特開 2022-106195 加圧装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022106195

(43)【公開日】2022-07-19

(54)【発明の名称】加圧装置

(51)【国際特許分類】

   B25B 11/00 20060101AFI20220711BHJP

   F16F 1/02 20060101ALI20220711BHJP

【ＦＩ】

B25B11/00 Z

F16F1/02 A

F16F1/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021001037

(22)【出願日】2021-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100185591

【弁理士】

【氏名又は名称】中塚 岳

(74)【代理人】

【識別番号】100133307

【弁理士】

【氏名又は名称】西本 博之

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 晃正

(72)【発明者】

【氏名】中村 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】江嶋 善幸

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 厚樹

【テーマコード（参考）】

3C020

3J059

【Ｆターム（参考）】

3C020XX07

3J059AB01

3J059AB11

(57)【要約】

【課題】耐久性が高く、経年劣化にも強い加圧装置を提供することを目的とする。
【解決手段】積層体Ｂを加圧して保持する加圧治具１であって、積層体Ｂが載置されるベースプレート２と、ベースプレート２に対向して配置され、ベースプレート２との間で積層体Ｂを挟持するカバープレート３と、カバープレート３上に配置されたスプリングワッシャ４と、スプリングワッシャ４上に配置された加圧プレート５によってスプリングワッシャ４を圧縮して積層体Ｂを加圧する加圧構造６と、を備え、スプリングワッシャ４は、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部４ａ、４ｂが離間している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を加圧して保持する加圧装置であって、
前記対象物が載置される土台部と、
前記土台部に対向して配置され、前記土台部との間で前記対象物を挟持するカバー部と、
前記カバー部上に配置された圧縮バネと、
前記圧縮バネ上に配置された加圧部によって前記圧縮バネを圧縮して前記対象物を加圧する加圧構造と、を備え、
前記圧縮バネは、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部が離間している、加圧装置。

【請求項2】

前記圧縮バネは、スプリングワッシャである、請求項１記載の加圧装置。

【請求項3】

前記圧縮バネは、前記カバー部上に複数配置されている請求項１記載の加圧装置。

【請求項4】

複数の前記圧縮バネは、前記カバー部の外縁に沿って配置されている請求項３記載の加圧装置。

【請求項5】

前記複数の圧縮バネは、等間隔で配置されている請求項４記載の加圧装置。

【請求項6】

前記圧縮バネの前記両端部同士の間には離間領域が形成されており、
前記複数の圧縮バネは、前記離間領域が前記カバー部の外縁に面するように配置されている請求項４または５記載の加圧装置。

【請求項7】

前記加圧構造は、前記加圧部と、前記土台部に立設され、前記カバー部を挟んで対向配置された複数の支柱部と、前記支柱部に取り付けられ、前記加圧部に当接して前記加圧部を係止する係止部と、を備えた請求項１～６のいずれか一項記載の加圧装置。

【請求項8】

前記加圧部には、前記支柱部が貫通する支柱貫通孔が形成されており、
前記支柱部には、前記係止部が貫通する係合孔が形成されており、
前記係止部は、前記係合孔を貫通すると共に、前記加圧部の前記圧縮バネに当接する側とは反対側の表面に当接して前記加圧部を係止する、請求項７記載の加圧装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物を加圧して保持する加圧装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回路基板等に使用される積層体などの対象物を、加圧した状態で保持する加圧装置が知られている。この種の加圧装置では、加圧する対象物を上下の板材で挟み、更に、上方の板材をコイルスプリングで押圧することで対象物を保持している（特許文献１、２、３参照）。加圧装置は、例えば、加熱炉に供給されて対象物の接合等が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２３８９９号公報

【特許文献2】特開２０１２－２００７３０号公報

【特許文献3】特開２０１３－７１８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の加圧装置において、対象物への加圧はコイルスプリングの圧縮によって行われている。加圧装置は、例えば、加熱炉などの過酷な状況下で使用されるが、コイルスプリングは負荷がかかった状態のまま過酷な状況に晒されるので、経年的な劣化を生じ易かった。

