JP2008140815A - 半田付け方法及び電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半田付け部を有するワークに半導体素子を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても誘導加熱によって複数の半田付け部の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方法を提供する。
【解決手段】ワークが有する複数の半田付け部に半導体素子を半田付けする際、半田を溶融させるのに高周波誘導加熱により加熱可能な錘を使用し、錘として昇温特性の異なる複数の錘を準備する。そして、高周波誘導加熱時に各半田付け部上の半田温度を所定範囲内にするために適切な錘を複数の錘の中から選択して使用する。高周波誘導加熱を行う前に、ワークの形状のバラツキ等を測定し、その測定値に基づいて適切な錘を選択する。複数の錘は、材質、高さ及び熱容量のうちの少なくとも一つが異なることにより、互いに昇温特性が異なるように形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、半田付け方法及び電子機器の製造方法に係り、詳しくは高周波誘導加熱を使用した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１０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、熱容量に関係なく全ての電極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、熱容量に関係なく全ての電極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、発熱部材を誘導加熱で加熱して発熱部材の熱を半田に伝達して半田を溶融する半田付け方法では、誘導加熱用のヒータ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、同じ発熱部材を高周波誘導加熱する場合、コイルからの距離によっ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、透磁率や熱容量が異なる発熱体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、錘（発熱部材）と誘導加熱用コイルとの距離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、複数の半田付け部を有するワークに半導体素子を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても誘導加熱によって複数の半田付け部の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方法及び電子機器の製造方法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、複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で半田を溶融させて半導体素子を半田付けする半田付け方法である。そして、前記半田を溶融させるのに高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材を使用し、前記発熱部材として昇温特性の異なる複数の発熱部材を準備し、高周波誘導加熱時に前記各半田付け部上の半田温度を所定範囲内にするために適切な発熱部材を前記複数の発熱部材の中から選択して使用する。ここで、「昇温特性の異なるとは」、高周波誘導加熱を行うためのコイルに高周波電流が供給された際に、供給される電流量が同じであっても、発熱部材から半田に伝達される熱量が異なることを意味する。以下、この明細書では同じ意味で使用する。

この発明では、誘導加熱により加熱される発熱部材を介して半田が加熱されて溶融される。ワークが複数の半田付け部を有するため、誘導加熱用のコイルの位置が一定であっても、ワークの形状の違いにより半田付け部に配置された発熱部材とコイルとの距離が異なる場合が生じる。コイルに供給される高周波電流が一定であっても、コイルと発熱部材との距離によって発熱部材の発熱状態が異なる状態になる。しかし、昇温特性の異なる複数の発熱部材から適切な発熱部材を選択して使用することにより、複数ある各半田付け部上の半田温度を所定範囲内にすることができ、全ての半田付け部において半導体素子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に記載の発明において、前記高周波誘導加熱を行う前に、前記ワークの形状のバラツキを測定し、その測定値に基づいて前記適切な発熱部材を選択する。ワーク形状のバラツキ、特に厚さのバラツキが発熱部材の昇温に大きく影響を与える。この発明では、ワーク形状のバラツキに対応した適切な発熱部材が使用されるため、半導体素子の半田付けを良好に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ワークの形状のバラツキは反りの大きさの違いである。この発明では、発熱部材の昇温に大きく影響を与える反りの大きさに対応した適切な発熱部材が使用されるため、半導体素子の半田付けを良好に行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記複数の発熱部材は、材質、高さ及び熱容量のうちの少なくとも一つが異なることにより、互いに昇温特性が異なるように形成されている。この発明では、昇温特性の異なる発熱部材を容易に準備することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４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、複数の半田付け部を有するワークに半導体素子を半田付けする際、ワーク形状のバラツキ等があっても誘導加熱によって複数の半田付け部の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。

（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（ａ），（ｂ）は電子機器の部品となる半導体装置としての半導体モジュール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６枚）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２４個の半導体素子１２が半田付けされている。

