CN107112247B - 加热冷却设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种加热冷却设备，该加热冷却设备能够在具有气密性的处理室内进行加热和冷却的处理，能够提高加热冷却效率并且实现装置的小型化。加热冷却设备(100)具备气密性的处理室(4)、对被处理构件(1)进行加热的包括感应加热线圈(2a)的感应加热装置(2)、对被处理构件(1)进行冷却的冷却装置(3)、用于测定被处理构件(1)的温度的温度传感器(5)以及对感应加热装置(2)和冷却装置(3)进行控制的控制装置(6)。在加热冷却设备(100)中还设置有移动装置(15)，该移动装置(15)使被处理构件(1)和冷却装置(3)的冷却部(3a)中的至少一方移动，来变更被处理构件(1)与冷却部(3a)之间的距离。

Description

加热冷却设备
技术领域
本发明涉及一种加热冷却设备，更详细地说，例如涉及一种适于将半导体元件焊接于基板的加热冷却设备。
背景技术
作为以往的焊接装置，已知一种连续输送式的回流焊炉(reflow furnace)，该回流焊炉使焊接构件载置于输送机并依次经过预备加热区、正式加热区、冷却区来对其进行回流焊处理。一般来说，这种回流焊炉是向大气开放的。
但是，近年来，在作为电力变换用途的开关器件等来使用的功率半导体模块等中，其使用环境条件严峻，在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体芯片、FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)等电子部件与绝缘基板的焊接结合面或者绝缘基板与底板的焊接结合面也需要高强度且高耐热性，逐渐采用易于得到高结合强度且Sb浓度高的Sn-Sb系的焊接材料来代替虽然焊料润湿性优异但是结合强度不能说足够的Sn-Ag系的焊接材料。
然而，Sb浓度高的Sn-Sb系的焊接材料被提出以下问题：与Sn-Ag系的焊接材料相比，Sn-Sb系的焊接材料在被焊接构件的表面形成厚的氧化膜，因此具有焊料难以润湿的性质，当使用向大气开放的回流焊炉时，无法充分还原被焊接构件的表面氧化膜，易于在焊接结合面产生空隙(void)。
专利文献1～3中记载了以下方法：在还原气体环境下进行回流焊处理，提高焊料润湿性，来防止空隙的产生。
另外，专利文献4中公开了如下的回流焊炉：将能够密闭的立式的工艺管的内部空间分为正式加热区、预备加热区以及冷却区，使搭载着被处理物的升降单元升降，使该升降单元按照期望的处理时间条件在所述预备加热区、所述正式加热区以及所述冷却区的各区停止，由此对被处理物进行回流焊处理。
另一方面，专利文献5中公开了一种焊接装置，该焊接装置的特征在于，在能够开闭的腔室内设置有热板和冷却板，该热板具备加热单元，该热板的至少载置基板的部分是平坦的，该冷却板具有能够与所述热板紧贴的面，并且能够相对于所述热板进退，所述腔室连接有真空排气泵、羧酸蒸气的供给源以及非氧化性气体的供给源。
专利文献1：日本特开2010-161207号公报
专利文献2：日本特开2008-182120号公报
专利文献3：日本特开2009-170705号公报
专利文献4：日本特开2002-144076号公报
专利文献5：日本特开平11-233934号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1～3的装置中，存在以下问题：不具备冷却装置，对焊接构件加热后的冷却是自然冷却，到焊料凝固为止耗费时间，效率差。另外，在专利文献4的装置中，需要预备加热区、正式加热区、冷却区的各区空间，装置的小型化是有极限的。另外，在专利文献5的装置中，设为将焊接构件载置于具备护套加热器等加热装置的热板上并通过接触式的导热进行加热的构造，存在以下问题：即使停止对护套加热器的通电，冷却板的冷却效率也会由于该热板的余热而变差。
鉴于这种问题，本发明的目的在于提供如下的加热冷却设备：能够在具有气密性的一个处理室内进行加热和冷却的处理，能够提高加热冷却效率并且实现装置的小型化。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的加热冷却设备的特征在于，具备：气密性的处理室，其具有能够取出和放入被处理构件的开闭机构；感应加热装置，其对所述被处理构件进行加热，包括至少一个或多个感应加热线圈；冷却装置，其对所述被处理构件进行冷却；温度传感器，其用于测量所述被处理构件的温度；以及控制装置，其基于由所述温度传感器测量出的温度来对所述感应加热装置和所述冷却装置进行控制，其中，在所述加热冷却设备中设置有移动装置，该移动装置使所述被处理构件和/或所述冷却装置的冷却部移动，来变更所述被处理构件与所述冷却装置的冷却部之间的距离。
根据本发明的加热冷却设备，对配置于气密性的处理室的内部的被处理构件进行加热和冷却，因此例如适于还原气体环境下的回流焊处理等，对能够感应加热的构件进行直接加热，因此即使在与被处理构件抵接或接近地配置冷却装置的情况下，也能够不受冷却装置的影响地进行加热。在要使被处理构件升温的情况下，通过移动装置使冷却装置远离被处理构件来降低冷却能力，从而能够对被处理构件进行快速加热。另外，在要将被处理构件保持为固定的温度的情况下，通过移动装置使冷却装置接近被处理构件，来平衡加热与冷却，由此能够高精度地控制被处理构件的温度。另外，在要使被处理构件降温的情况下，通过移动装置使冷却装置与被处理构件抵接，从而能够进行快速冷却。在以上的加热冷却工序中，能够提高加热冷却效率来缩短处理时间，并且，无需使被处理构件在处理室内沿水平方向移动就能够连续地实施加热处理和冷却处理，因此能够使装置小型化。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述感应加热线圈配置于所述被处理构件的下方，所述冷却部的冷却机构与所述感应加热线圈一体化。
对被处理构件进行冷却的冷却装置的冷却部为使冷却机构与感应加热线圈一体化的构造，由此能够节省处理室内的构件设置空间，使处理室小型化。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，通过使所述感应加热线圈为中空构造，所述冷却机构形成能够供制冷剂循环的流路。
根据上述方式，使感应加热线圈为中空构造，因此能够将其作为流路来供制冷剂循环。例如，能够通过使冷却水在中空构造中循环来高效地冷却被处理构件和感应加热线圈。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述冷却部具备冷却板，该冷却板在冷却时与所述中空构造的感应加热线圈的上表面抵接。
根据上述方式，在要使被处理构件升温的情况下，能够通过移动装置使冷却板离开被处理构件，并通过感应加热线圈对被处理构件进行加热。另外，在要使被处理构件降温的情况下，通过移动装置使被处理构件与冷却板抵接，由此能够对被处理构件进行快速冷却。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，具备：冷却板，其位于所述被处理构件与所述感应加热线圈之间；以及制冷剂的流路，其作为所述冷却机构配置于所述冷却板的下方，所述感应加热线圈浸在该制冷剂中。
