JP2008229709A - 半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波誘導加熱によって複数の半田付け部を有するワークに電子部品を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても加熱対象物の温度上昇速度を均一化し、半田の温度を所定範囲内に保持して半田付けを良好に行うことができる半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法を提供する。
【解決手段】半田付け装置２１は、高周波加熱コイル２０と、高周波誘導加熱よって同時に加熱される複数の錘１７に対向配置され、かつ、高周波加熱コイル２０に相対移動可能に配設されるとともに、磁路形成部４０ｂが錘１７に向けて延設されたコア４０を備える。また、半田付け装置２１はコア４０を個別に位置決め支持するボルト５０及びナット５１を備える。複数のコア４０は、磁路形成部４０ｂの端面と錘１７との間のギャップＧを錘１７の温度上昇速度に応じて設定された値に調節した状態でボルト５０及びナット５１を用いて位置決め支持される。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法に関する。

回路基板上に半導体素子やチップ抵抗、チップコンデンサ等の電子部品を実装する場合、回路基板と電子部品とを半田を介して接合する方法が一般的である。また、従来、セラミック基板の表面に配線層となる金属板を接合するとともに裏面に接合層となる金属板を接合し、表面側の金属板には半導体素子を接合する一方で、裏面側の金属板には半導体素子の発する熱を放熱する放熱装置（ヒートシンク）を接合してモジュール化した半導体モジュールが知られている。この種の半導体モジュールでは、表面側の金属板に対して半導体素子を半田付けにより接合している。

また、銅箔を配線したプリント基板に表面実装形の電子部品の電極を半田付けするプリント基板と電子部品の半田付け方法において、誘導加熱で半田を溶融させて行う方法が提案されている（特許文献１参照。）。この方法では、図９に示すように、プリント基板７１に銅箔７２，７２ａからなる配線回路を形成するプリント配線基板７３と、導電性及び磁性を持つ複数の発熱体７４とこれを保持する保持板７５とからなる治具７６と、誘導加熱コイル７７とを準備する。発熱体７４は、半田付けしようとする表面実装形の電子部品７８の複数の電極７９に対向して配置される。初め、銅箔７２，７２ａの表面に半田８０を載せ、電子部品７８の電極７９を半田８０にあてがうように電子部品７８を配置する。次に、電極７９が半田８０と発熱体７４で挟まれて当接するように保持板７５を配置する。その後、誘導加熱コイル７７で発熱体７４を誘導加熱して熱伝導により半田８０を溶融させる。

そして、熱容量が大きい銅箔７２ａの電極７９に対応する発熱体７４には透磁率の高い材料を使用し、熱容量が小さい銅箔７２の電極７９に対応する発熱体７４には透磁率の低い材料を使用することで全ての電極７９を均一な温度で半田付けすることが開示されている。また。熱容量が大きい銅箔７２ａの電極７９に対応する発熱体７４は寸法を小さく形成し、熱容量が小さい銅箔７２の電極７９に対応する発熱体７４は寸法を大きく形成することで、全ての電極７９を均一な温度で半田付けすることが開示されている。
特開平８−２９３６６８号公報

前記セラミック基板の裏面側の金属板に半導体素子の発する熱を放熱するヒートシンクを接合してモジュール化した半導体モジュールを製造する場合、金属製のヒートシンクの上にセラミック基板が金属板を介して接合されている。そのため、半導体素子を半田付けする前の状態のワークは、接合の際の状態等により、形状が微妙に異なったり、反りが生じた状態になったりする場合がある。その結果、発熱部材（加熱対象物）を誘導加熱で加熱して半田を溶融する半田付け方法では、誘導加熱用のコイルと発熱部材の距離の違い等により、複数の半田付け部で半田の溶融状態が異なる状態となり、半田付け部によっては半導体素子の半田付けが適切に行われない場合が生じる。例えば、同じ発熱部材を誘導加熱する場合、コイルからの距離によって発熱部材の温度上昇速度が異なり、結果として半田の温度上昇速度が異なる。

特許文献１では、プリント基板７１上の銅箔７２，７２ａの熱容量が違う場合に、透磁率や寸法が異なる発熱体（加熱対象物）７４を使用して、熱容量に関係なく全ての電極７９が均一な温度で半田付けを行うようにしている。しかし、特許文献１では、もともと大きさが異なることにより熱容量が異なる銅箔７２，７２ａに対して、各電極７９を均一な温度で半田付けすることを目的としている。そして、本来同じであるべき半田付け部の加熱状態が、製造時におけるワークの形状のバラツキ等によって発熱体７４の温度上昇速度が異なることにより、半田付けが良好に行われない場合があることの対策を示唆する思想はない。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高周波誘導加熱によって複数の半田付け部を有するワークに電子部品を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても加熱対象物の温度上昇速度を均一化し、半田の温度を所定範囲内に保持して半田付けを良好に行うことができる半田付け装置、半田付け方法及び電子機器の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置であって、高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対向配置され、かつ、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアと、前記コアを位置決め支持する位置決め手段とを備え、前記コアを、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節した状態で前記位置決め手段により位置決め支持可能にした。