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。図１（ｂ）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。
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く、高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材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中央に凹部１７ｂが形成されている。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、誘導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２（ａ），（ｂ）は、半田付けに用いる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、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ＨＫは、回路基板１１の上に、治具１８、シート半田１９、半導体素子１２及び錘１７が位置決めされた状態の、半田が溶融する前の半田付け対象物が搬入され、その半田付け対象物を加熱し、半田を溶融させる半田付け装置本体２１を備えている。また、半田付け装置ＨＫは、高周波誘導加熱時に各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にするために適切な錘１７を複数の錘１７の中から選択して使用する準備部２２と、半田付けが終了した半導体モジュール１０から錘１７及び治具１８を取り外すための後処理部２３とを備えている。

半田付け装置本体２１は、密閉可能なチャンバ２４を備え、チャンバ２４は、準備部２２と対応する側に入口扉２５を備え、後処理部２３と対応する側に出口扉２６を備えている。入口扉２５及び出口扉２６は、上下方向を開閉方向として動作可能に設けられている。入口扉２５の開放によりチャンバ２４の入口が開放されて、準備部２２から半田溶融前の半田付け対象物を搬入可能な状態となる。また、出口扉２６の開放によりチャンバ２４の出口が開放されて、チャンバ２４内にある半田溶融凝固後の半田付け対象物を取り出し（搬出）可能な状態となる。チャンバ２４は、入口扉２５及び出口扉２６の両方を閉鎖することにより、密閉空間Ｓが形成される密閉可能な構造とされている。

チャンバ２４内には、入口側から出口側に向かって半田付け対象物を移送する移送手段としてのベルトコンベア２７が設けられている。ベルトコンベア２７の上方には高周波加熱コイル２０が所定位置に固定配置されている。高周波加熱コイル２０は、ベルトコンベア２７の移送方向に沿って延びる部分が半田付け対象物の長手方向の長さより長く形成されている。

図３に示すように、ベルトコンベア２７は、昇降手段２８により昇降可能に設けられた支持フレーム２９に支持されている。昇降手段としては電気シリンダやリニアアクチュエータが使用される。そして、ベルトコンベア２７は、昇降手段２８の駆動により、下降位置と上昇位置とに配置されるようになっている。ベルトコンベア２７が下降位置に配置された状態では、準備部２２側から半田付け対象物をベルトコンベア２７上に円滑に移載可能で、かつ、ベルトコンベア２７上の半田付け対象物を後処理部２３側へ円滑に移載可能な高さとなる。ベルトコンベア２７が上昇位置に配置された状態では、ベルトコンベア２７上の半田付け対象物上に載置された錘１７と高周波加熱コイル２０とが接近する状態になる。

高周波加熱コイル２０は四角パイプ状に形成され、半田付け装置ＨＫ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ＨＫ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、半田付け装置本体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、半田付け装置本体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、半田付け装置本体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ＨＫ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、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、半田付け装置本体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。

準備部２２は、４台のベルトコンベア３４，３５，３６，３７を備えており、１台のベルトコンベア３７は半田付け装置本体２１の搬入口と対応する位置に設けられ、他のベルトコンベア３４〜３６はベルトコンベア３７の搬送方向延長線上に近接して配設されている。ベルトコンベア３７の側方には、昇温特性の異なる複数の錘１７を準備して、高周波誘導加熱時に各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にするために適切な錘１７を複数の錘１７の中から選択して半導体素子１２等が載置された回路基板１１上の所定位置に配置する錘配置部３８が配置されている。

錘配置部３８は、材質、高さ及び熱容量のうちの少なくとも一つが異なることにより、互いに昇温特性が異なるように形成された複数の錘１７を、異なる錘１７毎に分けて収容する収容部を備えている。また、錘配置部３８は、後記する制御装置からの指令により指令された錘１７を前記収容部から取り出して、ベルトコンベア３７上の回路基板１１の所定位置に載置する載置手段を備えている。載置手段は、例えば、錘１７を把持する把持部を備え、把持部をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能なスカラーロボットで構成されている。

ベルトコンベア３４の側方には、金属回路１３を有する複数のセラミック基板１４をヒートシンク１５と一体化した回路基板１１に治具１８、シート半田１９及び半導体素子１２を位置決めして載置した未半田付けモジュール３９を１個ずつベルトコンベア３４上に供給する未半田付けモジュール供給部４０が配置されている。ベルトコンベア３４の下流にベルトコンベア３５が配置され、ベルトコンベア３５の側方には、ワーク（回路基板１１）の形状のバラツキ等を測定するワーク形状測定部４１が配置されている。ベルトコンベア３５の下流にベルトコンベア３６が配置され、ベルトコンベア３６の側方には、未半田付けモジュール３９の温度分布を測定する温度分布測定部４２が配置されている。