【0005】

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、耐久性が高く、経年劣化にも強い加圧装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、対象物を加圧して保持する加圧装置であって、対象物が載置される土台部と、土台部に対向して配置され、土台部との間で対象物を挟持するカバー部と、カバー部上に配置された圧縮バネと、圧縮バネ上に配置された加圧部によって圧縮バネを圧縮して対象物を加圧する加圧構造と、を備え、圧縮バネは、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部が離間している。

【0007】

例えば、コイルスプリングの場合には、複数回の巻き数を有するので重なる部分を有し、この重なる部分が互いに干渉して耐久性が低下する可能性がある。これに対し、上記の加圧装置では、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部が離間している圧縮バネによって対象物を加圧しており、重なる部分を有していない。従って、この圧縮バネの圧縮によって対象物を加圧した状態で保持したり、あるいは圧縮と解放を繰り返しながら使用したりしても、耐久性を維持し易く、経年的な劣化に強い。

【0008】

また、圧縮バネは、スプリングワッシャであってもよい。スプリングワッシャは圧縮状態において平坦なリング状を成すので、対象物を加圧して保持している状態において安定性に優れており、不安定な状態での偏った押圧力等を受け難く、耐久性の向上に有利である。

【0009】

また、圧縮バネは、カバー部上に複数配置されていてもよい。複数の圧縮バネを配置することで、カバー部を介して対象物を均一に加圧し易くなる。

【0010】

また、複数の圧縮バネは、カバー部の外縁に沿って配置されていてもよい。対象物をカバー部の外縁よりも内側に収まるように配置した場合に、カバー部を介して対象物を均一に加圧し易くなる。

【0011】

また、複数の圧縮バネは、等間隔で配置されていてもよい。等間隔で配置された複数の圧縮バネにより、カバー部を介して対象物を均一の加圧し易くなる。

【0012】

また、圧縮バネの両端部同士の間には離間領域が形成されており、複数の圧縮バネは、離間領域がカバー部の外縁に面するように配置されていてもよい。圧縮バネが圧縮された際、離間領域を挟んで対向する両端部同士における反発力（加圧力）が最も大きくなる。従って、この離間領域がカバー部の外縁に面するように配置することで、カバー部の外縁に沿った部分を確実に抑え込みやすくなり、カバー部を介して対象物を均一の加圧し易くなる。

【0013】

また、加圧構造は、加圧部と、土台部に立設され、カバー部を挟んで対向配置された複数の支柱部と、支柱部に取り付けられ、加圧部に当接して加圧部を係止する係止部と、を備えていてもよい。係止部によって加圧部を定位置に保持し、その結果、圧縮バネを圧縮して対象物を加圧することができる。

【0014】

また、加圧部には、支柱部が貫通する支柱貫通孔が形成されており、支柱部には、係止部が貫通する係合孔が形成されており、係止部は、係合孔を貫通すると共に、加圧部の圧縮バネに当接する側とは反対側の表面に当接して加圧部を係止する。係止部を係合孔に貫通させて加圧部に当接させることで加圧部を定位置に保持して圧縮バネの圧縮が可能になり、一方で、係止部を係合孔から抜いて加圧部から離脱させることで、簡単に圧縮バネの解放が可能になる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、耐久性が高く、経年劣化にも強い加圧装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る加圧治具の斜視図である。