これによれば、ワーク形状のバラツキ等があっても、コアを移動させて加熱対象物とのギャップを調節することにより、共通の高周波加熱コイルで同時に加熱される複数の加熱対象物の温度上昇速度を均一化することができる。したがって、高周波誘導加熱によって半田が均一化された温度上昇速度で加熱、溶融されることにより、半田温度が所定範囲内に保持され、電子部品の半田付けを良好に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半田付け装置において、前記コアは複数設けられ、前記位置決め手段により個別に位置決めされる。この発明によれば、複数のコアそれぞれを確実に位置決めすることができ、加熱対象物それぞれに対応して調節されたギャップを位置決め手段で確実に維持することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半田付け装置において、前記複数のコアは前記複数の加熱対象物それぞれに対向配置される。この発明によれば、複数の加熱対象物が存在することによってギャップの値も複数設定される。各加熱対象物にコアを対向配置させることで各加熱対象物毎に設定されたギャップを維持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記コアは前記高周波加熱コイルを跨ぐとともに高周波加熱コイルの外側から磁路形成部が加熱対象物に向けて延びるように断面横Ｃ型状に形成されている。これによれば、磁路形成部と加熱対象物との間に磁束密度の高い磁路を形成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記半田付け装置は電流の流れる方向が逆である複数本の高周波加熱コイルを備え、前記コアは前記電流の流れる方向が異なる高周波加熱コイル同士を仕切るとともに各高周波加熱コイルの周りに磁路を形成可能とするように磁路形成部が加熱対象物に向けて延びる断面横Ｅ型状に形成されている。

これによれば、磁路形成部と加熱対象物との間に磁束密度の高い磁路を形成することができる。また、電流の流れる方向が異なる高周波加熱コイル同士の間に介在する磁路形成部により、高周波加熱コイルに形成される磁路同士が打ち消し合うことを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記加熱対象物は、前記高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材であり、該発熱部材を伝導した熱によって半田が溶融され、前記ギャップは前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に設定される。これによれば、高周波誘導加熱により発熱部材を加熱して半田を加熱することで、半田に対して集中的に熱を伝えることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記高周波加熱コイルと前記コアとの間に介装されるスペーサである。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記コアから延設された支持板、及び前記支持板とワークとの間に介装されるボルト及びナットからなる。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。また、ボルトに対するナットの螺着位置を調節するという簡単な作業でギャップの微調節を行うことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の半田付け装置において、前記位置決め手段は、前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に介装される非磁性材料製のスペーサである。これによれば、簡単な構成でギャップを維持することができる。

請求項１０に記載の発明は、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けする半田付け方法であって、高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対し、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアを対向配置させ、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを、前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節し、前記ギャップを維持するように前記コアを位置決め支持して半田付けを行う。

これによれば、ワーク形状のバラツキ等があっても、コアを移動させて加熱対象物とのギャップを調節することにより、共通の高周波加熱コイルで同時に加熱される複数の加熱対象物の温度上昇速度を均一化することができる。したがって、高周波誘導加熱によって半田が均一化された温度上昇速度で加熱、溶融されることにより、半田温度が所定範囲内に保持され、電子部品の半田付けを良好に行うことができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する電子機器の製造方法である。この発明では、電子機器の製造方法において、対応する前記請求項に記載の発明の作用、効果を奏する。

本発明によれば、高周波誘導加熱によって複数の半田付け部を有するワークに電子部品を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても加熱対象物の温度上昇速度を均一化し、半田の温度を所定範囲内に保持して半田付けを良好に行うことができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２は、車両の走行用モータの駆動装置に使用される電子機器の部品となる半導体モジュール１０を示している。図１に示すように、半導体モジュール１０は、回路基板１１と、回路基板１１上に半田付けにより接合された電子部品としての複数の半導体素子１２とを備えている。回路基板１１は、表面に金属回路１３を有する複数（この実施形態では１６枚、但し、図１では６枚のみ図示）のセラミック基板１４が金属製のヒートシンク１５に金属板１６を介して一体化された冷却回路基板である。各セラミック基板１４上にはそれぞれ４個、回路基板１１では全体で６４個の半導体素子１２が半田付けされている。

