JP2009200170A - 端子用加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回路基板に実装される他の電子部品などに熱的ダメージを与えることなく、対象となる半導体モジュールの取り外し／取り付けが容易かつ確実に行うことができる端子用加熱装置を提供する。
【解決手段】所定の回路パターンを有する回路基板２０に実装されている半導体モジュール１０の基板端子１２を加熱するための端子用加熱装置で１あって、半導体モジュール１０の基板端子が、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子１３Ａと、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子１３Ｂとを有しており、主回路用端子１３Ａと制御用端子１３Ｂとをそれぞれ異なる温度で同時に加熱するために、個別に温度調整可能な少なくとも複数の加熱ユニットを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置などの回路基板に実装されているパワー半導体モジュールの基板端子を加熱する端子用加熱装置に関する。

モータ駆動装置などの回路基板に実装されているパワー半導体モジュールは、制御回路の導体部に半田付けされる制御用端子（信号用端子）と、主回路（電源回路）の導体部に半田付けされる主回路用端子（電源用端子）とを有している。図７に示すように、制御用端子１３Ｂは幅狭かつ薄肉形状で数１０ｍＡの電流容量を有し、主回路用端子１３Ａは幅広かつ厚肉で１００Ａを超える電流容量を有するものが一般的である。このようなパワー半導体モジュール１０を回路基板２０から取り外したり、取り付けたりするには、回路基板２０のパワー半導体モジュール１０の近傍に実装されている電子部品を熱劣化させずにパワー半導体モジュール１０の全ての局部的に且つ一度に温めることが必要とされている。

従来、パワー半導体モジュール１０を取り外す際には、基板端子１２を加熱するための加熱装置として、図７に示す半田鏝４０や、図８に示す半田槽４１が用いられていた。半田鏝４０は、部分的に加熱することができるが、基板端子１２が多数存在する場合に、多数の基板端子１２を同時に加熱することができないという問題があった。また、半田槽４１は、半田プール４２内で多数の基板端子１２を同時に加熱することが可能であるが、必要以上の広範囲の部分が同時に加熱されるため、回路基板２０上でパワー半導体モジュール１０の近傍に実装されている既実装部品に熱的ダメージを与えたりする問題があった。

部分的な加熱を可能とした局所半田付け装置の一例として、特許文献１で開示されているものが知られている。特許文献１の段落番号［００２５］には、「・・・溶融はんだ１１を収容したはんだ槽１２の内部に、複数の可動局所ノズル１３が設けられたものであり、これらの各可動局所ノズル１３は、それぞれ被はんだ付け物１４に対しそれぞれ進退自在に設けられ、加圧された溶融はんだを被はんだ付け物１４の下面に案内する」と記載されている。また、段落番号［００２６］には、「各可動局所ノズル13は、それらの上端開口より溶融はんだをオーバーフローさせても良いが、オーバーフローさせずに上端開口で止めておいても良い。さらに、各可動局所ノズル13は、それらの上端開口を被はんだ付け物14に接触させても良いが、被はんだ付け物14の下面に接近させるのみで接触させなくても良い」と記載されている。また、段落番号［００２７］には、「はんだ槽12および被はんだ付け物14の少なくとも一方は上下動可能に設けられ、さらに、はんだ槽12および被はんだ付け物14は、相対的に被はんだ付け物14の平面方向、すなわちＸ方向およびＹ方向に移動可能に設けられている」と記載されている。

特開２０００−１６７６６１号公報

しかし、パワー半導体モジュール１０のように制御用端子１３Ｂと主回路用端子１３Ａとが混在したものでは、端子によって電流容量が異なるため、電流容量の大きい主回路用端子１３Ａに温度設定を合わせて、多数の端子を同時に加熱すると、電流容量の小さい制御用端子１３Ｂに熱的ダメージが与えられる恐れがあった。

