JP3853533B2

JP3853533B2 - Cooling component mounting method and cooling component mounting device

Info

Publication number: JP3853533B2
Application number: JP6518799A
Authority: JP
Inventors: 健三井津; 貢白井; 薫片山; 栄一桐生; 宏一古谷野; 徹西川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: JP2000260920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩチップ等の電子部品に、放熱フィンの形成された水冷ジャケット等の冷却部品を取り付ける冷却部品取付方法，冷却部品取付装置及びこの装置によって製造されたモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の汎用コンピュータ等の大型計算機のモジュールでは、多層配線基板上に複数のＬＳＩが配置されるとともに、放熱フィンの形成された水冷ジャケットを用いて、ＬＳＩからの発熱を放熱するようにしている。ＬＳＩから水冷ジャケットへの伝熱は、ＬＳＩの背面に固定したＡｌＮ製の櫛歯と水冷ジャケット側に形成されたＡｌＮ製の櫛歯をかみ合わせるとともに、モジュール内部にオイル等の熱伝導部材を封入して、ＬＳＩの発熱を水冷ジャケットに熱伝導する方式などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、汎用コンピュータに用いるモジュールは、ＬＳＩの高速化とともに、その発熱量が大きくなってきており、従来のように、ＡｌＮ製の櫛歯とオイル等を用いた方式では、冷却性能が十分でなく、十分な放熱効果が得られないという問題があることが判明してきた。
【０００４】
本発明の目的は、冷却性能を向上できる冷却部品取付方法，冷却部品取付装置及びモジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、電子部品が取り付けられた多層配線基板に、冷却部品を取り付ける冷却部品取付方法において、上記電子部品の発熱を熱伝導部材を介して上記冷却部品に伝達して、放熱するとともに、上記電子部品若しくは上記冷却部品の少なくとも一方に予め供給されている上記熱伝導部材を加熱し、溶融若しくは軟化した後、上記電子部品若しくは上記冷却部品の少なくとも一方を移動して両者を接近させ、上記電子部品と上記冷却部品が上記熱伝導部材を介して接触した後の移動速度を、両者が接触する前の移動速度よりも遅くするとともに、さらに、上記電子部品が取り付けられた多層配線基板と、上記冷却部品を独立して温度制御することにより、所定温度まで加熱して上記熱伝導部材を溶融若しくは軟化した後、上記熱伝導部材を介して両者を熱的に接続するようにしたものである。
かかる方法により、熱伝導部材が溶融若しくは軟化状態にある時間を短縮して、熱伝導部材の表面の酸化を抑制し、また、熱伝導部材による取付時における熱伝導部材中へのガスの封じ込めによるボイドの発生を低減して、冷却性能を向上し得るものとなる。
【０００６】
また、上記目的を達成するために、本発明は、電子部品が取り付けられた多層配線基板に、冷却部品を取り付ける冷却部品取付装置において、上記多層配線基板を加熱する第１のヒータと、上記冷却部品を加熱する第２のヒータと、上記電子部品若しくは上記冷却部品の少なくとも一方を移動して両者を接近させるとともに、その移動速度が切替可能な移動手段と、上記電子部品が取り付けられた多層配線基板及び上記冷却部品を内部に収納するチャンバーと、上記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入手段と、上記チャンバー内を真空状態にする真空ポンプと、上記第１のヒータ，上記第２のヒータ，上記移動手段，上記ガス導入手段，上記真空ポンプを制御する制御手段と、上記電子部品が取り付けられた多層配線基板と、上記冷却部品を独立して温度制御するヒータ電源とを備え、上記ヒータ電源により、所定温度まで加熱して上記熱伝導部材を溶融若しくは軟化した後、上記熱伝導部材を介して両者を熱的に接続するようにしたものである。
かかる構成により、冷却性能を向上できるモジュールを製造し得るものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の一実施形態による冷却部品取付装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による冷却部品取付装置の全体構成について説明する。なお、本実施形態においては、熱伝導部材としてハンダを用い、ハンダにより冷却部品と多層配線基板上に搭載されたＬＳＩとを接続するものである。
【０００９】
チャンバー１０の内部には、下ヒータ２０と、上ヒータ３０が配置されている。下ヒータ２０は、電源２２によって通電されることにより、発熱する。下ヒータ２０の近傍には、熱電対のような温度センサ２４が配置されており、下ヒータ２０や下ヒータ２０に取り付けられる部材の温度を検出している。また、下ヒータ２０は、固定されている。
【００１０】
上ヒータ３０は、複数のスプリング３２によって支持板３４に懸架されている。下ヒータ３０は、電源３６によって通電されることにより、発熱する。上ヒータ３０を支持する支持板３６は、シャフト４２を介して、クラッチ機構４０に接続されている。また、クラッチ機構４０は、ベルト５２によってステッピングモーター５０に連結されている。ステッピングモーター５０の駆動力は、ベルト５２及びクラッチ機構５０を介して、支持板３４に伝達され、上ヒータ３０を上下動する。クラッチ機構５０は、速度を切り替えるために用いられており、内部のギアの切替により、上ヒータ３０の上下動の速度を、高速と中速と低速の３種類の速度に切り替える。また、上ヒータ３０の近傍には、熱電対のような温度センサ３８が配置されており、上ヒータ３０や上ヒータ３０に取り付けられる部材の温度を検出している。
【００１１】
チャンバー１０の内部は、真空ポンプ６０によって真空引きされる。チャンバー１０の内部の圧力は、圧力センサ１２によって測定される。また、チャンバー１０の内部の酸素濃度は、Ｏ２センサ１４によって測定される。また、図示しない窒素ガス供給源に収容された窒素（Ｎ２）ガス及びヘリウムガス供給源に収容されたヘリウム（Ｈｅ）ガスは、制御手段８０を用いて、ＯＮ／ＯＦＦバルブ７４，７６の開閉を切り替え、チャンバー１０の内部に導入される。
【００１２】
制御手段８０は、温度センサ２４，３８によって検出された温度が、所定温度になるように、電源２２，３６のオン・オフや通電量を制御する。制御手段８０は、クラッチ機構４０の速度切替やステッピングモーター５０のオン・オフを制御して、上ヒータ３０の上下動制御を行う。また、制御手段８０は、圧力センサ１２によって測定されたチャンバー１０の内部の圧力や、Ｏ２センサによって検出されたチャンバー１０の内部の酸素濃度に基づいて、真空ポンプ６０のオン・オフや、ＯＮ／ＯＦＦバルブ７４，７６のオン・オフ切替を制御する。
【００１３】
次に、図２〜図６を用いて、本実施形態による冷却部品取付装置を用いた冷却部品の取付工程について説明する。
図２は、冷却部品の取付工程の途中状態を示す側面図であり、図３は、冷却部品の取付工程の取付完了状態を示す側面図であり、図４は、冷却部品の取付工程におけるチャンバー内圧力の変化を示すタイミングチャートであり、図５は、冷却部品の取付工程における上下ヒータ間の距離の変化を示すタイミングチャートであり、図６は、冷却部品の取付工程における部品の温度変化を示すタイミングチャートである。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００１４】
最初に、図２を用いて、ＬＳＩの搭載された多層配線基板に、水冷ジャケットを取り付ける場合の構成について説明する。
下ヒータ２０には、均熱治具９０を用いて、放熱フィンの形成された冷却部品である水冷ジャケット１００が位置決めされ、固定されている。均熱治具９０は、水冷ジャケット１００を位置決めした上で、保持するとともに、下ヒータ２０の熱を水冷ジャケット１００に熱伝達する際に、下ヒータ２０からの熱を拡散して伝達することにより、水冷ジャケット１００の熱バラツキを低減している。下ヒータ２０自体も、熱バラツキの少ない面ヒータを用いているが、それでも、加熱面内における熱のバラツキは、±１０℃程度あるのに対して、均熱治具９０を用いることにより、加熱対象である水冷ジャケット１００の熱バラツキを±２℃まで低減することができる。均熱治具９０には、複数の位置決めピン９２と、この位置決めピン９２に挿入されたスプリング９４が設けられている。水冷ジャケット１００の上には、ハンダ１１０が予め供給されている。また、水冷ジャケット１００の外周に設けられた封止部１０２の上面にも、ハンダ１１４が供給されている。
【００１５】
また、上ヒータ３０には、均熱治具９６を用いて、複数のＬＳＩ１０６が取り付けられた多層配線基板１０４が位置決めされ、固定されている。均熱治具９６は、均熱治具９０と同様に、多層配線基板１０４を位置決めした上で、保持するとともに、上ヒータ３０の熱を多層配線基板１０４に熱伝達する際に、上ヒータ３０からの熱を拡散して伝達することにより、多層配線基板１０４の熱バラツキを低減している。均熱治具９６には、均熱治具９０に設けられた位置決めピン９２に対応して、位置決め穴９８が形成されている。ＬＳＩ１０６の上面（図示する状態では、下面）には、ハンダ１１２が予め供給されている。このとき、上下の均熱治具は、位置決めピンに取り付けられたバネにより、両者を引き離す反発力を受け、冷却部品とＬＳＩ上のハンダが接触しない距離を保っている。
【００１６】
なお、水冷ジャケット１００に供給されているハンダ１１０の位置は、ＬＳＩ１０６の上面の位置に対応する位置である。また、ＬＳＩ１０６は、ハンダボール等を用いて、多層配線基板１０４に接合されているが、このとき用いるハンダボールの融点は、ハンダ１１０，１１２，１１４よりも高いものである。例えば、ハンダ１１０，１１２，１１４として、錫−鉛系の融点が１８３℃のハンダを用いる場合には、ＬＳＩ１０６の固着用のハンダは、これらのハンダの融点よりも、融点が約３０℃高い錫−銀系のハンダを用いている。
【００１７】
また、加熱は、窒素やヘリウムなどの不活性ガスが充填されたチャンバ内で実施し、ハンダの酸化を抑制している。さらに、このガスの圧力は、制御手段８０により、ＯＮ／ＯＦＦバルブ７４，７６を操作し、数Torr〜1500Torrまで任意に変化させることができる。
【００１８】
なお、図２に示した状態は、冷却部品の取付工程の途中状態を示しており、このとき、ハンダ１１０とハンダ１１２は、接触する直前の状態である。このときの下ヒータ２０と、上ヒータ３０の間の距離を、Ｄ３とする。
【００１９】
この後、ヒータ移動速度を低速に切替え、図４に示す固着完了時のＤ４の位置までヒータを接近させる。その後、この位置を維持したまま冷却を行うことにより、冷却部品の取付が完了する。
【００２０】
次に、本実施形態による冷却部品取付装置の動作について、図４〜図６を用いて、説明する。
図４に示すように、チャンバー１０内の下ヒータ２０及び上ヒータ３０に、ワークである水冷ジャケット１００及び多層配線基板１０４をセットした後、図１に示した制御手段８０は、真空ポンプ６０の動作を開始して、チャンバー１０の内部を真空引きして、減圧する。ここで、図４の縦軸は、チャンバー１０の内部圧力を示している。例えば、図４の時刻ｔ０に真空ポンプ６０を作動したとすると、真空ポンプ６０の動作開始前のチャンバー１０の内部圧力Ｐ１は、大気圧（約７６０Ｔｏｒｒ）である。そして、真空引きが開始することにより、チャンバー１０の内部が減圧される。チャンバー１０の内部を減圧することによって、チャンバー１０の内部の酸素濃度を低減する。
【００２１】
制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を検出し、内部圧力が、例えば、時刻ｔ１において、Ｐ２になると、真空ポンプ６０を停止する。例えば、圧力Ｐ２は、０．２Ｔｏｒｒに設定する。
【００２２】
次に、制御手段８０は、バルブ７４を開き窒素ガスを、チャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ１になるまで、窒素ガスをチャンバー１０の内部に導入する。例えば、時刻ｔ２に、内部圧力がＰ１になると、制御手段８０は、バルブ７４を閉じる。上述の方法によって、チャンバー内部の酸素濃度が低下する。そこで、制御手段８０は、酸素濃度センサ１４を用いて、チャンバー１０の内部の酸素濃度を検出する。チャンバー内に、酸素ガスの残留量が多いと、ハンダ１１０，１１２，１１４が溶融した後、ハンダ１１０とハンダ１１２の固着が完了するまでの間（ハンダの溶融時間）に、ハンダ１１０，１１２の表面に酸化膜が形成され、酸化膜が形成されると、ハンダ固着後のボイドの原因となるため、残留酸素ガスの濃度が所定濃度以下になるようにしている。
チャンバー内部の残留酸素濃度と、ハンダ溶融時間との関係について調べたところ、残留酸素濃度が０．３ｐｐｍ以下であれば、酸化膜の成長は、一定の厚さまで成長した後は、それ以上成長しないことが判明した。そこで、窒素ガス封入後の酸素濃度は、０．３ｐｐｍ以下になるようにしている。酸素濃度が所定濃度以下になると、次の工程に進む。酸素濃度が所定濃度以下でない場合には、時刻ｔ０〜ｔ３の工程，即ち、チャンバー１０内部の減圧，チャンバー１０への窒素ガスの導入，酸素濃度チェックの工程を繰り返す。