根据上述方式，能够通过使制冷剂在流路中循环来对冷却板进行冷却。由此，在冷却时，能够通过被冷却的冷却板来对被处理构件进行冷却。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述冷却板由碳化硅、氮化硅或氮化铝的陶瓷形成。
根据上述方式，即使在冷却板之下配置感应加热线圈，也能够对被处理构件进行加热。另外，在使被加热的被处理构件与冷却板接触的情况下，能够通过与冷却板的热交换来进行快速冷却，从而能够降低在加热、冷却中浪费的能量的损耗。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，在所述加热冷却设备中配置有绝缘罩，该绝缘罩覆盖所述感应加热线圈的表面，由具有耐热性的绝缘性材料形成。
根据上述方式，利用具有耐热性的绝缘性材料(陶瓷、聚四氟乙烯树脂等)的绝缘罩来覆盖感应加热线圈的表面使得感应加热线圈不暴露，由此能够防止以下情况：在加热被处理构件时，导电性的粉尘、异物堆积在感应加热线圈上，与感应加热线圈发生短路。能够防止在导电构件之间产生的放电，因此即使长期不进行维护也能够安全地运转加热冷却设备。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述冷却部配置于所述被处理构件的下方，所述感应加热线圈配置于所述被处理构件的上方。
根据上述方式，能够使被处理构件与感应加热线圈之间的距离为虽然不接触但是接近，因此能够高效地对被处理构件进行加热。另外，被处理构件与感应加热线圈之间不存在障碍物(例如冷却板)，因此加热效率进一步提高。
在本发明的加热冷却设备中，也可以是，所述冷却部配置于所述被处理构件的下方，所述感应加热线圈配置于所述冷却部的下方。
通过这样构成，即使在连续处理高度不同的被处理构件的情况下，也无需对被处理构件与感应加热线圈之间的距离进行高度调整，因此作业效率变好。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述控制装置以向所述感应加热装置供给的通电电流及频率、向所述冷却装置供给的制冷剂的入口温度及流量、所述被处理构件与所述冷却板之间的距离为参数，基于由温度传感器测量出的温度来对所述感应加热装置和所述冷却装置进行控制，所述温度传感器相对于所述感应加热线圈被电磁屏蔽。
根据上述方式，控制装置能够利用电信号来高精度地控制与加热、冷却有关的参数，从而控制感应加热装置和冷却装置。另外，温度传感器被设置为相对于感应加热线圈被电磁屏蔽的状态，因此能够准确地测定被处理构件的温度。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，具备：真空排气装置，其与所述处理室连接；还原气体供给装置，其向所述处理室内导入还原气体；以及非活性气体供给装置，其向所述处理室内导入非活性气体，其中，所述控制装置对所述真空排气装置、所述还原气体供给装置以及所述非活性气体供给装置进行控制。
根据上述方式，控制装置能够在控制真空排气装置来对处理室进行真空排气之后，控制还原气体供给装置来向处理室内导入还原气体，由此使被处理构件的表面还原。另外，控制装置能够控制非活性气体供给装置来向处理室内导入非活性气体，与还原气体进行置换，因此能够将处理室安全地向大气开放。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，具备测量所述处理室的内压的压力计，所述控制装置对所述真空排气装置进行控制来使所述处理室内减压，获取由所述压力计测量出的该处理室的内压，根据向所述感应加热装置供给的通电电流及频率的参数值将该内压变换为最大通电电流并进行输出控制。
根据上述方式，控制装置例如能够从压力计获取被减压后的处理室的内压，考虑该内压、被处理构件的加热位置来进行运算，立即输出在处理室内不发生放电的感应加热线圈的最大通电电流。由此，即使在将处理室内控制为减压状态的情况下也能够对被处理构件进行加热。例如，易于排出在使被处理构件的焊接材料熔融时产生的气体，因此缺陷少，能够实现焊接的质量提高。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，所述感应加热线圈包括一个或多个呈在中央具有收缩部的纵长的椭圆形状的线圈，所述感应加热线圈与所述被处理构件平行地配置。
根据上述方式，能够利用这种线圈的形状来防止热集中于载置被处理构件的托盘的中央附近。由此，例如，即使被处理构件的主面为如长方形那样的形状，也能够得到高的均热性。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，在一个处理室配置有两组以上的所述感应加热装置和所述冷却装置。
根据上述方式，感应加热线圈和冷却部以外的部分全部能够共用。另外，通过收纳以往的2倍以上的加热冷却部，能够一次进行2倍以上的被处理构件的加热、冷却处理，因此可预计大幅的成本下降和处理性能提高。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是，具备将载置着所述被处理构件的托盘推压至所述冷却部的推压部，该推压部用于通过使所述托盘与所述冷却部接触来进行冷却。
根据上述方式，在要使载置着被处理构件的托盘与冷却部接触来进行冷却时，通过推压部将托盘推压至冷却部。由此，能够使托盘与冷却部的接触面积变大，从而能够提高冷却效率。
发明的效果
根据本发明的加热冷却设备，通过移动装置使被处理构件和冷却装置的冷却部中的一方或两方移动，由此能够高效地进行被处理构件的加热和冷却。
附图说明
图1是本发明的加热冷却设备的一个实施方式所涉及的概要结构图。
图2是表示本发明的加热冷却设备中使用的感应加热线圈的例子的俯视图。
图3是本发明的加热冷却设备中使用的葫芦型的感应加热线圈所涉及的概要结构图。
图4是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(中空构造的感应加热线圈)所涉及的概要结构图。
图5是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(中空构造的感应加热线圈和冷却板)所涉及的概要结构图。
图6是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(能够收容两组的处理室)所涉及的概要结构图。
图7是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(非接触的感应加热线圈处于处理室的上表面附近)所涉及的概要结构图。
图8是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(非接触的感应加热线圈处于处理室的底面附近)所涉及的概要结构图。
图9是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(感应加热线圈配置于制冷剂容器内)所涉及的概要结构图。
图10是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(感应加热线圈用的绝缘罩)所涉及的概要结构图。
图11是本发明的加热冷却设备的其它实施方式(托盘推压机构和压力计)所涉及的概要结构图。
具体实施方式
