JP6489525B2 - 電気機器の製造方法、製造用治具及び取り外し用治具 - Google Patents
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Description
従来の電気機器の製造方法においては、図21に示すように、上板901及び下板903からなる治具により回路基板902を挟み込んだ後、クリップ906により上板901、回路基板902及び下板903を固定し、その状態でリフローを行う。図示は省略するが、回路基板902には、リフロー前にはんだ等の接合材を介して電子部品が載置され、リフローにより電子部品と接合される。なお、図21において符号904,905で示す部材は、位置合わせ用のピンである。
なお、本明細書における「電気機器」とは、電力により動作する機器であって、機器内部で電気信号のやり取りを行うもののことをいう。本明細書における電気機器は、単体で何らかの動作が可能なもの(いわゆる最終製品)のみをいうものではなく、最終製品に組み込むための構成単位であってそれ単体では動作しないもの(いわゆるモジュール)も含む。
また、本明細書における「回路基板」とは、電子部品を載置するための基板であって、電気回路が形成されているもののことをいう。本明細書の回路基板は、電子部品が載置されていない基板と電子部品が載置されている基板との両方を含む。本明細書では、リードフレームより前に回路基板に接合されている電子部品、及び、リードフレームと同時に回路基板に接合する電子部品は、回路基板の一部として扱う。
さらに、本明細書における「接合材」とは、リフローを行うことにより、回路基板の基板側接続部とリードフレームのリードフレーム側接続部とを電気的に接合可能なもの(例えば、はんだ材)のことをいう。
まず、実施形態1に係る製造用治具及び取り外し用治具40について説明する。
実施形態1に係る製造用治具は、後述する実施形態1に係る電気機器の製造方法に用いるための製造用治具であり、回路基板100とリードフレーム110との位置合わせをするものである。実施形態1に係る製造用治具は、第1治具10、第2治具20及び第3治具30を備える。
各治具の具体的な使用方法は後述するが、簡単にいえば、第1治具10は回路基板100を載置する治具(後述する図6参照。)であり、第2治具20及び第3治具30はリードフレーム110を挟み込む治具(後述する図9参照。)である。また、第2治具20及び第3治具30は第1治具10の上に載置することが可能である(後述する図10参照。)
第1治具10は、第1治具10、第2治具20及び第3治具30を組み合わせたときに、最も下側に配置される治具である(後述する図10参照。)。
第1治具10における基板載置部12の数は3つであるが、これは3つの回路基板100について一度にリフローするためである。第1治具における基板載置部の数は、一度にリフローする回路基板の数に応じて決めることができ、1つや2つであってもよく、また、4つ以上であってもよい。また、後述するように、実施形態1においては1つの基板載置部12が1つの回路基板100に対応するが、1つの基板載置部が2つ以上の回路基板に対応する(複数の回路基板を1つの基板載置部に載置する)ようにしてもよいし、2つ以上の基板載置部が1つの回路基板に対応する(1つの回路基板を複数の基板載置部にまたがるように載置する)ようにしてもよい。
なお、回路基板の位置を固定する必要がない場合には、固定凹部が形成されていない第1治具を用いることもできる。
なお、本明細書において「リードフレーム側接続部の高さ位置が基板側接続部に対して適切な高さ位置となる」とは、リードフレーム側接続部と基板側接続部との間の距離が設計上許容される所定の距離となることをいう。当該所定の距離は、製造すべき電気機器に応じて適宜設定することができる。
第2治具20は、第1治具10、第2治具20及び第3治具30を組み合わせたときに、第1治具10と第3治具30との間に配置される治具である(後述する図10参照。)。
本明細書における「治具の中央部」とは、治具を上面視したときにおいて、治具の外形寸法のうち最も短い寸法(例えば、実施形態1における第2治具20のように上面視長方形状の形状を有する治具の場合には、短辺の寸法)の4分の1の長さを所定の長さとするとき、治具の外形からの距離が所定の長さよりも大きい部分のことをいう。
本明細書において「治具を上面視する」とは、本発明の電気機器の製造方法で第1治具、第2治具及び第3治具を積層する方向に沿って、第1治具、第2治具及び第3治具を組み合わせたときにおける第3治具が配置される側から治具を見ることをいう。