【図2】実施形態に係る加圧治具を一部破断して示す平面図である。

【図3】実施形態に係る加圧治具を一部破断して示す正面図である。

【図4】実施形態に係る加圧治具を一部破断して示す側面図である。

【図5】図２のV－V線に沿った断面図である。

【図6】図５に対応し、加圧プレートを上昇させてスプリングワッシャを復元させた状態を示す断面図である。

【図7】連続炉を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0018】

まず、図１、図２、図３及び図４を参照して、実施形態に係る加圧治具１（加圧装置の一例）について説明する。加圧治具１は、半導体の基板等に使用される積層体Ｂを加圧保持した状態で窒素連続炉５０内に導入される。窒素連続炉５０内において、積層体Ｂは加熱され、ろう付けにより接合される。なお、窒素連続炉５０は連続炉の一例であり、連続炉は窒素連続炉に限定されず、他の連続炉であってもよく、積層体Ｂの種類や用途に応じて適宜に選択される。積層体Ｂは、加圧治具１によって加圧される対象物の一例である。

【0019】

本実施形態では、複数の基板ユニットＢａがスペーサＳを挟んで積層されており、基板ユニットＢａと加圧治具１との間にもスペーサＳが配置されている。また、接合前の状態において、基板ユニットＢａは、セラミック板ｂ２を一対の銅板ｂ１で挟んで形成された積層体構造（図５参照）になっている。本実施形態に係る積層体Ｂは、スペーサＳ及び複数の基板ユニットＢａによって形成される。本実施形態に係る積層体Ｂは平面視で矩形であるが、他の形状であってもよい。スペーサＳは、基板ユニットＢａ同士の接合及び基板ユニットＢａと加圧治具１との接合を阻止できればよく、本実施形態ではカーボンスペーサを利用している。

【0020】

加圧治具１は、積層体Ｂが載置される板状のベースプレート２（土台部）と、ベースプレート２に対向して配置されたカバープレート３（カバー部）とを備えている。カバープレート３は、ベースプレート２との間で積層体Ｂを挟持する。また、加圧治具１は、カバープレート３上に配置された複数のスプリングワッシャ４と、スプリングワッシャ４上に配置された加圧プレート５（加圧部）とを備えている。また、加圧治具１は、加圧プレート５によってスプリングワッシャ４を圧縮して積層体Ｂを加圧する加圧構造６を有する。

【0021】

ベースプレート２は、例えば矩形状であり、平面視で積層体Ｂからはみ出た領域、つまり積層体Ｂに重なっていない張出領域２ａを有する。ベースプレート２の張出領域２ａには、ベースプレート２の短辺に沿うように複数（例えば、二本）の支柱８（支柱部）が立設されている。また、支柱８は、ベースプレート２の長手方向（左右方向）の両側で対向して配置されており、左右で対向する一対の支柱８同士の間に積層体Ｂが配置されている。支柱８の上部には、係止爪９が挿通される係合孔８ａが形成されている。

【0022】

カバープレート３は、積層体Ｂの形状に対応した矩形状であり、一方の表面３ａ（以下、「下面」と称する）と他方の表面３ｂ（以下、「上面」と称する）とを有する。下面３ａは平坦面であり、積層体Ｂに当接する。上面３ｂには、複数の座ぐり３ｃが形成されており、各座ぐり３ｃ内にはスプリングワッシャ４が収納される。座ぐり３ｃの深さは、例えば螺旋状のスプリングワッシャ４が圧縮されて平坦になった際に、スプリングワッシャ４の全体が収まる程度の寸法であると望ましい。座ぐり３ｃは、平面視でドーナツ状（環状）を呈し、平面視で環状のスプリングワッシャ４が収まり、スプリングワッシャ４の位置ずれを防止する。座ぐり３ｃは、スプリングワッシャ４の位置決め部として機能する。

【0023】

加圧プレート５は、平面視でベースプレート２の張出領域２ａに対向する余剰領域５ａを有する。余剰領域５ａには、支柱８が貫通する支柱貫通孔５ｂが形成されている。また、余剰領域５ａの上面には、支柱貫通孔５ｂを通るように収納溝５ｃが設けられている。収納溝５ｃには、係止爪９が収まる。