本発明は、回路基板に実装される他の電子部品などに熱的ダメージを与えることなく、対象となる半導体モジュールの取り外し／取り付けを容易かつ確実に行うことができる端子用加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、所定の回路パターンを有する回路基板に実装されている半導体モジュールの基板端子を加熱するための端子用加熱装置であって、前記半導体モジュールの前記基板端子が、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子と、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子とを有し、前記主回路用端子と前記制御用端子とをそれぞれ異なる温度で同時に加熱するために、個別に温度調整可能な複数の加熱手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の端子用加熱装置において、個々の加熱手段は、発熱体と、該発熱体の温度を調整する温度制御部と、前記主回路用端子と前記制御用端子に対応する位置に配設された加熱部とを備えていることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載の端子用加熱装置において、前記加熱部が半田鏝の鏝先相当部又は半田槽の半田プール相当部であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の基板接続端子部用加熱装置において、前記複数の加熱手段は、前記半導体モジュールの仕様に応じて組み立て可能なユニットであり、該ユニットは前記加熱部が前記主回路用端子と前記制御用端子の位置に応じて配置されるように組み立てられていることを特徴とする。

以上の如く、本発明によれば、個別に温度調整可能な少なくとも二つの加熱手段により、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子と、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子とをそれぞれ異なる温度で同時に加熱することができる。このため、回路基板に実装される既実装部品などに熱的ダメージを与えることなく、対象となる半導体モジュールの取り外しを容易かつ確実に行うことができる。

個々の加熱手段に備わる発熱体の温度を温度制御部により調整することにより、主回路用端子と制御用端子とをそれぞれ異なる温度で同時に加熱することができる。

加熱部が半田鏝の鏝先相当部である場合には、鏝先相当部を主回路用端子と制御用端子に接触させることにより、主回路用端子と制御用端子をそれぞれ異なる温度に同時に加熱することができる。また、加熱部が半田槽の半田プール相当部である場合には、主回路用端子と制御用端子の先端を半田プール相当部に入れることにより、主回路用端子と制御用端子をそれぞれ異なる温度に同時に加熱することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。本発明に係る端子用加熱装置の第１の実施形態が図１に示されている。本実施形態の端子用加熱装置１は、モータ駆動装置の回路基板に実装されているパワー半導体モジュール１０の基板端子１２を加熱して、回路基板２０からパワー半導体モジュール１０を外したり、回路基板２０にパワー半導体モジュール１０を半田付けしたりするために用いることができる。

パワー半導体モジュール１０は、主回路やパワー半導体を駆動するための制御回路や保護回路(電圧・電流・温度)を備えた半導体デバイスであり、モータ駆動装置の回路基板２０に多数の基板端子１２を介して電気的に接続するようになっている。基板端子１２は、回路基板２０に半田接続されるようになっている。基板端子１２は、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子１３Ａと、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子１３Ｂ（図７参照）とを有している。電流容量の大きい主回路用端子１３Ａは、厚肉で幅広に形成されている。電流容量の小さい制御用端子１３Ｂは、薄肉で幅狭に形成されている。図１や図７に示すように、多数の主回路用端子１３Ａ及び制御用端子１３Ｂは、所定のピッチで配列されている。

端子用加熱装置１は、独立に温度制御可能な２つのヒータ５（図３参照）を有する装置本体２と、装置本体２の上面に突設され、ヒータ（発熱体）５で加熱されてパワー半導体モジュール１０の基板端子１２を加熱する２つの鏝先部（加熱部）６とを備えている。装置本体２は、箱状の筐体と、共用電源と、共用電源に接続する２つのヒータ５と、個々のヒータ５の温度を調整する２つの温度制御部７とを備えている。個々のヒータ５と、温度制御部７と、鏝先部６とはユニット化され、加熱ユニットを構成している。すなわち、本実施形態の端子用加熱装置１は、鏝先部６を個々に温度調節可能な２つの加熱ユニットを有するものであるが、２つの加熱ユニットがパワー半導体モジュール１０の基板端子１２の位置に応じて、固定的に配置されている。