ワーク形状測定部４１は、未半田付けモジュール３９の上に錘１７を載置した状態で高周波誘導加熱により錘１７を加熱した際に、シート半田１９の昇温状態に影響を与える回路基板１１の反りやヒートシンク１５の厚さのバラツキを測定する。ワーク形状測定部４１は、ワーク形状測定部４１と対応する位置に移送されて停止した未半田付けモジュール３９をベルトコンベア３５上からワーク形状測定部４１へ移載して前記の測定を行った後、未半田付けモジュール３９をベルトコンベア３５上に戻す。これらの測定には、例えば、非接触三次元測定装置が使用される。

温度分布測定部４２は、未半田付けモジュール３９を構成する回路基板１１やその上に配置された半導体素子１２及び治具１８の部分の温度分布を測定する。温度分布測定部４２は、温度分布測定部４２と対応する位置に移送されて停止した未半田付けモジュール３９をベルトコンベア３６上から温度分布測定部４２へ移載して前記温度分布の測定を行った後、未半田付けモジュール３９をベルトコンベア３６上に戻す。温度分布の測定には、例えば、赤外線サーモグラフィーが使用される。

未半田付けモジュール３９の半導体素子１２を高周波誘導加熱で半田付けする際に、各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にするために適切な錘１７を昇温特性の異なる複数の錘１７の中から選択するための制御装置４３は、ＣＰＵ４４及びメモリ４５を備えている。メモリ４５には、ワーク形状と使用する錘１７と半田温度との関係を示すマップが記憶されている。ワーク形状測定部４１及び温度分布測定部４２の測定結果が制御装置４３に出力され、ＣＰＵ４４は、その測定結果と前記マップとから測定されたワーク形状及び温度分布に対応する錘１７を選択する。そして、選択結果、即ちどの錘１７を使用するかを、錘配置部３８に準備されている錘１７の識別番号で指令する。錘配置部３８は制御装置４３（ＣＰＵ４４）から指令された錘１７を未半田付けモジュール３９の対応する各金属回路１３上の半導体素子１２の上に載置する。なお、適切な錘１７がない場合は、ＣＰＵ４４は錘配置部３８に不良品との指令を出力する。そして、錘配置部３８は、図示しない排除装置によりベルトコンベア３４上から不良品の未半田付けモジュール３９を除去する。

ベルトコンベア３４〜３７は、制御装置４３からの指令により、間欠的に駆動され、未半田付けモジュール３９を順次下流側に移送する。制御装置４３は、錘配置部３８、未半田付けモジュール供給部４０、ワーク形状測定部４１及び温度分布測定部４２から作業状態に関する情報を入手し、各ベルトコンベア３４〜３７を駆動させても支障の無い状態で各ベルトコンベア３４〜３７を駆動するように制御する。

後処理部２３は、ベルトコンベア４６を備えている。また、後処理部２３は、ベルトコンベア４６上に移載されたワーク（半導体モジュール１０）から錘１７及び治具１８を取り外すための取り外し手段（図示せず）を備えている。

次に前記のように構成された半田付け装置ＨＫ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の半田付け方法を図５のフローチャートにしたがって説明する。なお、図５のフローチャートにおいては、便宜上、錘１７が載置されていない未半田付けモジュール３９及び半田付けが完了した半導体モジュール１０をワークとして記載している。

ステップＳ１で未半田付けモジュール供給部４０から未半田付けモジュール３９（ワーク）を供給する。ワークは、回路基板１１の各セラミック基板１４上に治具１８が載置され、治具１８の各孔１８ａ内にシート半田１９と半導体素子１２が配置されている。

