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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】はんだ付け装置
(51)【国際特許分類】
B23K 3/00 20060101AFI20241016BHJP
B23K 3/04 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
B23K3/00 310J
B23K3/04 Y
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021133389
(22)【出願日】2021-08-18
(65)【公開番号】P2022040015
(43)【公開日】2022-03-10
【審査請求日】2023-09-07
(31)【優先権主張番号】P 2020143360
(32)【優先日】2020-08-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021027939
(32)【優先日】2021-02-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110003214
【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】萩原 晃平
(72)【発明者】
【氏名】大崎 信幸
【審査官】山内 隆平
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６３－０７７１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０８８１６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１２５４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３／００
Ｂ２３Ｋ ３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被接合物（３）の上面にはんだ（２）を塗布し、そのはんだの上方からワーク（１）を下降して被接合物に対しはんだを介してワークを接合するはんだ付け装置であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第１吸引手段（２５、２６、２７）と、
前記第１吸引手段及び、ワークの温度調節のためにワークの温度を検出可能な温度センサ（１３、１４）を有し、ワークの上面に当接するまで昇降可能な加熱ヘッド本体（２０）と、
前記加熱ヘッド本体を上下に昇降可能に駆動する第１駆動部（２８、２９）と、
前記第１吸引手段から独立して作動可能であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第２吸引手段（３５、３６）と、
前記第２吸引手段及び、ワークを冷却可能な冷却装置（３２）を有し、前記加熱ヘッド本体から独立して作動可能であってワークの上面に当接するまで昇降可能な冷却ヘッド本体（３０）と、
前記冷却ヘッド本体を上下に昇降可能に駆動する第２駆動部（３８、３９）と、
前記加熱ヘッド本体に設けられ、前記加熱ヘッド本体を加熱するヒータ（１５、１６、１７、１８、１９）と、を備えるはんだ付け装置。
【請求項2】
前記加熱ヘッド本体が有する前記温度センサは、ワークの温度を検出する第１温度センサ（１３、１４）であり、この第１温度センサに基づいてワーク温度を制御する請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項3】
前記加熱ヘッド本体は、前記加熱ヘッド本体の温度を検出する第２温度センサ（２１、２２）を備えた請求項２に記載のはんだ付け装置。
【請求項4】
前記第１吸引手段及び前記第２吸引手段は、前記ワークに当接可能な面に前記ワークの上面の所定領域を吸引する機構を有する請求項１～３のいずれか一項に記載のはんだ付け装置。
【請求項5】
前記加熱ヘッド本体は、２個のワークを同時に吸引可能な一対の脚部（４１、４２）を有し、一方の脚部（４１）に第１の前記ヒータ（１５、１６）を有し、他方の脚部（４２）に第２の前記ヒータ（１８、１９）を有する請求項１～４のいずれか一項に記載のはんだ付け装置。
【請求項6】
前記ワークに対し下方側で前記被接合物を加熱するヒータ（５０）を備えた請求項１～５のいずれか一項に記載のはんだ付け装置。
【請求項7】
加熱ヘッドにより保持するワークをはんだ溶融温度以上に予め加熱する工程と、上面にはんだを塗布した被接合物に対し、前記ワークを下降し、はんだを介してワークを接合する工程と、
前記ワークを保持する手段を加熱ヘッドから冷却ヘッドに切替える工程と、
前記冷却ヘッドがワークから熱を奪う工程と、を含む、はんだ付け方法。
【請求項8】
被接合物の下面をエアで吸引し、被接合物を固定する第３吸引手段（７５）と、前記第３吸引手段及び、被接合物を加熱及び冷却可能な加熱及び冷却装置（７２、７３）を有し、被接合物の下部で被接合物を支持可能な冷却ブロック本体（７０）と、