【0024】

加圧プレート５は、カバープレート３に重ねるように配置され、更に、スプリングワッシャ４に当接するように押し下げられる。加圧プレート５を押し下げる際、加圧プレート５の余剰領域５ａに設けられた支柱貫通孔５ｂには支柱８が通される。支柱８の上部は支柱貫通孔５ｂの上方に突き出る。支柱８の上部には、係合孔８ａが設けられており、係合孔８ａには係止爪９（係止部）が挿通される。係止爪９は、横方向から係合孔８ａを貫通すると共に、加圧プレート５のスプリングワッシャ４に当接する側の表面（下面）とは反対側の表面（上面）に当接して加圧プレート５を係止する。加圧プレート５の上面には、係止爪９の軌跡に沿うように収納溝５ｃが形成されており、係止爪９は収納溝５ｃに沿ってスライドする。

【0025】

係止爪９が加圧プレート５を係止すると、加圧プレート５は上方への移動を規制される。加圧プレート５の移動の規制により、スプリングワッシャ４の復元が阻止され、スプリングワッシャ４は圧縮状態で保持される。本実施形態に係る加圧構造６は、少なくとも加圧プレート５、支柱８、係合孔８ａ及び係止爪９を備えて構成されている。

【0026】

スプリングワッシャ４は、例えば、インコネル７５０、インコネル７１８、窒化ケイ素、カーボンコンポジット等によって形成されている。スプリングワッシャ４は、例えば、カバープレート３に当接していない状態で非圧縮状態である（図６参照）。スプリングワッシャ４は、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部４ａ、４ｂが離間している圧縮バネの一例である。より具体的に説明すると、スプリングワッシャ４はＣ字状の形状を呈し、両端部４ａ、４ｂは、互いに離間すると共に、螺旋状を仮定した場合の軸線方向（例えば上下方向）にずれている。ここで、カバープレート３の座ぐり３ｃ内で、座ぐり３ｃの底に当接している一方の端部を下端部４ａとし、反対側の他方の端部を上端部４ｂとする。スプリングワッシャ４は、カバープレート３を介し、加圧構造６によって圧縮されると下端部４ａと上端部４ｂは近接し、スプリングワッシャ４の螺旋状は解消され、実質的に平坦な形状になる（図５参照）。

【0027】

複数のスプリングワッシャ４は、カバープレート３の外縁３ｘからはみ出すことなく、カバープレート３の外縁３ｘよりも内側に収まるように配置されている。また、複数のスプリングワッシャ４は、カバープレート３の外縁３ｘに沿って配置されている。例えば、本実施形態に係るカバープレート３の外縁３ｘは矩形状である。スプリングワッシャ４は、外縁３ｘの各短辺に沿って３個が並んで配置されており、各長辺に沿って５個のスプリングワッシャ４が並んで配置されている。複数のスプリングワッシャ４をカバープレート３の外縁３ｘに沿って配置することにより、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなる。

【0028】

複数のスプリングワッシャ４は、等間隔で配置されている。具体的には、複数のスプリングワッシャ４は、３行、５列（複数行、複数列）となるように計１５個が配置されており、全てのスプリングワッシャ４は等間隔で配置されている。スプリングワッシャ４を等間隔で配置することにより、カバープレート３によって積層体Ｂを均一に加圧し易くなる。なお、カバープレート３の外縁３ｘに沿って配置されている複数のスプリングワッシャ４のみを等間隔で配置するようにしてもよい。また、平面視でカバープレート３の中心を規定した場合に、この中心を基準にして点対称となるように複数のスプリングワッシャ４を配置するようにしても良い。

【0029】

スプリングワッシャ４の下端部４ａと上端部４ｂとの間（両端部同士の間）には離間領域４ｘが形成されている。複数のスプリングワッシャ４は、離間領域４ｘがカバープレート３の外縁３ｘに面するように配置されている。つまり、スプリングワッシャ４を平面視でリング状と仮定した場合に、スプリングワッシャ４は、離間領域４ｘがリング状の中心点よりもカバープレート３の外縁３ｘに近い位置となるように配置されている。更に補足すると、複数のスプリングワッシャ４の各離間領域４ｘを結ぶような線を仮定した場合に、この線は、カバープレート３の外縁３ｘに沿うように配置されている。