前記半導体素子１２は、金属回路１３に接合（半田付け）されている。図２における符号「Ｈ」は、半田層を示している。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｒａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられている。また、金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅などで形成されている。

ヒートシンク１５は平面視矩形状をなし、ヒートシンク１５の長辺方向に複数（本実施形態では８枚。図３参照。）のセラミック基板１４が一体化され、ヒートシンク１５の短辺方向に２枚のセラミック基板１４が一体化されている。また、ヒートシンク１５は冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。

図３は、半田付けに用いる半田付け装置２１の構成を概略的に示している。半田付け装置２１は、ワークとしての回路基板１１が有する複数の半田付け部としての金属回路１３に、高周波誘導加熱で半田を溶融させて半導体素子１２を半田付けする半田付け方法を実施するための装置として構成されている。

半田付け装置２１は、密閉可能なチャンバ２４を備える。半田付け装置２１において、チャンバ２４内の上部には、四角パイプ状をなす対となる二本の高周波加熱コイル２０が二箇所に設置されている。すなわち、図４に示すように、チャンバ２４内には合計四本の高周波加熱コイル２０が設置されている。そして、対となる二本の高周波加熱コイル２０は、ヒートシンク１５の長辺方向に沿って一列に並設された複数（この実施形態では８枚）のセラミック基板１４群に対応するように各セラミック基板１４の上側に配置されている。また、対となる二本の高周波加熱コイル２０は高周波電流の流れる方向が異なっている。高周波加熱コイル２０は半田付け装置２１が備える図示しない高周波発生装置に電気的に接続されている。

そして、チャンバ２４内に設置された温度センサ（図示せず）の計測結果に基づき、高周波発生装置の出力が制御されるようになっている。また、高周波加熱コイル２０は、四角パイプの内部が冷却水を通すための通路を形成し、半田付け装置２１が備える図示しない冷却水タンクに接続されている。なお、チャンバ２４は、高周波加熱コイル２０等のメンテナンスを容易にするため、上側の一部に開放可能な蓋部２４ａが形成され、蓋部２４ａは常には閉鎖位置に気密状態で固定されている。

また、図３に示すように、半田付け装置２１には、チャンバ２４内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部３０が接続されている。還元ガス供給部３０は、配管３０ａと、当該配管３０ａの開閉バルブ３０ｂと、水素タンク３０ｃとを備えている。また、半田付け装置２１には、チャンバ２４内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部３１が接続されている。不活性ガス供給部３１は、配管３１ａと、当該配管３１ａの開閉バルブ３１ｂと、窒素タンク３１ｃとを備えている。また、半田付け装置２１には、チャンバ２４内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部３２が接続されている。ガス排出部３２は、配管３２ａと、当該配管３２ａの開閉バルブ３２ｂと、真空ポンプ３２ｃとを備えている。半田付け装置２１は、還元ガス供給部３０、不活性ガス供給部３１及びガス排出部３２を備えることにより、チャンバ２４内の圧力を調整可能な構成とされており、チャンバ２４内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。

また、半田付け装置２１には、半田付け後のチャンバ２４内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための供給手段としての熱媒供給部３３が接続されている。熱媒供給部３３は、配管３３ａと、当該配管３３ａの開閉バルブ３３ｂと、ガスタンク３３ｃとを備えている。熱媒供給部３３は、チャンバ２４内に収容した半導体モジュール１０のヒートシンク１５に冷却用ガスを供給するように接続されている。なお、熱媒供給部３３から供給される熱媒体を冷却液としてもよい。

半田付け装置２１を用いた半導体モジュール１０の製造方法において、回路基板１１上に半導体素子１２を半田付けする場合、半田付けは高周波誘導加熱で半田を溶融させるが、半田を直接高周波誘導加熱で溶融させるのではない。すなわち、半田付けは、高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材（加熱対象物）を使用するとともに、発熱部材の発熱を半田に伝導させて溶融させる。そして、この実施形態では、発熱部材として錘を使用するとともに、位置決め用の治具を使用する。図４に示すように、錘１７は、半田付け時において半導体素子１２あるいは金属回路１３と当接する加圧面１７ａを有する凸部を備えている。また、錘１７は、平面視矩形状に形成されるとともに上面に凹部１７ｂが２箇所形成されている。治具１８は、半田付け時においてセラミック基板１４上にシート半田１９と、半導体素子１２と、錘１７とを位置決めするために使用される。このため、治具１８には、位置決め用の孔１８ａが形成されている。

錘１７は、高周波誘導加熱により加熱可能な材料を用いて形成されており、高周波加熱コイル２０に高周波電流が供給される際に、錘１７を通る磁束の変化により電流が発生し、自身の電気抵抗によって発熱する。この実施形態の錘１７は、ステンレスで形成されている。治具１８は、例えば、グラファイトやセラミックス等の材料で形成されている。

