JP2007180457A - 半田付け方法及び半導体モジュールの製造方法並びに半田付け装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路基板上に半導体素子等の電子部品を半田付けする際に、半田付けされた電子部品の温度が所定温度まで低下する時間を短くする。
【解決手段】回路基板11上に設けられた接合部上に半田シート33を介在させた状態で半導体素子12を配置するとともに、半導体素子12の上に錘35を載置して、錘35で加圧しながら加熱して半田を溶融させた後、加熱を停止する。溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘35を半導体素子12から離間させる。錘35はフランジ35bを有し、フランジ35bが錘保持治具36の上面に係止された状態で、錘保持治具駆動手段37により駆動される錘保持治具36と一体に移動可能に形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】回路基板11上に設けられた接合部上に半田シート33を介在させた状態で半導体素子12を配置するとともに、半導体素子12の上に錘35を載置して、錘35で加圧しながら加熱して半田を溶融させた後、加熱を停止する。溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘35を半導体素子12から離間させる。錘35はフランジ35bを有し、フランジ35bが錘保持治具36の上面に係止された状態で、錘保持治具駆動手段37により駆動される錘保持治具36と一体に移動可能に形成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、半田付け方法及び半導体モジュールの製造方法並びに半田付け装置に関する。
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。回路基板上に電子部品を半田付けする場合、電子部品と回路基板との間に介在する半田の溶融時に、電子部品が溶融した半田の表面張力でその位置がずれたり、電子部品の接合面全体に半田が拡がらずに接合されたりする場合がある。このような不具合を抑制する方法として、電子部品を基板(支持体)上に半田付けする際、電子部品上に載置された錘によって電子部品を加圧する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、高融点材料からなる第1の半田の両面に、該第1の半田よりも低融点の材料からなる第2の半田が配設された三層半田を、半導体素子とこれを載置する支持体の間に挟み、三層半田に錘で圧力を付加し、加熱及び熱処理によって第2の半田のみを溶融させて半導体素子と支持体とを接合させる方法が提案されている。
また、半田を加熱溶融して電子部品をプリント配線基板に取り付ける電子部品取付用加熱溶融装置として、半田が加熱溶融した後凝固するまでの間、電子部品の上面の複数の点を弾性的に押圧する複数の押圧手段(ピン)を備えたものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この押圧手段は、電子部品取付用加熱溶融装置内に配置されたプリント配線基板の上に配設された電子部品の上面の略一定の間隔の複数の点にそれぞれ下端が当接するとともに、それぞれ上端が加熱装置の下端に固着され、電子部品の上面の複数の点を弾性的に押圧する。
特開平6−163612号公報
特開2001−185841号公報
半田付け時に電子部品(半田付けする部品)上に錘を載置すると、半田の溶融時に電子部品の位置ずれを抑制したり、電子部品の接合面全体に半田が拡がるのを助けたりする。しかし、半田を溶融加熱するための熱で錘も加熱される。そして、従来、錘を使用した半田付け方法では、加熱溶融された半田が凝固した後、電子部品が半田付けされた基板を取り出す所定温度に低下するまで錘は電子部品を押圧する位置に配置されていた。そのため、加熱された錘の温度が電子部品に伝達される状態で電子部品の温度が所定温度まで下がるのを待つ待ち時間が長くなり、半田付け作業に掛かる時間が長くなる。
特許文献2の電子部品取付用加熱溶融装置は、電子部品を錘ではなく複数のピンで押圧するため、錘を用いた場合と異なり、錘の熱により電子部品が所定の温度に低下する間での時間を長引かせるという問題はないが、構造が複雑になる。特に複数の電子部品を基板上に半田付けする場合は構造がより複雑になる。
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、回路基板上に半導体素子等の電子部品を半田付けする際に、半田付けされた電子部品の温度が所定温度まで低下する時間を短くすることができる半田付け方法、半導体モジュールの製造方法及び半田付け装置を提供することにある。
前記の目的を達成するため請求項1に記載の発明は、回路基板と電子部品とを半田を介して接合する半田付け方法である。そして、前記回路基板の前記電子部品を接合すべき接合部と前記電子部品との間に半田を介在させた状態で前記回路基板が下側になるように配置するとともに、上側に配置された電子部品の上に錘を載置して、前記錘で加圧しながら加熱して前記半田を溶融させた後、前記溶融した半田が前記接合部及び前記電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点以降で、かつ前記溶融した半田が凝固した後、前記半田の温度が高温のうちに前記錘を前記電子部品から離間させる。ここで、「半田の温度が高温のうち」とは、半田の温度が半田の凝固点温度を確実に下回ったと判断される温度、例えば、凝固点温度−50℃より高いうちという意味である。
この発明では、回路基板の接合部と電子部品との間に半田を介在させた状態で回路基板の上に電子部品を配置するとともに電子部品の上に錘を載置して、錘で加圧しながら半田を加熱溶融させる。そして、溶融した半田が前記接合部及び前記電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点以降で、かつ前記溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘を電子部品から離間させる。その結果、錘の熱が電子部品に伝達されなくなって、電子部品が所定温度まで冷却される時間が、錘を離間させない場合に比較して短くなる。ここで、「所定温度」とは、例えば、電子部品が半田接続された回路基板を半田付けの際に配置された位置から移動させるときの温度である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記溶融した半田が前記接合部及び前記電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点から半田が凝固するまでの間に前記錘を前記電子部品から離間させる。この発明では、溶融された半田が凝固するまでに錘が電子部品から離間するため、溶融した半田が凝固するまでの冷却速度を速めることができる。その結果、半田の結晶が微細化されて、使用時の熱疲労に対する耐久性が向上する。なお、溶融した半田が凝固する前であっても、溶融した半田が前記接合部及び電子部品の接合面の間に濡れ拡がった後であれば、錘による加圧を解除しても、半田がその表面張力で電子部品を持ち上げることがなく、半田は凝固時まで電子部品の接合面全体に拡がって濡れた状態に保持される。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記半田を溶融させた後、加熱を停止し、前記溶融した半田が凝固した後、前記半田の温度が高温のうちに前記錘を前記電子部品から離間させる。