実施形態1においては、1つの基板用開口部24が1つの回路基板100に対応するため、基板用開口部24の数は3つであるが、本発明はこれに限定されるものではない。基板用開口部の数は回路基板の数に対応する数であればよい。また、1つの基板用開口部が2つ以上の回路基板に対応してもよいし、2つ以上の基板用開口部が1つの回路基板に対応してもよい。
貫通孔28は、後述する取り外し用露出部34に対応する貫通孔である。貫通孔28は、後述する第3治具取り外し用凸部42に対応する形状である、円形の貫通孔である。貫通孔28は、取り外し用露出部34及び第3治具取り外し用凸部42に対応して、中央の基板用開口部24を囲むように、4箇所に形成されている。
第3治具30は、第1治具10、第2治具20及び第3治具30を組み合わせたときに、最も上側に配置される治具である(後述する図10参照。)。
取り外し用露出部34は、第2治具20と第3治具30とを固定した場合に第2治具20側からみて露出する(見える、又は、第2治具20及びリードフレーム110と重ならないということもできる。)部位である(後述する図9(b)参照。)。実施形態1においては、取り外し用露出部34は、第2治具20に形成された貫通孔28(図2参照。)及びリードフレーム110に形成された貫通孔114(後述する図7参照。)が存在するため、第2治具20と第3治具30とを固定したときに第2治具20側からみて露出するようになる。なお、本発明における取り外し用露出部の形状は上記したものに限られず、後述する第3治具取り外し用凸部に対応する形状であればよい。
なお、第2治具20及び第3治具30を固定する際には、第2治具側固定部材22及び第3治具側固定部材32の間の磁力を用いるため、必ずしも第2治具側固定部材22及び第3治具側固定部材32を直接接触させる必要はない。
「サマリウムコバルト系の永久磁石」とは、レアアース磁石の一種で、サマリウム及びコバルトを含有する永久磁石のことをいう。サマリウムコバルト系の永久磁石は、キュリー温度が高く、比較的高温(種類にもよるが、最大350℃程度)でも使用可能であるという特徴を有する。
基台41は、第3治具取り外し用凸部42を支える部材である。
第3治具取り外し用凸部42は、第3治具30における取り外し用露出部34の位置に対応する凸部である。第3治具取り外し用凸部42は、円柱状(ピン状)の形状からなる。なお、第3治具取り外し用凸部の形状は円柱状に限られるものではなく、取り外し用露出部に対応する形状であればよい。これは、本発明の取り外し用治具が有することができる他の凸部(例えば、実施形態3参照。)についても同様である。
なお、本発明は、電気機器の中でも、各種半導体部品(MOSFET、IGBT、ダイオードや、これらの素子を1つにまとめた集積回路等)を有する装置である半導体装置を製造するための方法(半導体装置の製造方法)に好適に適用することができる。
以下、各工程について説明する。
本発明では、種々の回路基板を用いることができるが、特にアルミナセラミックスからなる基板に銅板からなる回路をDCB法で接合した回路基板、いわゆるDCB基板を好適に用いることができる。
接合材120としては、例えば、はんだペースト(はんだ粉末に有機溶剤等を加えてペーストにしてもの)を好適に用いることができる。接合材としてはんだペーストを用いる場合には、接合材の配置はスクリーン印刷法を用いることにより行うことができる。
リードフレーム110は、図7に示すように、リードフレーム側接続部112を有し、貫通孔114が形成されている。
貫通孔114は、第3治具取り外し用凸部42を通過させるための貫通孔である。貫通孔114は、円形の貫通孔であり、中央のリードフレーム側接続部112を囲むように、4箇所に形成されている。
本明細書における「リードフレーム」とは、回路基板又は回路基板上の電子部品と回路基板外の電子部品等との間で電気信号のやり取りを行うための、導電体からなる部品である。本発明においては、金属製のリードフレーム、特に銅からなるリードフレームを好適に用いることができる。
第2工程S20においては、第2治具20として、基板側接続部102の位置に対応する基板用開口部24が形成されている第2治具を用いる。
第2工程S20では、第2治具20側からみたときにリードフレーム側接続部112が基板用開口部24から露出するようにリードフレーム110を第2治具20及び第3治具30で挟み込んだ状態とする(図9(b)参照。)。