次にステップＳ２において、ワーク形状測定部４１でワーク形状等の測定を行う。ワーク形状等の測定とは、ヒートシンク１５の厚さの位置によるバラツキやヒートシンク１５の反りの大きさを測定することである。そして、ステップＳ３において、温度分布測定部４２でワークの温度分布を測定する。ワーク形状等及び温度分布の測定が終了したワークは、錘配置部３８と対応するベルトコンベア３７上に移送される。ワーク形状測定部４１及び温度分布測定部４２の測定結果は制御装置４３に出力される。ステップＳ４において、ＣＰＵ４４がその結果に基づいて、金属回路１３毎に適切な錘１７を選択して、その錘１７の識別番号を錘配置部３８に指令する。錘配置部３８はＣＰＵ４４から指令された錘１７を収容部から取り出して、金属回路１３毎に半導体素子１２の上に載置する。

次にステップＳ５で錘１７が載置されたワークをチャンバ２４内に搬入する。次にステップＳ６でワークを高周波加熱コイル２０と対応する位置に配置する。このとき、昇降手段２８が上昇駆動されてベルトコンベア２７が上昇位置に配置され、図３に示すように、錘１７が高周波加熱コイル２０と接近した半田付け位置に配置される。

次にステップＳ７で半田付けが行われる。詳述すると、ワークをチャンバ２４内に搬入した後、入口扉２５及び出口扉２６を閉鎖位置に配置してチャンバ２４内を密閉状態にする。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には、対応する錘１７を通る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。高周波加熱コイル２０の磁束内に置かれた錘１７は、電磁誘導作用によって発熱し、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。

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。

次にステップＳ８においてガス排出部３２が駆動され、還元ガスがチャンバ２４内から排出された後、チャンバ２４内に大気が供給されるとともに出口扉２６が開放される。そして、半田付けが完了したワークがチャンバ２４内から後処理部２３のベルトコンベア４６上へ移載される。そして、ステップＳ９において、後処理部２３で、ワークから錘１７及び治具１８が取り外され半導体モジュール１０が完成する。取り外された錘１７は錘配置部３８で再使用され、治具１８は、未半田付けモジュール３９の組み付け工程で再使用される。また、半導体モジュール１０は、電子機器の部品として使用される。

ステップＳ７において、高周波誘導加熱により錘１７を加熱することにより、錘１７で発生した熱が半導体素子１２を介してシート半田１９に伝導して半田の溶融が行われる。このとき、他の条件が同じでも、高周波加熱コイル２０と錘１７との距離が異なると、錘１７の発熱状態が異なり、結果としてシート半田１９即ち半田の昇温速度が異なる状態となる。条件にもよるが、例えば、高周波加熱コイル２０と錘１７との距離を８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍと変更した場合、コイルからの距離が１ｍｍ違うと昇温速度が１０％程度低下する。また、高周波誘導加熱を行う際、他の条件が同じでも、加熱開始時における未半田付けモジュール３９の温度分布の状態が異なると、結果としてシート半田１９即ち半田の昇温速度が異なる状態となる。そして、前者の高周波加熱コイル２０と錘１７との距離の影響が、後者の温度分布の影響に比べて大きい。

一方、回路基板１１を構成する金属回路１３、セラミック基板１４及び金属板１６は、ヒートシンク１５に比較して厚さが薄く、大きさも小さい。そして、金属回路１３、セラミック基板１４及び金属板１６は、ヒートシンク１５に比較して精度良く形成することができる。しかし、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。

そのため、例えば、ヒートシンク１５に形状のバラツキが生じると、図３に示すように、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の発熱状態が異なる状態になる。しかし、この実施形態では、ステップＳ２及びステップＳ３において測定されたワーク形状のバラツキやワークの温度分布に基づいてＣＰＵ４４で選択された適切な錘１７が使用される。そのため、複数ある各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にすることができ、全ての金属回路１３において半導体素子１２の半田付けを良好に行うことができる。

適切な昇温特性の錘１７を選択する場合、ワーク形状のバラツキのうちヒートシンク１５の厚さにバラツキがある場合は、例えば、図３に示すように、熱容量が同じで高さの異なる錘１７を使用する。そして、ヒートシンク１５の上面から高周波加熱コイル２０までの距離が大きな位置には高さの高い錘１７を使用し、前記距離が小さい位置にはそれより高さの低い錘１７を使用する。また、ワーク形状のバラツキのうちヒートシンク１５の厚さは一定で、ヒートシンク１５に反りがある場合は、図６に示すように、同じ形状、同じ高さで、材質の異なる錘１７を使用する。例えば、ヒートシンク１５の上面から高周波加熱コイル２０までの距離が大きな位置にはステンレス製の錘１７を使用し、前記距離が小さい位置にはインバー合金製の錘１７を使用する。