従って、この発明では、錘を離間させる時期(タイミング)を容易に(例えば、加熱停止からの経過時間で)設定できる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記錘は錘保持治具を介して加圧位置と、離間位置とに移動される。従って、この発明では、錘を直接保持して移動させる場合に比較して、複数の錘を移動させる場合に作業を容易にしかも効率良く行うことができる。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記錘保持治具は板状に形成されるとともに前記錘が貫通する保持部を備え、前記錘は前記錘保持治具の上面に掛止可能な凸部を有し、前記錘は前記凸部が前記錘保持治具の上面に係止された状態で前記錘保持治具と一体に移動可能に形成されている。この発明では、錘保持治具の構成が簡単になる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記回路基板が下側に配置されるとともに、複数の電子部品を複数の錘で加圧した状態で半田付けが行われ、前記錘保持治具には前記複数の錘の位置関係を前記電子部品に対する加圧時の位置関係に保つように前記保持部が設けられ、複数の錘が同時に加圧位置から離間位置へ移動される。この発明では、複数の錘を移動させる場合に簡単な構成の錘保持治具で作業を容易に行うことができる。
請求項7に記載の発明は、請求項5又は請求項6に記載の発明において、前記錘は、下面に前記電子部品を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに、前記通路を負圧源と接続可能な接続部が錘の下面以外の面に設けられており、錘を吸着部としても使用する。この発明では、例えば、複数の電子部品を錘の下面に吸着して接合部上に一括して載置(配置)することができる。
請求項8に記載の発明は、請求項4〜請求項7のいずれか一項に記載の発明において、前記半田付けは容器内で行われ、前記容器内に配設された錘保持治具駆動手段により、前記錘保持治具が加圧位置に配置されている前記錘を離間位置へ移動させる。従って、この発明では、容器の密閉状態においても、錘保持治具駆動手段により錘保持治具を加圧位置から離間位置へ移動させることができる。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の発明において、前記半田の加熱は、前記錘を誘導加熱で加熱するとともにその熱を前記電子部品を介して前記半田に伝達することにより行われる。従って、この発明では、半田に対して集中的に熱を伝えることができるため、回路基板全体や容器全体を加熱する場合に比べて効率的な加熱を実現することができる。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の発明において、前記回路基板は、表面に金属回路を有するセラミック基板を金属製で冷媒流路を備えたヒートシンクと一体化した冷却回路基板である。この発明では、前記冷却回路基板に対して、電子部品を半田付けする場合、対応する前記請求項に記載の発明と対応する作用、効果を奏する。
請求項11に記載の発明は、請求項1〜請求項10いずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する半導体モジュールの製造方法である。この発明では、半導体モジュール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。
請求項12に記載の発明は、回路基板上に設けられた複数の接合部に複数の電子部品を半田付けする半田付け装置であって、容器と、前記容器内に設けられるとともに前記回路基板を位置決め支持する支持部と、前記支持部の上方に配置されるとともに、前記支持部上に位置決め支持された前記回路基板の前記複数の接合部と対向する位置に複数の錘を保持可能な錘保持治具とを備える。また、前記容器内に配設され、前記錘保持治具を該錘保持治具に保持される前記錘が、前記支持部上に位置決め支持された前記回路基板の接合部上に半田を介して載置された電子部品を前記回路基板側へ加圧可能な加圧位置と、前記電子部品から離間する離間位置とに移動させる錘保持治具駆動手段と、前記回路基板の接合部と前記電子部品との間に介在する半田を溶融加熱する加熱手段とを備えている。
この発明では、回路基板が容器内において支持部上に位置決めされた状態で配置され、回路基板の接合部上に半田を介して載置された電子部品が錘によって加圧された状態で、加熱手段によって半田が溶融状態になるまで加熱可能である。また、溶融した半田が凝固した後、錘が錘保持治具に保持された状態で錘保持治具駆動手段により加圧位置から離間位置へと移動可能である。従って、密閉容器内で半田付けする場合でも、錘を容易に加圧位置から離間位置へと移動することができる。
本発明によれば、回路基板上に半導体素子等の電子部品を半田付けする際に、半田付けされた電子部品の温度が所定温度まで低下する時間を短くすることができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
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6枚)のセラミック基板14を備えている。各セラミック基板14上にはそれぞれ4個、全体で24個の半導体素子12が半田付けされている。半導体素子12は、各セラミック基板14上において一直線上に無い状態で少なくとも3個設けられている。
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
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6枚)のセラミック基板14を備えている。各セラミック基板14上にはそれぞれ4個、全体で24個の半導体素子12が半田付けされている。半導体素子12は、各セラミック基板14上において一直線上に無い状態で少なくとも3個設けられている。
図2に示すように、回路基板11は、表面に金属回路13を有するセラミック基板14が金属製のヒートシンク15と金属板16を介して一体化された冷却回路基板である。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。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。
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。半導体素子12は、金属回路13に接合(半田付け)されている。即ち、金属回路13は半導体素子12を回路基板11上に接合するための接合部を構成する。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(Insulated Gate Bipolar Transistor )やダイオードが用いられている。
次に半導体モジュール10の製造方法を説明する。
図3は、半田付け装置の構成を概略的に示している。半田付け装置HKは、回路基板11の金属回路13に半導体素子12を半田付けするための装置として構成されている。また、この実施形態の半田付け装置HKは、図3に示す半導体モジュール10、即ち、複数(6枚)のセラミック基板14をヒートシンク15と一体化した回路基板11上に半導体素子12が半田付けされて構成される半導体モジュール10の半田付けを行う装置として構成されている。
