JPH09225632A - 接合用加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗体が小さくかつ温度分布、圧力分布が略
均一で、電子部品に電圧が印加されることがなく、耐摩
耗性が高い接合用加熱装置を得る。 【解決手段】 中空部１２ａを有する角筒からなるヒー
トシンク１２を備える。このヒートシンク１２の上端面
１２ｃを加圧装置に連結する平坦面とする。ヒートシン
ク１２の下側の開口端面に、通電により発熱する抵抗体
１３を介して下面が平坦な伝熱部材１４を結合する。こ
の伝熱部材１４を、熱伝導率、耐熱性および硬度が高い
絶縁体によって形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップある
いは半導体装置などの電子部品を被接合部に接合した
り、異方性導電膜などを熱圧着するために使用する接合
用加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、リードが側方へ突出する表面実装
型の半導体装置をプリント配線板に半田付けするには、
半田をプリコートしたプリント配線板のパッドにリード
を重ね、このリードをその上面に重ねた発熱体により加
熱することによって行っている。従来のこの種の加熱装
置としては、例えば実公平２−３０１４２号公報に開示
されたものがある。この公報に示された加熱装置を図３
によって説明する。

【０００３】図３は従来の加熱装置の要部を示す斜視図
である。同図において、符号１は発熱体を示し、この発
熱体１は、モリブデンやステンレスなどの通電されるこ
とにより発熱する金属からなる抵抗体材料によって一体
に形成し、下部を上方から見てロ字状に形成するととも
に、上部の２箇所に給電部２，２を設けている。前記ロ
字状に形成した下部は、中空部１ａに半導体装置（図示
せず）のパッケージ部分を下方から挿入できるように形
成するとともに、下面１ｂを平坦に形成している。

【０００４】また、前記給電部２，２は、前記ロ字状の
下部の互いに対向する２辺となる部分に立設し、図示し
てない加圧装置に連結するためのボルト穴３をそれぞれ
穿設している。なお、この加圧装置は、給電部２，２を
支持してこの発熱体１を上下方向に移動させるととも
に、給電部２，２にパルス電流を通電するように構成し
ている。

【０００５】このように構成した発熱体１を使用して４
側部のそれぞれにリードが多数突出する半導体装置をプ
リント配線板に半田付けするには、先ず、プリント配線
板のパッドにリードを重ね、次に、発熱体１を加圧装置
によって前記リードの上面に上方から押付け、リードが
パッドから脱落しないようにする。このとき、発熱体１
の中空部１ａに半導体装置のパッケージ部分を下方から
臨ませ、下面１ｂを前記４側部の全てのリードに接触さ
せる。

【０００６】このように発熱体１をリードに押し付けた
後、給電部２，２にパルス電流を通電し、発熱体１を発
熱させる。この熱は、いわゆるジュール熱である。発熱
体１の熱により半田が溶融した後、通電するのを止めて
押圧状態を予め定めた時間だけ維持する。このとき、半
田付け部分の熱が発熱体１を介して放散されて半田が凝
固する。半田が凝固した後、加圧装置によって発熱体１
を上方へ移動させることにより半田付け工程が終了す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うに構成した発熱体１は、押圧時の押圧力が給電部２か
ら下部のロ字状部分へ広く伝達されるように高い剛性が
必要であることから、体積を小さくすることができず、
発熱させるために大電流を流さなければならない。この
ため、給電部２に給電する給電用ケーブル（図示せず）
として断面積が大きいものを使用しなければならず、発
熱体１を上下方向へ移動させる加圧装置の駆動力を必要
以上に大きくしなければならないという問題があった。

【０００８】また、この発熱体１は、リードに接触する
下面１ｂの温度分布が均等になり難いという問題があっ
た。これは、発熱時に上部の２箇所の給電部２が放熱フ
ィンとして作用してしまうためと思われる。下面１ｂの
温度分布にばらつきがあると、相対的に低温な部分に接
触するリードが半田付け不良になることがある。