また、図７に示すように、ヒートシンク１５に形状のバラツキがなく、温度分布の状態が異なる場合は、例えば、温度が低い側の半導体素子１２上に、高さが高い錘１７を使用し、温度が高い側の半導体素子１２上に、高さが低い錘１７を使用なお、図７においては、右側の方が左側に比較して、温度が高い場合を示している。

なお、図示の都合上、回路基板１１を構成する各部の厚さ、長さ、幅等の寸法の比を実際のものと異なる状態で表している。また、図１及び図２と図３等の他の断面図において、各部の厚さ、長さ、幅等の寸法の比を異なる状態で表している。

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）複数の半田付け部（金属回路１３）を有するワーク（回路基板１１）の各金属回路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において、半田を溶融させるのに高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材（錘１７）を使用する。そして、錘１７として昇温特性の異なる複数の錘１７を準備し、高周波誘導加熱時に各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にするために適切な錘１７を複数の錘１７の中から選択して使用する。したがって、複数ある各金属回路１３上の半田温度を所定範囲内にすることができ、全ての金属回路１３において半導体素子１２の半田付けを良好に行うことができる。

（２）高周波誘導加熱を行う前に、ワーク（回路基板１１）の形状のバラツキを測定し、その測定値に基づいて適切な錘１７を選択する。ワーク形状のバラツキ、特に厚さのバラツキが錘１７の昇温に大きく影響を与えるが、ワーク形状のバラツキに対応した適切な錘１７が使用されるため、半導体素子１２の半田付けを良好に行うことができる。

（３）ワークの形状のバラツキとして反りの大きさの違いも測定し、錘１７の昇温に大きく影響を与える反りの大きさに対応した適切な錘１７が使用されるため、半導体素子１２の半田付けを良好に行うことができる。

（４）複数の錘１７は、材質、高さ及び熱容量のうちの少なくとも一つが異なることにより、互いに昇温特性が異なるように形成されている。したがって、昇温特性の異なる錘１７を容易に準備することができる。

（５）半田付け装置ＨＫの準備部２２において、未半田付けモジュール供給部４０から供給された未半田付けモジュール３９毎にワーク形状測定部４１及び温度分布測定部４２でワーク形状のバラツキ等及び温度分布を測定するとともに、その結果に基づいて制御装置４３で適切な錘１７を選択する。したがって、ヒートシンク１５の形状のバラツキ等を、ヒートシンク１５を製造した段階で測定しておき、そのデータをメモリに記憶しておいて使用する方法に比較して、形状のバラツキ等に関する誤ったデータを使用する虞が低く、ＣＰＵ４４の処理も単純になる。

（６）ワーク形状測定部４１及び温度分布測定部４２で測定されたワーク形状のバラツキ等及び温度分布に基づいて錘１７を選択した結果、適切な錘１７が無い場合は、錘配置部３８においてそのワーク（未半田付けモジュール３９）は不良品として排除され半田付け装置本体２１に搬入されない。したがって、無駄な半田付けを行うことを回避することができる。

（７）チャンバ２４内に搬入された未半田付けモジュール３９は、昇降手段２８の作用により錘１７が高周波加熱コイル２０に近接する上昇位置に配置される。したがって、ベルトコンベア２７と高周波加熱コイル２０との距離を変更できない構成に比較して、ベルトコンベア２７を正確に目的の高さに配置することができる。また、ヒートシンク１５の厚さの異なる種類の半導体モジュール１０を製造する場合にも対応することができる。

（８）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。
（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８（ａ）〜（ｃ）にしたがって説明する。この実施形態では後処理部２３の構成が第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、その重複する説明は省略又は簡略する。