図3は、半田付け装置の構成を概略的に示している。半田付け装置HKは、回路基板11の金属回路13に半導体素子12を半田付けするための装置として構成されている。また、この実施形態の半田付け装置HKは、図3に示す半導体モジュール10、即ち、複数(6枚)のセラミック基板14をヒートシンク15と一体化した回路基板11上に半導体素子12が半田付けされて構成される半導体モジュール10の半田付けを行う装置として構成されている。
半田付け装置HKは、密閉可能な容器(チャンバ)17を備え、当該容器17は開口部18aを有する箱型の本体18と、当該本体18の開口部18aを開放及び閉鎖する蓋体19とから構成されている。本体18には、半導体モジュール10を位置決めして支持する支持部としての支持台20が設置されている。また、本体18には、蓋体19の装着部位にパッキン21が配設されている。
蓋体19は、本体18の開口部18aを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体18に蓋体19を装着することにより容器17内には密閉空間Sが形成されるようになっている。また、蓋体19において、密閉空間Sと対向する部位は、磁力線(磁束)を通す電気的絶縁材で形成されている。この実施形態では、電気的絶縁材としてガラスが用いられており、蓋体19にはガラス板22が組み付けられている。
また、本体18には、容器17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23が接続されている。還元ガス供給部23は、配管23aと、当該配管23aの開閉バルブ23bと、水素タンク23cとを備えている。また、本体18には、容器17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24が接続されている。不活性ガス供給部24は、配管24aと、当該配管24aの開閉バルブ24bと、窒素タンク24cとを備えている。また、本体18には、容器17内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部25が接続されている。ガス排出部25は、配管25aと、当該配管25aの開閉バルブ25bと、真空ポンプ25cとを備えている。半田付け装置HKは、還元ガス供給部23、不活性ガス供給部24及びガス排出部25を備えることにより、密閉空間S内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間S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、本体18には、半田付け後の容器17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26が接続されている。熱媒供給部26は、配管26aと、当該配管26aの開閉バルブ26bと、ガスタンク26cとを備えている。熱媒供給部26は、容器17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26から供給される熱媒体を冷却液としてもよい。また、本体18には、容器17内の温度を計測するための温度センサ(例えば、熱電対など)27が設置されている。
半田付け装置HKの上部(蓋体19の上部)には、加熱手段を構成する高周波加熱コイル28が設置されている。この実施形態において高周波加熱コイル28は、6枚のセラミック基板14にそれぞれ対応するように、各セラミック基板14の上側に1つずつ合計6つの高周波加熱コイル28が配置されている。この実施形態の高周波加熱コイル28は、1枚のセラミック基板14を覆う大きさで、かつ後述する錘35の上面の輪郭よりも大きく形成されている。また、各高周波加熱コイル28は、渦巻き状(角形渦巻き状)に形成されており、平面的に展開されている。また、各高周波加熱コイル28は、蓋体19(ガラス板22の装着部位)に対向するように配置されている。また、各高周波加熱コイル28は、半田付け装置HKが備える高周波発生装置29に電気的に接続されているとともに、容器17内に設置された温度センサ27の計測結果に基づき、高周波発生装置29の出力が制御されるようになっている。また、各高周波加熱コイル28には、コイル内部に冷却水を通すための冷却路30が形成されているとともに、半田付け装置HKが備える冷却水タンク31に接続されている。
図4は、半田付けを行う際に使用する治具32(図4(a))と錘35(図4(b))を示している。治具32は、回路基板11を構成するセラミック基板14と同一の大きさ(外形)をなす略平板状に形成されている。治具32は、例えば、グラファイトやセラミックスなどの材料で形成されている。治具32は、図3に示すように、半田付け時においてセラミック基板14上に半田シート33と、半導体素子12と、錘35とを位置決めするために使用される。このため、治具32には、セラミック基板14における半導体素子12の接合部に対応する部位に位置決め用の孔34が形成されている。孔34は、半導体素子12のサイズに応じた大きさで形成されている。そして、この実施形態においては、セラミック基板14上に複数個(4つ)の半導体素子12が接合されるので、治具32には複数個(4つ)の孔34が形成されている。
錘35は、当該錘35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材料、即ち誘導加熱可能な材料を用いて形成されている。即ち、錘35は、回路基板11の接合部と半導体素子12との間に介在する半田を溶融加熱する加熱手段を高周波加熱コイル28と共に構成する。この実施形態の錘35は、ステンレスで形成されている。錘35は、半田付け時において治具32で位置決めされた4個の半導体素子12の直上において当該半導体素子12の上面(非接合面)に接するように配置可能な大きさに形成されている。即ち、錘35は、一直線上に無い少なくとも3個の半導体素子12に跨った状態で載置される大きさに形成されている。
この実施形態においては、図4(a),(b)に示すように、錘35は、加圧面35a側、即ち、半田付け時において半導体素子12と当接する側が、治具32の各孔34に嵌挿可能な形状に形成されている。また、加圧面35aと反対側の端部には凸部としてのフランジ35bが形成されている。図4(a)は錘35の加圧面35a側の外形を二点鎖線で示し、錘35が治具32の孔34に嵌挿された際の治具32と錘35との位置関係を示している。
また、この実施形態においては、全ての錘35を一括して半導体素子12を回路基板11側へ加圧可能な加圧位置へ配置可能、かつ全ての錘35を一括して半導体素子12から離間した離間位置へ配置可能に構成されている。具体的には、図3及び図6に示すように、支持台20の上方に配置されるとともに、支持台20上に位置決め支持された回路基板11の複数の接合部と対向する位置に複数の錘35を保持可能な錘保持治具36と、錘保持治具36を加圧位置と離間位置とに移動させる錘保持治具駆動手段37とが容器17内に配設されている。
錘保持治具36は磁力線を通す絶縁材料(例えば、セラミックス)で板状に形成されるとともに、錘35が貫通する保持部として錘35のフランジ35bより下側が嵌挿可能な孔36aを複数(錘35の数だけ)備えている。錘35のフランジ35bを錘保持治具36の上面で係止した状態で錘35を半導体素子12から離間した離間位置へ移動可能に形成されている。図5に示すように、孔36aは、孔36aに嵌挿された複数の錘35の位置関係を半導体素子12に対する加圧時の位置関係に保つように設けられている。