下面，参照图1来说明基于本发明的加热冷却设备的一个实施方式。
图1中示出了加热冷却设备100的概要结构图。加热冷却设备100具备：气密性的处理室4，其具有能够取出和放入被处理构件1的开闭机构；冷却装置3的冷却部3a，其配置于被处理构件1的下方；感应加热装置2的感应加热线圈2a，其配置于冷却部3a的下方；移动装置15，其用于改变被处理构件1与冷却部3a之间的距离；温度传感器5，其用于测量被处理构件1的温度；控制装置6，其基于测量出的温度来对感应加热装置2和冷却装置3进行控制；以及输入装置7，其用于向控制装置6输入信号。
在本发明中，感应加热线圈2a和冷却部3a相对于被处理构件1被纵向配置，因此与以往的加热部和冷却部被横向配置的情况相比，能够使装置大幅地小型化。
下面，详细说明各部的结构。
处理室4是包括盖部4a和底部4b的气密室，盖部4a被从开闭装置8延伸出的轴9所支承，与轴9一起如图1中的箭头所示那样进行升降动作，能够相对于底部4b开闭。能够在盖部4a的上表面的内侧安装隔热罩10a、10b，该隔热罩10a、10b用于反射从被处理构件1放射的红外线辐射来使该红外线辐射再入射到被处理构件1。在此，隔热罩10a、10b被设为不妨碍由感应加热装置2进行的加热的构造。另一方面，处理室4连接有真空排气装置11，能够对处理室4进行真空排气。另外，处理室4连接有还原气体供给装置12和非活性气体供给装置13，能够向处理室4供给还原气体或非活性气体。
感应加热装置2包括感应加热线圈2a和电源2b。感应加热是如下的方法，即，向感应加热线圈2a流通交流电流，通过其磁通变化使得在被处理构件1的导电部分产生涡流，利用涡流所引起的焦耳发热对被处理构件1进行加热，感应加热相比于其它非接触加热装置而言构造简单，能够实现小型化，也能够设置在处理室4中。另外，也没有消耗部分，因此不需要维护，适于连续运转。
但是，在被处理构件1由作为非磁性材料的低电阻的金属、例如铜构成的情况下，难以直接进行感应加热，因此将被处理构件1载置于由易于被感应加热的材料构成的被加热构件上，通过感应加热线圈2a对被加热构件进行感应加热，能够通过来自被加热的被加热构件的导热来间接地对被处理构件1进行加热。利用被加热构件制作出的托盘1d优选由高电阻的金属或碳等构成，对于形状没有特别限定。此外，未必需要准备专用构件来作为被加热构件，能够利用碳等构成托盘1d来得到同样的效果。
对于感应加热线圈2a的形状没有特别限定，例如，能够使用将导线卷绕并在中央具有空部的主面外形为圆形或纵长椭圆形的平板线圈或者主面外形为在中央具有收缩部的葫芦形的平板线圈。
冷却装置3包括：冷却部3a；热交换器3b；将冷却部3a与热交换器3b连接为环状的制冷剂配管3c；使制冷剂配管3c内的制冷剂在冷却部3a与热交换器3b之间循环的循环泵3d；以及用于调节循环到所述冷却部的制冷剂的流量的流量调节阀3e。其中，热交换器3b、循环泵3d、流量调节阀3e设置于处理室4的外部，用于与在制冷剂配管3c内流动的制冷剂进行热交换来冷却制冷剂的流体通过未图示的配管流过热交换器3b。
对于冷却装置3的运转方法没有特别限定，例如，能够使循环泵3d始终运转，利用流量调节阀3e来切断制冷剂向冷却部3a的流通或者对制冷剂向冷却部3a的流通进行流量调节。具体地说，在对被处理构件1进行加热时，能够停止制冷剂向冷却部3a的循环。在将被处理构件1的温度保持为固定温度的期间，能够与流过感应加热线圈2a的交流电力的电流量和/或其频率一起，利用流量调节阀3e调整制冷剂的流量。在对被处理构件1进行冷却时，能够停止向感应加热线圈2a的电力供给，将流量调节阀3e开大来增加制冷剂向冷却部3a的循环量，从而快速冷却被处理构件1。
冷却部3a例如能够由设置于处理室4内的底部4b上的、具备制冷剂循环流路的板状构件构成。对于冷却部3a的材质没有特别限定，优选为具有耐热性且导热优异的材质。另外，在非接触加热装置是感应加热装置的情况下，冷却部3a优选为使磁通透过的绝缘体以避免被感应加热。具体地说，能够使用碳化硅、陶瓷、石英玻璃等，碳化硅由于导热率高而尤其理想。
另外，利用中空管来构成感应加热线圈2a，使制冷剂配管3c在循环泵3d的喷出侧从流量调节阀3e的上游进行分支，来使制冷剂流向感应加热线圈2a，从而能够对感应加热线圈2a进行冷却。
移动装置15包括支承被处理构件1的框架15a、用于使框架15a升降的多根升降轴15b、安装有升降轴15b的升降基座15c以及用于驱动升降基座15c的升降致动器15d，移动装置15能够使被处理构件1沿上下方向移动来改变被处理构件1与冷却部3a之间的距离。当使升降致动器15d收缩时，升降基座15c上升，安装于升降轴15b的顶端的框架15a所支承的被处理构件1上升，从而离开冷却部3a。反之，当使升降致动器15d延伸时，升降基座15c下降，安装于升降轴15b的顶端的框架15a所支承的被处理构件1下降，从而与冷却部3a接触。在要使被处理构件1升温的情况下，能够使被处理构件1离开冷却部3a来进行快速加热。另外，在要将被处理构件保持为固定的温度的情况下，能够使被处理构件1接近冷却部3a来平衡加热与冷却，由此高精度地控制被处理构件1的温度。另外，在要使被处理构件1降温的情况下，能够使被处理构件1与冷却部3a抵接来进行快速冷却。
此外，移动装置15也可以是不改变被处理构件1的位置而是使冷却部3a移动来改变被处理构件1与冷却部3a之间的距离的装置。
对于温度传感器5没有特别限定，例如能够使用热电偶、红外线放射温度计等。其中，优选的是，温度传感器5是不受感应加热的影响的传感器或者是被电磁屏蔽以避免被直接感应加热的构造。上述中红外线放射温度计是不受感应加热的影响的温度传感器。在温度传感器5是热电偶的情况下，优选的是，芯线部分被护套包覆以避免被直接感应加热。另外，当温度传感器5的顶端部附近与冷却部3a接触时，会受到温度低的冷却部3a的影响，因此优选的是至少在温度传感器5的顶端与冷却部3a之间设置间隙。也可以设置多个温度传感器。对来自多个温度传感器的输入值进行平均，使得与目标值之间的偏差最小，由此温度的可靠性增加。
真空排气装置11包括具有阀11a的配管11b以及真空泵11c。对于真空泵11c没有特别限定，例如能够使用旋转泵(rotary pump)、隔膜泵(diaphragm pump)、活塞型泵(piston-type pump)等。其中，在排出还原气体的情况下，安全起见，真空泵11c优选为防爆型的泵。
还原气体供给装置12包括具有阀12a的配管12b以及还原气体储存罐12c。作为还原气体，例如能够使用包含氢、甲酸、甲醛等的气体。
非活性气体供给装置13包括具有阀13a的配管13b以及非活性气体储存罐13c。作为非活性气体，例如能够使用氮气、氩气等。
虽未进行图示，但是控制装置6至少具备包括RAM、ROM、磁盘、光盘等的存储装置以及包括CPU的运算装置，基于存储装置中保存的程序、数据，通过运算装置向各种装置发送控制信号。控制装置6连接有输入装置7以及未图示的包括显示器、打印机等的显示装置。能够从与控制装置6连接的输入装置7输入要保存到控制装置6的存储装置的数据。作为从输入装置7输入的数据，例如能够列举出保持时间t1、保持时间t2、第一目标加热温度T1、第二目标加热温度T2、第一目标冷却温度T3、第二目标冷却温度T4等。另外，如前所述那样由温度传感器5测定出的被处理构件1的温度T等也被输入到控制装置6。