前記第３吸引手段から独立して作動可能であって、被接合物の下面を吸引し、被接合物を固定可能な第４吸引手段（６５）を有し、被接合物に当接して支持及び加熱可能な加熱ブロック本体（６０）と、
前記加熱ブロック本体を上下に昇降可能に駆動する第３駆動部（８８）と、
被接合物の温度調節のために被接合物の温度を検出可能な第３温度センサ（８３）と、を備えた請求項１記載のはんだ付け装置。
【請求項9】
前記加熱ブロック本体の温度を検出する第４温度センサ（６２）を備えた請求項８記載のはんだ付け装置。
【請求項10】
前記冷却ブロック本体の温度を検出する第５温度センサ（７２、７３）を備えた請求項８記載のはんだ付け装置。
【請求項11】
請求項７に記載の工程に加えて、ワークと被接合物との接合前に被接合物を下面側から加熱ブロックにより加熱する工程と、
被接合物を支持する手段を前記加熱ブロックから冷却ブロックに切替える工程と、
前記加熱ブロックから前記冷却ブロックへの切替え後に前記冷却ブロックが被接合物から熱を奪う工程と、を含む請求項７に記載のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加熱機構を有するヘッドによりワークを加熱し被接合物にはんだ付けする装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子部品をワークに対し押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱圧着する装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００１－３５８４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このものでは、電子部品と基板とを押圧する動作とともにセラミックヒータに通電し発熱させて熱圧着ツールを介して電子部品を加熱する。これにより電子部品と基板の電極の接合部を加熱パターンに従って昇温し、接合部が所定温度に到達することにより、はんだバンプが溶融して熱圧着によるはんだ接合が行われる。冷却工程においては、セラミックヒータの上面にエアを当ててセラミックヒータを冷却する。
【0005】
したがって、昇温工程と冷却工程での加熱と冷却の工程において、昇温時と降温時の温度応答の遅れが生じていた。
【0006】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、はんだ付け作業を行うに際に、ワークを加熱し、はんだ付けし、冷却する工程における昇温と降温を高効率に行うはんだ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】
本発明のはんだ付け装置は、被接合物（３）の上面にはんだ（２）を塗布し、そのはんだの上方からワーク（１）を下降して被接合物に対しはんだを介してワークを接合するはんだ付け装置であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第１吸引手段（２５、２６、２７）と、前記第１吸引手段及び、ワークの温度調節のためにワークの温度を検出可能な温度センサ（１３、１４）を有し、ワークの上面に当接するまで昇降可能な加熱ヘッド本体（２０）と、前記加熱ヘッド本体を上下に昇降可能に駆動する第１駆動部（２８、２９）と、前記第１吸引手段から独立して作動可能であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第２吸引手段（３５、３６）と、前記第２吸引手段及び、ワークを冷却可能な冷却装置（３２）を有し、前記加熱ヘッド本体から独立して作動可能であってワークの上面に当接するまで昇降可能な冷却ヘッド本体（３０）と、前記冷却ヘッド本体を上下に昇降可能に駆動する第２駆動部（３８、３９）と、前記加熱ヘッド本体に設けられ、前記加熱ヘッド本体を加熱するヒータ（１５、１６、１７、１８、１９）と、を備える。
【0008】
このはんだ付け装置によれば、冷却ヘッド本体は、加熱ヘッド本体の動作から独立して、加熱ヘッドの熱影響を受けることなしに、ワークを冷却し降温する動作を行う。このため、ワーク加熱からワーク冷却への切替速度を短時間で行える。ワークの温度を昇降するにあたり熱効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第一実施形態によるはんだ付装置の構成を示す正面図である。
【図9】第一実施形態に用いるワークを示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図10】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第１工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第１工程のワークの状態を示す正面図である。
【図11】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第２工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第２工程のワークの状態を示す正面図である。