【００２３】
酸素濃度が、所定濃度以下であれば、制御手段８０は、時刻ｔ３において再び、真空ポンプ６０を作動させて、チャンバー１０の内部を減圧する。そして、チャンバー１０の内部の圧力が、再び、Ｐ２になると、時刻ｔ４において、制御手段８０は、バルブ７６を開くと共に、流路切替弁７８を作動させて、ヘリウムガスを、チャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ１になるまで、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。内部圧力がＰ１になると、制御手段８０は、バルブ７６を閉じる。そこで、制御手段８０は、酸素濃度センサ１４を用いて、チャンバー１０の内部の酸素濃度を検出して、所定濃度以下であることを確認する。
【００２４】
酸素濃度が、所定濃度以下であれば、制御手段８０は、時刻ｔ５において再び、真空ポンプ６０を作動させて、チャンバー１０の内部を減圧する。そして、チャンバー１０の内部の圧力が、再び、Ｐ２になると、時刻ｔ６において、制御手段８０は、バルブ７６を開いて、ヘリウムガスを、チャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ３になるまで、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。内部圧力がＰ３になると、制御手段８０は、バルブ７６を閉じる。ここで、内部圧力Ｐ３は、例えば、５０Ｔｏｏｒとしている。大気圧よりも減圧した状態としていることによって、この後、ハンダを溶融した際に、ハンダ内部に存在するボイドが、外部に取り出される。このように、圧力をＰ３とするのは、ハンダ内部に存在するボイドを取り出すためのものであるため、大気圧よりも低くすればよいものである。また、このときの圧力は、ヒーターの熱を均熱治具，多層配線基板，水冷ジャケットに効率的に伝えることが可能な最低限のガス量により決まる。例えば、圧力Ｐ３は、５０Ｔｏｏｒ〜７６０Ｔｏｏｒの間で可変できる。
【００２５】
ここで、ガスの種類の切替は、以下の理由で行っている。
ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて、熱伝導率が高いため、ハンダの溶融・固着時には、チャンバー１０の内部をヘリウムガス雰囲気としている。但し、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて高価であるため、チャンバー１０の内部の酸素濃度が所定濃度になるまでは、チャンバーの減圧と窒素ガス導入を行うことにより、使用するガスのコストを低減するようにしている。
【００２６】
次に、時刻ｔ７において、チャンバー１０の内部の圧力がＰ３になると、図５に示すように、制御手段８０は、モータ５０を駆動して、上ヒータ３０を下降させる。ここで、図５の縦軸は、図２に示した下ヒータ２０の均熱治具９０との接触面と上ヒータ３０の均熱治具９４との接触面の間の距離Ｄを示している。時刻ｔ０〜ｔ７間での間、上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離は、Ｄ１である。距離Ｄ１は、冷却部品の取付工程開始時の距離であり、図５に示す距離Ｄ４は、冷却部品取り付け完了時の上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離である。距離Ｄ４が、例えば、３５ｍｍであるとき、距離Ｄ１は、例えば、８５ｍｍである。即ち、固着開始前から固着完了時までの上ヒータ３０の移動量は、５０ｍｍ（＝８５−３５）である。
【００２７】
制御手段８０は、ステッピングモータ５０に供給するパルス数によって、上ヒータ３０の移動量を制御できるため、上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離がＤ２になるまで、上ヒータ３０を下降する。距離Ｄ２は、例えば、４０ｍｍである。このとき、制御手段８０は、クラッチ機構４０の内部のギア比を切り替えて、上ヒータ３０を高速度ｖ１で下降させる。上ヒータ３０の下降速度は、例えば、２ｍｍ／ｓとしている。上ヒータ３０の下降量は、約４５ｍｍであるため、約２２．５秒間の短時間で、上ヒータ３０を距離Ｄ２の位置まで高速で下降できる。
【００２８】
時刻ｔ８において、上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離がＤ２になると、制御手段８０は、モータ５０の駆動を停止して、上ヒータ３０の下降を停止するとともに、電源２２，３６をオンして、下ヒータ２０及び上ヒータ３０への通電を開始する。
【００２９】
ここで、図６は、下ヒータ２０によって加熱される下側の均熱治具９０の温度及び上ヒータ３０によって加熱される上側の均熱治具９６の温度Ｔを示している。水冷ジャケット９０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製であり、一方、多層配線基板１０４は、セラミックスや金属の接合体製であるため、両者の材質が異なるとともに、両者の重量も異なるため、両者の熱容量が異なっている。そこで、本実施形態においては、図１若しくは図２に示したように、水冷ジャケット９０を加熱するためのヒータ２０と、多層配線基板１０４を加熱するためのヒータ３０を独立のヒータとするとともに、ヒータ電源２２，３６も独立したものを用いることにより、両者を独立して温度制御できるようにしている。
【００３０】
図６に示すように、時刻ｔ８において、通電を開始したとすると、通電開始前の温度Ｔ１は常温であり、その後、通電の経過とともに、温度が上昇する。そして、温度センサ２４，３８を用いて、均熱治具９０，９６の温度を監視して、時刻ｔ９に、温度がＴ２になると、その温度を維持するように、電源２２，３６を制御する。ここで、温度Ｔ２は、ハンダ１１０，１１２，１１４の融点よりも、３０℃高い温度としている。例えば、ハンダ１１０，１１２，１１４の融点が、１８３℃の場合、温度Ｔ３を２１０℃としている。ハンダ１１０，１１２，１１４の温度が融点以上になると、ハンダ１１０，１１２，１１４は、溶融を開始する。
【００３１】
なお、上述したように、本実施形態においては、水冷ジャケット９０を加熱するためのヒータ２０と、多層配線基板１０４を加熱するためのヒータ３０を独立のヒータとするとともに、ヒータ電源２２，３６も独立したものを用いているので、水冷ジャケット９０の温度と多層配線基板１０４の温度とが、同一の時刻ｔ９に、同じ温度Ｔ２となるように制御することができる。両者が同一の時刻に同一温度となるようにタイミングを合わせることにより、ハンダが溶融している時間をできるだけ短くすることができ、その結果、溶融ハンダの表面に形成される酸化膜の生成量を低減して、ボイドの発生を低減することができる。
【００３２】
次に、図５に示すように、時刻ｔ９において、均熱治具９０，９６の温度が所定温度Ｔ２以上になると、制御手段８０は、モータ５０を駆動して、上ヒータ３０の下降を開始する。このとき、制御手段８０は、クラッチ機構４０を切り替えて、上ヒータ３０の下降速度を中速度ｖ２としている。中速度ｖ２は、例えば、５０μｍ／ｓである。そして、制御手段８０は、上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離がＤ３になると、クラッチ機構４０を切り替えて、上ヒータ３０の下降速度を低速度ｖ３としている。低速度ｖ３は、例えば、９μｍ／ｓである。ここで、距離Ｄ３は、例えば、３６ｍｍである。最終的な固着完了時の距離Ｄ４は、３５ｍｍであるので、固着完了時よりも、１ｍｍ浮いた位置である。上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離がＤ３になると、水冷ジャケット９０の上に供給されたハンダ１１０と、ＬＳＩ１０６の上面に供給されたハンダ１１２が接触する。ハンダ１１０，１１２の高さは、ハンダの量によって異なるため、ハンダの量に応じて、距離Ｄ３は、下側のハンダと上側のハンダが接触する直前の距離となるように設定することができる。従って、ハンダ同士が接触するまで余分なハンダ溶融時間を短くすることになり、ハンダぬれ拡がりを阻害する表面酸化膜の形成を低減することができる。
【００３３】
上述したように、本実施形態においては、下側のハンダと上側のハンダが接触を開始すると、上ヒータの下降速度ｖ３を、その前の下降速度ｖ２よりも低速になるようにしている。その結果、互いに溶融しているハンダ同士が、ゆっくりと押しつけられていくことになる。
【００３４】
ボイドの発生を抑えるためには、溶融したハンダ同士を点接触させ、徐々に等方的に接触面積を増加させることが必要となる。ここで、ハンダ同士の接触後の上ヒータの下降速度ｖ３が早いと、ハンダのぬれ拡がりによる流動よりも、強制的な流動が大きく、複数箇所での接触が生じたり、等方的な拡がりが行えないため、チャンバー１０内のヘリウムガスが上下のハンダの隙間に封じ込められるため、固着したハンダ内にボイドが発生しやすくなることが判明した。そこで、溶融したハンダ同士をゆっくりと接触させることにより、ハンダ内部にヘリウムガスを封じ込めることを防ぎ、ボイドの発生を抑制している。ハンダ同士の固着時の上ヒータの下降速度ｖ３を変えて、ボイドの発生率の変化について検討したところ、下降速度，即ち、固着速度を２０μｍ／ｓ以下にすると、ボイドの発生率を３％以下に抑えられることが判明した。
【００３５】
即ち、本実施形態においては、ハンダ溶融後において、ハンダ同士が接触するまでの上ヒータの下降速度ｖ２は、その後の固着速度ｖ３に比べて早くすることにより、ハンダが溶融状態にあるハンダ溶融時間を短縮して、溶融ハンダの表面に形成される酸化膜の発生を抑制し、良好なぬれ性を維持し、また、ハンダ同士が接触した後の上ヒータの下降速度，即ち、固着速度ｖ３を速度ｖ２に比べて遅くすることにより、ハンダ固着時における溶融ハンダ中へのヘリウムガスの封じ込めによるボイドの発生を低減することができる。
【００３６】
次に、図５に示すように、制御手段８０は、上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離が、時刻ｔ１０において、距離Ｄ４になるまで、上ヒータ３０を下降させる。距離Ｄ４は、例えば、３５ｍｍである。この状態は、図３に示すようになる。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。このとき、図１に示したように、上ヒータ３０は、スプリング３２によって、支持板３４に懸架されているならい構造としているため、水冷ジャケット１００とＬＳＩ１０６とが互いに平行でない場合でも、徐々に上ヒータ３０が下降する過程で、多層配線基板１０４を、水冷ジャケット１００に均一に押しつけることができる。上ヒータ３０と下ヒータ２０の間の距離がＤ４になると、制御手段８０は、上ヒータ３０の下降を停止して、上ヒータ３０をその位置に保持する。即ち、ＬＳＩ１０６の取り付けられた多層配線基板１０４を、スプリング９４のバネ力に抗して、水冷ジャケット１００に押しつけた状態とする。
【００３７】
また、このとき、図２に示した封止部１０２のハンダも溶融しており、多層配線基板１０４に接触する。
【００３８】
次に、図４に示すように、時刻ｔ１１において、制御手段８０は、バルブ７６を開いて、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ４になるまで、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。時刻ｔ１２において、内部圧力がＰ４になると、制御手段８０は、バルブ７６を閉じる。ここで、内部圧力Ｐ４は、例えば、１４００Ｔｏｏｒとしており、大気圧よりも高い圧力としている。時刻ｔ１０以降においては、ハンダは溶融した状態であるので、ハンダの内部にヘリウムガスが封じ込められたとしても、チャンバー１０の内部圧力を封じ込められたときのヘリウムガスの圧力（Ｐ３）よりも高くすることにより、内部に封じ込められたヘリウムガスが、外部との圧力差（Ｐ４−Ｐ３）によって潰されるため、ボイドの大きさを小さくすることができる。
【００３９】
次に、時刻ｔ１３において、制御手段８０は、ヒータ２０，３０への通電を停止する。これによって、図６に示すように、均熱治具９０，９６の温度は、自然冷却により低下する。
【００４０】
そして、制御手段８０は、温度センサ２４，３８により、均熱治具９０，９６の温度がＴ３以下になったことを検出する。温度Ｔ３は、ハンダ１１０，１１２，１１４の融点以下の温度である。ハンダの融点が、例えば、１８３℃とすると、温度Ｔ３は、例えば、１５０℃としている。
【００４１】
時刻Ｔ１４において、温度Ｔ３になると、次に、図５に示すように、制御手段８０は、モータ５０を駆動して、上ヒータ３０を上昇させる。そして、均熱治具９０と均熱治具９４の間の距離がＤ１になるまで、上ヒータ３０を上昇させる。このとき、制御手段８０は、クラッチ機構４０の内部のギア比を切り替えて、上ヒータ３０を高速度ｖ１で上昇させる。上ヒータ３０の上昇速度は、例えば、２ｍｍ／ｓとしている。上ヒータ３０の上昇量は、約５０ｍｍであるため、約２５秒間の短時間で、上ヒータ３０を元の位置まで高速で上昇できる。時刻ｔ１５において、均熱治具９０と均熱治具９４の間の距離がＤ１になると、制御手段８０は、モータ５０の駆動を停止して、上ヒータ３０の上昇を停止する。