控制装置6与开闭装置8连接，能够通过控制信号a来使处理室4的盖部4a上下运动。另外，控制装置6与感应加热装置2的电源2b连接，能够通过控制信号b来控制感应加热线圈2a的输出。例如，能够控制向感应加热线圈2a流通的交流电力的频率、电流量。另外，控制装置6与冷却装置3的热交换器3b连接，能够通过控制信号c来控制制冷剂的温度。另外，控制装置6与冷却装置3的流量调节阀3e连接，能够通过控制信号d来控制制冷剂的流量。另外，控制装置6与真空排气装置11的阀11a连接，能够通过控制信号e来使阀11a开闭。另外，控制装置6与真空排气装置11的真空泵11c连接，能够通过控制信号f来使真空泵11c运转/停止。另外，控制装置6与还原气体供给装置12的阀12a连接，能够通过控制信号g来使阀12a开闭。另外，控制装置6与非活性气体供给装置13的阀13a连接，能够通过控制信号h来使阀13a开闭。另外，控制装置6与移动装置15的升降致动器15d连接，能够通过控制信号i来改变被处理构件1与冷却部3a之间的距离。
因此，控制装置6能够以向感应加热线圈2a供给的通电电流及频率、向冷却部3a供给的制冷剂的入口温度及流量、被处理构件1与冷却部3a之间的距离为参数，来控制被处理构件1的温度。
接着，说明将本发明的加热冷却设备100用于半导体模块的焊接的实施方式的一例。
例如，被处理构件1包括半导体元件1a、在绝缘板的两面具有金属箔的绝缘基板1b、底板1c以及托盘1d。被处理构件1的半导体元件也可以是多个。借助膏状的焊料将半导体元件粘贴在绝缘基板的上表面的金属箔的规定位置处。另外，借助膏状的焊料将底板1c粘贴在绝缘基板1b的下表面的金属箔处。托盘1d兼作输送治具，当载置于冷却部3a上时，托盘1d的下表面与冷却部3a的上表面及埋设于冷却部3a的温度传感器5的顶端抵接。
对于托盘1d的材质没有特别限定，能够使用陶瓷、石英玻璃等绝缘材料、碳等高电阻材料。当利用绝缘材料来构成托盘1d时，能够利用透过的磁通来直接对底板1c进行感应加热。另一方面，当利用高电阻材料来构成托盘1d时，能够通过来自被感应加热的托盘1d的导热来间接地对底板1c进行加热。如果这样构成，则能够不依赖于底板1c的材质而均匀地对被处理构件1进行加热。另外，能够适当变更托盘1d的形状使得托盘1d能够输送多个底板1c来进行加热冷却处理。下面，说明利用加热冷却设备100进行的半导体模块的焊接方法。
(1)搬入
通过开闭装置8使处理室4的盖部4a上升来打开处理室4，搬入被处理构件1，将被处理构件1载置于框架15a上，之后通过开闭装置8使处理室4的盖部4a下降来关闭处理室4，将处理室4密封。
(2)真空排气
打开真空排气装置11的阀11a，使用真空泵11c对处理室4的内部进行真空排气，在达到规定的真空度时关闭阀11a。但是，在想要在减压状态下进行还原的情况下，也可以保持打开阀11a。
(3)还原气体导入
打开还原气体供给装置12的阀12a，从还原气体储存罐12c向处理室4供给还原气体。在向处理室4供给了规定压力的还原气体时，关闭阀12a。但是，在想要在减压状态下进行还原的情况下，仍打开阀12a，与真空排气速度取得平衡，从而能够保持为规定的压力。
(4)第一加热(还原处理)
使用感应加热装置2将被处理构件1加热至第一目标加热温度T1，在保持时间t1内将由温度传感器5测定的被处理构件1的温度T保持为第一目标加热温度T1，来对被处理构件1进行预热，并且将被处理构件1的表面还原，来提高焊料的润湿性。在加热时，通过移动装置15将被处理构件1以不与冷却部3a接触的方式隔开间隙地进行保持。如果这样，则热不容易从被处理构件1向冷却部3a散去，因此能够对被处理构件1进行快速加热。第一目标加热温度T1被设定为比焊料的熔融温度低的温度。若在被处理构件1的表面被充分还原之前焊料熔融，则会出现结合部中产生空隙的焊接不良。因此，需要进行温度控制以避免被处理构件1的温度T过冲(overshooting)。控制装置6能够以使第一目标加热温度T1与由温度传感器5测定出的温度T之间的偏差最小的方式对感应加热装置2的输出进行反馈控制。
本发明的加热冷却设备100是使用感应加热装置2将被处理构件1作为发热体来直接加热的方法，因此具有升温速度快的优点，能够缩短加热时间，提高加热冷却设备的处理能力。
(5)第二加热(焊料熔融)
使用感应加热装置2将被处理构件1加热到第二目标加热温度T2，在保持时间t2内将由温度传感器5测定的被处理构件1的温度T保持为第二目标加热温度T2，来使被处理构件1的焊料熔融。第二目标加热温度T2被设定为比焊料的熔融温度高的温度。在第二目标加热温度T2的设定相对于焊料熔融温度而言过高的情况下，焊接结合面处的固相反应进展过度而导致焊接不良，反之在第二目标加热温度T2的设定过于接近焊料的熔融温度的情况下，存在以下危险：在由于加热的面内偏差而温度未充分升高的位置处，焊料未熔融而导致焊接不良。因此，需要准确地测定被处理构件1的温度T且适当地进行温度控制。控制装置6能够以使第二目标加热温度T2与由温度传感器5测定出的温度T之间的偏差最小的方式对感应加热装置2进行反馈控制。作为控制参数，能够对向感应加热线圈2a供给的通电电流及频率、向冷却部3a供给的制冷剂的入口温度及流量、被处理构件1与冷却部3a之间的距离进行控制。
(6)冷却(焊料凝固)
停止利用感应加热装置2的加热，通过移动装置15使被处理构件1与冷却部3a接触或接近，通过冷却部3a对被处理构件1进行冷却。另外，控制装置6能够以使第一目标冷却温度T3与由温度传感器5测定出的温度T之间的偏差最小的方式对冷却装置进行反馈控制。冷却部3a由不被直接加热的材料构成，温度不上升，因此能够迅速地冷却被处理构件1，缩短冷却时间，提高加热冷却设备的处理能力。
(7)非活性气体导入
通过温度传感器5来测定被处理构件1的温度T，在该温度T变为第二目标冷却温度T4时，在还原气体供给装置12的阀12a关闭着的状态下打开真空排气装置11的阀11a，使用真空泵11c对处理室4的内部进行真空排气。在处理室4达到规定的真空度时关闭阀11a，打开非活性气体供给装置13的阀13a，从非活性气体储存罐13c向处理室4供给非活性气体。在处理室4的压力恢复为大气压时，关闭阀13a。在此期间也持续通过冷却部3a对被处理构件1进行冷却。
(8)搬出
通过开闭装置8使处理室4的盖部4a上升来打开处理室4，搬出被处理构件1，之后通过开闭装置8使处理室4的盖部4a下降来关闭处理室4。
如以上所说明的那样，本发明的加热冷却设备能够在一个处理室4内进行提高焊料润湿性的还原处理、焊料熔融处理、焊料凝固处理，因此与以往的焊接装置相比小型化。另外，冷却部3a配置于被处理构件1的下方，感应加热装置2的感应加热线圈2a配置于冷却部3a的更下方。根据该实施方式，即使在连续处理高度不同的被处理构件1的情况下，被处理构件1与感应加热线圈2a之间的距离也不变，这是由于感应加热线圈2a配置于冷却装置3的下方。因此，不需要重新调整感应加热线圈2a的高度，能够提高作业性。另外，通过感应加热线圈2a，只有作为被处理构件1的半导体模块容易被加热，处理室4的内壁、冷却部3a等难以被加热，因此加热没有浪费，而且能够对半导体模块进行快速加热、快速冷却。
接着，使用附图来说明本发明的加热冷却设备的感应加热装置的详情。