錘保持治具駆動手段37は、電気シリンダ等の複数のリニアアクチュエータで構成され、そのピストンロッド37aが上方へ垂直に突出するように配設されとともに、ピストンロッド37aの先端で錘保持治具36の下面を離間可能に支持するようになっている。そして、錘保持治具駆動手段37は、ピストンロッド37aの移動により、錘保持治具36を水平に保持した状態で、錘保持治具36を該錘保持治具36に保持される複数の錘35を同時に、前記加圧位置と離間位置とに移動させる。図3に示すように、ピストンロッド37aは、その先端が錘保持治具36の下面より下方に位置する状態まで下方に移動され、錘35の加圧面35aが半導体素子12の非接合面に当接するとともに、フランジ35bが錘保持治具36の上面から浮き上がった状態となって、錘35が半導体素子12を錘35の自重で加圧するようになっている。
次に、前記半田付け装置HKを用いて半導体モジュール10の製造方法の一工程である半導体素子12の半田付けを行う方法について説明する。なお、この実施形態の半田付け装置HKを用いて半田付けを行うのに先立って、金属回路13を有する複数(6枚)のセラミック基板14をヒートシンク15と一体化した回路基板11を予め作製しておく。
半田付けを行う際には、最初に、本体18から蓋体19を外し、開口部18aを開放する。また、錘保持治具36を本体18の外に取り出す。そして、本体18の支持台20上に回路基板11を置き、位置決めする。次に、回路基板11の各セラミック基板14上に治具32を置き、治具32の各孔34内に半田シート33と半導体素子12を配置する。半田シート33は、金属回路13と半導体素子12との間に配置する。
次に図6に示すように、錘保持治具36を突出位置に配置されたピストンロッド37aに支持される位置に配置した後、蓋体19を本体18に取り付け、開口部18aを閉鎖して、容器17内に密閉空間Sを形成する。次に錘保持治具駆動手段37を駆動してピストンロッド37aとともに錘保持治具36を下降移動させる。その結果、錘35が錘保持治具36とともに下降移動され、錘35の加圧面35a側が治具32の孔34に嵌挿される。そして、図3に示すように、錘35の加圧面35aが半導体素子12の非接合面(上面)に当接するとともに、フランジ35bが錘保持治具36の上面から離間した状態になり、各錘35は4個の半導体素子12に跨った状態で、錘35の自重によって半導体素子12を加圧する状態に配置される。この状態において、各セラミック基板14上には、金属回路13側から順に半田シート33、半導体素子12、錘35が重なった状態で配置される。
密閉空間S内に回路基板11、半田シート33、半導体素子12及び錘35を収容した状態において、各高周波加熱コイル28は、各錘35の上方に配置されるとともに、各高周波加熱コイル28と各錘35との間には蓋体19に組み付けられたガラス板22が配置される。この実施形態では、高周波加熱コイル28を錘35の上方に配置した場合、当該錘35の上面の輪郭によって形成される領域から高周波加熱コイル28がはみ出るようになっている。この実施形態のように渦巻き状に形成した高周波加熱コイル28は、中央寄りに磁束が多く発生することから、当該高周波加熱コイル28の中央寄りに錘35を配置することが好ましい。
次に、ガス排出部25を操作して容器17内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部24を操作して容器17内に窒素を供給し、密閉空間S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23を操作して容器17内に水素を供給し、密閉空間S内を還元ガス雰囲気とする。
次に、高周波発生装置29を作動させ、各高周波加熱コイル28に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル28には、対応する錘35を通る高周波の磁束が発生し、錘35には磁束の通過によって渦電流が発生する。高周波加熱コイル28の磁束内に置かれた錘35は、電磁誘導作用によって発熱し、その熱が錘35の加圧面35aから半導体素子12に伝わる。そして、回路基板11の各接合部上に載置された半田シート33には、錘35に生じた熱が当該錘35の加圧面35a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、半田シート33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。
また、半導体素子12は、錘35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、半田シート33が完全に溶融したならば、高周波発生装置29を停止させる。なお、容器17内に設置した温度センサ27の検出結果に基づき、各高周波加熱コイル28に流れる高周波電流の大きさが制御される。また、容器17(密閉空間S)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。
半田シート33が完全に溶融した後、高周波加熱コイル28への電流供給を停止して加熱を停止する。また、冷却用の熱媒供給部26を操作して容器17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、容器17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。
加熱を停止し、溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘保持治具駆動手段37が駆動されて、ピストンロッド37aが上方へ移動される。そして、図6に示すように、錘保持治具36と共に錘35が半導体素子12から離間する離間位置へ移動される。この状態において、半田の温度が所定温度まで低下した後、蓋体19を本体18から取り外し、錘保持治具36及び治具32を外した後に容器17内から半導体モジュール10を取り出す。
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)回路基板11の接合部と半導体素子12(電子部品)との間に半田を介在させた状態で半導体素子12上に錘35を載置して、錘35で加圧しながら加熱して半田を溶融させた後、加熱を停止し、溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘35を半導体素子12から離間させる。従って、半田付けがなされた後、錘35の熱が半導体素子12に伝達されなくなって、半導体素子12が所定の温度まで冷却される時間が、錘35を離間させない場合に比較して短くなる。その結果、半田付け作業に係る時間の短縮、ひいては半導体モジュール10の製造時間の短縮を図ることができる。
(1)回路基板11の接合部と半導体素子12(電子部品)との間に半田を介在させた状態で半導体素子12上に錘35を載置して、錘35で加圧しながら加熱して半田を溶融させた後、加熱を停止し、溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに錘35を半導体素子12から離間させる。従って、半田付けがなされた後、錘35の熱が半導体素子12に伝達されなくなって、半導体素子12が所定の温度まで冷却される時間が、錘35を離間させない場合に比較して短くなる。その結果、半田付け作業に係る時間の短縮、ひいては半導体モジュール10の製造時間の短縮を図ることができる。
(2)錘35は錘保持治具36を介して加圧位置と、離間位置とに移動される。従って、錘35を直接保持して移動させる場合に比較して、複数の錘35を移動させる場合に作業を容易にしかも効率良く行うことができる。