【００４２】
次に、図６及び図４に示すように、制御手段８０は、時刻ｔ１６において、チャンバー１０の内部の温度がＴ４以下になると、チャンバー１０の内部のヘリウムガスを外部に放出する。チャンバー１０の内部の圧力は、Ｐ１（大気圧）となる。温度Ｔ４は、ヘリウムガスの温度が高温でなければよいため、例えば、５０℃〜１００℃としている。
【００４３】
以上の工程を経ることによって、多層配線基板１０４に取り付けられたＬＳＩ１０６と、水冷ジャケット１００を、ハンダ１１０，１１２によって固着することができ、高い冷却性能となる封止構造のモジュールを完成することができる。
【００４４】
なお、以上の説明では、予め、水冷ジャケット１００の上面と、ＬＳＩ１０６の上面の両面にハンダ１１０，１１２を供給するものとして説明したが、いずれか一方の面にのみハンダを予め供給するようにしてもよいものである。例えば、水冷ジャケット１００の上面にハンダを供給する場合には、ＬＳＩ１０６の上面には、金（Ａｕ）等のメタライズ層を形成しておくことにより、溶融したハンダとメタライズ層のヌレ性を改善して、水冷ジャケット１００とＬＳＩ１０６の固着を良好にすることができる。また、この際、上述したように、溶融したハンダと溶融したハンダを固着する場合とは異なり、溶融したハンダとメタライズ層を固着する場合の固着速度ｖ３は、３μｍ／ｓ以下とする。この速度とすることにより、ハンダ中へのボイドの発生量を低減することができる。
また、以上の説明では、水冷ジャケット１００とＬＳＩ１０６とをハンダにより固着して、熱伝達する構成としているが、ＬＳＩ１０６からの発熱を水冷ジャケット１００に熱伝導するための熱伝導部材としては、ハンダに代えて、熱硬化性樹脂を用いることもできる。水冷ジャケット１００の上面と、ＬＳＩ１０６の上面の少なくとも一方に予め熱硬化性樹脂を供給した状態で、速度ｖ２で両者が接触する直前までＬＳＩの取り付けられた多層配線基板を下降させた後、固着速度ｖ３で多層配線基板を下降させる。このとき、固着速度ｖ３は、速度ｖ２よりも遅くすることで、固着に要する時間を短くできるとともに、固着時のボイドの発生を低減することができる。その後、両者を樹脂の硬化温度以上まで加熱する。なお、熱硬化性樹脂の硬化温度は、例えば、１５０℃程度であり、水冷ジャケット１００と多層配線基板１０４の封止にはハンダ１１４等は用いることができないため、両者の封止には、Ｏリング等を使用する。
さらに、ＬＳＩ１０６からの発熱を水冷ジャケット１００に熱伝導するための熱伝導部材としては、粘度の高いグリースを用いることもできる。熱伝導係数の大きなグリースは、常温では、粘土のような硬度を有しているため、加熱して軟化する必要がある。そこで、水冷ジャケット１００の上面に予め固体状態に近いグリースを供給した後、両者を加熱して軟化する。そして、速度ｖ２で両者が接触する直前までＬＳＩの取り付けられた多層配線基板を下降させた後、固着速度ｖ３で多層配線基板を下降させる。このとき、固着速度ｖ３は、速度ｖ２よりも遅くすることで、固着に要する時間を短くできるとともに、固着時のボイドの発生を低減することができる。なお、グリースの軟化温度は、ハンダの融点に比べて低いため、水冷ジャケット１００と多層配線基板１０４の封止にはハンダ１１４等は用いることができないため、両者の封止には、Ｏリング等を使用する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ハンダ溶融後において、ハンダ同士が接触するまでの上ヒータの下降速度ｖ２は、その後の固着速度ｖ３に比べて早くすることにより、ハンダが溶融状態にあるハンダ溶融時間を短縮して、溶融ハンダの表面に形成される酸化膜の発生を抑制して、ハンダの良好なぬれ性を確保し、また、ハンダ同士が接触した後の上ヒータの下降速度，即ち、固着速度ｖ３を速度ｖ２に比べて遅くすることにより、ハンダ固着時における溶融ハンダ中へのヘリウムガスの封じ込めによるボイドの発生を低減することができる。
また、チャンバー内の酸素濃度を低減することにより、固着したハンダ内へのボイドの発生を低減することができる。
また、チャンバー内の酸素濃度を低減するために、ヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスをチャンバー内に導入するが、その際、ヘリウムガスを用いることにより、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて、熱伝導率が高いため、ハンダの溶融・固着時には、熱伝導性を向上することができる。一方、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて高価であるため、チャンバー１０の内部の酸素濃度が所定濃度になるまでは、チャンバーの減圧と窒素ガス導入を行うことにより、使用するガスのコストを低減するようにしている。
また、ハンダを溶融し、固着する際には、チャンバーの内部圧力Ｐ３を、大気圧よりも減圧した状態としていることによって、ハンダを溶融した際に、ハンダ内部に形成されているボイド中の気体成分が、ハンダ内部から吸引され、ハンダ内部にボイドが形成されることを低減することができる。
また、水冷ジャケットと多層配線基板のように、熱容量の異なる部材に対して、上ヒータと下ヒータの２つの独立したヒータを用いるため、それぞれ独立して温度制御が可能であるため、水冷ジャケット９０の温度と多層配線基板１０４の温度とが、同一の時刻ｔ９に、同じ温度Ｔ２となるように制御することができる。従って、両者が同一の時刻に同一温度となるようにタイミングを合わせることにより、ハンダが溶融している時間をできるだけ短くすることができ、その結果、溶融ハンダの表面に形成される酸化膜の生成量を低減して、ボイドの発生を低減することができる。
また、溶融したハンダを固着後、チャンバーの内部圧力を、大気圧よりも高い圧力Ｐ４としているので、溶融・固着したハンダの内部にヘリウムガスが封じ込められたとしても、チャンバー１０の内部圧力を封じ込められたときのヘリウムガスの圧力（Ｐ３）よりも高くすることにより、内部に封じ込められたヘリウムガスが、外部との圧力差（Ｐ４−Ｐ３）によって潰されるため、ボイドの大きさを小さくすることができる。
また、水冷ジャケットとＬＳＩは、熱伝導率の高いハンダによって直接固着しているため、ＬＳＩの発熱量が大きくなっても、冷却性能を向上することができる。
【００４６】
次に、図１及び図７〜図９を用いて、本実施形態による冷却部品取付装置を用いたモジュールの開封処理工程について説明する。
図７は、モジュールの開封工程におけるチャンバー内圧力の変化を示すタイミングチャートであり、図８は、モジュールの開封工程における上下ヒータ間の距離の変化を示すタイミングチャートであり、図９は、モジュールの開封工程における部品の温度変化を示すタイミングチャートである。
【００４７】
図１〜図６に示した工程によって、水冷ジャケットと多層配線基板を封止してモジュールを完成した後、ＬＳＩの動作チェック等を行うことにより、ＬＳＩの動作不良が検出される場合がある。このような場合には、モジュールを開封して不良品を交換する。そのためには、水冷ジャケットと多層配線基板を固着しているハンダ１１４を溶融すると共に、水冷ジャケットとＬＳＩを固着しているハンダ１１０，１１２をも溶融する必要がある。
【００４８】
図１に示したチャンバー１０内の下ヒータ２０の上に、冷却モジュールと多層配線基板が固着されたモジュールをセットした後、図１に示した制御手段８０は、真空ポンプ６０の動作を開始して、チャンバー１０の内部を真空引きして、減圧する。ここで、図７の縦軸は、チャンバー１０の内部圧力を示している。例えば、図７の時刻ｔ２０に真空ポンプ６０を作動したとすると、真空ポンプ６０の動作開始前のチャンバー１０の内部圧力Ｐ１は、大気圧（約７６０Ｔｏｒｒ）である。そして、真空引きが開始することにより、チャンバー１０の内部が減圧される。チャンバー１０の内部を減圧することによって、チャンバー１０の内部の酸素濃度を低減する。
【００４９】
制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を検出し、内部圧力が、例えば、時刻ｔ２１において、Ｐ２になると、真空ポンプ６０を停止する。例えば、圧力Ｐ２は、０．２Ｔｏｒｒに設定する。
【００５０】
次に、制御手段８０は、バルブ７４を開くと共に、流路切替弁７８を作動させて、窒素ガスをチャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ１になるまで、窒素ガスをチャンバー１０の内部に導入する。例えば、時刻ｔ２２に、内部圧力がＰ１になると、制御手段８０は、バルブ７４を閉じる。真空ポンプ６０を用いて、チャンバー１０の内部を減圧した後、窒素ガスを導入することによって、チャンバー内部の酸素濃度が低下する。そこで、制御手段８０は、酸素濃度センサ１４を用いて、チャンバー１０の内部の酸素濃度を検出する。チャンバー内に、酸素ガスの残留量が多いと、ハンダが溶融した後、ハンダの表面に酸化膜が形成されやすくなり、酸化膜が形成されると、再固着時のボイドの原因となるため、残留酸素ガスの濃度が所定濃度以下になるようにしている。
チャンバー内部の残留酸素濃度と、ハンダ溶融時間との関係について調べたところ、残留酸素濃度が０．３ｐｐｍ以下であれば、酸化膜の成長は、一定の厚さまで成長した後は、それ以上成長しないことが判明した。そこで、窒素ガス封入後の酸素濃度は、０．３ｐｐｍ以下になるようにしている。酸素濃度が所定濃度以下になると、次の工程に進む。酸素濃度が所定濃度以下でない場合には、時刻ｔ２０〜ｔ２２の工程，即ち、チャンバー１０内部の減圧，チャンバー１０への窒素ガスの導入，酸素濃度チェックの工程を繰り返す。
【００５１】
酸素濃度が、所定濃度以下であれば、制御手段８０は、時刻ｔ２３において再び、真空ポンプ６０を作動させて、チャンバー１０の内部を減圧する。そして、チャンバー１０の内部の圧力が、再び、Ｐ２になると、時刻ｔ２４において、制御手段８０は、バルブ７６を開き、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ１になるまで、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。内部圧力がＰ１になると、制御手段８０は、バルブ７６を閉じる。そこで、制御手段８０は、酸素濃度センサ１４を用いて、チャンバー１０の内部の酸素濃度を検出して、所定濃度以下であることを確認する。
【００５２】
酸素濃度が、所定濃度以下であれば、制御手段８０は、時刻ｔ２５において再び、真空ポンプ６０を作動させて、チャンバー１０の内部を減圧する。そして、チャンバー１０の内部の圧力が、再び、Ｐ２になると、時刻ｔ２６において、制御手段８０は、バルブ７６を開いて、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。制御手段８０は、圧力センサ１２を用いて、チャンバー１０の内部圧力を監視して、内部圧力がＰ４になるまで、ヘリウムガスをチャンバー１０の内部に導入する。内部圧力がＰ４になると、制御手段８０は、バルブ７６を閉じる。ここで、内部圧力Ｐ３は、例えば、１４００Ｔｏｏｒとしており、大気圧よりも高い圧力としている。図４の時刻ｔ１２以降の工程について説明したように、ハンダ固着時には、チャンバー１０の内部圧力をＰ４（１４０００ｔｏｒｒ）として、ハンダ内部に封じ込められるヘリウムガスの圧縮して小さくなるようにしている。したがって、時刻ｔ３０以降において、ハンダは溶融した状態にしたとき、チャンバー１０の内部の圧力が、ハンダ内部に封じ込められたボイド中のヘリウムガスの圧力よりも低いと、溶融したハンダ内部からボイド中のヘリウムガスが膨張して、ハンダを周囲に飛び散らせる恐れがある。飛び散ったハンダは、配線層等に付着して、配線短絡の恐れがあるため、このような事態を避けるため、ハンダ固着時と同等若しくはそれ以上の内部圧力Ｐ４としている。
【００５３】
ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて、熱伝導率が高いため、ハンダの溶融・開封時には、チャンバー１０の内部をヘリウムガス雰囲気としている。但し、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて高価であるため、チャンバー１０の内部の酸素濃度が所定濃度になるまでは、チャンバーの減圧と窒素ガス導入を行うことにより、使用するガスのコストを低減するようにしている。
【００５４】
次に、時刻ｔ２７において、チャンバー１０の内部の圧力がＰ４になると、図８に示すように、制御手段８０は、モータ５０を駆動して、上ヒータ３０を下降させる。ここで、図５の縦軸は、図２に示した下ヒータ２０の均熱治具接触面と上ヒータ３０の均熱治具接触面の間の距離Ｄを示している。時刻ｔ０〜ｔ７間での間、下ヒータ２０と上ヒータ３０の間の距離は、Ｄ１である。距離Ｄ１は、モジュールの開封工程開始時の距離であり、固着開始時の距離Ｄ１と同じである。図５に示す距離Ｄ４は、開封のための加熱開始時の下ヒータ２０と上ヒータ３０の間の距離であり、固着完了時の位置Ｄ４と同じである。距離Ｄ４が、例えば、３５ｍｍであるとき、距離Ｄ１は、例えば、８５ｍｍである。即ち、開封開始前から開封完了時までの上側の均熱治具９４の移動量，即ち、上ヒータ３０の移動量は、５０ｍｍ（＝８５−３５）である。