如前所述，在被处理构件1是半导体模块且要将半导体元件1a、绝缘基板1b以及铜制的底板1c焊接结合的情况下，每个构件均为难以直接感应加热的构件，从被感应加热的被加热构件通过导热来间接加热是更为容易的，优选的是，将底板1c例如载置在由碳材料构成的托盘1d上来间接加热。为了均匀地加热被处理构件1，优选的是，托盘1d的外形比载置多个底板1c的区域的外缘大，感应加热线圈2a的外形比托盘1d的外形大。
对于在本发明中使用的感应加热线圈2a的形状没有特别限定，例如能够使用图2的俯视图所示的感应加热线圈。在图2中，省略了导线的形状，仅图示了绕线束的外形。另外，利用被加热构件形成的托盘1d被图示为长方形。图2的(a)中示出了将导线卷绕并在中央具有空部的主面的外形为圆形的平板状的感应加热线圈2aa。图2的(b)中示出了将导线卷绕并在中央具有空部的主面的外形为纵长椭圆形的平板状的感应加热线圈2ab。图2的(c)中示出了将导线卷绕并在中央具有空部的主面的外形为在中央具有收缩部S的纵长椭圆形(葫芦形)的平板状的感应加热线圈2ac。这些感应加热线圈可以是将绝缘包覆导线卷绕而成的线圈，但是也可以是将电导性好的金属制的中空管卷绕而成的线圈。即使是中空，由于电流流过金属表面，因此也不会影响损耗、加热性能。
并且，在图2中，分别利用阴影来示意性地图示了对托盘1d进行了感应加热时的高温部HT和低温部LT。在图2的(a)所示的圆形线圈2aa中，在托盘1d的四边产生高温部HT，在四角产生低温部LT。在图2的(b)所示的两个并列的纵长椭圆线圈2ab中，在托盘1d的中央和沿着短边产生高温部HT。特别是，在托盘1d的中央附近，由于同时被两个纵长椭圆线圈的直线部加热，因此温度容易上升。因此，若使用对纵长椭圆线圈2ab进行改进后得到的、在中央具有收缩部S的葫芦形线圈2ac，则能够缓和托盘1d的中央附近的热的集中，如图2的(c)所示那样均热性提高。
并且，使用图3来说明葫芦形线圈2ac的形状和配置的详情。在托盘1d的上表面载置有6个被处理构件1。在托盘1d的下方，两个葫芦形线圈2ac以使收缩部S相邻的方式并列地平行配置。
在此，葫芦形线圈2ac优选形成为以下形状：葫芦形线圈2ac的中心的空间以及所述收缩部S的至少一部分配置于比托盘1d的外周靠内侧的位置。通过这样，能够将感应加热线圈的磁力线集中于托盘1d的内侧，来高效地对托盘1d进行加热。
当使从葫芦形线圈2ac的长边方向的端部到托盘1d的外缘的距离L1变大时，能够使托盘1d的地点A处的发热量增加。另外，在葫芦形线圈2ac的具有收缩部S的一侧，当使从葫芦形线圈的最突出的外缘到被处理构件的外缘的距离L2变大时，能够使托盘1d的地点B处的发热量增加。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是将并列的葫芦形线圈2ac之间的距离L3设计成使地点A与地点B的发热量为相同程度，更优选的是设置有对托盘1d的均热性进行调整的位置调整装置。另外，优选的是葫芦形线圈2ac与托盘1d之间的距离L4被设计成考虑到平板外周的散热来得到适当的平板外周与内侧的发热差，更优选的是设置有对托盘1d的均热性进行调整的位置调整装置。
另外，在本发明的加热冷却设备中，相邻的葫芦形线圈2ac的卷绕方向优选为相反的卷绕方向。如果这样构成，则由两个感应加热线圈2ac制作出的磁场以增强涡流的方式发挥作用，因此能够高效地对托盘1d进行加热。
在本发明的加热冷却设备中，优选的是在相邻的葫芦形线圈2ac的下方具备软磁性构件16。如果这样构成，则能够借助软磁性构件16将一方的感应加热线圈的向下方延伸的磁力线与另一方的葫芦形线圈2ac的磁力线连接，使在葫芦形线圈2ac下侧产生的磁场翻转到上方。另外，通过调整软磁性构件16相对于葫芦形线圈2ac的配置，能够调节托盘1d上的磁通密度的分布。
此外，本发明的加热冷却设备不限于葫芦形线圈，即使是其它形状的感应加热线圈，也能够具备使并列的感应加热线圈之间的距离L3可变的位置调整装置、使感应加热线圈与被处理构件1之间的距离L4可变的位置调整装置，也可以构成为使相邻的感应加热线圈的卷绕方向为相反的卷绕方向，在感应加热线圈的下方配置软磁性构件。
另外，在上述内容中，说明了配置两个感应加热线圈的例子，但是感应加热线圈也可以是一个，还可以将两个以上的多个感应加热线圈并列地平行配置。
接着，使用附图来说明在本发明的加热冷却设备中改变冷却部的方式来得到的其它实施方式。
图4中示出了冷却部是形成有能够供制冷剂循环的流路的中空的感应加热线圈2a且兼作加热部和冷却部的加热冷却设备101。能够通过移动装置15使托盘1d与感应加热线圈2a(冷却部)抵接，来直接对托盘1d进行冷却。为了增大与托盘1d的接触面积，感应加热线圈2a的截面优选设为与托盘1d接触的面为平坦的面。具体地说，优选是具有中空的矩形截面。如果这样构成，则能够使制冷剂在被设为中空的感应加热线圈2a中流通来抑制感应加热线圈2a的自发热，并且，感应加热线圈2a兼作加热部和冷却部，因此能够节省设置空间来使处理室小型化。
图5中示出了冷却部兼作加热部和冷却部的加热冷却设备102，该冷却部包括形成有能够供制冷剂循环的流路的中空的感应加热线圈2a、配置于感应加热线圈2a的上方的由绝缘性材料构成的冷却板3f以及配置于感应加热线圈2a的下方的由绝缘性材料构成的支承板3g。能够通过移动装置15使被处理构件1与冷却板3f抵接，来直接对被处理构件1进行冷却。在此，当冷却板3f的热容量过大时，加热和冷却时的响应性变差，导致处理时间变长。因此，期望的是，通过基于制冷剂循环流量的吸热与冷却板3f的热容量的平衡，来实现冷却能力的调节和温度变化的稳定化。
根据上述方式，感应加热线圈2a兼作加热部和冷却部，因此能够节省设置空间来使处理室小型化。
图6中示出了基于本发明的加热冷却设备的其它实施方式。图6的(a)表示使被处理构件1离开冷却部3a的状态，图6的(b)表示使被处理构件1与冷却部3a抵接的状态。加热冷却设备103在一个处理室中具备两组感应加热线圈2a和冷却部3a，能够同时处理两个被处理构件1。根据上述方式，除感应加热线圈2a、冷却部3a以外全部能够共用，且能够收纳以往的2倍的加热冷却部，能够降低成本和提高处理性能。
此外，在上述内容中，说明了两组感应加热线圈2a和冷却部3a，但是也可以具备两组以上的多组。另外，各组可以通过一个升降致动器15d来同时移动，但是也可以按每组具备升降致动器15d来个别地移动。当设为个别地移动时，能够个别地调整被处理构件1与冷却部3a之间的距离，因此易于进行温度控制。
图7中示出了基于本发明的加热冷却设备的其它实施方式。在加热冷却设备104中，感应加热装置2的非接触的感应加热线圈2a配置于被处理构件1的上方，冷却装置3的冷却部3a配置于被处理构件1的下方。其它构造与前述实施方式(图1)相同。
根据该实施方式，能够使被处理构件1与感应加热线圈2a之间的距离接近，因此能够高效地对被处理构件1进行加热。另外，在感应加热线圈2a与被处理构件1之间不存在障碍物，因此能够进一步提高加热效率。
另外，由中空的感应加热线圈2a构成，使制冷剂配管3c在循环泵3d的喷出侧从流量调节阀3e的上游进行分支，来使制冷剂流向感应加热线圈2a，从而能够对感应加热线圈2a进行冷却。
图8中示出了图7所示的加热冷却设备104的变更方式。