(3)錘保持治具36は板状に形成されるとともに錘35が貫通する孔36aを備えている。また、錘35は錘保持治具36の上面に掛止可能なフランジ35bを有するとともに、フランジ35bが錘保持治具36の上面に係止された状態で錘保持治具36と一体に移動可能に形成されている。従って、錘保持治具36の構成が簡単になる。
(4)回路基板11が下側に配置されるとともに、複数の半導体素子12を複数の錘35で加圧した状態で半田付けが行われ、錘保持治具36には複数の錘35の位置関係を半導体素子12に対する加圧時の位置関係に保つように孔36aが設けられ、複数の錘35が同時に加圧位置から離間位置へ移動される。従って、複数の錘35を移動させる場合に簡単な構成の錘保持治具36で作業を容易に行うことができる。
(5)半田付けは容器17内で行われ、容器17内に配設された錘保持治具駆動手段37により、錘保持治具36が加圧位置に配置されている錘35を離間位置へ移動させる。従って、容器17の密閉状態においても、錘保持治具駆動手段37により錘保持治具36を加圧位置から離間位置へ移動させることができる。
(6)ピストンロッド37aが上方に突出するように容器17内に配設されるとともに、ピストンロッド37aの先端で錘保持治具36を離間可能に支持する複数のリニアアクチュエータで錘保持治具駆動手段37を構成した。従って、錘保持治具駆動手段37の構成が簡単になるとともに、回路基板11上の所定位置に半田シート33及び半導体素子12を載置する際に、錘保持治具36が作業の支障にならない。
(7)半田の加熱は、錘35を誘導加熱で加熱するとともにその熱を半導体素子12を介して半田に伝達することにより行われる。従って、半田に対して集中的に熱を伝えることができるため、回路基板11全体や容器17全体を加熱する場合に比べて効率的な加熱を実現することができる。
(8)一直線上に無い少なくとも3個の半導体素子12に跨った状態で半導体素子12上に錘35が配置されて、錘35により各半導体素子12が回路基板11側へ加圧された状態で半田が加熱溶融される。従って、半田が溶融状態になった場合、錘35が個別に各半導体素子12上に載置される場合と異なり、錘35は、水平状態又はほぼ水平状態で各半導体素子12を接合面側へ加圧する。そのため、半導体素子12と金属回路13との間に存在する溶融状態の半田は、半導体素子12の金属回路13と対向する面全体に拡がり、半田の溶融温度以下に冷却した状態では、各接合部における半田の厚さむらが抑制された状態で半田付けが行われる。
(9)半導体モジュール10は、回路基板11として、表面に金属回路13を有するセラミック基板14を金属製で冷媒流路15aを備えたヒートシンク15と一体化した冷却回路基板を備えている。そして、各半導体素子12は回路基板11の金属回路13と対向する面全体に半田が行き渡るとともに半田の厚さのむらが抑制された状態で半田付けが行われている。従って、半導体モジュール10において、半田が介在して接合されている半導体素子12と金属回路13の線膨張率の差を吸収する応力緩和機能が良好に発揮され、熱サイクルの疲労寿命のばらつきが抑制される。
(10)複数のセラミック基板14を備えた回路基板11への半田付けを行う場合に、各セラミック基板14(錘35)に対して1つの高周波加熱コイル28を対応付けて配置し、当該セラミック基板14に配置した錘35を発熱させるようにした。このため、複数のセラミック基板14に配置される複数の錘35を纏めて1つの高周波加熱コイル28で発熱させる場合に比べて効率が良い。
(11)高周波加熱コイル28を容器17の外部に配置することにより、容器17内に加熱部材(この実施形態では高周波加熱コイル28)を配置する構成に比べて容器17の容積が小さくなる。したがって、容器17の小型化を図ることができる。また、雰囲気調整としては、主に、容器17内からの空気の排出(真空引き)、不活性ガス(窒素ガスなど)の供給と排出、還元性ガス(水素など)の供給と排出がある。このため、容積を小さくすることにより、例えば、空気の排出においては排出に掛かる時間を短くしたり、排出に掛かるエネルギー(例えば、真空ポンプ25cを動作させる)の消費量を少なくしたりすることができる。また、不活性ガスや還元性ガスの供給又は排出においては、供給又は排出に掛かる時間を短くしたり、供給又は排出に掛かるエネルギーの消費量を少なくしたり、あるいは供給するガスの消費量を少なくしたりすることができる。
(12)冷却時において、セラミック基板14に接合されたヒートシンク15に冷却用ガスを供給し、冷却するようにした。このため、ヒートシンク15を通じて金属回路13の接合部を効率的に冷却することができ、冷却時間の短縮化を図ることができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明を具体化した第2の実施形態を図7を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態は、錘35の構成が異なりその他の構成は第1の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
次に、本発明を具体化した第2の実施形態を図7を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態は、錘35の構成が異なりその他の構成は第1の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
この実施形態では、錘35は、下面(加圧面35a)に半導体素子12等を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路38を備えるとともに、通路38を容器17の外部に設けられた負圧源(図示せず)と接続可能な接続部39が錘35の下面以外の面に設けられている。通路38は、各加圧面35aに垂直に延びる部分を備えており、その下端が開口になっている。接続部39はフレキシブルな配管(図示せず)を介して負圧源に接続可能に構成されている。
この実施形態の半田付け装置HKを使用して半田付け作業を行う場合、半田シート33及び半導体素子12を各セラミック基板14上に載置された治具32の孔34と対応する位置に配置する作業が錘35を吸着部として使用することによって行われる。例えば、半田シート33を治具32の孔34と対応する位置に配置する場合は、蓋体19を取り外すとともに、本体18の外部において、必要な数の半田シート33を回路基板11上の配置位置に対応した位置に配置し、その半田シート33に各錘35の加圧面35aが対応する状態に錘保持治具36を配置する。その状態で接続部39を配管を介して負圧源に接続し、各錘35の通路38に負圧源の負圧を作用させる。そして、各錘35の加圧面35aに半田シート33を吸着させた状態で錘保持治具36を移動させて、ピストンロッド37aに支持される位置に配置した後、錘保持治具駆動手段37を駆動する。錘保持治具駆動手段37の駆動によりピストンロッド37aが下降移動されて、各錘35の加圧面35a側が半田シート33を吸着した状態で治具32の孔34に嵌挿されて、半田シート33が接合部と対応する位置に配置される。次に通路38に対する負圧の作用を解除して、錘35による吸着作用を解除した後、ピストンロッド37aを上昇移動させて錘保持治具36と共に錘35を治具32より上方に移動させる。