【０００９】さらに、２箇所の給電部２を加圧装置に取
付けて発熱体１をリードに押し付けると、給電部２のあ
る部分と他の部とで下面１ｂの圧力分布もばらついてし
まうので、この点からも半田付け不良が生じることがあ
る。

【００１０】しかも、発熱体１を導電材によって形成し
ていることから、これが発熱するときにリードに電圧が
印加されてしまうし、この発熱体１を繰り返し使用する
ことにより下面１がリードとの摩擦により摩耗してしま
うという問題もあった。

【００１１】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、発熱体の体積が小さくかつ温度分
布、圧力分布が略均一になるとともに、電子部品に電圧
が印加されることがなくしかも耐摩耗性が高い接合用加
熱装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る接合用
加熱装置は、平坦に形成した上端面を加圧装置に連結す
るヒートシンクを備え、このヒートシンクの下端面に、
通電されることにより発熱する抵抗体を介して下面が平
坦な伝熱部材を結合してなり、この伝熱部材を、熱伝導
率、耐熱性および硬度が高い絶縁体によって形成したも
のである。

【００１３】この接合用加熱装置によれば、抵抗体に通
電することによりこれが発熱し、この熱が伝熱部材を介
して被接合物に伝導される。このとき抵抗体の熱は、伝
熱部材の全域に略均等に伝導される。また、通電を絶つ
ことにより、被接合物の熱は伝熱部材および抵抗体を介
してヒートシンクへ放散される。押圧時の押圧力は、ヒ
ートシンク上面からヒートシンクの軸線方向に沿って抵
抗体を介して伝熱部材に伝達され、この伝熱部材から被
接合物に伝達される。

【００１４】第２の発明に係る接合用加熱装置は、第１
の発明に係る接合用加熱装置において、ヒートシンク
を、電子部品のパッケージ部分が下方から臨む中空部を
有する筒体によって形成し、このヒートシンクの上側の
開口端面を加圧装置に連結する平坦面とするとともに、
下側の開口端面に伝熱部材を結合させたものである。こ
の加熱装置によれば、ヒートシンクの中空部に、被接合
物を真空吸着するノズルや位置合わせ機構を臨ませるこ
とができる。

【００１５】第３の発明に係る接合用加熱装置は、第２
の発明に係る接合用加熱装置において伝熱部材および抵
抗体をヒートシンクの開口端面と平面視において略同じ
形状に形成したものである。したがって、ヒートシンク
に抵抗体と伝熱部材を取付けるときの位置決めをヒート
シンクの側面を用いて行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る接合用加熱装
置の一実施の形態を図１および図２によって詳細に説明
する。なお、ここでは、半導体装置の半田付け用加熱装
置の形態を採る場合について説明する。図１は本発明に
係る接合用加熱装置の斜視図、図２は本発明に係る接合
用加熱装置によって半導体装置の半田付けを行っている
状態を示す断面図である。

【００１７】これらの図において、１１はこの実施の形
態による接合用加熱装置を示し、この加熱装置１１は、
角筒状に形成したヒートシンク１２と、このヒートシン
ク１２の下側の開口端面に抵抗体１３を介して結合させ
た伝熱部材１４とから構成している。前記ヒートシンク
１２は、熱伝導率、耐熱性および硬度が高い絶縁材料、
例えばＡＬＮ（窒化アルミニウム）などのセラミックに
よって一体に形成し、中空部１２ａを図示してない半導
体装置のパッケージ部分が下方から臨むことができるよ
うな寸法をもって形成するとともに、上側の互いに対向
する２側部に側方へ突出するフランジ１２ｂを設けてい
る。

【００１８】また、このヒートシンク１２は、上端面
（上側の開口端面）１２ｃを平坦に形成するとともに、
前記フランジ１２ｂに加圧装置用連結ボルト（図示せ
ず）が挿通する丸穴１２ｄを穿設している。このヒート
シンク１２に連結する加圧装置（図示せず）は、前記上
端面１２ｃの全域に密接するように構成している。