【図12】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第３工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第３工程のワークの状態を示す正面図である。
【図13】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第４工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第４工程のワークの状態を示す正面図である。
【図14】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第５工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第５工程のワークの状態を示す正面図である。
【図15】第一実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する図で、（Ａ）は第６工程を示す模式的断面図、（Ｂ）は第６工程のワークの状態を示す正面図である。
【図16】第二実施形態のはんだ付け装置の温度制御の一例を示す特性図である。
【図17】第三実施形態によるはんだ付装置の下部の構成を示す斜視図である。
【図19】第三実施形態によるはんだ付装置の構成を示す平面図である。
【図22】第三実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する模式的断面図である。
【図23】第三実施形態のはんだ付け装置の作動を説明する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明のはんだ付け装置の第一実施形態を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第一実施形態）
（第一実施形態）
【0011】
本発明の第一実施形態のはんだ付け装置は、図９に示すエミッタとしてのワーク１をコレクタ５側に接合する例について説明する。この場合、コレクタ５の上面に半導体素子４、被接合物としてのスペーサ３の順に層構造になっており、スペーサ３にワーク１をはんだ接合する。
【0012】
【0013】
はんだ付け装置について、図１から図８に基づいて説明する。はんだ付け装置１０は、ワーク１を加熱する加熱ヘッド１１と、ワーク１を冷却する冷却ヘッド３１とを備えている。本実施形態ではコレクタ５側の接合物ははんだ２を加熱するためのヒータ５０の上面に載せられている。
【0014】
加熱ヘッド１１は、加熱側第１ローダー２８及びこれに直交する加熱側第２ローダー２９からなる可動装置２４により加熱ヘッド本体２０が鉛直方向および水平方向に位置制御される。加熱側第１ローダー２８及び加熱側第２ローダー２９は特許請求の範囲に記載の第１駆動部に相当する。
【0015】
加熱ヘッド１１は、ワーク１をエア圧力により吸着および離脱可能な第１吸引手段としての吸着管２５、２６、２７、加熱ヘッド本体２０を加熱する加熱装置としてのセラミックヒータ１５、１６、１７、１８、１９、加熱ヘッド本体２０の温度を調節するヘッド温度センサとしてのシース型熱電対２１、２２及びワーク１に接触して温度を調節する接触式温度センサとしての接触式熱電対１３、１４ を有している。接触式熱電対１３、１４は特許請求の範囲に記載の第１温度センサに相当する。
【0016】
この加熱ヘッド１１は、吸着管２５、２６、２７のオフによりワーク１を不保持のとき、セラミックヒータ１５、１６、１７、１８、１９のオンにより、予熱することができる。また、吸着管２５、２６、２７のオンによりワーク１を保持するとき、シース型熱電対２１、２２をオフにし、接触式熱電対１３、１４をオンにし、接触式熱電対１３、１４をワーク１に接触させ、ワーク１の高精度な温度管理を行うことができる。シース型熱電対２１、２２は、特許請求の範囲に記載の第２温度センサに相当する。
【0017】
冷却ヘッド３１は、冷却側第１ローダー３８及びこれに直交する冷却側第２ローダー３９からなる可動装置３４により冷却ヘッド本体３０が鉛直方向および水平方向に位置制御される。冷却側第１ローダー３８及び冷却側第２ローダー３９は特許請求の範囲に記載の第２駆動部に相当する。
【0018】
冷却ヘッド３１は、ワーク１をエア圧力により吸着および離脱可能な第２吸引手段としての吸着管３５、３６、冷却水管３２からなる冷却装置を有している。冷却ヘッド３１は、冷却側第１ローダー３８及び冷却側第２ローダー３９からなる可動装置３４により、ワーク１の吸着管３５、３６により、ワーク１をリフトするために吸着する動作及び離脱する動作を加熱ヘッド１１の同様の動作から独立して行う。
【0019】