加熱方式は特定の方法に限定されるものではないが、例えば、ヒータ５としての抵抗線に電流を流して加熱し、発生した熱を輻射などによって鏝先部６に伝達する方法や、ヒータ５を鏝先部６に挿入して熱を直接に鏝先部６に伝達する方法を適用することができる。また、高周波電源によって高周波コイルに電流を流し、鏝先部６に挿入されるヒータとしての加熱チップの表面に形成された磁性体層との間でジュール熱を発生させて、鏝先部６を加熱することも可能である。高周波誘導加熱方法は、熱伝達率が良く、小型化が可能である利点がある。

温度制御部７は、内部にヒータ５の温度を制御する制御回路を有している。制御回路は、図示しないセンサからの検出信号に基づいて電源の電圧又は電流を調整し、ヒータ５の温度を制御する。センサには、例えば、コンスタンス線と鏝先部６の表面に形成された鉄めっきとから構成される熱電対を適用することができる。

鏝先部６は、銅合金を構成材料とし、パワー半導体モジュール１０の基板端子列の長さに対応する寸法に形成されている。鏝先部６の先端側は、熱を部分に集中させるために、先端側に向かって先細形状に形成されている。パワー半導体モジュール１０の多数の基板端子１２は、図７に示すように、一列の主回路端子１３Ａと、Ｌ字状の制御用端子列１３Ｂとがコの字状に配列されているため、一体化されている２つの加熱ユニットの鏝先部８ａ，８ｂは、組み合わされてコの字状に配置されている。

個々の鏝先部８ａ，８ｂの温度は、温度制御部７によりそれぞれ独立に制御されるようになっているため、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子１３Ａと、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子１３Ｂとをそれぞれ異なる温度で同時に加熱することができる。これにより、対象となる半導体モジュール１０の取り外しを容易かつ確実に行うことができる。

図２には、第一の実施形態の端子用加熱装置の変形例が示されている。この変形例の端子用加熱装置１Ａは、３つの加熱ユニット３が分割可能に連結されている点で、図１に示す一体化された端子用加熱装置１と異なっている。図３に示すように、個々の加熱ユニット３は、ユニット本体４と、電源と、電源に接続するヒータ５と、ヒータ５の温度を調整する温度制御部７と、パワー半導体モジュール１０の基板端子１２を加熱する鏝先部９とを備えている。鏝先部９は、基部側の鏝取付部９ａを介してユニット本体４に固定されている。ヒータ５は、鏝取付部９ａの周囲に設けられている。個々の加熱ユニット３の配置は任意であるが、パワー半導体モジュール１０の基板端子１２に対応する位置に配置される。この変形例では、加熱ユニット３の配置される位置が固定的でないため、パワー半導体モジュール１０の仕様に柔軟に対応することができる。

次に、端子用加熱装置の第二の実施形態について説明する。図４に示すように、本実施形態の端子用加熱装置３０は、第１の実施形態の端子用加熱装置１の鏝先部６に代えて半田プール３６を備えたものである。すなわち、本実施形態の端子用加熱装置３０は、独立に温度制御可能な２つのヒータ３５を有する装置本体３２と、装置本体３２の上面に設けられた二つの半田プール（加熱部）３６を備えている。また、端子用加熱装置３０は、半田プール３６を個々に温度調節可能な２つの加熱ユニットを有しており、２つの加熱ユニットはパワー半導体モジュール１０の基板端子１２の位置に応じて、固定的に配置されている。ヒータ３５は、半田プール３６内に設けられており（図６参照）、溶融半田が直接に加熱されるようになっている。その他の端子用加熱装置３０の構成は、第１の実施形態と同様である。

