している。
【００２６】
コア２０の内部には二本の高周波加熱コイル２１が配置されている。コア２０は一つのセラミック基板１４、詳細には一つの錘１７に一つずつ配置されている。即ち、図１の基板１４毎にコア２０が配置されている。コア２０はフェライトや電磁鋼板といった高い透磁率の材料より形成されている。また、複数の錘１７（加熱対象物）それぞれに対応するように複数個設けられた各コア２０は、図４に示すように電流の流れる方向が同一方向である複数本の高周波加熱コイル２１（図５参照）を跨ぐように配置されている。複数のコア２０は、全て同じ磁気特性を有し、重量、寸法が同じになっている。複数のコア２０は、装置下面からの高さが等しくなるように配置されている。
【００２７】
そして、高周波加熱コイル２１に高周波電流が通電されると、高周波加熱コイル２１の周りに磁束φが発生する。この磁束φがコア２０に収束されて錘１７に導かれる。このようにしてコア２０と錘１７の鍔部１７ａを通るように磁路が形成される。
【００２８】
ここで、図６に示すように、コア端面２０ｃの上下方向の幅Ｗ１は、錘１７の鍔部１７ａの上下方向の幅Ｗ２よりも十分に大きくなっている。同様に、コア端面２０ｄの上下方向の幅（Ｗ１）も、錘１７の鍔部１７ａの上下方向の幅（Ｗ２）よりも十分に大きくなっている。このようにコア２０の端面２０ｃ，２０ｄの大きさは、錘１７における磁路形成部である鍔部１７ａの大きさよりも大きくなっている。
【００２９】
次に、前記のように構成された半田付け装置を用いて電子機器の部品となる半導体モジュール１０の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け方法を説明する。
なお、回路基板１１にヒートシンク１５を接合した物（以下、「半田付け対象物」という）を予め作製しておく。
【００３０】
半田付けを行う際には、チャンバ内に、複数の半田付け部を有するワークとしての半田付け対象物を置き、位置決めする。次に、半田付け対象物の各回路基板１１（セラミック基板１４）上に位置決め治具１８を置き、位置決め治具１８の各孔１８ａにシート半田１９と半導体素子１２を配置する。シート半田１９は、回路基板１１（金属回路１３）と半導体素子１２との間に配置する。そして、半導体素子１２を配置した回路基板１１に錘１７を置く。この状態において、回路基板１１（金属回路１３）上には、金属回路１３側から順にシート半田１９、半導体素子１２、錘１７が積層される。シート半田１９、半導体素子１２、錘１７は、上下方向に積層される。また、錘１７の加圧面１７ｃは、半導体素子１２の上面に接触し、加圧する。この状態においては、各コア２０は、高周波加熱コイル２１による高周波誘導加熱によって同時に加熱される各錘１７に離間して配置されている。
【００３１】
次に、高周波発生装置２２を作動させ、高周波加熱コイル（誘導コイル）２１に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル２１を流れる高周波電流により、コア２０内部を通過してコア２０の一方の端面２０ｃから錘１７（加熱対象物）を通ってコア２０のもう一方の端面２０ｄに向かう磁路が形成される。詳しくは、高周波加熱コイル２１の周りに高周波の磁束φが発生し、磁束φは透磁率の高いコア（集磁コア）２０を通り、コア２０の端面２０ｃ（２０ｄ）から錘１７に対して水平方向に流れる。このとき、錘１７の鍔部１７ａには磁束φの通過によって渦電流が発生する。高周波加熱コイル２１による磁束φ内に置かれた錘（加熱対象物）１７は、電磁誘導作用によって加熱され、その熱が錘１７の加圧面１７ｃから半導体素子１２に伝わる。そして、回路基板１１の各金属回路１３上に載置されたシート半田１９には、錘１７に生じた熱が当該錘１７の加圧面１７ｃ及び半導体素子１２を介して集中的（局所的）に伝わり、加熱される。この結果、シート半田１９は、半導体素子１２を介して伝わる熱で溶融温度以上の温度になることにより溶融する。
【００３２】
このようにして、高周波誘導加熱による加熱対象物としての錘１７を加熱することで、回路基板１１の半田付け部（金属回路１３）において半田（シート半田１９）を溶融させて電子部品としての半導体素子１２が半田付けされる。
【００３３】
ここで、複数の加熱対象物を共通の高周波加熱コイルで加熱するときの半田温度（昇温速度）を揃えるべく、本実施形態では、図４に示すように端面同士が対向するＣ型コア２０を用いることで、錘１７の一方の横側から磁束φが錘１７内を水平方向に流れるようにしている。つまり、加熱対象物としての錘１７（及び位置決め治具１８）の上に、高周波加熱コイル（誘導コイル）２１を配し、それらを囲むコア２０の端面２０ｃ，２０ｄが錘１７の側面に対向するように配置する。こうすることで、図６に示すように加熱対象物（錘１７）や半田付け対象物（例えば回路基板１１）や位置決め治具１８等の寸法公差により生じる、加熱対象物（錘１７）の加熱のばらつきを抑制することができる。詳しくは、錘１７の上下方向のばらつきは、磁束φの通過方向（水平方向）に対し、直交する変動となるので、錘１７の上下方向の寸法や回路基板１１の厚さの寸法等がばらついたとしても錘１７を通過する磁束の大きさは変化しない。従って、錘１７の加熱のばらつきは小さくなる。このようにして、磁束φを錘１７に対して水平方向に通すため、上下方向の変動による温度ばらつきが小さくなる（昇温速度のバラツキが小さくなる）。