【0030】

スプリングワッシャ４が圧縮された際、スプリングワッシャ４は、離間領域４ｘを挟んで対向する下端部４ａと上端部４ｂとにおける反発力（加圧力）が最も大きくなる。この離間領域４ｘがカバープレート３の外縁３ｘに面するように配置することで、カバープレート３の外縁３ｘに沿った部分を確実に抑え込みやすくなり、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなる。

【0031】

更に、本実施形態では、カバープレート３の矩形の外縁３ｘの四隅に配置されたスプリングワッシャ４を除き、複数のスプリングワッシャ４は、外縁３ｘに最も近い部位が離間領域４ｘとなるように配置されている。また、リング状のスプリングワッシャ４の中心から離間領域４ｘを通る放射方向を仮定した場合に、この放射方向における離間領域４ｘと外縁３ｘとの間には、他のスプリングワッシャ４は配置されていない。

【0032】

次に、図７を参照し、積層体Ｂの接合方法について説明する。本実施形態に係る積層体Ｂの接合方法は、例えば、治具積層工程Ｓ１、接合工程Ｓ２、及び治具離脱工程Ｓ３を備えている。本実施形態に係る積層体Ｂの接合方法は、バッチ式ではなく、連続式である。バッチ式とは、例えば、複数の積層体に対して治具積層工程を実施し、治具積層工程が完了した複数の積層体に対して接合工程を実施し、接合工程が完了した複数の積層体に対して治具離脱工程を実施するような方法である。これに対し、連続式とは、例えば、積層体Ｂごとに、治具積層工程Ｓ１から治具離脱工程Ｓ３までを連続して実施するような方法である。また、連続式を実施するシステム１００は、治具積層工程Ｓ１を実施する積層装置１１、接合工程Ｓ２を実施する接合装置１２、治具離脱工程Ｓ３を実施する離脱装置１３を備えている。また、このシステム１００は、積層体Ｂを保持する複数の加圧治具１を搬送し、治具積層工程Ｓ１、接合工程Ｓ２、及び治具離脱工程Ｓ３に連続的に導入する搬送部１４を備えている。

【0033】

治具積層工程Ｓ１では、積層体Ｂが加圧治具１に設置される。具体的には、治具積層工程Ｓ１では、ろう材の印刷が完了した接合前の積層体Ｂ（未接合積層体）が搬送部１４によって積層装置１１に供給される。積層装置１１は、未接合積層体Ｂを加圧治具１のベースプレート２上に載置し、未接合積層体Ｂ上にカバープレート３及びスプリングワッシャ４を設置し、カバープレート３及びスプリングワッシャ４上に加圧プレート５を設置する。加圧プレート５は、スプリングワッシャ４を圧縮するように押し下げられ、加圧構造６によって所定位置に保持される。加圧プレート５によって圧縮されたスプリングワッシャ４はカバープレート３を加圧し、カバープレート３を介して未接合積層体Ｂが加圧され、所定位置に保持される。

【0034】

接合工程Ｓ２では、窒素連続炉５０において未接合積層体Ｂの接合が行われる。具体的には、窒素連続炉５０は、窒素雰囲気を形成可能な室部５１、室部５１内に設けられた加熱部５２を備えている。搬送部１４は、未接合積層体Ｂを保持している加圧治具１を窒素連続炉５０の室部５１内に導入する。室部５１内では、積層体Ｂの温度を、積層体Ｂの接合が可能となる所定温度（接合温度）以上にまで上げ、更に適切な接合が可能となるように、所定時間（接合時間）だけ接合温度を維持する必要がある。