半田プール３６は、溶融半田を収容するために樋状を成しており、装置本体３２の上面でパワー半導体モジュール１０の基板端子１２に対応する位置に配置されている。Ｌ字状の半田プール３８ａは、パワー半導体モジュール１０の制御用端子１３Ｂに対応する位置に配置され、Ｉ字状の半田プール３８ｂはパワー半導体モジュール１０の主回路用端子１３Ａに対応する位置に配置されている。Ｌ字状とＩ字状の二つの半田プール３８ａ，３８ｂは、それぞれが異なるヒータ３５で所定の温度に加熱されるようになっている。回路基板２０からパワー半導体モジュール１０を取り外す場合は、半田プール３６の中で制御用端子１３Ｂ及び主回路用端子１３Ａをそれぞれ異なる温度に加熱することにより、制御用端子１３Ｂ及び主回路用端子１３Ａの半田を同時に溶かすことができ、周囲の既実装部品を熱劣化させることなく、回路基板２０からパワー半導体モジュール１０を取り外すことができる。

図５は、第二の実施形態の端子用加熱装置の変形例が示されている。この変形例の端子用加熱装置３０Ａは、第一の実施形態の端子用加熱装置１と同様にして、パワー半導体モジュール１０の仕様に柔軟に対応することができるように、３つの加熱ユニット３３が分割可能に連結されている。図６に示すように、個々の加熱ユニット３３は、ユニット本体３４と、電源と、電源に接続するヒータ３５と、ヒータ３５の温度を調整する温度制御部３７と、パワー半導体モジュール１０の基板端子１２を加熱する半田プール３９とを備えている。個々の加熱ユニット３３は、パワー半導体モジュール１０の基板端子１２に対応する位置に配置され、連結されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

以上のように本発明によれば、個別に温度調整可能な複数の加熱ユニットにより、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子と、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子とをそれぞれ異なる温度で同時に加熱することができるから、対象となる半導体モジュールの基板端子だけを加熱して、半田を溶かすことができ、半導体モジュールの取り外しを容易かつ確実に行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。第１，２の実施形態では、回路基板２０からパワー半導体モジュール１０を外す例が示されているが、回路基板２０にパワー半導体モジュール１０を半田付けするために用いることもできる。

本発明に係る端子用加熱装置の第一の実施形態を示す斜視図である。 第一の実施形態の端子用加熱装置の変形例を示す斜視図である。 図３に示す加熱ユニットの拡大斜視図である。 本発明に係る端子用加熱装置の第二の実施形態を示す斜視図である。 第二の実施形態の端子用加熱装置の変形例を示す斜視図である。 図５に示す加熱ユニットの拡大斜視図である。 端子用加熱装置の従来の一例を示す斜視図である。 端子用加熱装置の従来の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，３０，３０Ａ 端子用加熱装置
３，３３ 加熱ユニット
５ ヒータ
６，８ａ，８ｂ，９ 鏝先部
１０ 半導体モジュール
１３Ａ 主回路用端子
１３Ｂ 制御用端子
３０ 回路基板
３６，３８ａ，３８ｂ 半田プール

Claims (4)

1. 所定の回路パターンを有する回路基板に実装されている半導体モジュールの基板端子を加熱するための端子用加熱装置であって、
   前記半導体モジュールの前記基板端子が、主回路に接続する電流容量の大きい主回路用端子と、制御回路に接続する電流容量の小さい制御用端子とを有しており、前記主回路用端子と前記制御用端子とをそれぞれ異なる温度で同時に加熱するために、個別に温度調整可能な複数の加熱手段を備えた、端子用加熱装置。
2. 個々の加熱手段は、発熱体と、該発熱体の温度を調整する温度制御部と、前記主回路用端子と前記制御用端子に対応する位置に配設された加熱部とを備えている、請求項１に記載の端子用加熱装置。
3. 前記加熱部が半田鏝の鏝先相当部又は半田槽の半田プール相当部である、請求項２に記載の端子用加熱装置。
4. 前記複数の加熱手段は、前記半導体モジュールの仕様に応じて組み立て可能なユニットであり、該ユニットは前記加熱部が前記主回路用端子と前記制御用端子の位置に応じて配置されるように組み立てられている、請求項１〜３の何れか１項に記載の端子用加熱装置。

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