第3工程S30では、第2治具20が高さ調節部14に載るように第2治具20及び第3治具30を第1治具10の上に載置する。
リフローの温度及び時間は、接合材の種類や回路基板の種類等により適宜決定することができる。
実施形態1においては、第1治具10からの第2治具20及び第3治具30の取り外しは、例えば、人力で第2治具20及び第3治具30を持ち上げることにより行うことができる。
実施形態2に係る製造用治具は、基本的には実施形態1に係る製造用治具と同様の構成を有するが、第1治具の構成が実施形態1に係る製造用治具とは異なる。
第1治具50に貫通孔52が形成されているため、第3治具30の取り外し用露出部34は、図14に示すように、第2治具20及び第3治具30を第1治具50の上に載置した場合に第1治具50側からみて露出する(第1治具50、第2治具20及びリードフレーム110と重ならない)部位となる。
実施形態2に係る電気機器の製造方法は、基本的には実施形態1に係る電気機器の製造方法と同様の方法であるが、実施形態2における第1治具50を用いる点及び第5工程が実施形態1に係る電気機器の製造方法とは異なる。
実施形態3に係る製造用治具は、基本的には実施形態2に係る製造用治具と同様の構成を有するが、第1治具及び第2治具の構成が実施形態2に係る製造用治具とは異なる。
実施形態3に係る製造用治具は、後述する実施形態3に係る電気機器の製造方法に示すように、各治具及びリードフレームの全てを分離した状態で第5工程を終えるためのものである(後述する図20参照。)。実施形態3に係る製造用治具の露出部及び貫通孔は、上記第5工程のために存在する。
また、第2治具70には、貫通孔74が形成されている。貫通孔74は後述するリードフレーム受け用凸部84に対応する貫通孔である。貫通孔74は、貫通孔28より外側の4箇所に配置されている。
第2治具受け用凸部82は、第3治具取り外し用凸部42よりも突出する長さが短く、かつ、第2治具70における受け用露出部72の位置に対応する凸部である。
リードフレーム受け用凸部84は、第3治具取り外し用凸部42よりも突出する長さが短く、第2治具受け用凸部82よりも突出する長さが長く、かつ、第2治具70における貫通孔74の位置に対応する凸部である。
実施形態3に係る電気機器の製造方法は、基本的には実施形態2に係る電気機器の製造方法と同様の方法であるが、実施形態3における第1治具60及び第2治具70並びに実施形態3に係る取り外し用治具80を用いる点と、第5工程とが実施形態2に係る電気機器の製造方法とは異なる。
詳しく説明すると以下のようになる。すなわち、取り外し用治具80の上に第1治具60、第2治具70及び第3治具30を載置すると(図20(a),(b)参照。)、第1治具60と第2治具70及び第3治具30とは固定されていないため、重力に引かれた第1治具60が第2治具70及び第3治具30から分離される。その後、実施形態2と同様に第2治具70の押圧用露出部26を取り外し用治具80の方向に向かって押圧することにより第2治具70と第3治具30とを分離し、第2治具70と第3治具30とをリードフレーム110から取り外すと、第2治具70が第2治具受け用凸部82上で止まり、リードフレーム110がリードフレーム受け用凸部84上で止まり、第1治具60、第2治具70、リードフレーム110及び第3治具30が分離した状態で第5工程が終了する(図20(c),(d)参照。)。
Claims (21)
- 回路基板の基板側接続部とリードフレームのリードフレーム側接続部とが導電性の接合材により接合された構造を有する電気機器を製造するための電気機器の製造方法であって、
前記回路基板を載置するための基板載置部を有する第1治具を準備し、前記第1治具に前記回路基板を載置する第1工程と、
第2治具側固定部材を有する第2治具及び前記第2治具側固定部材と磁力により引き合う第3治具側固定部材を有する第3治具を準備し、前記第2治具側からみたときに前記リードフレーム側接続部が露出するように前記リードフレームを前記第2治具及び前記第3治具で挟み込んだ状態で、前記第2治具及び前記第3治具を前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材の間の磁力で固定する第2工程と、
前記第2治具及び前記第3治具を、前記リードフレーム側接続部が前記接合材を介して前記基板側接続部上に位置するように、かつ、前記第2治具を前記第1治具側に向けて、前記第1治具の上に載置する第3工程と、
前記第1治具、前記第2治具及び前記第3治具を付けたままリフローを行い、前記基板側接続部と前記リードフレーム側接続部とを前記接合材により接合する第4工程と、