また冷却ヘッド３１は、冷却ヘッド本体３０およびワーク１の冷却について、加熱ヘッド１１から分離した熱の影響を受けない構造になっており、セラミックヒータ１５、１６、１７、１８、１９及びシース型熱電対２１、２２の影響を受けない構造になっている。冷却ヘッド３１は、ワーク１を加熱し昇温する加熱ヘッド１１の動作から独立して、ワーク１を冷却し降温する動作を行う。このため、ワーク加熱からワーク冷却への切替速度（昇降温最速）を短時間で行える。ワーク１の温度を昇降するにあたり熱効率が良い。また構成は、図９に示すように、コレクタ５側に対し２個のワーク１を同時にはんだ接合できるから、精度が高い。
【0020】
【0021】
＜第１工程＞
図１０に示すように、ワーク１をコレクタ５側に接合する例について説明する。コレクタ５の上面に半導体素子４、スペーサ３の順に層構造になっており、スペーサ３にワーク１をはんだ接合する。ワーク１がはんだ付け装置１０に搬入される。ワーク１の下方にはコレクタ５側のスペーサ３上のはんだ２の上方にワーク１が搬送される。
図１０に示すように、ワーク１をコレクタ５側に接合する例について説明する。コレクタ５の上面に半導体素子４、スペーサ３の順に層構造になっており、スペーサ３にワーク１をはんだ接合する。ワーク１がはんだ付け装置１０に搬入される。ワーク１の下方にはコレクタ５側のスペーサ３上のはんだ２の上方にワーク１が搬送される。
【0022】
はんだ付け装置１０は、ワーク１を加熱する加熱ヘッド１１と、ワーク１を冷却する冷却ヘッド３１とを備えている。加熱ヘッド本体２０は、冷却ヘッド本体３０よりも下降した位置にある。そして、加熱ヘッド本体２０と冷却ヘッド本体３０の下方で、ヒータ５０上に被接合物としてのコレクタ５側が載置される。
【0023】
＜第２工程＞
図１０に示すはんだ２の上方で別置きされたワーク１に対し、加熱ヘッド本体２０が下降し、図１１に示すように、ワーク１に接触したとき、吸着管２５、２６、２７のオンにより矢印７方向に吸引されるワーク１は加熱ヘッド本体２０の下面に吸着される。
図１０に示すはんだ２の上方で別置きされたワーク１に対し、加熱ヘッド本体２０が下降し、図１１に示すように、ワーク１に接触したとき、吸着管２５、２６、２７のオンにより矢印７方向に吸引されるワーク１は加熱ヘッド本体２０の下面に吸着される。
【0024】
＜第３工程＞
次いで、図１２に示すように、加熱ヘッド本体２０がワーク１を吸着した状態で、加熱ヘッド１１から矢印８方向への熱伝導によりワーク１を加熱するとともに下降しはんだ２を溶融し、はんだ接合する。
次いで、図１２に示すように、加熱ヘッド本体２０がワーク１を吸着した状態で、加熱ヘッド１１から矢印８方向への熱伝導によりワーク１を加熱するとともに下降しはんだ２を溶融し、はんだ接合する。
【0025】
＜第４工程＞
次いで、図１３に示すように、冷却ヘッド３１を下降し、冷却ヘッド本体３０の下面をワーク１に接触するとともに吸着管３５、３６をオンにし、矢印９方向にエアを吸引し、ワーク１を加熱ヘッド１１の吸引と冷却ヘッド３１による吸引の同時吸引に切り替える。
次いで、図１３に示すように、冷却ヘッド３１を下降し、冷却ヘッド本体３０の下面をワーク１に接触するとともに吸着管３５、３６をオンにし、矢印９方向にエアを吸引し、ワーク１を加熱ヘッド１１の吸引と冷却ヘッド３１による吸引の同時吸引に切り替える。
【0026】
＜第５工程＞
次いで、図１４に示すように、矢印４１方向に熱を奪い、冷却を促進し、はんだ接合速度を速める。加熱ヘッド１１の吸着管２５、２６、２７をオフにし、ワーク１から加熱ヘッド１１をリフトする。すると冷却ヘッド３１による吸引に切り替わり、同時に冷却ヘッド３１の冷却水管３２をオンにし、ワーク１およびこれに接合するはんだ２の冷却を促進する。
次いで、図１４に示すように、矢印４１方向に熱を奪い、冷却を促進し、はんだ接合速度を速める。加熱ヘッド１１の吸着管２５、２６、２７をオフにし、ワーク１から加熱ヘッド１１をリフトする。すると冷却ヘッド３１による吸引に切り替わり、同時に冷却ヘッド３１の冷却水管３２をオンにし、ワーク１およびこれに接合するはんだ２の冷却を促進する。
【0027】
＜第６工程＞
はんだ接合が完了したら、図１５に示すように、冷却ヘッド３１の吸着管３５、３６をオフにし、ワーク１の吸引を停止し、ワーク１から冷却ヘッド３１を離間し、装置の動作を停止する。以上をもって、はんだ接合を終了する。
はんだ接合が完了したら、図１５に示すように、冷却ヘッド３１の吸着管３５、３６をオフにし、ワーク１の吸引を停止し、ワーク１から冷却ヘッド３１を離間し、装置の動作を停止する。以上をもって、はんだ接合を終了する。
【0028】
本実施形態によると、加熱ヘッド１１と冷却ヘッド３１が互いに別異の駆動装置によって駆動され、ワーク１の吸引及び加熱動作と、ワーク１の吸引及び冷却動作とが独立してされるので、切替動作の制御により高速に加熱動作と冷却動作を切替えることができる。したがって、高速にかつ高効率にワーク１の加熱、はんだ付け、冷却を行うことができ、熱効率を向上することができ、はんだ２によるワーク１と被接合物としてのスペーサ３とを高速接合することができる。
【0029】
上述した実施形態では、加熱ヘッド１１の吸着管２５、２６、２７をオンからオフに切り替える前に冷却ヘッド３１の吸着管３５、３６をオンにしワーク１の受取りを加熱ヘッド１１から冷却ヘッド３１に切り替えるから、同時に２個のワーク１のはんだ付け接合位置の精度を向上することができる。