【００５５】
制御手段８０は、ステッピングモータ５０に供給するパルス数によって、上ヒータ３０の移動量を制御できるため、下ヒータ２０と上ヒータ３０の間の距離がＤ４になるまで、上ヒータ３０を下降することにより、上ヒーター３０がモジュールを固定した均熱治具に接触する。このとき、制御手段８０は、クラッチ機構４０の内部のギア比を切り替えて、上ヒータ３０を高速度ｖ１で下降させる。上ヒータ３０の下降速度は、例えば、２ｍｍ／ｓとしている。上ヒータ３０の下降量は、約５０ｍｍであるため、約２５秒間で、上ヒータ３０を距離Ｄ４の位置まで高速で下降できる。
【００５６】
時刻ｔ２９において、均熱治具９０と均熱治具９４の間の距離がＤ４になると、制御手段８０は、モータ５０の駆動を停止して、上ヒータ３０の下降を停止する。
【００５７】
また、図９に示すように、時刻ｔ２９には、下ヒータ２０と上ヒータ３０への通電を開始する。ここで、図９は、下ヒータ２０によって加熱される下側の均熱治具９０の温度及び上ヒータ３０によって加熱される上側の均熱治具９６の温度Ｔを示している。水冷ジャケット９０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製であり、一方、多層配線基板１０４は、セラミックスや金属の接合体製であるため、両者の材質が異なるとともに、両者の重量も異なるため、両者の熱容量が異なっている。そこで、本実施形態においては、図１若しくは図２に示したように、水冷ジャケット９０を加熱するためのヒータ２０と、多層配線基板１０４を加熱するためのヒータ３０を独立のヒータとするとともに、ヒータ電源２２，３６も独立したものを用いることにより、両者を独立して温度制御できるようにしている。
【００５８】
図９に示すように、時刻ｔ２９において、通電を開始したとすると、通電開始前の温度Ｔ１は常温であり、その後、通電の経過とともに、温度が上昇する。そして、温度センサ２４，３８を用いて、均熱治具９０，９６の温度を監視して、時刻ｔ３０に、温度がＴ２になると、その温度を維持するように、電源２２，３６を制御する。ここで、温度Ｔ２は、ハンダ１１０，１１２，１１４の融点よりも、３０℃高い温度としている。例えば、ハンダ１１０，１１２，１１４の融点が、１８３℃の場合、温度Ｔ３を２１０℃としている。ハンダ１１０，１１２，１１４の温度が融点以上になると、ハンダ１１０，１１２，１１４は、溶融を開始する。
【００５９】
なお、上述したように、本実施形態においては、水冷ジャケット９０を加熱するためのヒータ２０と、多層配線基板１０４を加熱するためのヒータ３０を独立のヒータとするとともに、ヒータ電源２２，３６も独立したものを用いているので、水冷ジャケット９０の温度と多層配線基板１０４の温度とが、同一の時刻ｔ３０に、同じ温度Ｔ２となるように制御することができる。両者が同一の時刻に同一温度となるようにタイミングを合わせることにより、ハンダが溶融している時間をできるだけ短くすることができ、その結果、溶融ハンダの表面に形成される酸化膜の生成量を低減して、再固着時のボイドの発生を低減することができる。
【００６０】
次に、均熱治具９０，９６の温度が上昇して、多層配線基板１０４，ＬＳＩ１０６及び水冷ジャケット１００の温度が、ハンダの融点以上になると、ハンダや溶融し始める。
【００６１】
そして、図８に示すように、ハンダが十分に溶融した時刻ｔ３１において、制御手段８０は、モータ５０を駆動して、上ヒータ３０の上昇を開始する。このとき、制御手段８０は、クラッチ機構４０を切り替えて、上ヒータ３０の下降速度を低速度ｖ４としている。低速度ｖ４は、例えば、２００μｍ／ｓである。そして、制御手段８０は、下ヒータ２０と上ヒータ３０の間の距離がＤ２になると、クラッチ機構４０を切り替えて、上ヒータ３０の下降速度を高速度ｖ１としている。高速度ｖ１は、例えば、２ｍｍ／ｓである。なお、図１〜図６の説明では、クラッチ機構４０によって、高速度ｖ１（２ｍｍ／ｓ），中速度ｖ２（５０μｍ／ｓ），低速度ｖ３（９μｍ／ｓ）の３種類の速度に切り替えられるものとしているが、モジュールの開封を行うためには、さらに、第４の速度ｖ４（２００μｍ／ｓ）を用いている。この第４の速度ｖ４も、クラッチ機構４０の内部のギアの切替により実現できるものである。
【００６２】
ここで、距離Ｄ２は、例えば、４０ｍｍである。最終的な固着完了時の距離Ｄ４は、３５ｍｍであるので、固着完了時よりも、５ｍｍ浮いた位置である。均熱治具９０，９６の間の距離がＤ２になると、水冷ジャケット１００の上に残るハンダとＬＳＩ１０６に残るハンダがほぼ分離した状態となる。
【００６３】
上述したように、本実施形態においては、溶融した下側のハンダと上側のハンダ同士を離す際に、上ヒータの上昇速度ｖ４を、その後の上昇速度ｖ１よりも低速になるようにしている。その結果、互いに溶融しているハンダ同士が、ゆっくりと離されることになる。
【００６４】
溶融したハンダ同士を離す際に、ゆっくりと離すことにより、溶融したハンダが周囲に飛び散って、配線等に付着し、短絡することを防止することができる。
【００６５】
また、このとき、図３に示した封止部１０２のハンダも溶融しており、多層配線基板１０４を上昇して、水冷ジャケット１００と多層配線基板１０４とを離して、モジュールを開封することができる。
【００６６】
次に、図８に示すように、制御手段８０は、均熱治具９０と均熱治具９６の間の距離が、時刻ｔ３２において、距離Ｄ２になると、上ヒータ３０の上昇速度をｖ１として上昇を早くする。そして、時刻ｔ３３において、制御手段８０は、均熱治具９０と均熱治具９６の間の距離が、距離Ｄ１になると、上ヒータ３０の上昇を停止する。
【００６７】
また、図９に示すように、時刻ｔ３２においては、制御手段８０は、上ヒータ３０と下ヒータ２０への通電を停止する。
【００６８】
次に、図９及び図７に示すように、制御手段８０は、時刻ｔ３４において、チャンバー１０の内部の温度がＴ４以下になると、チャンバー１０の内部のヘリウムガスを外部に放出する。チャンバー１０の内部の圧力は、Ｐ１（大気圧）となる。温度Ｔ４は、ヘリウムガスの温度が高温でなければよいため、例えば、５０℃〜１００℃としている。
【００６９】
以上の工程を経ることによって、多層配線基板１０４に取り付けられたＬＳＩ１０６と水冷ジャケット１００を固着していたハンダを溶融し、また、水冷ジャケット１００と多層配線基板１０４を垂直方向に引き離すことで、モジュールを開封することができる。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態によれば、、溶融した下側のハンダと上側のハンダ同士を離す際に、上ヒータの上昇速度ｖ４を、その後の上昇速度ｖ１よりも低速になるようにしている。その結果、互いに溶融しているハンダ同士が、ゆっくりと離されることになるので、溶融したハンダが周囲に飛び散って、配線等に付着し、短絡することを防止することができる。
また、チャンバー内の酸素濃度を低減することにより、モジュール開封時の溶融したハンダ表面への酸化膜の成長を低減でき、再封止の際のボイドの発生を低減することができる。
さらに、チャンバー内の酸素濃度を低減するために、ヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスをチャンバー内に導入するが、その際、ヘリウムガスを用いることにより、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて、熱伝導率が高いため、ハンダの溶融・固着時には、熱伝導性を向上することができる。一方、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて高価であるため、チャンバー１０の内部の酸素濃度が所定濃度になるまでは、チャンバーの減圧と窒素ガス導入を行うことにより、使用するガスのコストを低減するようにしている。
また、モジュールを開封する際、ハンダ溶融時のチャンバーの内部圧力Ｐ３を、大気圧よりも高圧としているので、ハンダを溶融した際に、ハンダ内部に形成されているボイド中の気体成分が膨張してハンダが飛び散るのを防止することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却部品による電子部品の冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置による冷却部品の取付工程の途中状態を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置による冷却部品の取付工程の取付完了状態を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置による冷却部品の取付工程におけるチャンバー内圧力の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置による冷却部品の取付工程における上下ヒータ間の距離の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置による冷却部品の取付工程における部品の温度変化を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置によるモジュールの開封工程におけるチャンバー内圧力の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による冷却部品取付装置によるモジュールの開封工程における上下ヒータ間の距離の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】モジュールの開封工程における部品の温度変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…チャンバー
１２…圧力センサ
１４…Ｏ２センサ
２０…下ヒータ
２２，３６…電源２２
３０…上ヒータ
３２…スプリング
３４…支持板
３８…温度センサ
４０…クラッチ機構
５０…ステッピングモーター
６０…真空ポンプ
８０…制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling component mounting method, a cooling component mounting device, and a module manufactured by this device, in which a cooling component such as a water cooling jacket having a heat radiation fin is attached to an electronic component such as an LSI chip.
[0002]
[Prior art]
In a conventional module of a large computer such as a general-purpose computer, a plurality of LSIs are arranged on a multilayer wiring board, and heat generated from the LSIs is radiated by using a water-cooled jacket in which radiating fins are formed. For heat transfer from the LSI to the water cooling jacket, the AlN comb teeth fixed on the back of the LSI and the AlN comb teeth formed on the water cooling jacket are meshed, and a heat conduction member such as oil is enclosed inside the module. In addition, there is a method of conducting heat generated by LSI to a water cooling jacket.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, modules used in general-purpose computers have increased in calorific value as LSIs have become faster. Conventional methods using AlN comb teeth and oil, etc., have not provided sufficient cooling performance. It has been found that there is a problem that a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained.
[0004]