在该加热冷却设备105中，非接触的感应加热线圈2a配置于冷却装置3的冷却部3a的下方。因而，形成如下构造：冷却部3a配置于载置着被处理构件1的托盘1d的下方，感应加热线圈2a配置于冷却部3a的更下方。其它构造与前述实施方式相同。
根据该实施方式，即使在连续处理高度不同的被处理构件1的情况下，被处理构件1与感应加热线圈2a之间的距离也不变，这是由于感应加热线圈2a配置于冷却装置3的冷却部3a的下方。因此，不需要重新调整感应加热线圈2a的高度，能够提高作业性。
并且，感应加热线圈2a也可以配置于被处理构件1的上方和冷却部3a的下方。如果这样构成，则从上下加热被处理构件1，因此能够得到更高的均热性。
图9中示出了基于本发明的加热冷却设备的其它实施方式。
在该加热冷却设备106中，感应加热线圈2a被收纳在冷却装置3的制冷剂容器3h中。另外，在制冷剂容器3h中形成有供制冷剂循环的流路，因此感应加热线圈2a处于浸到在流路中循环的制冷剂中的状态。
制冷剂容器3h被收纳于上方开口的支承台3g’，被冷却板3f封闭。另外，在制冷剂容器3h的底部设置有制冷剂导入口3i和制冷剂导出口3j。而且，从制冷剂导入口3i导入制冷剂(例如冷却水)，从制冷剂导出口3j排出制冷剂。由此，能够对感应加热线圈2a以及与制冷剂容器3h的上表面抵接的冷却板3f进行冷却。
图9的(a)表示加热被处理构件1时的情形。在加热被处理构件1时，向感应加热线圈2a的端子2c流通交流电流。实际上，位于温度传感器5的右侧的感应加热线圈2a也具有端子2c(省略图示)，从端子2c流通交流电流。
载置着被处理构件1的托盘1d与移动装置15的升降轴15b连接。在加热时，通过移动装置15使托盘1d上升到与冷却板3f相距至少3mm以上的位置，感应加热线圈2a能够通过使被处理构件1的导电部分产生涡流来以非接触的方式对被处理构件1进行加热。
接着，图9的(b)表示冷却被处理构件1时的情形。如图所示，在冷却时，通过移动装置15使托盘1d下降，来使托盘1d与冷却板3f接触。由此，通过冷却板3f对被处理构件1进行快速冷却。
在本实施方式中，在制冷剂容器3h内循环的制冷剂直接与冷却板3f接触，因此能够减轻冷却能力的损耗。另外，感应加热线圈2a的形状限制也得以缓和，还能够确保足够的卷绕数或者使用低损耗的利兹线。
图10中示出了基于本发明的加热冷却设备的其它实施方式。
首先，该加热冷却设备107的特征在于移动装置15、特别是载置托盘1d的部分。如图10的(a)所示，移动装置15的升降致动器15d连接有形成为平板状的升降基座15c。另外，固定于升降基座15c的贯穿处理室4的底部4b的升降轴15b被设置为能够利用位于底部4b的升降轴承15e来沿上下方向移动。
图10的(b)是放大了图10的(a)的区域R的图。如图10的(b)所示，在升降轴15b的另一端侧具备台座15f，安装有连结板15g以将图10的(a)所示的两根升降轴15b的一对台座15f之间连接。另外，对载置着被处理构件1的托盘1d的底面端部进行保持的、由耐热性的绝缘性材料(例如，陶瓷、聚酰亚胺、PEEK板等工程塑料)形成的支承部15h被固定于连结板15g。
支承部15h形成为在通过移动装置15使被处理构件1下降了的情况下被处理构件1不与冷却板3f、后述的绝缘罩2d发生干扰。当升降致动器15d根据控制装置6的命令来进行升降动作时，所述结构的移动装置15能够一边保持托盘1d一边使支承部15h顺畅地动作。
该加热冷却设备107的特征还在于冷却装置3。在中空的感应加热线圈2a的上表面侧，通过感应加热被加热至高温状态的被处理构件1以及以吸收托盘1d的热为目的的冷却板3f以热传递良好的方式紧贴地形成。冷却板3f优选由导热率高的陶瓷(例如SiC、AlN等)形成且其厚度大于被处理构件1的厚度，由此增大热容量。
另外，在感应加热线圈2a的下表面侧，具有为了将感应加热线圈2a的形状和位置固定而设置的由绝缘性材料(例如塑料、陶瓷等)形成的支承板3g。
在此，为了以使温度偏差变小的方式对载置于矩形状的托盘1d的被处理构件1进行加热，需要使感应加热线圈2a具有比冷却板3f大的尺寸，导致感应加热线圈2a的上表面暴露。
因此，在支承板3g上安装有绝缘罩2d，该绝缘罩2d利用具有耐热性的绝缘性材料(例如聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺、可加工陶瓷等)来覆盖感应加热线圈2a的上表面，并形成为不与支承部15h发生干扰。
此时，为了避免冷却板3f的端部与绝缘罩2d的端部之间产生间隙，在冷却板3f的下端设置缺口，将绝缘罩2d的顶端插入到冷却板3f的缺口部(参照图10的(b))。
通过具备这样形成的绝缘罩2d，不会发生装卸被处理构件1和托盘1d时产生的导电性的尘埃在长期运转时堆积在感应加热线圈2a上的情况，能够得到防止短路和放电的效果。
另外，设为以下构造：在形成感应加热线圈2a的管之间插入由绝缘性材料形成的间隔件2e，以避免在向感应加热线圈2a流通电流时发生放电和短路。
图11中示出了基于本发明的加热冷却设备的其它实施方式。
在加热时，加热冷却设备108通过移动装置15使托盘1d上升，来利用感应加热线圈2a对载置于托盘1d的被处理构件1进行加热。另外，在冷却时，通过移动装置15使托盘1d下降，来使托盘1d与冷却板3f接触。由此，使托盘1d的热传导至冷却板3f来使热散去，对被处理构件1进行冷却。
在冷却时，有时托盘1d会由于热变形而卷曲、或者由于被处理构件1的重量而弯曲。在这种情况下，托盘1d与冷却板3f的接触面积减少，存在无法得到充分的冷却性能的担忧。当无法得到充分的冷却性能时，焊料组织粗大化，在蠕变变形时裂纹容易扩展，焊接结合强度的长期可靠性降低。
因此，在加热冷却设备108中，通过托盘推压机构17对托盘1d的外周部进行加压，将托盘1d推压至冷却板3f。由此，能够使托盘1d与冷却板3f的接触始终为良好的状态。
然而，托盘1d使用碳材料的情况多，强度上不强，因此有时会破损。即，当通过托盘推压机构17将托盘1d强制地推压至冷却板3f时，会发生托盘1d磨耗或者破损之类的状况。
因此，在为了提高载置着被处理构件1的托盘1d与冷却板3f的接触面积而将托盘1d推压至冷却板3f时，利用温度传感器5来观测托盘1d的温度，并且利用冷却板温度传感器18来观测冷却板3f的温度，由此能够掌握冷却状态。
加热冷却设备108的控制装置6通过上述的方法来实时地判断托盘1d与冷却板3f的接触状态是否良好，仅在接触状态差的情况下控制托盘推压机构17以使其推压托盘1d(使用信号线j)。由此，能够减少托盘推压机构17超过必要限度地推压托盘1d而使其破损的情况。
通过以上，加热冷却设备108能够改善托盘1d与冷却板3f的接触状态，维持规定的冷却特性。即，能够进行被处理构件1的快速冷却，从而能够抑制焊料组织的粗大化来得到良好的焊接结合状态。
最后，说明作为加热冷却设备108的另一个特征的输出控制。加热冷却设备108是与图1中说明的加热冷却设备100大致相同的电路结构，但是在以下方面不同：具备测量处理室4内的压力的压力计19；具备释放处理室4内的压力的放出阀20、放出配管21。
在气密性的处理室4内的压力超过固定压力(例如大气压以上)的情况下，控制装置6能够控制与放出配管21连接的放出阀20来释放压力。控制装置6借助信号线k来进行放出阀20的开闭动作，对处理室4内的压力进行控制。
另外，在压力计19的信号被发送到控制装置6的情况下，控制装置6对阀11a的开闭、真空泵11c的动作进行控制。