【0030】
本実施形態では、加熱ヘッド１１の吸着管２５、２６、２７による吸着でワーク１の位置を特定した後、その上で、連続してリフト中に、同時に冷却ヘッド３１の吸着管３５、３６によるワーク１の吸着を行うから位置精度が向上する。
【0031】
本実施形態のはんだ付け装置によれば、加熱と冷却が互いに独立しているため、加熱ヘッド１１及び冷却ヘッド３１のそれぞれの温度変化が少なく、サイクル性が良い。また、ワーク１を接触式熱電対１３、１４により直接温度検出して加熱しているため、不良が出にくい。はんだ２を急冷するため、ボイドが生じにくいし、はんだ品質が良好になるという効果がある。
【0032】
さらに、炉レス構造のため省スペース、省エネ、省設備コストに貢献するし、はんだ付け装置の体格を小型設備にできるので、メンテナンス性が良いという利点もある。
【0033】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態のはんだ付け装置は、図１～図８に示す第一実施形態の装置を使用し、その動作は図１０から図１５に示すとおりである。
コレクタの上面に半導体素子、被接合物としてのスペーサが、この順に層構造に形成され、スペーサの上方に搬送されるエミッタが下降し、スペーサの上面でエミッタがはんだ接合される。
このはんだ接合される工程において、はんだ溶融温度２２９℃に対し、加熱ヘッド、エミッタ、コレクタ及び冷却ヘッドの各要素を、例えば図１６に示すように、温度制御する。
本発明の第二実施形態のはんだ付け装置は、図１～図８に示す第一実施形態の装置を使用し、その動作は図１０から図１５に示すとおりである。
コレクタの上面に半導体素子、被接合物としてのスペーサが、この順に層構造に形成され、スペーサの上方に搬送されるエミッタが下降し、スペーサの上面でエミッタがはんだ接合される。
このはんだ接合される工程において、はんだ溶融温度２２９℃に対し、加熱ヘッド、エミッタ、コレクタ及び冷却ヘッドの各要素を、例えば図１６に示すように、温度制御する。
【0034】
ここで、加熱ヘッド目標温度Ｔ１、エミッタを予熱する予熱目標温度Ｔ２、溶融保持上限温度Ｔ３、コレクタを予熱する予熱目標温度Ｔ４、冷却ヘッド温度Ｔ５とする。
【0035】
はんだ付け装置は、図１から図８に示すように、ワーク１としてのエミッタを加熱する加熱ヘッド１１と、エミッタを冷却する冷却ヘッド３１とを備えている。本実施形態ではコレクタ５側の接合物ははんだ２を加熱するためのヒータ５０の上面に載せられている。
次に温度制御の具体的な実施形態について例示して説明する。
次に温度制御の具体的な実施形態について例示して説明する。
【0036】
（１）予熱工程：
予熱工程では、エミッタとコレクタの温度を次のように調節する。
エミッタを第２予熱ヒータ５２により加熱する。
被接合部としてのコレクタをヒータとしての第１予熱ヒータ５０により加熱する。コレクタは、予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃以下に調節される。
予熱工程では、エミッタとコレクタの温度を次のように調節する。
エミッタを第２予熱ヒータ５２により加熱する。
被接合部としてのコレクタをヒータとしての第１予熱ヒータ５０により加熱する。コレクタは、予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃以下に調節される。
【0037】
（２）ワークリフト工程：
加熱ヘッドにより吸引したエミッタを保持しリフトする工程では、加熱ヘッドを加熱ヘッド目標温度Ｔ１例えば３１０℃に設定する。このとき、加熱ヘッドにより加熱されるエミッタは、はんだ溶融温度２２９℃以上の予熱目標温度Ｔ２例えば２９０℃に調節される。
コレクタは、予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃以下に調節される。
加熱ヘッドにより吸引したエミッタを保持しリフトする工程では、加熱ヘッドを加熱ヘッド目標温度Ｔ１例えば３１０℃に設定する。このとき、加熱ヘッドにより加熱されるエミッタは、はんだ溶融温度２２９℃以上の予熱目標温度Ｔ２例えば２９０℃に調節される。
コレクタは、予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃以下に調節される。
【0038】
（３）昇温工程（はんだ溶融工程）：
はんだを溶融する工程では、コレクタ側の上空で加熱ヘッドを下降する。すると、エミッタの熱は奪われ、他方、コレクタ側のスペーサ上面のはんだは加熱される。これにより、はんだが溶融し、エミッタとスペーサとが接合される。
溶融時、エミッタを溶融保持温度例えば２５０～２７０℃の範囲にする。コレクタ側の温度は溶融時、瞬時に温度上昇する。
はんだを溶融する工程では、コレクタ側の上空で加熱ヘッドを下降する。すると、エミッタの熱は奪われ、他方、コレクタ側のスペーサ上面のはんだは加熱される。これにより、はんだが溶融し、エミッタとスペーサとが接合される。
溶融時、エミッタを溶融保持温度例えば２５０～２７０℃の範囲にする。コレクタ側の温度は溶融時、瞬時に温度上昇する。