An object of the present invention is to provide a cooling component mounting method, a cooling component mounting device, and a module that can improve cooling performance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling component mounting method for mounting a cooling component to a multilayer wiring board to which an electronic component is mounted, and transmits heat generated by the electronic component to the cooling component via a heat conducting member. Then, after radiating heat, heating and melting or softening the heat conducting member supplied in advance to at least one of the electronic component or the cooling component, move at least one of the electronic component or the cooling component. The moving speed after the electronic component and the cooling component are in contact with each other through the heat conducting member is slower than the moving speed before the two are in contact with each other. In addition, by independently controlling the temperature of the multilayer wiring board to which the electronic component is attached and the cooling component, the thermal conductive member is melted or softened by heating to a predetermined temperature, and then the thermal conductivity. Thermally connecting the two via a member It is what you do.
By such a method, the time during which the heat conducting member is in a molten or softened state is shortened to suppress the oxidation of the surface of the heat conducting member, and the gas is contained in the heat conducting member during mounting by the heat conducting member. The generation of voids can be reduced and the cooling performance can be improved.
[0006]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling component mounting apparatus for mounting a cooling component to a multilayer wiring substrate to which an electronic component is mounted, and a first heater for heating the multilayer wiring substrate, and the cooling A second heater that heats the component, a moving means that moves at least one of the electronic component or the cooling component so as to approach both of them, and a switching speed thereof, and a multilayer wiring to which the electronic component is attached A chamber for housing the substrate and the cooling component therein, a gas introduction means for introducing an inert gas into the chamber, a vacuum pump for evacuating the chamber, the first heater, the second heater Heater, moving means, gas introducing means, control means for controlling the vacuum pump And a multilayer wiring board to which the electronic component is attached, and a heater power source that independently controls the temperature of the cooling component, and the heater power source is heated to a predetermined temperature to melt or soften the heat conducting member. After that, both are thermally connected through the heat conducting member. It is what I did.
With this configuration, a module capable of improving the cooling performance can be manufactured.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the structure of the cooling component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Initially, the whole structure of the cooling component attachment apparatus by this embodiment is demonstrated using FIG. In the present embodiment, solder is used as the heat conduction member, and the cooling component and the LSI mounted on the multilayer wiring board are connected by solder.
[0009]
A lower heater 20 and an upper heater 30 are disposed inside the chamber 10. The lower heater 20 generates heat when energized by the power source 22. In the vicinity of the lower heater 20, a temperature sensor 24 such as a thermocouple is arranged to detect the temperature of the lower heater 20 or a member attached to the lower heater 20. The lower heater 20 is fixed.
[0010]
The upper heater 30 is suspended from the support plate 34 by a plurality of springs 32. The lower heater 30 generates heat when energized by the power source 36. The support plate 36 that supports the upper heater 30 is connected to the clutch mechanism 40 via a shaft 42. The clutch mechanism 40 is connected to the stepping motor 50 by a belt 52. The driving force of the stepping motor 50 is transmitted to the support plate 34 via the belt 52 and the clutch mechanism 50, and moves the upper heater 30 up and down. The clutch mechanism 50 is used for switching the speed, and the speed of the vertical movement of the upper heater 30 is switched between three speeds of high speed, medium speed, and low speed by switching internal gears. In addition, a temperature sensor 38 such as a thermocouple is disposed in the vicinity of the upper heater 30 to detect the temperature of the upper heater 30 or a member attached to the upper heater 30.
[0011]
The inside of the chamber 10 is evacuated by a vacuum pump 60. The pressure inside the chamber 10 is measured by a pressure sensor 12. The oxygen concentration inside the chamber 10 is measured by the O2 sensor 14. In addition, nitrogen (N 2) gas accommodated in a nitrogen gas supply source (not shown) and helium (He) gas accommodated in a helium gas supply source are used to open and close the ON / OFF valves 74 and 76 using the control means 80. It is switched and introduced into the chamber 10.
[0012]
The control means 80 controls the on / off of the power supplies 22 and 36 and the energization amount so that the temperatures detected by the temperature sensors 24 and 38 become a predetermined temperature. The control means 80 controls the vertical movement of the upper heater 30 by controlling the speed switching of the clutch mechanism 40 and the on / off of the stepping motor 50. Further, the control means 80 determines whether the vacuum pump 60 is turned on or off based on the pressure inside the chamber 10 measured by the pressure sensor 12 or the oxygen concentration inside the chamber 10 detected by the O 2 sensor. The on / off switching of the OFF valves 74 and 76 is controlled.