控制装置6能够以向感应加热线圈2a供给的通电电流及频率、向中空的感应加热线圈2a供给的制冷剂的入口温度及流量、处理室4内的压力Pr、被处理构件1与冷却板3f之间的距离为参数，来控制被处理构件1的温度。
下面，以与已经说明的加热冷却设备100的焊接方法不同的方面为中心来说明利用加热冷却设备108进行的功率半导体设备的焊接方法。
(1)搬入
通过开闭装置8使处理室4的盖部4a上升来打开处理室4，搬入被处理构件1，将被处理构件1载置于框架15a上，之后通过开闭装置8使处理室4的盖部4a下降来关闭处理室4，将处理室4密封。
(2)真空排气
打开真空排气装置11的阀11a，使用真空泵11c对处理室4的内部进行真空排气。然后，在压力计19的值达到规定的真空度时，关闭阀11a。
(3)还原气体导入
打开还原气体供给装置12的阀12a，从还原气体储存罐12c向处理室4供给还原气体。在处理室4的内压达到大气压时，打开放出阀20，并且利用阀12a对还原气体的供给流量进行调整。
在想要使处理室4为减压状态来进行还原的情况下，能够在测量处理室4内的压力的压力计19的值达到规定的压力时关闭阀12a，密封处理室4，由此在密封状态下保持压力。
(4)第一加热(还原处理)
使用感应加热装置2将被处理构件1加热至第一目标加热温度T1，在保持时间t1内将由温度传感器5测定的被处理构件1的温度T保持为第一目标加热温度T1，来对被处理构件1进行预热，并且将被处理构件1的表面还原，来提高焊料的润湿性。在加热时，通过移动装置15将被处理构件1以不与冷却部3a接触的方式隔开间隙地进行保持。如果这样，则热不容易从被处理构件1向冷却部3a散去，因此能够对被处理构件1进行快速加热。控制装置6能够以使第一目标加热温度T1与由温度传感器5测定出的温度T之间的偏差最小的方式对感应加热装置2的输出进行反馈控制。
将被处理构件1保持为第一目标加热温度T1，在经过保持时间t1时关闭还原气体供给装置12的阀12a和放出阀20。另外，打开真空排气装置11的阀11a并开始真空泵11c的运转，减压到处理室4内的压力达到Pr1为止，在达到时关闭阀11a。
此时，控制装置6被输入处理室4用的压力计19的值以及载置着被处理构件1的托盘1d与冷却板3f之间的距离。然后，控制装置6基于输入数据每次都变换为不会产生放电地能够向感应加热线圈2a供给的最大通电电流(电力)并输出，进行加热控制直到达到第二目标加热温度T2为止。
在此，已知来自感应加热线圈2a的放电根据处理室4内的压力与距离之积、向感应加热线圈流通的电力而发生变化(帕邢定律)。换言之，以使最大通电电流(电力)为帕邢定律所示的曲线以下的条件来调整最大通电电流(电力)。第二目标加热温度T2被设定为比被处理构件1的焊料材料的液相线温度(TS)稍高的温度，具有抑制以下情况的效果：由于在减压环境下使焊料材料熔融，处理室4内的还原气体被卷入焊料中。
(5)第二加热(焊料熔融)
使用感应加热装置2将被处理构件1加热到第三目标加热温度T3，在保持时间t3内将由温度传感器5测定的载置被处理构件1的托盘1d的温度T保持为第三目标加热温度T3，来使被处理构件1的焊料熔融。第三目标加热温度T3被设定为与焊料的液相线温度(TS)相比足够高的温度，被设为与熔融的焊料材料、被处理构件1的底板1c、绝缘基板1b有关的焊接结合面以及绝缘基板1b与半导体元件1a之间的焊接结合面的合金层容易生长的温度。
控制装置6能够以使第三目标加热温度T3与温度传感器5的测定值T之间的偏差最小的方式控制向感应加热装置2的感应加热线圈2a供给的通电电流及频率、使制冷剂循环的冷却循环装置的温度及流量、载置着被处理构件1的托盘1d与冷却板3f之间的距离。
在焊料熔融工序在之前记载的减压状态下结束的情况下，打开还原气体供给装置12的阀12a，进行控制使得处理室4内的压力达到大气压。在达到大气压的情况下，调整还原气体供给装置12的阀12a的开度，在处理室4内形成还原气体的流动，并打开放出阀20以避免处理室4内成为加压状态。
但是，在处理室4内的压力被设定为减压状态的Pr2的情况下，控制装置6能够根据将被处理构件1加热到第三目标加热温度T3的处理室4内的压力以及载置着被处理构件1的托盘1d与冷却板3f之间的距离，来每次变换为向感应加热装置2的感应加热线圈2a供给的最大通电电流(电力)并输出，从而控制被处理构件1和托盘1d的温度T。
在被处理构件1和托盘1d达到第三目标加热温度T3并经过规定的保持时间t3的情况下，关闭还原气体供给装置12的阀12a和放出阀20，运转真空排气装置11的真空泵11c并打开阀11a，对处理室4内的还原气体进行排气直到达到规定的压力为止。
在处理室4内达到规定的压力时，关闭阀11a，打开还原气体供给装置12的阀12a，使处理室4恢复至大气压。然后，在达到大气压时，再次打开放出阀20。通过该动作，排出被处理构件1的焊料内存在的气体，实现焊接结合部的空隙的减少。
并且，控制装置6对向感应加热装置2的感应加热线圈2a供给的通电电流(电力)及频率进行控制直到被处理构件1在规定的保持时间t4内达到第三目标加热温度T3为止。通过该工序，能够将被处理构件1的所述焊接结合面的合金层保持为规定的厚度。
(6)冷却(焊料凝固)
停止利用感应加热装置2的加热，通过移动装置15使被处理构件1与冷却板3f接触或接近，通过冷却板3f对被处理构件1进行冷却。另外，控制装置6能够以使第一目标冷却温度T4与由温度传感器5测定出的温度T之间的偏差最小的方式对冷却装置进行反馈控制。冷却板3f由不被直接加热的材料构成，温度不上升，因此能够迅速地冷却被处理构件1，缩短冷却时间，提高加热冷却设备的处理能力。
(7)非活性气体导入
通过温度传感器5来测定被处理构件1的温度T，在该温度T变为第二目标冷却温度T5时，在还原气体供给装置12的阀12a关闭着的状态下打开真空排气装置11的阀11a，使用真空泵11c对处理室4的内部进行真空排气。在处理室4用的压力计19的值达到规定的真空度时关闭阀11a，打开非活性气体供给装置13的阀13a，从非活性气体储存罐13c向处理室4供给非活性气体。在处理室4的压力恢复为大气压时，打开放出阀20来向放出配管21放出还原气体，经过规定时间后，关闭阀13a和放出阀20。在此期间被处理构件1也位于冷却板3f上，被持续地冷却。
(8)搬出
通过开闭装置8使处理室4的盖部4a上升来打开处理室4，搬出被处理构件1，之后通过开闭装置8使处理室4的盖部4a下降来关闭处理室4。
如以上所说明的那样，本发明的加热冷却设备配置成：在被处理构件1的下方，冷却装置3的冷却板3f与供制冷剂循环的感应加热线圈2a抵接。即，仅通过一个处理室4内的升降动作就能够进行提高焊料润湿性的还原处理、焊料熔融处理、焊料凝固处理，因此与以往的焊接装置相比小型化。
根据该实施方式，即使在连续处理高度不同的被处理构件1的情况下，被处理构件1与感应加热线圈2a之间的距离也不变，这是由于感应加热线圈2a配置于冷却板3f的下方。因此，不需要重新调整感应加热线圈2a的高度，能够提高作业性。
另外，通过感应加热线圈2a，只有被处理构件1的半导体模块容易被加热，处理室4的内壁、冷却部3a等难以被加热，因此加热没有浪费，而且能够对半导体模块进行快速加热、快速冷却。