次に本体18の外部において、必要な数の半導体素子12を回路基板11上の配置位置に対応した位置に配置し、その半導体素子12に各錘35の加圧面35aが対応する状態に錘保持治具36を配置する。その状態で各錘35の通路38に負圧源の負圧を作用させて各錘35の加圧面35aに半導体素子12を吸着させる。次に錘保持治具36をピストンロッド37aに支持される位置に配置した後、錘保持治具駆動手段37を駆動する。錘保持治具駆動手段37の駆動によりピストンロッド37aが下降移動されて、錘35の加圧面35a側が治具32の孔34に嵌挿されて、各半導体素子12が半田シート33上に載置された状態になる。その結果、図7に示すように、各半導体素子12及び各錘35の所定位置への配置が完了する。その後、通路38に対する負圧の作用を解除した後、接続部39と配管との接続を解除し、蓋体19を閉鎖位置に配置する。以下、第1の実施形態と同様にして半田付け作業が行われる。
この実施形態においては、前記第1の実施形態における効果(1)〜(12)と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
(13)錘35は、下面に半導体素子12等を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路38を備えるとともに、通路38を負圧源と接続可能な接続部39が錘35の下面以外の面に設けられている。従って、錘35を接続部39を介して負圧源に接続して吸着部として使用することにより、複数の半導体素子12や半田シート33を錘35の下面(加圧面35a)に吸着して接合部(金属回路13)上に一括して載置(配置)することができる。
(13)錘35は、下面に半導体素子12等を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路38を備えるとともに、通路38を負圧源と接続可能な接続部39が錘35の下面以外の面に設けられている。従って、錘35を接続部39を介して負圧源に接続して吸着部として使用することにより、複数の半導体素子12や半田シート33を錘35の下面(加圧面35a)に吸着して接合部(金属回路13)上に一括して載置(配置)することができる。
(14)負圧源が容器17の外部に設けられるとともに、通路38の接続部39は配管を介して必要なときに負圧源と接続可能になっている。従って、配管が常に接続部39に接続された構成に比較して、蓋体19を本体18から取り外したり閉鎖位置に取り付けたりする作業の際に、配管が作業の支障とならない。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 半導体モジュールを製造する際の半田付け工程において、接合部上に半田付けされる半導体素子12の配置や大きさ、高さ等は前記両実施形態の配置や大きさ、高さ等に限らない。例えば。図8に示すように、異なる大きさ及び高さの半導体素子12を接合する場合に適用してもよい。錘35は、図8に図示された3個以外の図示しない半導体素子12にも跨る大きさに形成されている。この場合も第2の実施形態と同様の効果が得られる。
○ 半導体モジュールを製造する際の半田付け工程において、接合部上に半田付けされる半導体素子12の配置や大きさ、高さ等は前記両実施形態の配置や大きさ、高さ等に限らない。例えば。図8に示すように、異なる大きさ及び高さの半導体素子12を接合する場合に適用してもよい。錘35は、図8に図示された3個以外の図示しない半導体素子12にも跨る大きさに形成されている。この場合も第2の実施形態と同様の効果が得られる。
○ 全ての錘35が大きさ及び同じ形状である必要はなく、例えば、図9(a)に示すように、複数の半導体素子12を異なる個数(図の場合3個と4個)で構成されるグーループに分けて配置し、錘35(二点鎖線で図示)を各グループの半導体素子12の配置に対応した形状に形成してもよい。この場合、図9(b)に示すように、錘保持治具36に形成される孔36aも錘35の形状に対応して2種類形成される。
○ 錘35を半導体素子12(電子部品)から離間させる時期は、溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちに限らず、半田が凝固する前であっても、半田が金属回路13の接合部及び半導体素子12の接合面の間に濡れ拡がった時点以降であればよい。即ち、溶融した半田が前記接合部及び電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点以降で、かつ溶融した半田が凝固した後、半田の温度が高温のうちであればよい。溶融した半田が金属回路13の接合部及び半導体素子12の接合面の間に濡れ拡がった時点の特定は、例えば、半導体素子12の周囲にフィレットが形成されたことを光学的又は目視にて確認することでできる。
詳述すると、図10(a)に示すように、金属回路13上に半田シート33、半導体素子12(電子部品)及び錘35が載置された状態で半田シート33が加熱されて溶融すると、溶融初期で半田Hが濡れ拡がる前は、図10(b)に示すように、溶融状態の半田Hの周囲は外側に凸の曲面となる。しかし、半田Hが半導体素子12の接合面全体に濡れ拡がった状態では図10(c)に示すように、フィレット40が形成される。
また、図11(a)に示すように。半導体素子12の接合面の面積より広い面積の半田シート33を半導体素子12と金属回路13との間に介在させた状態で半田シート33が加熱されて溶融すると、図11(b)に示すように、溶融初期でも半田Hは半導体素子12の接合面全体に拡がっている。しかし、半田が濡れていない状態では、フィレットは形成されずに、溶融状態の半田Hの周囲は外側に凸の曲面となっている。その後、半田が濡れた状態になり、図10(c)に示すように半導体素子12の周囲にフィレット40が形成される。なお、錘35の加圧状態によっては、図10(a)に示すように、半導体素子12の接合面と同じ面積の半田シート33を配置した場合でも、半田の溶融初期に図11(a)に示すように、半田Hが半導体素子12の接合面全体に拡がるが、まだ濡れた状態にならずに、その周囲が外側に凸の曲面となる場合がある。
フィレット40が形成された状態で半導体素子12の周辺の部分に光(矢印で図示)を照射すると、図12(a)に示すように光が特定の方向に反射されるため、反射光を検出することによりフィレット40が形成されたか否かを判断できる。 一方、半田Hの周面が半導体素子12の接合面より外側に突出する曲面となっている状態で、半田Hの周面に光を照射すると、図12(b)に示すように、光は散乱されるため、フィレット40が形成されている場合と区別できる。
フィレット40が形成されたか否かを光学的に検出する方法としては、図13(a),(b)に示すように、半導体素子12及び錘35を位置決めする治具32として、半導体素子12の接合面周縁に向かって光を外部から照射可能な長孔32aが形成された治具32を使用する。半田Hが濡れると半田は金属回路13の面に拡がろうとするが、半導体素子12の接合面の大きさが決まっているため、半導体素子12の接合面に引っ張られて有る程度以上の面積には拡がることができずない。そのため、良好なフィレット40は半導体素子12の周辺にはみ出して形成されるので、良好なフィレット40の位置は半導体素子12の周辺に特定される。従って、長孔32aを形成すべき位置及び光の照射方向と金属回路13の上面との成す角度は容易に設定することができる。
そして、図13(b)に示すように、投受光装置41から長孔32aに向けて光(矢印で図示)を照射するとともに反射光を受光して、受光した光の強度でフィレット40が形成されているか否かを判断する。判断基準は、例えば、予めフィレット40が形成された状態で光を照射した場合と、外側に凸の曲面の状態で光を照射した場合との反射光の強度を試験で求めるとともに、その強度を元に基準値を設定する。投受光装置41に代えて、投光装置と受光装置とが別体の装置を使用してもよい。また、長孔32aに限らず、投光装置からの光の照射及び受光装置での反射光の受光が可能な形状の孔であってもよい。