前記第1治具から前記第2治具及び前記第3治具を取り外した後に、取り外し用治具を用いて前記第2治具と前記第3治具とを前記リードフレームから取り外す第5工程とを含み、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材のうち少なくとも一方の固定部材は永久磁石からなり、
前記第3工程、前記第4工程及び前記第5工程をこの順序で実施することを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1に記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材の両方が永久磁石からなることを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材のうち少なくとも一方は、サマリウムコバルト系の永久磁石からなることを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具として、前記第2治具側固定部材を中央部に有する第2治具を用い、
前記第3治具として、前記第3治具側固定部材を中央部に有する第3治具を用いることを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具として、前記基板側接続部の位置に対応する基板用開口部が形成されている第2治具を用い、
前記第2工程では、前記第2治具側からみたときに前記リードフレーム側接続部が前記基板用開口部から露出するように前記リードフレームを前記第2治具及び前記第3治具で挟み込んだ状態とすることを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具として、前記第2治具と前記第3治具とを固定したときに前記第3治具側からみて露出する部位である押圧用露出部をさらに有する第2治具を用い、
前記第3治具として、前記第2治具と前記第3治具とを固定したときに前記第2治具側からみて露出する部位である取り外し用露出部をさらに有する第3治具を用い、
前記取り外し用治具として、前記取り外し用露出部の位置に対応する第3治具取り外し用凸部を有する取り外し用治具を用い、
前記第5工程では、前記第3治具取り外し用凸部と前記取り外し用露出部とを接触させた状態で前記取り外し用治具の上に前記第2治具及び前記第3治具を載置した後、前記押圧用露出部を前記取り外し用治具の方向に向かって押圧することにより前記第2治具と前記第3治具とを分離し、前記第2治具と前記第3治具とを前記リードフレームから取り外すことを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項6に記載の電気機器の製造方法において、
前記取り外し用露出部は、前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置したときに前記第1治具側からみて露出する部位であり、
前記第5工程では、前記第3治具取り外し用凸部と前記取り外し用露出部とを接触させた状態で前記取り外し用治具の上に前記第1治具、前記第2治具及び前記第3治具を載置することにより、前記第1治具から前記第2治具及び前記第3治具を取り外すことを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項7に記載の電気機器の製造方法において、
前記第2治具として、前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置したときに前記第1治具側からみて露出する部位である受け用露出部をさらに有する第2治具を用い、
前記取り外し用治具として、前記第3治具取り外し用凸部よりも突出する長さが短く、かつ、前記受け用露出部の位置に対応する第2治具受け用凸部をさらに有する取り外し用治具を用いることを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の電気機器の製造方法において、
前記第1工程では、前記第1治具に前記回路基板を載置した後に、前記回路基板に前記接合材を配置することを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の電気機器の製造方法において、