図８（ａ）は、後処理部２３の構成を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、ベルトコンベア４６は、昇降手段としてのシリンダ４７により昇降可能に設けられた支持フレーム４８に支持されている。そして、ベルトコンベア４６は、シリンダ４７の駆動により、下降位置と上昇位置とに配置されるようになっている。また、シリンダ４７の外側には、一対の支持バー４９が昇降手段（例えば、シリンダ）５０により昇降可能に所定位置に水平に設けられている。

この実施形態では、ヒートシンク１５上に、錘１７のフランジ部１７ｃと係合して錘１７を支承可能な支承プレート５１が載置された状態で半田付けが行われる。そして、半田付け完了後、後処理部２３において、錘１７を半導体モジュール１０から取り外す際に、支承プレート５１が錘１７の取り外しに使用される。

図８（ａ）に示すように、通常は、ベルトコンベア４６はチャンバ２４からの半導体モジュール１０の移載に好適な上昇位置に配置されている。また、支持バー４９は、半導体モジュール１０がベルトコンベア４６上に移載された状態において、ヒートシンク１５上の支承プレート５１の下面と対向する近傍位置に配置されている。図８（ａ）の状態からシリンダ４７が駆動されてベルトコンベア４６が下降移動されると、下降途中で支持バー４９が支承プレート５１の下面と係合する。そして、更にベルトコンベア４６が下降すると錘１７のフランジ部１７ｃが支承プレート５１と係合し、ベルトコンベア４６が所定の下降位置に配置されると、図８（ｂ）に示すように、錘１７及び支承プレート５１が半導体モジュール１０から離間した状態となる。この状態でベルトコンベア４６が駆動されて半導体モジュール１０が治具１８と共に次工程に移送される。

半導体モジュール１０が移載された後、ベルトコンベア４６の駆動が停止された状態で昇降手段５０が駆動されて支持バー４９と共に支承プレート５１及び１７が下降される。そして、図９に示すように、支承プレート５１がベルトコンベア４６と当接して支承されるとともに支持バー４９と支承プレート５１との係合が解除される位置に支持バー４９が配置される。この状態では、一方の錘１７はベルトコンベア４６に支承された状態となる。この状態でベルトコンベア４６が駆動されて、錘１７が支承プレート５１と共に次工程に移送される。その後、ベルトコンベア４６の駆動が停止された状態でシリンダ４７が駆動されてベルトコンベア４６が元の上昇位置に配置される。また、昇降手段５０が駆動されて支持バー４９も元の上昇位置に配置される。

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（８）と同様の効果に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（９）フランジ部１７ｃと係合して錘１７を支承可能な支承プレート５１が使用されるとともに、後処理部２３のベルトコンベア４６が昇降可能に構成されるとともに、支承プレート５１を下降させる昇降手段５０が設けられている。したがって、錘１７を半導体モジュール１０から簡単に取り外すことができる。

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１０としてヒートシンク１５の厚さが同じ種類のものしか製造しない場合は、昇降手段２８を省略してベルトコンベア２７を一定高さに配置してもよい。

○ 後処理部２３のベルトコンベア４６が昇降不能な構成の半田付け装置ＨＫにおいて、チャンバ２４内のベルトコンベア２７を第２の実施形態の後処理部２３のベルトコンベア４６のように昇降可能に構成するとともに、支承プレート５１を支承可能な支持バー４９を昇降可能に設けてもよい。この場合、ステップＳ７の半田付けの際に、半田が溶融された状態でベルトコンベア２７を下降移動させて錘１７を半導体素子１２から離間させて、冷却処理を行えば、冷却に要する時間を短縮できる。そして、錘１７及び支承プレート５１を支持バー４９で支承している状態で半導体モジュール１０をチャンバ２４から搬出した後、錘１７及び支承プレート５１をチャンバ２４から搬出することができる。

○ 温度分布の違いは、ワーク形状の違いに比較して、半田付け時において回路基板１１の各金属回路１３上の半田温度が所定範囲内から逸脱しにくいため、温度分布測定部４２を省略して、ワーク形状測定部４１の測定結果に基づいて適切な錘１７を選択するようにしてもよい。