図３及び図４に示すように、半田付け装置２１において、対となる二本の高周波加熱コイル２０の上側には、該高周波加熱コイル２０の延びる方向に複数のコア４０が配設されている。コア４０は一つのセラミック基板１４、詳細には一つの錘１７に一つずつ対向配置されている。コア４０はフェライトや電磁鋼板といった高い透磁率の材料より形成されている。そして、複数のコア４０は、全て同じ磁気特性を有し、重量、寸法が同じになっている。

また、コア４０は平面視が矩形状に形成されるとともに、コア４０の長さ方向に沿った断面視が横Ｅ型状に形成されている。そして、図４に示すように、コア４０には下方に開口する収容凹部４０ａが二箇所形成され、各収容凹部４０ａ内に高周波加熱コイル２０が収容されている。よって、コア４０は、対となる二本の高周波加熱コイル２０を跨ぐようにして二本の高周波加熱コイル２０上に配設されている。

コア４０において、各収容凹部４０ａを挟むように収容凹部４０ａの両側に位置するとともに各高周波加熱コイル２０の外側となる位置には、錘１７に向けて延びる磁路形成部４０ｂが形成されている。すなわち、コア４０には三つの磁路形成部４０ｂが設けられている。そして、高周波加熱コイル２０に高周波電流が通電されると磁路形成部４０ｂによって、コア４０と錘１７を通るように高周波加熱コイル２０周りに磁路が形成されるようになっている。なお、コア４０が錘１７に対向配置された状態では、収容凹部４０ａが錘１７の凹部１７ｂと対向配置され、各磁路形成部４０ｂは、錘１７における凹部１７ｂ以外の箇所に対向配置されるようになっている。

コア４０の長さ方向における両端には、コア４０から延びる支持板４１が一体化されている。両支持板４１には挿通孔４１ａが形成されている。また、各挿通孔４１ａにはボルト５０が挿通可能になっている。ボルト５０にはナット５１が螺着され、該ナット５１は支持板４１の下側に配設されるようになっている。そして、ボルト５０はヒートシンク１５に立設され、ナット５１のボルト５０への螺着位置を調節することで、該ナット５１に支持されるコア４０のヒートシンク１５からの高さを調節可能になっている。すなわち、支持板４１、ボルト５０、及びナット５１は各コア４０毎に設けられ、各コア４０を個別に所定高さに位置決め支持する位置決め手段を形成し、ボルト５０とナット５１は、支持板４１とヒートシンク１５との間に介装されるスペーサを形成している。また、コア４０は、ナット５１のボルト５０に対する螺着位置を変更することにより、高周波加熱コイル２０に対して相対移動可能になっている。

次に前記のように構成された半田付け装置２１を用いて電子機器の部品となる半導体モジュール１０の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け方法を説明する。なお、回路基板１１にヒートシンク１５を接合した物（以下、「半田付け対象物」という）を予め作製しておく。

半田付けを行う際には、チャンバ２４内に半田付け対象物を置き、位置決めする。次に、半田付け対象物の各回路基板１１（セラミック基板１４）上に冶具１８を置き、冶具１８の各孔１８ａにシート半田１９と半導体素子１２を配置する。シート半田１９は、回路基板１１（金属回路１３）と半導体素子１２との間に配置する。そして、半導体素子１２を配置した回路基板１１に錘１７を置く。この状態において、回路基板１１（金属回路１３）上には、金属回路１３側から順にシート半田１９、半導体素子１２、錘１７が積層される。シート半田１９、半導体素子１２、錘１７は、半田付け装置２１の上下方向に積層される。また、錘１７の加圧面１７ａは、半導体素子１２の非接合面に接触し、加圧する。

次に、ボルト５０に対するナット５１の螺着位置を調節し、ナット５１のヒートシンク１５からの高さを調節する。ここで、ヒートシンク１５の長さ方向に沿って一列に並設された錘１７の列において、全ての錘１７が同じ高さに並設されている場合、列の中央に位置する錘１７はその両側にも錘１７が位置しているため、中央に位置する錘１７は、高周波加熱コイル２０によって加熱されたとき両側の錘１７からの熱を受けて最も温度が高くなる。一方、錘１７の列において、列の両端に位置する錘１７は、その片側にしか錘１７がない。このため、中央に位置する錘１７に比して隣の錘１７から受ける熱も少なく、かつ、側方へ放熱可能であるため、両端に位置する錘１７は、高周波加熱コイル２０によって加熱されたとき、中央に位置する錘１７よりも温度が低くなる。よって、全ての錘１７が同じ高さにされた場合において、全ての錘１７が同時に加熱されたとき、錘１７の列において、中央から両端に向かうに従い錘１７の温度上昇速度は遅くなり、錘１７の温度も低くなる。