【００１９】前記抵抗体１３は、通電されることにより
発熱する材料によって形成し、この実施の形態では後述
する伝熱部材１４の上面にペースト状のものを印刷して
から焼成することによって形成している。また、この抵
抗体１３は、給電用ケーブル（図示せず）を接続するた
めの端子１３ａ，１３ｂが側方に突出するように一体に
設けてある。

【００２０】伝熱部材１４は、この実施の形態では前記
ヒートシンク１２と同じ材料によってヒートシンク１２
の下側の開口端面と同じ形状に形成し、上面に上述した
ように設けた抵抗体１３を接着剤１５（図２）によりー
トシンク１２の下面に接着することによって、ヒートシ
ンク１２に接着剤層および抵抗体１３を介して結合して
いる。すなわち、この実施の形態では、抵抗体１３と伝
熱部材１４は、上方から見てヒートシンク１２の下側の
開口端面と略同じ形状、すなわちロ字状に形成してい
る。また、この伝熱部材１４の下面は平坦になるように
形成している。

【００２１】図２において符号１６はプリント配線板、
１７は前記プリント配線板１６の上面に形成したパッ
ド、１８は半導体装置のリードを示す。

【００２２】このように構成した加熱装置１１によって
例えば４側部からリードが多数突出する構成の半導体装
置のリード１８をプリント配線板１６のパッド１７に半
田付けするには、先ず、半田がプリコートされたプリン
ト配線板１６のパッド１７に半導体装置のリード１８を
重ね、次に、加圧装置を駆動し、図２に示すように、加
熱装置１１を前記リード１８に上方から圧接する。この
とき、加熱装置１１の中空部に半導体装置のパッケージ
部分（図示せず）を下方から臨ませ、伝熱部材１４の下
面に全てのリード１８を接触させる。この押圧時には、
伝熱部材１４の全域にわたって略均等にヒートシンク１
２側から押圧力が伝達されるから、伝熱部材１４の下面
での圧力分布が略均等になる。

【００２３】このように加熱装置１１をリード１８に押
し付けた後、抵抗体１３にパルス電流を通電してこの抵
抗体１３を発熱させる。このとき、抵抗体１３の熱は伝
熱部材１４の全域に略均等に伝導され、この伝熱部材１
４を介してリード１８へ伝導されるから、伝熱部材１４
の下面の温度分布も略均等になる。

【００２４】抵抗体１３の熱がリード１８に伝導されて
パッド１７側の半田が溶融した後、押圧状態のまま抵抗
体１３への通電を絶つ。このようにすると、抵抗体１
３、伝熱部材１４および半田付け部分の熱は、ヒートシ
ンク１２側に伝導されて放散され、半田が凝固する。

【００２５】半田が凝固した後、加圧装置により加熱装
置１１を半導体装置から上方へ移動させることによっ
て、半田付け工程が終了する。

【００２６】したがって、この加熱装置１１によれば、
押圧時の押圧力は、ヒートシンク１２の上端面１２ｃか
らヒートシンク１２の軸線方向に沿って抵抗体１３を介
して伝熱部材１４に伝達され、この伝熱部材１４からリ
ード１８に伝達されるため、抵抗体１３にはこれを加圧
装置に連結するためのブラケットなどを形成しなくてよ
い。このため、抵抗体１３を必要な発熱量が得られる最
小限度の体積となるように形成することができ、これに
給電する給電用ケーブルとして従来より断面積の小さい
ものが使用できるようになる。しかも、半田付け時には
抵抗体１３とリード１８との間に伝熱部材１４が介在す
るので、抵抗体１３の材料を選択するに当たって半田濡
れ性を考慮しなくてよいから、材料の選択範囲が拡が
り、より抵抗値の大きい材料を選択できる。

【００２７】また、この加熱装置１１によれば、通電さ
れた抵抗体１３が発する熱は伝熱部材１４の全域に略均
等に伝導され、この伝熱部材１４を介してリード１８へ
伝導されるから、伝熱部材１４の下面の温度分布が略均
等になる。さらに、押圧時には伝熱部材１４の全域にわ
たって略均等にヒートシンク１２側から押圧力が伝達さ
れるから、伝熱部材１４の下面での圧力分布が略均等に
なる。その上、リード１８に接触する伝熱部材１４を絶
縁体によって形成しているため、抵抗体１３からリード
１８へ電流が漏れることがなく、しかも、この伝熱部材
１４を硬度の高い材料によって形成しているため、リー
ド１８が接触することによる摩耗が少ない。