【００３４】
また、従来（図８、図９（ａ），（ｂ）参照）では加熱用治具１１０の上面１１０ａとコア１２０の端面１２０ａとの距離Ｌ１が常に一定となるように半田付け装置を調整することは半田付け作業を複雑にしてしまう。これに対し本実施形態では煩雑な半田付け装置の調整を不要にでき、半田付け作業を容易に行うことができる。
【００３５】
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。
（１）半田付け装置のコア２０は、端面同士が対向するＣ型コアであり、加熱対象物としての錘１７はコア２０の対向する端面２０ｃ，２０ｄ間に位置する。具体的には、端面同士が対向するＣ型コア２０は、断面コ字状をなす本体部２０ａと、本体部２０ａの両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びる対向端面部２０ｂとを備えている。よって、回路基板１１や加熱対象物としての錘１７や位置決め治具１８の寸法公差により生じる、錘１７の加熱のばらつきを抑制することができる。
【００３６】
（２）コア２０は、複数の錘１７それぞれに対応するように複数個設けられ、各コア２０は、電流の流れる方向が同一方向である複数本のコイル２１を跨ぐように配置されている。これにより、各コア２０を通る磁束φを揃えることができ、各コア２０に対応する各加熱対象物（錘１７）における加熱のばらつきをより小さくすることができる。
【００３７】
（３）コア２０の端面２０ｃ，２０ｄの大きさは、錘１７における磁路形成部の大きさよりも大きくなっているので、コア２０の端面２０ｃ，２０ｄの大きさを回路基板１１及び加熱対象物（錘１７）の寸法バラツキを許容する大きさに設定することが可能となる。
【００３８】
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。
図３では１つのコア２０に対し、電流の流れる方向が同一方向である高周波加熱コイル２１は２本であるが、３本以上でもよい。
【００３９】
図４，５では高周波加熱コイル２１は１本のループであったが、図７に示すように、コア２０に高周波加熱コイル３０を直接巻回してもよい。こうしても、高周波加熱コイル３０を流れる高周波電流により発生した磁束φはコア２０を通り、コア２０における対向する端面２０ｃ，２０ｄから加熱対象物（錘１７）に対して流れ、加熱対象物（錘１７）を通過する磁束φによる誘導現象により、加熱対象物（錘１７）を加熱することができる。
【００４０】
また、錘１７と位置決め治具１８とは別体であったが、一体化されていてもよく、この場合、一体化されたこれら部材が加熱対象物となる。
また、端面同士が対向するＣ型コア２０の構成として、図３および図７に示したように断面コ字状をなす本体部２０ａと、本体部２０ａの両端にそれぞれ連設されて端面同士が対向するように互いに接近する方向へ延びる対向端面部２０ｂとを備えていた。これに限ることなく、端面同士が対向するＣ型コア２０の構成として、図３および図７での本体部２０ａの角部Ｃ１，Ｃ２が丸くなっている構成（円弧状になっている構成）としてもよい。
【００４１】
また、複数のコア２０は装置下面からの高さが等しくなるように配置されている場合について述べてきたが、これに限ることなく、複数のコア２０は相対的に装置下面からの高さが可変となっている場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態における半導体モジュールを示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線での拡大断面図。
【図３】実施形態の半田付け装置を示す一部概略縦断面図。
【図４】実施形態の半田付け装置を示す一部概略正面図。
【図５】コアとコイルと高周波発生装置についての配置図。
【図６】コアと錘を示す拡大図。
【図７】別例の半田付け装置を示す一部概略正面図。
【図８】背景技術を説明するための半田付け装置を示す概略正面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は課題を説明するための半田付け装置を示す概略正面図。
【符号の説明】
【００４３】
１１…回路基板、１２…半導体素子、１３…金属回路、１７…錘、１９…シート半田、２０…コア、２０ａ…本体部、２０ｂ…対向端面部、２０ｃ…端面、２０ｄ…端面、２１…高周波加熱コイル、３０…高周波加熱コイル。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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