このように、溶融した半田が凝固する前に錘35を半導体素子12から離間させた場合は、溶融した半田が凝固するまでの冷却速度を速めることができる。その結果、半田の結晶が微細化されて、使用時の熱疲労に対する耐久性が向上する。なお、溶融した半田が凝固する前であっても、溶融した半田が前記接合部及び電子部品の接合面の間に濡れ拡がった後であれば、錘による加圧を解除しても、半田がその表面張力で電子部品を持ち上げることがなく、半田は凝固時まで電子部品の接合面全体に拡がって濡れた状態に保持される。半田が半導体素子12の接合面全体に拡がった状態であっても、図11(b)のように半田が接合部や接合面に対して濡れていない状態で冷却した場合は、半田接合部の強度が、濡れた状態で冷却した場合に比較して低下する。しかし、この実施形態ではフィレット40の形成を確認した後、冷却を開始するため、接合強度が高い半田付けを行うことができる。また、錘35を半導体素子12から離間させても、半田の厚さが変化するのを防止することができる。
○ フィレット40が形成されたことの確認は、半導体素子12の接合面周縁に光を照射するとともにその反射光の強度で行う方法に限らず、半導体素子12の接合面周縁の画像情報に基づいてフィレット40が形成されているか否かを判断してもよい。
○ フィレット40が形成されたことの確認を治具32に形成された長孔32aから半導体素子12の接合面周縁を目視で観察して行ってもよい。
○ 加熱の停止及び錘35の半導体素子12からの離間はフィレット40の形成を確認した後であればよく、必ずしも両者を同時に行う必要はなく、錘35の離間を先に行っても、加熱の停止を先に行ってもよい。しかし、フィレット40の形成を確認した時点で直ちに錘35を半導体素子12から離間させるとともに、加熱を停止すれば、溶融した半田が凝固するまでの冷却速度をより速めることができる。また、半田付けに要する時間を短縮することができる。
○ 加熱の停止及び錘35の半導体素子12からの離間はフィレット40の形成を確認した後であればよく、必ずしも両者を同時に行う必要はなく、錘35の離間を先に行っても、加熱の停止を先に行ってもよい。しかし、フィレット40の形成を確認した時点で直ちに錘35を半導体素子12から離間させるとともに、加熱を停止すれば、溶融した半田が凝固するまでの冷却速度をより速めることができる。また、半田付けに要する時間を短縮することができる。
○ 半田付けを還元雰囲気でかつ還元ガスを供給しながら行う場合、フィレット40が形成されたことを確認した後、直ちに還元ガスの供給を停止する。この場合、還元ガスの使用量を低減でき、半田付けにかかるコストを低減できる。
○ 半田が濡れ拡がったことの確認は、フィレット40が形成されたことを前記のように投受光装置41等で直接確認する代わりに、半田が濡れ拡がるタイミング(例えば、加熱開始からの経過時間)を予め試験で求めておき、基準時点からの経過時間で行ってもよい。この場合、半田が濡れ拡がったか否かの確認を行うための構成が簡単になる。半田が濡れ拡がるタイミングの試験は、治具32が無い状態で行っても、有る状態で行ってもどちらでもよい。
○ 錘保持治具駆動手段37は錘保持治具36の下方に配置されるとともに、錘保持治具36を下方から支持して上下方向へ移動させる構成に限らない。例えば、錘保持治具36の上方に配置されて、錘保持治具36の上面、側面及び下面のいずれかを支持して錘保持治具36を上下方向へ移動させる構成としてもよい。具体的には、例えば、リニアアクチュエータをピストンロッドが下方へ突出する状態に配設し、ピストンロッドの先端に電磁石を取り付けるとともに、錘保持治具36には前記電磁石と対応する位置に磁性体製の被吸着部を設ける。そして、電磁石で被吸着部を吸着してピストンロッドと共に錘保持治具36を移動させる。
○ 錘保持治具駆動手段37を錘保持治具36の上方に配置する構成として、リニアアクチュエータをピストンロッドが下方へ突出する状態に配設し、ピストンロッドの先端が錘保持治具36に形成した孔を貫通する状態に配置する。そして、ピストンロッドの先端側に錘保持治具36の下面に係合する係合部材を設け、係合部材で錘保持治具36の下面を支持して移動させるようにしてもよい。
○ 錘保持治具駆動手段37を錘保持治具36の上側に設ける構成においては、錘保持治具駆動手段37を蓋体19に取り付ける構成としてもよい。
○ 錘35を錘保持治具36の孔36aに嵌挿した状態で移動させる場合、錘35を錘保持治具36に掛止するための構成はフランジ35bに限らず、錘35の上部の側面に複数の凸部を設けてもよい。
○ 錘35を錘保持治具36の孔36aに嵌挿した状態で移動させる場合、錘35を錘保持治具36に掛止するための構成はフランジ35bに限らず、錘35の上部の側面に複数の凸部を設けてもよい。
○ 錘35の加圧面35aの大きさは、必ずしも対応する半導体素子12の非接合面の全面に当接可能な大きさに限らず、それより大きくてもあるいは小さくてもよい。
○ 治具32は、半田シート33、半導体素子12及び錘35の位置決め機能を有する構成に限らず、半田シート33及び半導体素子12の位置決め機能のみを有する構成でもよい。
○ 治具32は、半田シート33、半導体素子12及び錘35の位置決め機能を有する構成に限らず、半田シート33及び半導体素子12の位置決め機能のみを有する構成でもよい。
○ 誘導加熱で錘35を加熱してその熱で半田を溶融させる構成において、錘35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。
○ 半田は半田シート33として金属回路13の接合部と対応する箇所に配置する方法に限らず、半田ペーストを接合部と対応する箇所に塗布するようにしてもよい。
○ 半田を溶融温度以上に加熱する加熱方法は誘導加熱以外の方法であってもよい。例えば、加熱手段として容器17内に電気ヒーターを設けて半田を加熱するようにしてもよい。
○ 半田を溶融温度以上に加熱する加熱方法は誘導加熱以外の方法であってもよい。例えば、加熱手段として容器17内に電気ヒーターを設けて半田を加熱するようにしてもよい。
○ 回路基板11は、セラミック基板14が冷媒流路15aを有しないヒートシンク15と一体化された構成や、ヒートシンク15を有しない構成であってもよい。
○ 蓋体19は、本体18に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
○ 蓋体19は、本体18に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
○ 蓋体19は、少なくとも高周波加熱コイル28と対向する部位が電気的絶縁材で形成されているのが好ましく、当該部位をガラスに代えて、例えば、セラミックスや樹脂で形成してもよい。また、蓋体19全体を同じ電気的絶縁材で形成してもよい。
○ 容器17の内外の圧力差に対応して蓋体19の強度を上げる必要がある場合には、蓋体19を、例えば、グラスファイバーと樹脂との複合材(GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)で構成してもよい。また、蓋体19を、金属で構成してもよい。金属としては非磁性材の金属が好ましい。なお、蓋体19に磁性材の金属を用いる場合には、錘35よりも電気抵抗率が高いものを用いた方が良い。また、蓋体19を金属と絶縁材との複合材で構成してもよい。また、錘35に効果的に磁束を導くように錘35直上部には強磁性体の電磁鋼板等を用いると良い。