【００２８】加えて、この実施の形態のように、抵抗体
１３および伝熱部材１４をヒートシンク１２の下側の開
口端面と平面視において略同じ形状に形成すると、ヒー
トシンク１２に抵抗体１３を介して伝熱部材１４を接着
するときの位置決めをヒートシンク１２の側面を用いて
行うことができる。

【００２９】なお、この実施の形態ではヒートシンク１
２、抵抗体１３および伝熱部材１４を平面視ロ字状に形
成する例を説明したが、これらの平面形状はこれに限定
されることはない。これらは、平面視長方形状、すなわ
ち板状に形成したり、平面視において非対称となるよう
な形状に形成することもできる。図１，２で示すように
平面視ロ字状に形成すると、中空部分に半導体装置を真
空吸着するためのノズルや、半導体装置を位置決めする
ための位置決め機構などを臨ませることができる。

【００３０】また、抵抗体１３および伝熱部材１４は、
必ずしもヒートシンク１２の開口端面と同じ形状に形成
しなくてもよく、抵抗体１３のみを同じ形状に形成し、
伝熱部材１４は抵抗体１３より幅が狭くなるかあるいは
広くなるように形成することもできる。また、伝熱部分
の面積を大きくとるために、抵抗体１３の一部が伝熱部
材１４に埋没する構造を採ることもできる。

【００３１】さらに、ヒートシンク１２および伝熱部材
１４を形成する材料は、窒化アルミニウムに限定される
ことはなく、同様の特性をもつものであれば、どのよう
なものでもよい。なお、ヒートシンク１２と伝熱部材１
４とを同じ材料で形成しなくてもよいことはいうまでも
ない。抵抗体１３は、ペースト状のものを焼成して形成
する他に、箔状に形成してヒートシンク１２および伝熱
部材１４に接着剤で接着する構成を採ることもできる。

【００３２】さらにまた、本発明に係る接合用加熱装置
は、上述したように半導体装置を半田付けするために用
いる他に、異方性導電膜、ＡＣＦ（Anisotronic Conduc
tiveFilm）などの貼着物を熱圧着するときや、ＣＯＢ
（Chip On Board），ＣＯＧ（Chip On Glass）などでチ
ップ直接実装を行うために用いてもよい。

【００３３】

【実施例】上記実施の形態では、ヒートシンク１２と伝
熱部材１４の材料をＡＬＮ（窒化アルミニウム）とし、
抵抗体１３の材料を、プラチナを主材料としてこれにバ
インダなどを混合させたものとした。なお、抵抗体１３
を箔状に形成する場合には、ニクロム箔を使用すること
が考えられる。

【００３４】また、抵抗体１３に接続する給電用ケーブ
ルは、パッケージサイズが３０〜４０mmでリードピッチ
が０．３〜０．５mmとなる４方向フラットパッケージ型
半導体装置を半田付けする場合、素線径が１φのものを
使用した。なお、従来の加熱装置で上記と同じ半導体装
置を半田付けする場合には、給電用ケーブルは素線径が
約６０φのものを使用していた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係る接
合用加熱装置は、平坦に形成した上端面を加圧装置に連
結するヒートシンクを備え、このヒートシンクの下端面
に、通電されることにより発熱する抵抗体を介して下面
が平坦な伝熱部材を結合してなり、この伝熱部材を、熱
伝導率、耐熱性および硬度が高い絶縁体によって形成し
たため、この加熱装置を被接合物に押し付ける押圧時に
は、押圧力がヒートシンク上面からヒートシンクの軸線
方向に沿って抵抗体を介して伝熱部材に伝達され、この
伝熱部材から被接合物に伝達される。このため、抵抗体
にはこれを加圧装置に連結するブラケットなどを形成し
なくてよいから、抵抗体を必要な発熱量が得られる最小
限度の体積となるように形成することができる。