また、ヒートシンク１５は、セラミック基板１４等に比較して形状（厚さ）のバラツキが生じたり、厚さが一定であってもセラミック基板１４をヒートシンク１５に金属板１６を介して接合した際、反りが発生したりする場合がある。このため、例えば、ヒートシンク１５に形状のバラツキが生じると、ヒートシンク１５の上面から高周波加熱コイル２０までの距離が位置によって異なる状態となり、異なる金属回路１３で高周波加熱コイル２０と錘１７との距離が異なる状態となる。その結果、同じ昇温性能の錘１７を使用した場合は、高周波加熱コイル２０に供給される高周波電流が一定であっても、錘１７の温度上昇速度（発熱状態）が異なる状態になる。

そして、半田付け装置２１においては、ヒートシンク１５の形状のバラツキと錘１７の位置による温度上昇速度の差を考慮し、全ての錘１７の温度上昇速度を均一化するために各コア４０と、該コア４０に対向配置された錘１７とのギャップＧを調節する。なお、ギャップＧは、磁路形成部４０ｂにおける錘１７に対向する端面（下端面）と、錘１７における磁路形成部４０ｂに対向する端面（上端面）との間の距離である。

本実施形態では、ヒートシンク１５の長さ方向に沿って一列に並設されたコア４０列において、列の中央に位置するコア４０を錘１７から最も離してギャップＧを最も大きくし、列の両端に向かうに従いコア４０を錘１７に徐々に近づけてギャップＧを徐々に小さくしていく。すなわち、各コア４０における磁路形成部４０ｂの錘１７に対向する端面と、錘１７における磁路形成部４０ｂに対向する端面との間の距離を、錘１７の温度上昇速度に応じて設定された値に設定する。そして、各コア４０と錘１７との間に設定された個別のギャップＧが維持されるように、ナット５１の螺着位置を調節し、ボルト５０及びナット５１を用いてコア４０を個別に所定の位置に位置決め支持する。

次に、ガス排出部３２を操作してチャンバ２４内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部３１を操作してチャンバ２４内に窒素を供給し、チャンバ２４内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部３０を操作してチャンバ２４内に水素を供給し、チャンバ２４内を還元ガス雰囲気とする。

次に、高周波発生装置を作動させ、高周波加熱コイル２０に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル２０の周りには磁路形成部４０ｂを通り、かつ、対向する錘１７を通る磁路が形成され、高周波の磁束が発生し、錘１７には磁束の通過によって渦電流が発生する。このとき、磁路形成部４０ｂの端面が錘１７に対向し、近づけられているため磁束密度の高い磁路が形成される。高周波加熱コイル２０の磁束内に置かれた錘（加熱対象物）１７は、電磁誘導作用によって加熱され、その熱が錘１７の加圧面１７ａから半導体素子１２に伝わる。そして、回路基板１１の各金属回路１３上に載置されたシート半田１９には、錘１７に生じた熱が当該錘１７の加圧面１７ａ及び半導体素子１２を介して集中的（局所的）に伝わり、加熱される。この結果、シート半田１９は、半導体素子１２を介して伝わる熱で溶融温度以上の温度になることにより溶融する。

半田付け装置２１において、錘１７一つに対し一つのコア４０を対向配置させるとともに、コア４０と錘１７とのギャップＧを調節して高周波誘導加熱により半田付けを行っている。そして、ヒートシンク１５の形状のバラツキや反りを考慮し、さらに、複数並設された錘１７の位置に起因した温度上昇速度（発熱状態）のバラツキを考慮してコア４０と錘１７のギャップＧの値が設定されている。このため、高周波加熱コイル２０に供給される高周波電流が一定であれば、複数の錘１７の温度上昇速度が均一化され、シート半田１９が全て同じ温度で加熱される。よって、シート半田１９は全て温度が所定範囲内に保持されることで同じタイミングで溶融し、複数の半田付け部で半田の溶融状態が異なる状態となることが防止される。

また、半導体素子１２は、錘１７によって回路基板１１側に加圧されているので、溶融した半田の表面張力で動かされることはない。そして、シート半田１９が完全に溶融した後、高周波加熱コイル２０への高周波電流の供給を停止させる。なお、高周波電流の供給時間は予め試験によって適切な時間に設定されている。また、チャンバ２４内の圧力は、はんだ付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。