[0013]
Next, a cooling component mounting process using the cooling component mounting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
2 is a side view showing an intermediate state of the cooling component mounting process, FIG. 3 is a side view showing a mounting completion state of the cooling component mounting process, and FIG. 4 is a chamber in the cooling component mounting process. FIG. 5 is a timing chart showing a change in the distance between the upper and lower heaters in the cooling component mounting step, and FIG. 6 is a timing chart showing the temperature change of the component in the cooling component mounting step. It is a timing chart which shows. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
[0014]
First, the configuration in the case where a water cooling jacket is attached to a multilayer wiring board on which an LSI is mounted will be described with reference to FIG.
A water cooling jacket 100 that is a cooling component in which heat dissipating fins are formed is positioned and fixed to the lower heater 20 using a soaking jig 90. The soaking jig 90 positions and holds the water cooling jacket 100 and diffuses and transmits the heat from the lower heater 20 when transferring the heat of the lower heater 20 to the water cooling jacket 100. The heat variation of the water cooling jacket 100 is reduced. Although the lower heater 20 itself uses a surface heater with little thermal variation, the variation in heat in the heating surface is about ± 10 ° C. The thermal variation of the target water cooling jacket 100 can be reduced to ± 2 ° C. The soaking jig 90 is provided with a plurality of positioning pins 92 and springs 94 inserted into the positioning pins 92. Solder 110 is supplied in advance on the water cooling jacket 100. Solder 114 is also supplied to the upper surface of the sealing portion 102 provided on the outer periphery of the water cooling jacket 100.
[0015]
The upper heater 30 is positioned and fixed to the multilayer wiring board 104 to which a plurality of LSIs 106 are attached using a soaking jig 96. Similarly to the soaking jig 90, the soaking jig 96 positions and holds the multilayer wiring board 104 and also transfers the heat of the upper heater 30 to the multilayer wiring board 104. By diffusing and transmitting the heat from the multilayer wiring board 104, the thermal variation of the multilayer wiring board 104 is reduced. A positioning hole 98 is formed in the soaking jig 96 corresponding to the positioning pin 92 provided in the soaking jig 90. Solder 112 is supplied in advance to the upper surface (lower surface in the illustrated state) of the LSI 106. At this time, the upper and lower heat equalizing jigs receive a repulsive force that separates them by a spring attached to the positioning pin, and maintains a distance where the cooling component and the solder on the LSI do not contact each other.
[0016]
The position of the solder 110 supplied to the water cooling jacket 100 is a position corresponding to the position of the upper surface of the LSI 106. The LSI 106 is bonded to the multilayer wiring board 104 using a solder ball or the like. The melting point of the solder ball used at this time is higher than that of the solder 110, 112, 114. For example, when a tin-lead solder having a melting point of 183 ° C. is used as the solder 110, 112, 114, the solder for fixing the LSI 106 is a tin whose melting point is about 30 ° C. higher than the melting point of these solders. -Silver solder is used.
[0017]
Heating is performed in a chamber filled with an inert gas such as nitrogen or helium to suppress solder oxidation. Further, the pressure of this gas can be changed arbitrarily from several Torr to 1500 Torr by operating the ON / OFF valves 74 and 76 by the control means 80.
[0018]
Note that the state shown in FIG. 2 shows a state in the middle of the cooling component mounting process, and at this time, the solder 110 and the solder 112 are in a state immediately before contact. The distance between the lower heater 20 and the upper heater 30 at this time is set to D3.
[0019]
Thereafter, the heater moving speed is switched to a low speed, and the heater is brought close to the position of D4 when the fixing is completed as shown in FIG. Then, cooling is performed while maintaining this position, whereby the mounting of the cooling component is completed.
[0020]
Next, operation | movement of the cooling component attachment apparatus by this embodiment is demonstrated using FIGS.
As shown in FIG. 4, after setting the water cooling jacket 100 and the multilayer wiring board 104, which are workpieces, to the lower heater 20 and the upper heater 30 in the chamber 10, the control means 80 shown in FIG. The operation is started, and the inside of the chamber 10 is evacuated and decompressed. Here, the vertical axis in FIG. 4 indicates the internal pressure of the chamber 10. For example, if the vacuum pump 60 is operated at time t0 in FIG. 4, the internal pressure P1 of the chamber 10 before the operation of the vacuum pump 60 is atmospheric pressure (about 760 Torr). Then, when the evacuation is started, the inside of the chamber 10 is decompressed. By reducing the pressure inside the chamber 10, the oxygen concentration inside the chamber 10 is reduced.
[0021]
The control means 80 detects the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12, and stops the vacuum pump 60 when the internal pressure becomes P2, for example, at time t1. For example, the pressure P2 is set to 0.2 Torr.
[0022]
Next, the control means 80 opens the valve 74 and introduces nitrogen gas into the chamber 10. The control means 80 uses the pressure sensor 12 to monitor the internal pressure of the chamber 10 and introduces nitrogen gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P1. For example, when the internal pressure reaches P1 at time t2, the control unit 80 closes the valve 74. By the above method, the oxygen concentration inside the chamber is lowered. Therefore, the control means 80 detects the oxygen concentration inside the chamber 10 using the oxygen concentration sensor 14. If the residual amount of oxygen gas in the chamber is large, the solder 110, 112, 114 is melted after the solder 110, 112, 114 are fixed (solder melting time) until the solder 110 and 112 are fixed. When an oxide film is formed on the surface and the oxide film is formed, it causes voids after the solder is fixed, so that the concentration of residual oxygen gas is set to a predetermined concentration or less.
As a result of investigating the relationship between the residual oxygen concentration inside the chamber and the solder melting time, if the residual oxygen concentration is 0.3 ppm or less, the growth of the oxide film does not grow any more after growing to a certain thickness. It has been found. Therefore, the oxygen concentration after nitrogen gas sealing is set to 0.3 ppm or less. When the oxygen concentration falls below a predetermined concentration, the process proceeds to the next step. If the oxygen concentration is not less than or equal to the predetermined concentration, the steps from time t0 to t3, that is, the steps of reducing the pressure inside the chamber 10, introducing nitrogen gas into the chamber 10, and checking the oxygen concentration are repeated.
[0023]
If the oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined concentration, the control means 80 operates the vacuum pump 60 again at time t3 to depressurize the interior of the chamber 10. Then, when the pressure inside the chamber 10 becomes P2 again, at time t4, the control means 80 opens the valve 76 and operates the flow path switching valve 78 so that helium gas is introduced into the chamber 10. Introduce. The control means 80 monitors the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12, and introduces helium gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P1. When the internal pressure reaches P1, the control means 80 closes the valve 76. Therefore, the control means 80 uses the oxygen concentration sensor 14 to detect the oxygen concentration inside the chamber 10 and confirms that it is below a predetermined concentration.
[0024]
If the oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined concentration, the control means 80 operates the vacuum pump 60 again at time t5 to decompress the interior of the chamber 10. Then, when the pressure inside the chamber 10 becomes P2 again, the control means 80 opens the valve 76 and introduces helium gas into the chamber 10 at time t6. The control means 80 uses the pressure sensor 12 to monitor the internal pressure of the chamber 10 and introduces helium gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P3. When the internal pressure reaches P3, the control means 80 closes the valve 76. Here, the internal pressure P3 is, for example, 50 Toor. Since the pressure is lower than the atmospheric pressure, voids existing inside the solder are taken out to the outside when the solder is melted thereafter. As described above, the pressure is set to P3 because the voids present in the solder are taken out. Therefore, the pressure should be lower than the atmospheric pressure. The pressure at this time is determined by the minimum amount of gas that can efficiently transfer the heat of the heater to the soaking jig, the multilayer wiring board, and the water cooling jacket. For example, the pressure P3 can vary between 50 Toor and 760 Toor.
[0025]
Here, the gas type is switched for the following reason.
Since helium gas has a higher thermal conductivity than nitrogen gas, the interior of the chamber 10 is made a helium gas atmosphere when the solder is melted and fixed. However, since helium gas is more expensive than nitrogen gas, until the oxygen concentration inside the chamber 10 reaches a predetermined concentration, the cost of the gas used is reduced by reducing the pressure in the chamber and introducing nitrogen gas. Like to do.
[0026]
Next, when the pressure inside the chamber 10 reaches P3 at time t7, the control means 80 drives the motor 50 to lower the upper heater 30 as shown in FIG. Here, the vertical axis of FIG. 5 indicates the distance D between the contact surface of the lower heater 20 shown in FIG. 2 with the soaking jig 90 and the contact surface of the upper heater 30 with the soaking jig 94. Yes. The distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 is D1 between the times t0 and t7. The distance D1 is the distance at the start of the cooling component mounting process, and the distance D4 shown in FIG. 5 is the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 when the cooling component mounting is completed. For example, when the distance D4 is 35 mm, the distance D1 is 85 mm, for example. That is, the amount of movement of the upper heater 30 from the start of fixing to the completion of fixing is 50 mm (= 85-35).
[0027]
Since the control means 80 can control the movement amount of the upper heater 30 by the number of pulses supplied to the stepping motor 50, the upper heater 30 is lowered until the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 becomes D2. The distance D2 is 40 mm, for example. At this time, the control means 80 switches the gear ratio inside the clutch mechanism 40 and lowers the upper heater 30 at the high speed v1. The lowering speed of the upper heater 30 is, for example, 2 mm / s. Since the lowering amount of the upper heater 30 is about 45 mm, the upper heater 30 can be lowered to the position of the distance D2 at a high speed in a short time of about 22.5 seconds.
[0028]
When the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 reaches D2 at time t8, the control unit 80 stops driving the motor 50 to stop the lower heater 30 from being lowered and to turn on the power supplies 22 and 36. Then, energization of the lower heater 20 and the upper heater 30 is started.
[0029]
Here, FIG. 6 shows the temperature of the lower soaking jig 90 heated by the lower heater 20 and the temperature T of the upper soaking jig 96 heated by the upper heater 30. The water-cooling jacket 90 is made of aluminum nitride (AlN), while the multilayer wiring board 104 is made of a ceramic or metal joined body, so that both materials are different and their weights are also different. Is different. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1 or 2, the heater 20 for heating the water cooling jacket 90 and the heater 30 for heating the multilayer wiring board 104 are independent heaters, By using independent heater power sources 22 and 36, the temperature of both can be controlled independently.