【００３６】したがって、小電流で抵抗体を発熱させる
ことができ、抵抗体に接続する給電用ケーブルとして従
来より断面積の小さなものを採用できるから、加圧装置
に必要な動力が小さくてよい。しかも、この装置を半田
付けに使用するときには抵抗体と被接合物との間に伝熱
部材が介在するので、抵抗体の材料を選択するに当たっ
て半田濡れ性を考慮しなくてよいから、材料の選択範囲
が拡がり、より抵抗値の大きい材料を選択できる。

【００３７】すなわち、抵抗体の体積が小さくてよいば
かりか、抵抗体を抵抗値の大きい材料で形成できること
から、給電用ケーブルとしては加圧装置の駆動を妨げる
ことがないようなきわめて細いものでよい。

【００３８】また、この加熱装置によれば、通電された
抵抗体が発する熱は伝熱部材の全域に略均等に伝導さ
れ、この伝熱部材を介して被接合物側へ伝導されるか
ら、伝熱部材の下面の温度分布が略均等になる。このた
め、被接合物が部分的に低温になって接合不良を起こす
のを確実に阻止できる。

【００３９】さらに、押圧時には伝熱部材の全域にわた
って略均等にヒートシンク側から押圧力が伝達されるか
ら、伝熱部材の下面での圧力分布が略均等になり、圧力
分布のばらつきに起因して接合不良が起こることもな
い。その上、被接合物に接触する伝熱部材を絶縁体によ
って形成しているため、被接合物が電子部品であったと
してもこれに電圧が印加されることがなく、しかも、こ
の伝熱部材を硬度の高い材料によって形成しているた
め、被接合物が接触することによる摩耗が少なくてよ
い。

【００４０】第２の発明に係る接合用加熱装置は、第１
の発明に係る接合用加熱装置において、ヒートシンク
を、電子部品のパッケージ部分が下方から臨む中空部を
有する筒体によって形成し、このヒートシンクの上側の
開口端面を加圧装置に連結する平坦面とするとともに、
下側の開口端面に伝熱部材を結合させたため、この加熱
装置によれば、ヒートシンクの中空部に、被接合物を真
空吸着するノズルや位置合わせ機構を臨ませることがで
きる。したがって、被接合物を接合するために必要なス
ペースを有効に利用できる。

【００４１】第３の発明に係る接合用加熱装置は、第２
の発明に係る接合用加熱装置において伝熱部材および抵
抗体をヒートシンクの開口端面と平面視において略同じ
形状に形成したため、ヒートシンクに抵抗体と伝熱部材
を取付けるときの位置決めをヒートシンクの側面を用い
て行うことができるから、三つの部材を一体的に組合わ
せるに当たって作業が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る接合用加熱装置の斜視図であ
る。

【図２】 本発明に係る接合用加熱装置によって半導体
装置の半田付けを行っている状態を示す断面図である。

【図３】 従来の加熱装置の要部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１…加熱装置、１２…ヒートシンク、１２ｃ…上端
面、１３…抵抗体、１４…伝熱部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦に形成した上端面を加圧装置に連結
   するヒートシンクを備え、このヒートシンクの下端面
   に、通電されることにより発熱する抵抗体を介して下面
   が平坦な伝熱部材を結合してなり、この伝熱部材を、熱
   伝導率、耐熱性および硬度が高い絶縁体によって形成し
   たことを特徴とする接合用加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の接合用加熱装置におい
   て、ヒートシンクを、電子部品のパッケージ部分が下方
   から臨む中空部を有する筒体によって形成し、このヒー
   トシンクの上側の開口端面を加圧装置に連結する平坦面
   とするとともに、下側の開口端面に伝熱部材を結合させ
   たことを特徴とする接合用加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の接合用加熱装置におい
   て、伝熱部材および抵抗体をヒートシンクの開口端面と
   平面視において略同じ形状に形成したことを特徴とする
   接合用加熱装置。