○ 準備部２２にワーク形状測定部４１を設けて、高周波誘導加熱を行う前に、ワーク（回路基板１１）の形状のバラツキ等を測定し、その測定値に基づいて適切な錘１７を選択するのではなく、回路基板１１の形成が完了した時に回路基板１１のバラツキを測定する。そして、バラツキが所定範囲に無い回路基板１１に対して個々に識別番号を付けるとともに、準備部２２のワーク形状測定部４１を省略し、未半田付けモジュール供給部４０から未半田付けモジュール３９を供給する際、識別番号とワーク形状のバラツキ等のデータを制御装置４３に送信する構成としてもよい。この場合、準備部２２に未半田付けモジュール３９が供給されてからチャンバ２４内に搬入されるまでの時間を短縮することができる。

○ 昇温特性の異なる複数の錘１７を準備する場合、材質は同じで、高さだけ異なる錘１７で構成したり、高さが同じで材質あるいは熱容量が異なる錘１７で構成したり、高さ、材質及び熱容量のすべてが異なる錘１７で構成したりしてもよい。

○ 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、６個に限らず５個以下あるいは７個以上でもよい。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４個に限らず、３個以下あるいは５個以上であってもよい。

○ 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は角パイプではなく円筒で形成してもよい。

○ 治具１８は、セラミック基板１４の周面（側面）と係合可能な段差部を有する凹部を備えた形状にしてもよい。金属回路１３の厚さはセラミック基板１４の厚さに比較して薄いため、セラミック基板１４の周面と係合可能に形成する方が、位置決めが容易になる。

○ 蓋部２４ａを省略して、チャンバ２４内部を入口及び出口からのみ外部と連通可能な構成としてもよい。
○ 高周波加熱コイル２０をチャンバ２４の外側においてベルトコンベア２７の上方に配置する構成としてもよい。この場合、チャンバ２４は、少なくとも高周波加熱コイル２０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、例えば、セラミックスや樹脂で形成するのが好ましい。また、全体を同じ電気的絶縁材で形成してもよい。

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１〜請求項４に記載の発明において、前記ワークはヒートシンクを備えた回路基板であり、前記半田付け部として複数の金属回路を備えている。

（２）前記技術的思想（１）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系金属で形成され、前記複数の金属回路はセラミック基板の一方の面に接合されており、前記セラミック基板の他方の面が金属板を介して前記ヒートシンクにロウ付けされている。

第１の実施形態を示し、（ａ）は半導体モジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における拡大断面図。 （ａ）は半田付け装置の模式平面図、（ｂ）は模式側面図。 半田付け装置本体の断面図。 半田付け対象物の断面図。 半田付け方法の手順を示すフローチャート。 反りがある場合の錘と高周波加熱コイルの関係を示す断面図。 温度分布が不均一な場合の錘と高周波加熱コイルの関係を示す断面図。 第２の実施形態を示し（ａ）は後処理部の断面図、（ｂ）は作用を示す断面図。 後処理部の作用を示す断面図。 従来技術の断面図。

符号の説明

１１…ワークとしての回路基板、１２…半導体素子、１３…半田付け部としての金属回路、１７…発熱部材としての錘、１９…半田としてのシート半田。

Claims (5)

1. 複数の半田付け部を有するワークの各半田付け部に、高周波誘導加熱で半田を溶融させて半導体素子を半田付けする半田付け方法であって、
   前記半田を溶融させるのに高周波誘導加熱により加熱可能な発熱部材を使用し、前記発熱部材として昇温特性の異なる複数の発熱部材を準備し、高周波誘導加熱時に前記各半田付け部上の半田温度を所定範囲内にするために適切な発熱部材を前記複数の発熱部材の中から選択して使用することを特徴とする半田付け方法。
2. 前記高周波誘導加熱を行う前に、前記ワークの形状のバラツキを測定し、その測定値に基づいて前記適切な発熱部材を選択する請求項１に記載の半田付け方法。
3. 前記ワークの形状のバラツキは反りの大きさの違いである請求項２に記載の半田付け方法。
4. 前記複数の発熱部材は、材質、高さ及び熱容量のうちの少なくとも一つが異なることにより、互いに昇温特性が異なるように形成されている請求項２又は請求項３に記載の半田付け方法。
5. 請求項１〜請求項４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電子機器の製造方法。

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