[0030]
As shown in FIG. 6, when energization is started at time t8, the temperature T1 before the energization is normal temperature, and thereafter the temperature rises as the energization progresses. The temperature sensors 24 and 38 are used to monitor the temperature of the soaking jigs 90 and 96, and when the temperature reaches T2 at time t9, the power sources 22 and 36 are controlled so as to maintain the temperature. . Here, the temperature T2 is 30 ° C. higher than the melting points of the solders 110, 112, and 114. For example, when the melting points of the solders 110, 112, and 114 are 183 ° C., the temperature T3 is set to 210 ° C. When the temperature of the solder 110, 112, 114 becomes equal to or higher than the melting point, the solder 110, 112, 114 starts to melt.
[0031]
As described above, in this embodiment, the heater 20 for heating the water cooling jacket 90 and the heater 30 for heating the multilayer wiring board 104 are independent heaters, and the heater power sources 22 and 36 are also provided. Since the independent ones are used, the temperature of the water cooling jacket 90 and the temperature of the multilayer wiring board 104 can be controlled to be the same temperature T2 at the same time t9. By matching the timing so that the two have the same temperature at the same time, the time during which the solder is melted can be shortened as much as possible. As a result, the amount of oxide film formed on the surface of the molten solder can be reduced. The generation of voids can be reduced.
[0032]
Next, as shown in FIG. 5, at time t 9, when the temperature of the soaking jigs 90 and 96 becomes equal to or higher than the predetermined temperature T 2, the control unit 80 drives the motor 50 to start the lowering of the upper heater 30. To do. At this time, the control means 80 switches the clutch mechanism 40 to set the lowering speed of the upper heater 30 to the medium speed v2. The medium speed v2 is, for example, 50 μm / s. Then, when the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 becomes D3, the control unit 80 switches the clutch mechanism 40 to set the lowering speed of the upper heater 30 to the low speed v3. The low speed v3 is, for example, 9 μm / s. Here, the distance D3 is, for example, 36 mm. Since the distance D4 at the time of final fixing is 35 mm, it is a position 1 mm higher than that at the time of fixing. When the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 becomes D3, the solder 110 supplied on the water cooling jacket 90 and the solder 112 supplied on the upper surface of the LSI 106 come into contact with each other. Since the heights of the solders 110 and 112 vary depending on the amount of solder, the distance D3 can be set to be a distance immediately before the lower solder and the upper solder contact with each other, depending on the amount of solder. . Therefore, the extra solder melting time is shortened until the solders come into contact with each other, and the formation of the surface oxide film that inhibits the spread of the solder wettability can be reduced.
[0033]
As described above, in this embodiment, when the lower solder and the upper solder start to contact, the lowering speed v3 of the upper heater is set to be lower than the previous lowering speed v2. As a result, the molten solders are slowly pressed against each other.
[0034]
In order to suppress the generation of voids, it is necessary to bring the molten solders into point contact and gradually increase the contact area in an isotropic manner. Here, if the lowering speed v3 of the upper heater after the contact between the solders is high, the forced flow is larger than the flow due to the wetting and spreading of the solder, and contact at a plurality of locations occurs or isotropic expansion occurs. Since this is not possible, the helium gas in the chamber 10 is confined in the gap between the upper and lower solders, and it has been found that voids are likely to occur in the fixed solder. Therefore, by slowly bringing the molten solders into contact with each other, it is possible to prevent helium gas from being contained inside the solder and to suppress the generation of voids. When the lowering speed v3 of the upper heater at the time of fixing between solders was changed and the change in the generation rate of voids was examined, when the lowering rate, that is, the fixing rate was set to 20 μm / s or less, the generation rate of voids was 3% or less. It was found that it can be suppressed.
[0035]
That is, in this embodiment, after the solder is melted, the lowering speed v2 of the upper heater until the solder contacts with each other is faster than the subsequent fixing speed v3, so that the solder melting time in which the solder is in a molten state is obtained. Is reduced, the generation of an oxide film formed on the surface of the molten solder is suppressed, and good wettability is maintained. Further, the lowering speed of the upper heater after the solder contacts with each other, that is, the fixing speed v3 is set. By making the speed slower than the speed v2, the generation of voids due to the containment of helium gas in the molten solder at the time of solder fixation can be reduced.
[0036]
Next, as shown in FIG. 5, the control means 80 lowers the upper heater 30 until the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 reaches the distance D4 at time t10. The distance D4 is 35 mm, for example. This state is as shown in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts. At this time, as shown in FIG. 1, since the upper heater 30 has a structure that is suspended from the support plate 34 by the spring 32, even if the water cooling jacket 100 and the LSI 106 are not parallel to each other, the upper heater 30 is gradually raised. In the process of lowering the heater 30, the multilayer wiring board 104 can be uniformly pressed against the water cooling jacket 100. When the distance between the upper heater 30 and the lower heater 20 becomes D4, the control unit 80 stops the lowering of the upper heater 30 and holds the upper heater 30 in that position. That is, the multilayer wiring board 104 to which the LSI 106 is attached is pressed against the water cooling jacket 100 against the spring force of the spring 94.
[0037]
At this time, the solder of the sealing portion 102 shown in FIG. 2 is also melted and comes into contact with the multilayer wiring board 104.
[0038]
Next, as shown in FIG. 4, at time t 11, the control unit 80 opens the valve 76 and introduces helium gas into the chamber 10. The control means 80 monitors the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12 and introduces helium gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P4. When the internal pressure reaches P4 at time t12, the control means 80 closes the valve 76. Here, the internal pressure P4 is, for example, 1400 Toor, which is higher than the atmospheric pressure. After time t10, since the solder is in a molten state, even if helium gas is contained inside the solder, the pressure inside the chamber 10 is set higher than the pressure (P3) of the helium gas when contained. As a result, the helium gas confined inside is crushed by the pressure difference (P4-P3) from the outside, so that the size of the void can be reduced.
[0039]
Next, at time t 13, the control unit 80 stops energization of the heaters 20 and 30. Thereby, as shown in FIG. 6, the temperature of the soaking jigs 90 and 96 is lowered by natural cooling.
[0040]
And the control means 80 detects that the temperature of the soaking jigs 90 and 96 became T3 or less by the temperature sensors 24 and 38. The temperature T3 is a temperature below the melting point of the solder 110, 112, 114. If the melting point of the solder is 183 ° C., for example, the temperature T3 is 150 ° C., for example.
[0041]
When the temperature reaches T3 at time T14, the control means 80 then drives the motor 50 to raise the upper heater 30 as shown in FIG. Then, the upper heater 30 is raised until the distance between the soaking jig 90 and the soaking jig 94 becomes D1. At this time, the control means 80 switches the gear ratio inside the clutch mechanism 40 and raises the upper heater 30 at the high speed v1. The rising speed of the upper heater 30 is, for example, 2 mm / s. Since the raising amount of the upper heater 30 is about 50 mm, the upper heater 30 can be raised to the original position at a high speed in a short time of about 25 seconds. When the distance between the soaking jig 90 and the soaking jig 94 becomes D1 at time t15, the control means 80 stops driving the motor 50 and stops the upper heater 30 from rising.
[0042]
Next, as shown in FIGS. 6 and 4, when the temperature inside the chamber 10 becomes equal to or lower than T 4 at time t 16, the control unit 80 releases the helium gas inside the chamber 10 to the outside. The pressure inside the chamber 10 is P1 (atmospheric pressure). The temperature T4 is set to, for example, 50 ° C. to 100 ° C. because the temperature of the helium gas may not be high.
[0043]
Through the above steps, the LSI 106 attached to the multilayer wiring board 104 and the water cooling jacket 100 can be fixed by the solders 110 and 112, and a module having a sealing structure with high cooling performance can be completed. it can.
[0044]
In the above description, it has been described that the solder 110 and 112 are supplied to both the upper surface of the water cooling jacket 100 and the upper surface of the LSI 106 in advance, but the solder is supplied to only one of the surfaces in advance. Is also good. For example, when supplying solder to the upper surface of the water-cooling jacket 100, the metallized layer such as gold (Au) is formed on the upper surface of the LSI 106, thereby improving the wetting of the molten solder and the metalized layer. Thus, the water cooling jacket 100 and the LSI 106 can be firmly fixed. At this time, as described above, unlike the case where the molten solder and the molten solder are fixed, the fixing speed v3 when the molten solder and the metallized layer are fixed is 3 μm / s or less. By setting this speed, the amount of voids generated in the solder can be reduced.
In the above description, the water cooling jacket 100 and the LSI 106 are fixed to each other by solder to transfer heat. However, as a heat conduction member for conducting heat generated from the LSI 106 to the water cooling jacket 100, solder is used. Instead, a thermosetting resin can be used. After the thermosetting resin is supplied to at least one of the upper surface of the water-cooling jacket 100 and the upper surface of the LSI 106 in advance, the multilayer wiring board to which the LSI is attached is lowered at a speed v2 until just before the two contact each other, and then the fixing speed The multilayer wiring board is lowered at v3. At this time, by making the fixing speed v3 slower than the speed v2, the time required for fixing can be shortened, and the generation of voids at the time of fixing can be reduced. Then, both are heated to the curing temperature or higher of the resin. The curing temperature of the thermosetting resin is, for example, about 150 ° C., and solder 114 or the like cannot be used for sealing the water cooling jacket 100 and the multilayer wiring board 104. Use a ring.
Further, as the heat conducting member for conducting heat from the LSI 106 to the water cooling jacket 100, grease having high viscosity can be used. A grease having a large thermal conductivity coefficient has a hardness like clay at room temperature, so it needs to be softened by heating. Therefore, after supplying grease close to a solid state to the upper surface of the water cooling jacket 100 in advance, both are heated and softened. Then, the multilayer wiring board to which the LSI is attached is lowered until just before the two come into contact with each other at the speed v2, and then the multilayer wiring board is lowered at the fixing speed v3. At this time, by making the fixing speed v3 slower than the speed v2, the time required for fixing can be shortened, and the generation of voids at the time of fixing can be reduced. Since the softening temperature of the grease is lower than the melting point of the solder, the solder 114 or the like cannot be used for sealing the water cooling jacket 100 and the multilayer wiring board 104. Is used.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, after the solder is melted, the lowering speed v2 of the upper heater until the solder contacts with each other is faster than the subsequent fixing speed v3, so that the solder is in a molten state. The solder melting time is shortened, the generation of oxide film formed on the surface of the molten solder is suppressed to ensure good wettability of the solder, and the upper heater is lowered after the solder contacts with each other By making the speed, that is, the fixing speed v3 slower than the speed v2, the generation of voids due to the containment of helium gas in the molten solder at the time of solder fixing can be reduced.
Further, by reducing the oxygen concentration in the chamber, it is possible to reduce the generation of voids in the fixed solder.