○ 高周波加熱コイル28は、複数の錘35の上方に跨って配置する構成としてもよい。この場合、高周波加熱コイル28に対する高周波電流の供給経路や冷却水の供給経路を少なくすることができ、半田付け装置HKの構造をさらに簡素化できる。
○ 生産ライン化に伴って容器17を移動可能とし、当該容器17とともに移動する錘35の移動経路に沿って高周波加熱コイル28を配置してもよい。この場合、高周波加熱コイル28を移動経路に沿った形状に構成して配置してもよいし、移動経路に沿って複数配置してもよい。このように構成することで、容器17を移動させながら加熱することが可能である。
○ 高周波加熱コイル28を、錘35の側面に配置してもよい。
○ 高周波加熱コイル28を、容器17(密閉空間S)内に配置してもよい。
○ 電子部品は半導体素子12以外の電子部品、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサ等であってもよい。
○ 高周波加熱コイル28を、容器17(密閉空間S)内に配置してもよい。
○ 電子部品は半導体素子12以外の電子部品、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサ等であってもよい。
○ 回路基板11を下側に配置する代わりに、半導体素子12等の電子部品を下側に配置するとともに半田を挟んで回路基板11を上側に配置し、回路基板11上に錘35を載置して加圧状態で半田付けを行うようにしてもよい。
○ 半田付けは密閉可能な容器17内に限らず、例えば、ベルトコンベヤ等の搬送手段上に載置されて回路基板11が容器内に搬入される搬入口や、容器内から搬出される搬出口を介して外部と連通された構成の容器内で行うようにしたり、容器の無い状態、即ち半田付けを行う周囲を囲む部材の無い状態で半田付けを行うようにしてもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項8に記載の発明において、前記ヒートシンクはアルミニウム製又は銅製である。
(1)請求項8に記載の発明において、前記ヒートシンクはアルミニウム製又は銅製である。
(2)請求項10に記載の発明において、前記加熱手段は前記錘が誘導加熱可能な導電材料により形成されるとともに、かつ該錘を誘導加熱する高周波加熱コイルを設けることで構成されている。
(3)請求項2に記載の発明において、前記濡れ拡がった時点で、直ちに前記加熱を停止して冷却工程に移行する半田付け方法。
(4)請求項2又は前記技術的思想(3)に記載の発明において、前記濡れ拡がった時点で、直ちに前記錘を前記電子部品から離間させる半田付け方法。
(4)請求項2又は前記技術的思想(3)に記載の発明において、前記濡れ拡がった時点で、直ちに前記錘を前記電子部品から離間させる半田付け方法。
(5)請求項1、請求項2及び前記技術的思想(3),(4)のいずれか一項に記載の発明において、前記濡れ拡がった時点の確認は、前記電子部品の接合面周辺の部分に光を照射するとともに、反射光の変化からフィレットが形成されたことを確認することで行う半田付け方法。
H…半田、HK…半田付け装置、10…半導体モジュール、11…回路基板、13…金属回路、14…セラミック基板、15…ヒートシンク、15a…冷媒流路、17…容器、33…半田としての半田シート、35…錘、35b…凸部としてのフランジ、36…錘保持治具、37…錘保持治具駆動手段、38…通路、39…接続部。
Claims (12)
- 回路基板と電子部品とを半田を介して接合する半田付け方法であって、
前記回路基板の前記電子部品を接合すべき接合部と前記電子部品との間に半田を介在させた状態で前記回路基板が下側になるように配置するとともに、上側に配置された電子部品の上に錘を載置して、前記錘で加圧しながら加熱して前記半田を溶融させた後、前記溶融した半田が前記接合部及び前記電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点以降で、かつ前記溶融した半田が凝固した後、前記半田の温度が高温のうちに前記錘を前記電子部品から離間させる半田付け方法。 - 前記溶融した半田が前記接合部及び前記電子部品の接合面の間に濡れ拡がった時点から半田が凝固するまでの間に前記錘を前記電子部品から離間させる請求項1に記載の半田付け方法。
- 前記半田を溶融させた後、加熱を停止し、前記溶融した半田が凝固した後、前記半田の温度が高温のうちに前記錘を前記電子部品から離間させる請求項1に記載の半田付け方法。
- 前記錘は錘保持治具を介して加圧位置と、離間位置とに移動される請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半田付け方法。
- 前記錘保持治具は板状に形成されるとともに前記錘が貫通する保持部を備え、前記錘は前記錘保持治具の上面に掛止可能な凸部を有し、前記錘は前記凸部が前記錘保持治具の上面に係止された状態で前記錘保持治具と一体に移動可能に形成されている請求項4に記載の半田付け方法。
- 複数の電子部品を複数の錘で加圧した状態で半田付けが行われ、前記錘保持治具には前記複数の錘の位置関係を前記電子部品に対する加圧時の位置関係に保つように前記保持部が設けられ、複数の錘が同時に加圧位置から離間位置へ移動される請求項5に記載の半田付け方法。
- 前記錘は、下面に前記電子部品を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに、前記通路を負圧源と接続可能な接続部が錘の下面以外の面に設けられており、錘を吸着部としても使用する請求項5又は請求項6に記載の半田付け方法。
- 前記半田付けは容器内で行われ、前記容器内に配設された錘保持治具駆動手段により、前記錘保持治具が加圧位置に配置されている前記錘を離間位置へ移動させる請求項4〜請求項7のいずれか一項に記載の半田付け方法。
- 前記半田の加熱は、前記錘を誘導加熱で加熱するとともにその熱を前記電子部品を介して前記半田に伝達することにより行われる請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半田付け方法。
- 前記回路基板は、表面に金属回路を有するセラミック基板を金属製で冷媒流路を備えたヒートシンクと一体化した冷却回路基板である請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の半田付け方法。
- 請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する半導体モジュールの製造方法。
- 回路基板上に設けられた複数の接合部に複数の電子部品を半田付けする半田付け装置であって、
容器と、
前記容器内に設けられるとともに前記回路基板を位置決め支持する支持部と、
前記支持部の上方に配置されるとともに、前記支持部上に位置決め支持された前記回路基板の前記複数の接合部と対向する位置に複数の錘を保持可能な錘保持治具と、
前記容器内に配設され、前記錘保持治具を該錘保持治具に保持される前記錘が、前記支持部上に位置決め支持された前記回路基板の接合部上に半田を介して載置された電子部品を前記回路基板側へ加圧可能な加圧位置と、前記電子部品から離間する離間位置とに移動させる錘保持治具駆動手段と、
前記回路基板の接合部と前記電子部品との間に介在する半田を溶融加熱する加熱手段とを備えた半田付け装置。
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