【0035】

治具離脱工程Ｓ３では、接合が完了した積層体Ｂに対する加圧治具１の加圧が解除され、積層体Ｂが加圧治具１から取り外される。離脱装置１３は、加圧治具１の加圧構造６による加圧プレート５の係止状態を解き、スプリングワッシャ４を復元させる。スプリングワッシャ４の復元により、積層体Ｂは、ベースプレート２及びカバープレート３から取り外し可能（剥離可能）な状態になり、離脱装置１３は積層体Ｂを加圧治具１から取り外し、次工程に搬送する。

【0036】

次に、本実施形態に係る加圧治具１の作用、効果について説明する。例えば、コイルスプリングを利用した場合、コイルスプリングは複数回の巻き数を有するので重なる部分を有し、この重なる部分が互いに干渉して耐久性が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態に係る加圧治具１では、重なることなく螺旋状に巻かれ、且つ両端部が離間しているスプリングワッシャ４（圧縮バネ）によって積層体Ｂを加圧しており、重なる部分を有していない。従って、このスプリングワッシャ４の圧縮によって積層体Ｂを加圧した状態で保持したり、あるいは圧縮と解放を繰り返しながら使用したりしても、耐久性を維持し易く、経年的な劣化に強い。

【0037】

また、スプリングワッシャ４は圧縮状態において平坦なリング状を成すので、積層体Ｂを加圧して保持している状態において安定性に優れており、不安定な状態での偏った押圧力等を受け難く、耐久性の向上に有利である。

【0038】

また、本実施形態では、スプリングワッシャ４は、カバープレート３上に複数配置されており、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなっている。

【0039】

また、複数のスプリングワッシャ４は、カバープレート３の外縁３ｘに沿って配置されており、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなっている。

【0040】

また、複数のスプリングワッシャ４は、等間隔で配置されているので、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなっている。

【0041】

また、複数のスプリングワッシャ４は、離間領域４ｘがカバープレート３の外縁３ｘに面するように配置されており、カバープレート３の外縁３ｘに沿った部分を確実に抑え込みやすくなり、カバープレート３を介して積層体Ｂを均一に加圧し易くなっている。

【0042】

また、加圧構造６は、加圧プレート５と、ベースプレート２に立設され、カバープレート３を挟んで対向配置された複数の支柱８と、支柱８に取り付けられ、加圧プレート５に当接して加圧プレート５を係止する係止爪９と、を備えていてもよい。係止爪９によって加圧プレート５を定位置に保持し、その結果、スプリングワッシャ４を圧縮して積層体Ｂを加圧することができる。

【0043】

また、加圧プレート５には、支柱８が貫通する支柱貫通孔５ｂが形成されており、支柱８には、係止爪９が貫通する係合孔８ａが形成されており、係止爪９は、係合孔８ａを貫通すると共に、加圧プレート５の上面に当接して加圧プレート５を係止する。係止爪９を係合孔８ａに貫通させて加圧プレート５に当接させることで加圧プレート５を定位置に保持してスプリングワッシャ４の圧縮が可能になる。一方で、係止爪９を係合孔８ａから抜いて加圧プレート５から離脱させることで、簡単にスプリングワッシャ４の解放が可能になる。

【0044】

以上、各実施形態に基づいて、加圧装置を説明したが、本発明は、これらの実施形態のみには限定されない。例えば、圧縮バネは、複数ではなく単体がカバー部に配置されていてもよい。

【0045】

対象物としては半導体の基板等に使用される積層体に限定されず、他の対象物、例えば、ヒートシンクとセラミック基板とを積層した接合物等であってもよい。

【符号の説明】

【0046】

１…加圧治具、２…ベースプレート、３…カバープレート、３ｘ…外縁、４…スプリングワッシャ、４ｂ…上端部、４ｂ…下端部、４ｘ…離間領域、５…加圧プレート、５ｂ…支柱貫通孔、６…加圧構造、８…支柱部（支柱）、９…係止爪（係止部）、８ａ…係合孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】