高周波加熱コイル２０への電流供給を停止後、冷却用の熱媒供給部３３を操作してチャンバ２４内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、チャンバ２４内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、半田付け対象物（半導体モジュール１０）を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、金属回路１３と半導体素子１２とを接合する。この状態において半田付けが終了し、半導体モジュール１０が完成する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半田付け装置２１において、高周波加熱コイル２０上に複数のコア４０を設けるとともに、各コア４０を高周波加熱コイル２０による高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の錘１７一つずつに対向配置した。そして、コア４０を高周波加熱コイル２０に対して相対移動可能にし、コア４０と錘１７のギャップＧを調節した状態でボルト５０及びナット５１を用いて位置決め支持可能にした。よって、同時に加熱される複数の錘１７の温度上昇速度が均一化されるようにギャップＧを調節して錘１７を加熱することができる。したがって、シート半田１９の温度上昇速度が均一化され、半田温度が所定範囲内で均一に保持された状態で半導体素子１２の半田付けを行うことができ、半田付けを良好に行うことができる。

（２）高周波加熱コイル２０上に複数のコア４０を配設し、該高周波加熱コイル２０によって複数の錘１７を同時に加熱するようにした。複数の錘１７はヒートシンク１５の長さ方向に一列に配設され、錘１７の列の中央ほど加熱されやすくなっている。また、ヒートシンク１５には反り等の形状のバラツキがある。半田付け装置２１においては、半田付けに際し、様々な条件が存在するが各条件を考慮しギャップＧを調節するだけで錘１７の温度上昇速度を均一化させ、全ての半田付け部で半田付けを良好に行うことができる。したがって、全ての錘１７の温度上昇速度を均一にするため、背景技術のように透磁率や熱容量の異なる発熱体を準備したり、選択したりする必要が無く、半田付け作業を容易とすることができる。

（３）半導体素子１２を押圧する錘１７を加熱してシート半田１９を加熱することで、シート半田１９に対して集中的に熱を伝えることができる。そして、該錘１７とコア４０とのギャップＧを調節可能としたため、半田付けを一層良好に行うことができる。

（４）コア４０は、錘１７に向けて延びる磁路形成部４０ｂを三つ備える。また、錘１７におけるコア４０への対向面には凹部１７ｂが二箇所形成されている。そして、各磁路形成部４０ｂは錘１７における凹部１７ｂ以外の部位に対向配置されている。このため、例えば、磁路形成部４０ｂが形成されず、磁路がオープンループになるコアに比して、コア４０と錘１７との間に磁束密度の高い磁路を形成することができ、高周波誘導加熱によって錘１７を効率良く加熱することができるとともに、所定の磁束密度の磁路を形成するために要する電力を抑えることができる。

（５）コア４０は断面横Ｅ型状に形成され、二本の高周波加熱コイル２０の間に磁路形成部４０ｂが介在している。このため、各高周波加熱コイル２０の周りに形成される磁路が打ち消し合うことを防止することができる。

（６）ボルト５０に対してナット５１を螺進させる又は螺退させるといった簡単な作業だけでコア４０の高さの微調節を容易に行うことができる。すなわち、錘１７とコア４０とのギャップＧの微調節を容易に行うことができる。よって、背景技術のように透磁率や熱容量の異なる発熱体を多数必要とする場合に比して、温度上昇速度を均一とするための作業を容易とすることができる。

（７）電子機器の部品となる半導体モジュール１０の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け工程において前記の方法で半田付けを行っている。したがって、電子機器の製造方法において、前記各効果を得ることができる。

（８）半田付け装置２１は複数のコア４０を備え、各コア４０はそれぞれボルト５０及びナット５１を用いて個別に位置決め可能になっている。このため、各コア４０毎に設定されたギャップＧをその設定された値に正確に維持することができる。

（９）半田付け装置２１において、複数のコア４０は各錘１７それぞれに対して対向配置される。このため、複数の錘１７それぞれに対して設定されるギャップＧを維持することができ、複数の錘１７の温度上昇速度を確実に均一化させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図５に示すように、コア６０は、長さ方向に沿った断面視が横Ｃ型状に形成されていてもよい。このコア６０は下方に開口する収容凹部６０ａが一箇所形成され、該収容凹部６０ａの両側に磁路形成部６０ｂが形成されている。また、コア６０には支持板６０ｃが延設されている。そして、収容凹部６０ａ内には対となる二本の高周波加熱コイル２０が収容されている。なお、この二本の高周波加熱コイル２０において電流の流れる向きは同じになっている。また、コア６０に対向配置される錘１７は、コア６０への対向面に凹部１７ｂが一箇所だけ形成されている。そして、収容凹部６０ａは凹部１７ｂに対向配置され、磁路形成部６０ｂにおける錘１７に対向する端面は、錘１７におけるコア６０に対向する端面に対向配置されている。