以上只不过是本发明的一个实施方式，除此以外还可考虑各种变更方式。例如，也可以在具有制冷剂容器3h的加热冷却设备106中采用托盘推压机构17等、根据用途将各构件进行组合来构成加热冷却设备。
作为制冷剂能够使用能够在热交换器3b中冷却的水、纯水、超纯水、防冻液等流体，能够适用于所有结构的加热冷却设备。另外，也可以在处理室4的盖部4a与底部4b的接触面设置密封构件(例如O型圈)。在通过开闭装置8使盖部4a下降到底部4b的位置时，弹性体的密封构件变形，由此能够保持处理室4内的气密状态。
附图标记说明
1：被处理构件；1a：半导体元件；1b：绝缘基板；1c：底板；1d：托盘；2：感应加热装置；2a：加热部(感应加热线圈)；2aa：主面的外形为圆形的平板状的感应加热线圈(圆形线圈)；2ab：主面的外形为纵长的椭圆形的平板状的感应加热线圈(纵长椭圆线圈)；2ac：主面的外形为葫芦形的感应加热线圈(葫芦形线圈)；2b：电源；2c：端子；2d：绝缘罩；2e：间隔件；3：冷却装置；3a：冷却部；3b：热交换器；3c：制冷剂配管；3d：循环泵；3e：流量调节阀；3f：冷却板；3g：支承板；3g’：支承台；3h：制冷剂容器；3i：制冷剂导入口；3j：制冷剂导出口；4：处理室；4a：盖部；4b：底部；5：温度传感器；6：控制装置；7：输入装置；8：开闭装置；9：轴；10a、10b：隔热罩；11：真空排气装置；11a：阀；11b：配管；11c：真空泵；12：还原气体供给装置；12a：阀；12b：配管；12c：还原气体储存罐；13：非活性气体供给装置；13a：阀；13b：配管；13c：非活性气体储存罐；15：移动装置；15a：框架；15b：升降轴；15c：升降基座；15d：升降致动器；15e：升降轴承；15f：台座；15g：连结板；15h：支承部；16：软磁性构件；17：托盘推压机构；100～108：加热冷却设备；A、B：温度参照位置；Pr：压力；S：葫芦形线圈的长边方向的中央的收缩部；T、T’：温度；L1：从葫芦形线圈的长边方向的端部到托盘外缘的距离；L2：在葫芦形线圈的具有收缩部S的一侧从葫芦形线圈的最突出的外缘到被处理构件的外缘的距离；L3：并列的感应加热线圈之间的距离；L4：感应加热线圈与托盘的距离；LT：低温部；HT：高温部。

Claims (17)

1.一种加热冷却设备，其特征在于，具备：
气密性的处理室，其具有能够取出和放入被处理构件的开闭机构；
感应加热装置，其对所述被处理构件进行加热，包括一个或多个感应加热线圈；
冷却装置，其对所述被处理构件进行冷却；
温度传感器，其用于测量所述被处理构件的温度；以及
控制装置，其基于由所述温度传感器测量出的温度来对所述感应加热装置和所述冷却装置进行控制，
其中，在所述加热冷却设备中设置有移动装置，该移动装置使所述被处理构件和/或所述冷却装置的冷却部移动，来变更所述被处理构件与所述冷却装置的冷却部之间的距离，
所述加热冷却设备还具备冷却板，其位于所述被处理构件与所述感应加热线圈之间。
2.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述感应加热线圈配置于所述被处理构件的下方，
所述冷却部的冷却机构与所述感应加热线圈一体化。
3.根据权利要求2所述的加热冷却设备，其特征在于，
通过使所述感应加热线圈为中空构造，所述冷却机构形成能够供制冷剂循环的流路。
4.根据权利要求3所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述冷却部具备所述冷却板，该冷却板在冷却时与所述中空构造的感应加热线圈的上表面抵接。
5.根据权利要求2所述的加热冷却设备，其特征在于，具备：
制冷剂的流路，其作为所述冷却机构配置于所述冷却板的下方，所述感应加热线圈浸在该制冷剂中。
6.根据权利要求4所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述冷却板由碳化硅、氮化硅或氮化铝的陶瓷形成。
7.根据权利要求5所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述冷却板由碳化硅、氮化硅或氮化铝的陶瓷形成。
8.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
在所述加热冷却设备中配置有绝缘罩，该绝缘罩覆盖所述感应加热线圈的表面，由具有耐热性的绝缘性材料形成。
9.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述冷却部配置于所述被处理构件的下方，
所述感应加热线圈配置于所述被处理构件的上方。
10.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述冷却部配置于所述被处理构件的下方，
所述感应加热线圈配置于所述冷却部的下方。
11.根据权利要求4所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述控制装置以向所述感应加热装置供给的通电电流及频率、向所述冷却装置供给的制冷剂的入口温度及流量、所述被处理构件与所述冷却板之间的距离为参数，基于由所述温度传感器测量出的温度来对所述感应加热装置和所述冷却装置进行控制，所述温度传感器相对于所述感应加热线圈被电磁屏蔽。
12.根据权利要求5所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述控制装置以向所述感应加热装置供给的通电电流及频率、向所述冷却装置供给的制冷剂的入口温度及流量、所述被处理构件与所述冷却板之间的距离为参数，基于由所述温度传感器测量出的温度来对所述感应加热装置和所述冷却装置进行控制，所述温度传感器相对于所述感应加热线圈被电磁屏蔽。
13.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，具备：
真空排气装置，其与所述处理室连接；
还原气体供给装置，其向所述处理室内导入还原气体；以及
非活性气体供给装置，其向所述处理室内导入非活性气体，
其中，所述控制装置对所述真空排气装置、所述还原气体供给装置以及所述非活性气体供给装置进行控制。
14.根据权利要求13所述的加热冷却设备，其特征在于，
具备测量所述处理室的内压的压力计，
所述控制装置对所述真空排气装置进行控制来使所述处理室内减压，获取由所述压力计测量出的该处理室的内压，根据向所述感应加热装置供给的通电电流及频率的参数值将该内压变换为最大通电电流并进行输出控制。
15.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
所述感应加热线圈包括一个或多个呈在中央具有收缩部的纵长的椭圆形状的线圈，所述感应加热线圈与所述被处理构件平行地配置。
16.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
在一个处理室配置有两组以上的所述感应加热装置和所述冷却装置。
17.根据权利要求1所述的加热冷却设备，其特征在于，
具备将载置着所述被处理构件的托盘推压至所述冷却部的推压部，该推压部用于通过使所述托盘与所述冷却部接触来进行冷却。
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