【0039】
はんだの溶融後、はんだの温度を降下させ、はんだを凝固するとともに、エミッタ、スペーサ、半導体素子及びコレクタの温度を降下させる。
その後、はんだをはんだ溶融温度２２９℃以下の予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃に保持する。
これにより、コレクタ側のスペーサに対しはんだを介してエミッタを接合する。
凝固したときコレクタに対するエミッタの目標の高さを出すために加熱ヘッドの設定温度３１０℃、コレクタの設定温度２２０℃でエミッタの接合を完了し、かつエミッタ接合はんだを引き上げるために溶融保持温度を２６０℃に設定する。
その後、はんだをはんだ溶融温度２２９℃以下の予熱目標温度Ｔ４例えば２２０℃に保持する。
これにより、コレクタ側のスペーサに対しはんだを介してエミッタを接合する。
凝固したときコレクタに対するエミッタの目標の高さを出すために加熱ヘッドの設定温度３１０℃、コレクタの設定温度２２０℃でエミッタの接合を完了し、かつエミッタ接合はんだを引き上げるために溶融保持温度を２６０℃に設定する。
【0040】
（４）受け渡し工程：
次いで、冷却ヘッドは、下降し、エミッタを保持する。次いで、エミッタを保持する手段を加熱ヘッドから冷却ヘッドに切替える。冷却ヘッドはエミッタから熱を奪う。
加熱ヘッドは、エミッタの保持を解除する。これにより、エミッタを保持する手段は加熱ヘッドから冷却ヘッドに切り替わる。はんだに対し熱を与える工程から熱を奪う工程に切り替わる。
次いで、冷却ヘッドは、下降し、エミッタを保持する。次いで、エミッタを保持する手段を加熱ヘッドから冷却ヘッドに切替える。冷却ヘッドはエミッタから熱を奪う。
加熱ヘッドは、エミッタの保持を解除する。これにより、エミッタを保持する手段は加熱ヘッドから冷却ヘッドに切り替わる。はんだに対し熱を与える工程から熱を奪う工程に切り替わる。
【0041】
（５）降温工程：
次に、はんだを凝固する工程では、冷却ヘッドがエミッタを保持するとともにエミッタを通してはんだから熱を奪い、はんだを急速に凝固させる。
加熱ヘッドは、次の工程に備え加熱される。
上記のとおり、予熱工程から降温工程までのサイクルが繰り返される。
次に、はんだを凝固する工程では、冷却ヘッドがエミッタを保持するとともにエミッタを通してはんだから熱を奪い、はんだを急速に凝固させる。
加熱ヘッドは、次の工程に備え加熱される。
上記のとおり、予熱工程から降温工程までのサイクルが繰り返される。
【0042】
上述したように、はんだ溶融する時ははんだに熱を上から与え、はんだを溶融する。次いで、はんだを凝固する時は、はんだから熱を上から奪い、はんだを凝固する。
本実施形態では、加熱ヘッドに温調用温度センサが２個仕込ませてあり、センサの切替、温調温度設定切替、ヒータ出力強制切りを実施する。
本実施形態では、加熱ヘッドに温調用温度センサが２個仕込ませてあり、センサの切替、温調温度設定切替、ヒータ出力強制切りを実施する。
【0043】
（ｉ）エミッタ吸着前：ヘッド温度センサ３１０℃に温調する。
（ｉｉ）エミッタ吸着時：センサを切替えエミッタ温度センサ２９０℃に温調する。
（ｉｉｉ）はんだにエミッタ接触時：２６０℃に温調する。
（ｉｖ）エミッタに冷却ヘッド接触時：加熱ヘッドヒータ出力を０％にする。
（ｖ）エミッタ開放：センサ切替えヘッド温度センサを３１０℃に温調する。
（ｉｉ）エミッタ吸着時：センサを切替えエミッタ温度センサ２９０℃に温調する。
（ｉｉｉ）はんだにエミッタ接触時：２６０℃に温調する。
（ｉｖ）エミッタに冷却ヘッド接触時：加熱ヘッドヒータ出力を０％にする。
（ｖ）エミッタ開放：センサ切替えヘッド温度センサを３１０℃に温調する。
【0044】
このように、エミッタに強制的に熱を与え、その後エミッタから強制的に熱を奪う操作を加える。
【0045】
（第三実施形態）
本発明の第三実施形態のはんだ付け装置は、ワーク上部のヘッド側の構成は図１～図７に示す第一実施形態の装置を使用し、その動作は図１０から図１５に示すとおりである。
この第三実施形態は、ヘッド側の構成とブロック側の構成を併せて、ワークの昇温及び降温の高速化及び高サイクル性を図ったものである。
本発明の第三実施形態のはんだ付け装置は、ワーク上部のヘッド側の構成は図１～図７に示す第一実施形態の装置を使用し、その動作は図１０から図１５に示すとおりである。
この第三実施形態は、ヘッド側の構成とブロック側の構成を併せて、ワークの昇温及び降温の高速化及び高サイクル性を図ったものである。
【0046】
【0047】
【0048】
被接合物に相当するコレクタ５の上面に被接合物に相当する半導体素子４、被接合物に相当するスペーサ３が、この順に層構造に形成され、スペーサ３の上方に搬送されるワークに相当するエミッタ１が下降し、スペーサ３の上面ではんだ２を介してエミッタ１がはんだ接合される。
【0049】
はんだ付け装置は、ワーク上部の構成は、基本的に、第一実施形態の構成と同様であり、ワーク１としてのエミッタを加熱する加熱ヘッド１１と、エミッタを冷却する冷却ヘッド３１とを備えている。
図１７は、ワーク下部の構成を示し、ワーク上部の構成を省略している。