○ 図６に示すように、コア４０の位置決め手段は、各高周波加熱コイル２０の上面と、コア４０の収容凹部４０ａの内面との間に介装されるスペーサ６１であってもよい。この場合、コア４０における支持板４１は削除されるとともにボルト５０及びナット５１は使用されない。なお、図５に示すコア６０の位置決め手段として、各高周波加熱コイル２０の上面と、コア６０の収容凹部６０ａの内面との間に介装されるスペーサ６１を用いてもよい。

○ 図７に示すように、コア４０の位置決め手段は、磁路形成部４０ｂにおける錘１７に対向する端面と、錘１７における磁路形成部４０ｂに対向する端面との間に介装されるスペーサ６２であってもよい。このスペーサ６２は、セラミックやガラスといった非磁性材料で形成される。この場合、コア４０における支持板４１は削除されるとともにボルト５０及びナット５１は使用されない。なお、図５に示すコア６０の位置決め手段として、磁路形成部６０ｂにおける錘１７に対向する端面と、錘１７における磁路形成部６０ｂに対向する端面との間に介装されるスペーサ６２であってもよい。

○ 図８に示すように、コア６３としては、対となる二本の高周波加熱コイル２０の間に介在される板状のものであってもよい。そして、コア６３そのものが磁路形成部を形成している。コア６３の位置決め手段は、コア６３における錘１７に対向する端面と、錘１７におけるコア６３に対向する端面との間に介装されるスペーサ６４よりなる。この場合、二本の高周波加熱コイル２０は電流の流れる方向が逆になっている。

○ コア４０，６０は、蓋部２４ａから吊下げ支持されてもよく、蓋部２４ａにはコア４０，６０を吊下げるための吊下げ部が設けられている。そして、吊下げ部に対するコア４０，６０の吊下げ位置を調節して錘１７とコア４０，６０とのギャップＧを調節してもよい。この場合、吊下げ部がコア４０，６０の位置決め手段を構成する。

○ 昇温特性の異なる複数の錘１７を使用したり、寸法、幅、熱容量のうち少なくとも一つが異なる錘１７を使用したりしてもよい。
○ 回路基板１１上に接合されるセラミック基板１４の数は複数であればよく、任意に変更してもよい。また、１個の金属回路１３上に半田付けされる半導体素子１２の数も任意に変更してもよい。

○ 回路基板１１はヒートシンク１５を備えたヒートシンク付き基板に限らず、複数の半田付け部を有するものであればよい。例えば、セラミック基板１４の片面に金属回路１３が複数形成されたものや、樹脂基板の片面に複数の金属回路１３が形成された構成としてもよい。樹脂基板を構成する樹脂としてはポリイミドやポリアミドイミド等の特に耐熱性に優れた樹脂が好ましいが、高い耐熱性が要求されるのは半田付けの際の短時間であるため、エポキシ樹脂等のようにポリイミドに比較して耐熱性の低い樹脂であってもよい。樹脂基板の場合、ガラス繊維や炭素繊維等で強化されたものが好ましい。

○ 半田付けに使用する半田はシート半田１９に限らず、半田ペーストを使用してもよい。
○ 高周波加熱コイル２０は四角パイプではなく円筒で形成してもよい。

○ 錘１７及び治具１８を用いず、高周波加熱コイル２０による高周波誘導加熱によってシート半田１９を直接加熱し、溶融させて半導体素子１２を金属回路１３に半田付けしてもよい。この場合、シート半田１９そのものが高周波加熱コイル２０による高周波誘導加熱によって加熱される加熱対象物となる。このように構成しても、同時に加熱される複数のシート半田１９の温度上昇速度が均一化されるようにギャップＧを調節してシート半田１９を加熱することができる。したがって、シート半田１９の温度上昇速度が均一化され、半田温度が所定範囲内で均一に保持された状態で半導体素子１２の半田付けを行うことができ、半田付けを良好に行うことができる。

○ 高周波誘導加熱で錘１７を加熱してその熱で半田を溶融させる構成において、錘１７はステンレス製に限らず、誘導加熱可能な材料であればよく、例えば、ステンレスに代えて、鉄やグラファイトで形成したり、熱伝導率の異なる２種類の導体材料を用いて構成したりしてもよい。

○ コア４０，６０は収容凹部４０ａ，６０ａに対となる二本の高周波加熱コイル２０を二対収容可能な大きさに形成されていてもよい。この場合、対となる二本の高周波加熱コイル２０同士の間には仕切りが設けられる。