前記第1治具として、前記リードフレームを挟み込んだ状態の前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置したときに、前記リードフレーム側接続部の高さ位置が前記基板側接続部に対して適切となるように前記第2治具の高さ位置を調節する高さ調節部をさらに有する第1治具を用い、
前記第3工程では、前記第2治具が前記高さ調節部に載るように前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置することを特徴とする電気機器の製造方法。 - 請求項1に記載の電気機器の製造方法に用いるための製造用治具であって、
回路基板を載置するための基板載置部を有する第1治具と、第2治具側固定部材を有する第2治具と、前記第2治具側固定部材と磁力により引き合う第3治具側固定部材を有する第3治具との3種類1組の治具からなり、
前記第2治具及び前記第3治具は、前記第2治具側からみてリードフレームのリードフレーム側接続部が露出するように前記リードフレームを挟み込んだ状態で、前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材の間の磁力により固定可能であり、
前記第1治具は、前記第2治具及び前記第3治具を、前記リードフレーム側接続部が接合材を介して前記回路基板の基板側接続部上に位置するように、かつ、前記第2治具を前記第1治具側に向けた状態で載置可能であり、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材のうち少なくとも一方の固定部材は永久磁石からなることを特徴とする製造用治具。 - 請求項11に記載の製造用治具において、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材の両方が永久磁石からなることを特徴とする製造用治具。 - 請求項11又は12に記載の製造用治具において、
前記第2治具側固定部材及び前記第3治具側固定部材のうち少なくとも一方は、サマリウムコバルト系の永久磁石からなることを特徴とする製造用治具。 - 請求項11〜13のいずれかに記載の製造用治具において、
前記第2治具は、前記第2治具側固定部材を中央部に有し、
前記第3治具は、前記第3治具側固定部材を中央部に有することを特徴とする製造用治具。 - 請求項11〜14のいずれかに記載の製造用治具において、
前記第2治具には、前記基板側接続部の位置に対応する基板用開口部が形成されていることを特徴とする製造用治具。 - 請求項11〜15のいずれかに記載の製造用治具において、
前記第2治具は、前記第2治具と前記第3治具とを固定した場合に前記第3治具側からみて露出する部位である押圧用露出部をさらに有し、
前記第3治具は、前記第2治具と前記第3治具とを固定した場合に前記第2治具側からみて露出する部位である取り外し用露出部をさらに有することを特徴とする製造用治具。 - 請求項16に記載の製造用治具において、
前記取り外し用露出部は、前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置した場合に前記第1治具側からみて露出する部位であることを特徴とする製造用治具。 - 請求項17に記載の製造用治具において、
前記第2治具は、前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置した場合に前記第1治具側からみて露出する部位である受け用露出部をさらに有することを特徴とする製造用治具。 - 請求項11〜18のいずれかに記載の製造用治具において、
前記第1治具は、前記リードフレームを挟み込んだ状態の前記第2治具及び前記第3治具を前記第1治具の上に載置した場合に、前記リードフレーム側接続部の高さ位置が前記基板側接続部に対して適切となるように前記第2治具の高さ位置を調節する高さ調節部をさらに有することを特徴とする製造用治具。 - 請求項6に記載の電気機器の製造方法に用いるための取り外し用治具であって、
第3治具における取り外し用露出部の位置に対応する第3治具取り外し用凸部を有することを特徴とする取り外し用治具。 - 請求項8に記載の電気機器の製造方法に用いるための取り外し用治具であって、
第3治具における取り外し用露出部の位置に対応する第3治具取り外し用凸部と、
前記第3治具取り外し用凸部よりも突出する長さが短く、かつ、第2治具における受け用露出部の位置に対応する第2治具受け用凸部とを有することを特徴とする取り外し用治具。
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