図１７は、ワーク下部の構成を示し、ワーク上部の構成を省略している。
【0050】
図１７から図２１に示すように、第三実施形態のはんだ付け装置８０は、第一実施形態のヒータ５０に代えて、加熱ブロック本体６０及び冷却ブロック本体７０を備えている。
はんだ付け装置８０は、基本的に、コレクタ５を加熱する加熱ブロック本体６０と、コレクタ５を冷却する冷却ブロック本体７０とを備えている。冷却ブロック本体７０は、図２２及び図２３に示すように、コレクタ５の下面を支持可能な水準Ｌが固定水準である。これに対し、加熱ブロック本体６０が可動装置８８（第３駆動部）によって冷却ブロック本体７０に対し上下に往復動可能になっている。
はんだ付け装置８０は、基本的に、コレクタ５を加熱する加熱ブロック本体６０と、コレクタ５を冷却する冷却ブロック本体７０とを備えている。冷却ブロック本体７０は、図２２及び図２３に示すように、コレクタ５の下面を支持可能な水準Ｌが固定水準である。これに対し、加熱ブロック本体６０が可動装置８８（第３駆動部）によって冷却ブロック本体７０に対し上下に往復動可能になっている。
【0051】
加熱ブロック本体６０は、可動装置８８により鉛直方向に位置制御される。可動装置８８は特許請求の範囲に記載の第３駆動部に相当する。
【0052】
加熱ブロック本体６０は、コレクタ５をエア圧力により吸着および離脱可能な第４吸引手段としての吸着管６５、加熱ブロック本体６０を加熱する加熱装置としてのセラミックヒータ６２、加熱ブロック本体６０の温度を調節するヘッド温度センサとしてのシース型熱電対６３及びコレクタ５に接触して温度を調節する接触式温度センサとしての接触式熱電対８３を有している。接触式熱電対８３は特許請求の範囲に記載の第３温度センサに相当する。
【0053】
この加熱ブロック本体６０は、吸着管６５のオフによりコレクタ５を不保持のとき、セラミックヒータ６２のオンにより、予熱することができる。また、吸着管６５のオンによりコレクタ５を保持するとき、シース型熱電対６３をオフにし、接触式熱電対８３をオンにし、接触式熱電対８３をコレクタ５に接触させ、コレクタ５の高精度な温度管理を行うことができる。シース型熱電対６３は、特許請求の範囲に記載の第４温度センサに相当する。
【0054】
冷却ブロック本体７０は、位置水準Ｌが固定である。
【0055】
冷却ブロック本体７０は、コレクタ５をエア圧力により吸着および離脱可能な第３吸引手段としての吸着管７５、冷却水管７７、７８からなる冷却装置を有している。冷却ブロック本体７０は、吸着管７５により、コレクタ５を吸着する動作及び離脱する動作を加熱ブロック本体６０の同様の動作から独立して行う。
【0056】
また冷却ブロック本体７０は、第５温度センサに相当する昇温および降温可能な加熱冷却装置７２、７３を有している。加熱冷却装置７２、７３は、カートリッジヒータ（冷却側加熱機構）とシース型熱電対（冷却側ブロック温調センサ）からなる。
【0057】
冷却ブロック本体７０およびコレクタ５の冷却について、加熱ブロック本体６０から分離した熱の影響を受けない構造になっており、セラミックヒータ６２及びシース型熱電対６３の影響を受けない構造になっている。冷却ブロック本体７０は、コレクタ５を加熱し昇温する加熱ブロック本体６０の動作から独立して、コレクタ５を冷却し降温する動作を行う。このため、コレクタ加熱からコレクタ冷却への切替速度（昇降温最速）を短時間で行える。コレクタ５の温度を昇降するにあたり熱効率が良い。
【0058】
冷却ブロック本体７０又は加熱ブロック本体６０は、コレクタ５を支持可能である。
＜第１工程＞
＜第１工程＞
【0059】
図２２（Ａ）に示すように、ワーク１をコレクタ５側に接合する例について説明する。コレクタ５の上面に半導体素子４、スペーサ３の順に層構造になっており、スペーサ３にワーク１をはんだ接合する。ワーク１がはんだ付け装置１０に搬入される。ワーク１の下方にはコレクタ５側のスペーサ３上のはんだ２の上方にワーク１が搬送される。
【0060】
はんだ付け装置１０は、ワーク上部側に、ワーク１を加熱する加熱ヘッド１１と、ワーク１を冷却する冷却ヘッド３１とを備え、ワーク下部側に、コレクタ５を加熱する加熱ブロック本体６０と、コレクタ５を冷却する冷却ブロック本体７０とを備えている。
【0061】
加熱ヘッド本体２０は、冷却ヘッド本体３０よりも下降した位置にある。そして、加熱ヘッド本体２０と冷却ヘッド本体３０の下方で、加熱ブロック本体６０上に被接合物としてのコレクタ５側が載置される。コレクタ５は、加熱ブロック本体６０により吸着管６５で矢印９０方向に吸引される。加熱ブロック本体６０は、冷却ブロック本体７０よりも上昇した位置にある。
＜第２工程＞
＜第２工程＞
【0062】
はんだ２の上方で別置きされたワーク１に対し、加熱ヘッド本体２０が下降し、図２２（Ｂ）に示すように、ワーク１に接触したとき、吸着管２５、２６、２７のオンにより矢印７方向に吸引されるワーク１は加熱ヘッド本体２０の下面に吸着される。
＜第３工程＞
＜第３工程＞
【0063】
次いで、図２２（Ｃ）に示すように、加熱ヘッド本体２０がワーク１を吸着した状態で、加熱ヘッド１１から矢印８方向への熱伝導によりワーク１を加熱するとともに下降しはんだ２を溶融し、はんだ接合する。