○ 半田付け装置２１において、高周波加熱コイル２０の本数は、高周波誘導加熱によって半田付けが行われる半田付け部の数に応じて任意に変更してもよい。
○ 高周波加熱コイル２０はチャンバ２４内に一本だけ設けられていてもよく、その場合、コアとしては収容凹部が一つだけ形成された断面Ｃ型状のタイプ（例えば、図５に示すコア６０）が用いられる。

○ 半導体モジュール１０を構成する回路基板１１の金属回路１３に半田付けで接合される電子部品は半導体素子１２に限らず、半導体素子１２と他の電子部品、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサなどが混在してもよい。

○ 半田付け装置２１において、コア４０，６０，６３を錘１７それぞれに対向配置した構成に限らず、一つのコア４０，６０，６３を複数（例えば、２つ）の錘１７に跨るような大きさに形成し、一つのコア４０，６０，６３を複数の錘１７に跨るように対向配置してもよい。

実施形態の半導体モジュールを示す平面図。 実施形態の半導体モジュールにおける図１のＡ−Ａ線における拡大断面図。 実施形態の半田付け装置を示す概略的に示す断面図。 実施形態の半田付け装置の一部を拡大して示す断面図。 コアの別例を示す拡大断面図。 位置決め手段の別例を示す拡大断面図。 位置決め手段の別例を示す拡大断面図。 コア及び位置決め手段の別例を示す拡大断面図。 背景技術を示す断面図。

符号の説明

Ｇ…ギャップ、１１…ワークとしての回路基板、１２…電子部品としての半導体素子、１３…半田付け部としての金属回路、１７…加熱対象物及び発熱部材としての錘、１９…加熱対象物としてのシート半田、２０…高周波加熱コイル、２１…半田付け装置、４０，６０，６３…コア、４０ｂ，６０ｂ…磁路形成部、４１，６０ｃ…位置決め手段を形成する支持板、５０…位置決め手段を形成するボルト、５１…位置決め手段を形成するナット、６１，６２，６４…位置決め手段としてのスペーサ。

Claims (11)

1. 複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けするための半田付け装置であって、
   高周波電流を通電可能な高周波加熱コイルと、
   前記高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対向配置され、かつ、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアと、
   前記コアを位置決め支持する位置決め手段とを備え、
   前記コアを、前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節した状態で前記位置決め手段により位置決め支持可能にした半田付け装置。
2. 前記コアは複数設けられ、前記位置決め手段により個別に位置決めされる請求項１に記載の半田付け装置。
3. 前記複数のコアは前記複数の加熱対象物それぞれに対向配置される請求項２に記載の半田付け装置。
4. 前記コアは前記高周波加熱コイルを跨ぐとともに高周波加熱コイルの外側から磁路形成部が加熱対象物に向けて延びるように断面横Ｃ型状に形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半田付け装置。
5. 前記半田付け装置は電流の流れる方向が逆である複数本の高周波加熱コイルを備え、前記コアは前記電流の流れる方向が異なる高周波加熱コイル同士を仕切るとともに各高周波加熱コイルの周りに磁路を形成可能とするように磁路形成部が加熱対象物に向けて延びる断面横Ｅ型状に形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半田付け装置。
6. 前記加熱対象物は、前記高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材であり、該発熱部材を伝導した熱によって半田が溶融され、前記ギャップは前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に設定される請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半田付け装置。
7. 前記位置決め手段は、前記高周波加熱コイルと前記コアとの間に介装されるスペーサである請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の半田付け装置。
8. 前記位置決め手段は、前記コアから延設された支持板、及び前記支持板とワークとの間に介装されるボルト及びナットからなる請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の半田付け装置。
9. 前記位置決め手段は、前記発熱部材における前記磁路形成部に対向する端面と、前記磁路形成部における発熱部材に対向する端面との間に介装される非磁性材料製のスペーサである請求項６に記載の半田付け装置。
10. 複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で加熱対象物を加熱することで半田を溶融させて電子部品を半田付けする半田付け方法であって、
    高周波加熱コイルによる高周波誘導加熱によって同時に加熱される複数の加熱対象物に対し、前記高周波加熱コイルに相対移動可能に配設されるとともに、高周波加熱コイルへの高周波電流の通電によって該高周波加熱コイルの周りに磁路を形成する磁路形成部が前記加熱対象物に向けて延設されたコアを対向配置させ、
    前記磁路形成部における加熱対象物に対向する端面と該加熱対象物との間のギャップを、前記加熱対象物の温度上昇速度に応じて設定された値に調節し、
    前記ギャップを維持するように前記コアを位置決め支持して半田付けを行うことを特徴とする半田付け方法。
11. 請求項１０に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する電子機器の製造方法。

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