＜第４工程＞
＜第４工程＞
【0064】
次いで、図２２（Ｄ）に示すように、加熱ブロック本体６０を下降し、冷却ブロック本体７０の上面をコレクタ５に接触するとともに吸着管７５をオンにし、矢印９１方向にエアを吸引し、コレクタ５を加熱ブロック本体６０の吸引から冷却ブロック本体７０による吸引に切り替える。
＜第５工程＞
＜第５工程＞
【0065】
次いで、図２３（Ｅ）に示すように、冷却ヘッド３１を下降し、冷却ヘッド本体３０の下面をワーク１に接触するとともに吸着管３５、３６をオンにし、矢印９方向にエアを吸引し、ワーク１を加熱ヘッド１１の吸引と冷却ヘッド３１による吸引の同時吸引に切り替える。
冷却ブロック本体７０は、コレクタ５を支持するとともに吸着管７５によりコレクタ５を吸引する。
＜第６工程＞
冷却ブロック本体７０は、コレクタ５を支持するとともに吸着管７５によりコレクタ５を吸引する。
＜第６工程＞
【0066】
次いで、図２３（Ｆ）に示すように、矢印４１方向に熱を奪い、冷却を促進し、はんだ接合速度を速める。加熱ヘッド１１の吸着管２５、２６、２７をオフにし、ワーク１から加熱ヘッド１１をリフトする。すると冷却ヘッド３１による吸引に切り替わり、同時に冷却ヘッド３１の冷却水管３２をオンにし、ワーク１およびこれに接合するはんだ２の冷却を促進する。
＜第７工程＞
＜第７工程＞
【0067】
はんだ接合が完了したら、図２３（Ｇ）に示すように、冷却ヘッド３１の吸着管３５、３６をオフにし、ワーク１の吸引を停止し、ワーク１から冷却ヘッド３１を離間し、装置の動作を停止する。以上をもって、はんだ接合を終了する。
（他の実施形態）
（他の実施形態）
【0068】
第一実施形態では、コレクタの下面にヒータを設置したが、本発明では、このヒータを設置しない実施形態も可能である。
【0069】
発明の第一実施形態のはんだ接合装置は、エミッタをコレクタ側に接合するワークの例について説明したが、本発明では、接合物と被接合物はこの例に限られない。
また第二実施形態の説明中、図１６において、Ｔ１、Ｔ２、ほか、冷却温度２２０℃などの具体的な制御温度表示をしたが、本発明では、これらの具体的な温度表示に限定されない。
また第二実施形態の説明中、図１６において、Ｔ１、Ｔ２、ほか、冷却温度２２０℃などの具体的な制御温度表示をしたが、本発明では、これらの具体的な温度表示に限定されない。
【0070】
本発明は、ワーク下部についてのみ加熱及び冷却を機能分離し、ワークの昇温及び降温の高速化及び高サイクル性を図る実施形態も含まれる。
【0071】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【0072】
１： エミッタ（ワーク）、
２： はんだ、
５： コレクタ（被接合物）、
１０： はんだ付け装置、
１１： 加熱ヘッド、
１３、１４：接触式熱電対（温度センサ）、
１５、１６、１７、１８、１９：セラミックヒータ（ヒータ）、
２０： 加熱ヘッド本体、
２１、２２：シース型熱電対（温度センサ）、
２５、２６、２７：吸着管（第１吸引手段）、
２８： 加熱側第１ローダー（第１駆動部）、
２９： 加熱側第２ローダー（第１駆動部）、
３０： 冷却ヘッド本体、
３１： 冷却ヘッド、
３２： 冷却水管（冷却装置）、
３５、３６：吸着管（第２吸引手段）、
３８： 冷却側第１ローダー（第２駆動部）、
３９： 冷却側第２ローダー（第２駆動部）、
５０： ヒータ（加熱装置、第１ヒータ）、
５２： 第２予熱ヒータ、
６０： 加熱ブロック本体、
６２： セラミックヒータ（第４温度センサ）、
６３： シース型熱電対（第４温度センサ）、
６５： 吸着管（第４吸引手段）、
７０： 冷却ブロック本体、
７２、７３：加熱冷却装置（第５温度センサ）、
７５： 吸着管（第３吸引手段）、
８３： 接触式熱電対（第３温度センサ）、
８８： 第３駆動部。
２： はんだ、
５： コレクタ（被接合物）、
１０： はんだ付け装置、
１１： 加熱ヘッド、
１３、１４：接触式熱電対（温度センサ）、
１５、１６、１７、１８、１９：セラミックヒータ（ヒータ）、
２０： 加熱ヘッド本体、
２１、２２：シース型熱電対（温度センサ）、
２５、２６、２７：吸着管（第１吸引手段）、
２８： 加熱側第１ローダー（第１駆動部）、
２９： 加熱側第２ローダー（第１駆動部）、
３０： 冷却ヘッド本体、
３１： 冷却ヘッド、
３２： 冷却水管（冷却装置）、
３５、３６：吸着管（第２吸引手段）、
３８： 冷却側第１ローダー（第２駆動部）、
３９： 冷却側第２ローダー（第２駆動部）、
５０： ヒータ（加熱装置、第１ヒータ）、
５２： 第２予熱ヒータ、
６０： 加熱ブロック本体、
６２： セラミックヒータ（第４温度センサ）、
６３： シース型熱電対（第４温度センサ）、
６５： 吸着管（第４吸引手段）、
７０： 冷却ブロック本体、
７２、７３：加熱冷却装置（第５温度センサ）、
７５： 吸着管（第３吸引手段）、
８３： 接触式熱電対（第３温度センサ）、
８８： 第３駆動部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】