Further, in order to reduce the oxygen concentration in the chamber, an inert gas such as helium gas or nitrogen gas is introduced into the chamber. At this time, helium gas is used in comparison with nitrogen gas. Since the thermal conductivity is high, the thermal conductivity can be improved when the solder is melted and fixed. On the other hand, helium gas is more expensive than nitrogen gas. Therefore, until the oxygen concentration inside the chamber 10 reaches a predetermined concentration, the pressure of the gas used is reduced by reducing the pressure in the chamber and introducing nitrogen gas. Like to do.
Further, when the solder is melted and fixed, the internal pressure P3 of the chamber is set to be lower than the atmospheric pressure, so that the gas in the void formed inside the solder when the solder is melted. It can reduce that a component is attracted | sucked from the solder inside and a void is formed in the solder inside.
In addition, since two independent heaters, ie, an upper heater and a lower heater, are used for members having different heat capacities, such as a water cooling jacket and a multilayer wiring board, the temperature can be controlled independently. And the temperature of the multilayer wiring board 104 can be controlled to be the same temperature T2 at the same time t9. Therefore, by matching the timing so that both are at the same temperature at the same time, the time during which the solder is melted can be shortened as much as possible, resulting in the generation of an oxide film formed on the surface of the molten solder. The amount of voids can be reduced by reducing the amount.
In addition, since the internal pressure of the chamber is set to a pressure P4 higher than the atmospheric pressure after fixing the molten solder, the internal pressure of the chamber 10 is confined even if helium gas is contained inside the molten and fixed solder. By making the pressure higher than the pressure (P3) of the helium gas, the helium gas enclosed inside is crushed by the pressure difference (P4-P3) with the outside, so that the size of the void is reduced. Can do.
Further, since the water cooling jacket and the LSI are directly fixed by solder having high thermal conductivity, the cooling performance can be improved even if the heat generation amount of the LSI is increased.
[0046]
Next, the module unsealing process using the cooling component mounting apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a timing chart showing changes in the pressure in the chamber in the module opening process, FIG. 8 is a timing chart showing changes in the distance between the upper and lower heaters in the module opening process, and FIG. It is a timing chart which shows the temperature change of the components in an opening process.
[0047]
In some cases, an LSI malfunction is detected by performing an LSI operation check or the like after the module is completed by sealing the water-cooled jacket and the multilayer wiring board by the steps shown in FIGS. In such a case, the module is opened and the defective product is replaced. For this purpose, it is necessary to melt the solder 114 that fixes the water cooling jacket and the multilayer wiring board, and also to melt the solders 110 and 112 that fix the water cooling jacket and the LSI.
[0048]
1 is set on the lower heater 20 in the chamber 10 shown in FIG. 1, the control means 80 shown in FIG. 1 starts the operation of the vacuum pump 60. Then, the inside of the chamber 10 is evacuated and depressurized. Here, the vertical axis in FIG. 7 indicates the internal pressure of the chamber 10. For example, if the vacuum pump 60 is operated at time t20 in FIG. 7, the internal pressure P1 of the chamber 10 before the operation of the vacuum pump 60 is atmospheric pressure (about 760 Torr). Then, when the evacuation is started, the inside of the chamber 10 is decompressed. By reducing the pressure inside the chamber 10, the oxygen concentration inside the chamber 10 is reduced.
[0049]
The control means 80 detects the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12, and stops the vacuum pump 60 when the internal pressure becomes P2, for example, at time t21. For example, the pressure P2 is set to 0.2 Torr.
[0050]
Next, the control means 80 opens the valve 74 and operates the flow path switching valve 78 to introduce nitrogen gas into the chamber 10. The control means 80 uses the pressure sensor 12 to monitor the internal pressure of the chamber 10 and introduces nitrogen gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P1. For example, when the internal pressure reaches P1 at time t22, the control unit 80 closes the valve 74. After reducing the pressure inside the chamber 10 using the vacuum pump 60, the nitrogen concentration is reduced by introducing nitrogen gas. Therefore, the control means 80 detects the oxygen concentration inside the chamber 10 using the oxygen concentration sensor 14. If the residual amount of oxygen gas in the chamber is large, an oxide film is likely to be formed on the surface of the solder after the solder is melted, and if an oxide film is formed, it will cause voids during re-adhesion, The concentration of residual oxygen gas is set to a predetermined concentration or less.
As a result of investigating the relationship between the residual oxygen concentration inside the chamber and the solder melting time, if the residual oxygen concentration is 0.3 ppm or less, the growth of the oxide film does not grow further after growing to a certain thickness. It has been found. Therefore, the oxygen concentration after nitrogen gas sealing is set to 0.3 ppm or less. When the oxygen concentration falls below a predetermined concentration, the process proceeds to the next step. If the oxygen concentration is not less than or equal to the predetermined concentration, the process from time t20 to t22, that is, the process of reducing the pressure inside the chamber 10, introducing nitrogen gas into the chamber 10, and checking the oxygen concentration is repeated.
[0051]
If the oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined concentration, the control means 80 operates the vacuum pump 60 again at time t23 to decompress the inside of the chamber 10. When the pressure inside the chamber 10 reaches P2 again, the control means 80 opens the valve 76 and introduces helium gas into the chamber 10 at time t24. The control means 80 monitors the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12, and introduces helium gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P1. When the internal pressure reaches P1, the control means 80 closes the valve 76. Therefore, the control means 80 uses the oxygen concentration sensor 14 to detect the oxygen concentration inside the chamber 10 and confirms that it is below a predetermined concentration.
[0052]
If the oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined concentration, the control means 80 operates the vacuum pump 60 again at time t25 to decompress the inside of the chamber 10. Then, when the pressure inside the chamber 10 becomes P2 again, the control means 80 opens the valve 76 and introduces helium gas into the chamber 10 at time t26. The control means 80 monitors the internal pressure of the chamber 10 using the pressure sensor 12 and introduces helium gas into the chamber 10 until the internal pressure reaches P4. When the internal pressure reaches P4, the control means 80 closes the valve 76. Here, the internal pressure P3 is, for example, 1400 Toor, which is higher than the atmospheric pressure. As described for the processes after time t12 in FIG. 4, when the solder is fixed, the internal pressure of the chamber 10 is set to P4 (14000 torr) so that the helium gas contained in the solder is compressed to become small. Therefore, after the time t30, when the solder is in a molten state, if the pressure inside the chamber 10 is lower than the pressure of the helium gas in the void confined in the solder, There is a risk that the helium gas expands and the solder is scattered around. The scattered solder adheres to the wiring layer or the like and may cause a short circuit of the wiring. Therefore, in order to avoid such a situation, the internal pressure P4 is set to be equal to or higher than that when the solder is fixed.
[0053]
Since helium gas has a higher thermal conductivity than nitrogen gas, the interior of the chamber 10 is in a helium gas atmosphere when the solder is melted and opened. However, since helium gas is more expensive than nitrogen gas, until the oxygen concentration inside the chamber 10 reaches a predetermined concentration, the cost of the gas used is reduced by reducing the pressure in the chamber and introducing nitrogen gas. Like to do.
[0054]
Next, when the pressure inside the chamber 10 becomes P4 at time t27, the control means 80 drives the motor 50 to lower the upper heater 30 as shown in FIG. Here, the vertical axis of FIG. 5 indicates the distance D between the soaking jig contact surface of the lower heater 20 and the soaking jig contact surface of the upper heater 30 shown in FIG. The distance between the lower heater 20 and the upper heater 30 is D1 between the times t0 and t7. The distance D1 is a distance at the start of the module opening process, and is the same as the distance D1 at the start of fixing. A distance D4 shown in FIG. 5 is a distance between the lower heater 20 and the upper heater 30 at the start of heating for opening, and is the same as the position D4 at the time of fixing completion. For example, when the distance D4 is 35 mm, the distance D1 is 85 mm, for example. That is, the movement amount of the upper soaking jig 94 from the start of opening to the completion of opening, that is, the movement amount of the upper heater 30 is 50 mm (= 85-35).
[0055]
Since the control means 80 can control the amount of movement of the upper heater 30 by the number of pulses supplied to the stepping motor 50, the upper heater 30 is lowered until the distance between the lower heater 20 and the upper heater 30 becomes D4. Thus, the upper heater 30 comes into contact with the soaking jig on which the module is fixed. At this time, the control means 80 switches the gear ratio inside the clutch mechanism 40 and lowers the upper heater 30 at the high speed v1. The lowering speed of the upper heater 30 is, for example, 2 mm / s. Since the lowering amount of the upper heater 30 is about 50 mm, the upper heater 30 can be lowered to the position of the distance D4 at a high speed in about 25 seconds.
[0056]
When the distance between the soaking jig 90 and the soaking jig 94 becomes D4 at time t29, the control means 80 stops driving the motor 50 and stops the lowering of the upper heater 30.
[0057]
Further, as shown in FIG. 9, energization of the lower heater 20 and the upper heater 30 is started at time t29. Here, FIG. 9 shows the temperature of the lower soaking jig 90 heated by the lower heater 20 and the temperature T of the upper soaking jig 96 heated by the upper heater 30. The water-cooling jacket 90 is made of aluminum nitride (AlN), while the multilayer wiring board 104 is made of a ceramic or metal joined body, so that both materials are different and their weights are also different. Is different. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1 or 2, the heater 20 for heating the water cooling jacket 90 and the heater 30 for heating the multilayer wiring board 104 are independent heaters, By using independent heater power sources 22 and 36, the temperature of both can be controlled independently.
[0058]
As shown in FIG. 9, if energization is started at time t29, the temperature T1 before the energization is normal temperature, and thereafter the temperature rises as the energization progresses. The temperature sensors 24 and 38 are used to monitor the temperature of the soaking jigs 90 and 96, and when the temperature reaches T2 at time t30, the power sources 22 and 36 are controlled so as to maintain the temperature. . Here, the temperature T2 is 30 ° C. higher than the melting points of the solders 110, 112, and 114. For example, when the melting points of the solders 110, 112, and 114 are 183 ° C., the temperature T3 is set to 210 ° C. When the temperature of the solder 110, 112, 114 becomes equal to or higher than the melting point, the solder 110, 112, 114 starts to melt.
[0059]
As described above, in this embodiment, the heater 20 for heating the water cooling jacket 90 and the heater 30 for heating the multilayer wiring board 104 are independent heaters, and the heater power sources 22 and 36 are also provided. Since the independent ones are used, the temperature of the water cooling jacket 90 and the temperature of the multilayer wiring board 104 can be controlled to be the same temperature T2 at the same time t30. By matching the timing so that the two have the same temperature at the same time, the time during which the solder is melted can be shortened as much as possible. As a result, the amount of oxide film formed on the surface of the molten solder can be reduced. This can reduce the generation of voids during re-fixing.
[0060]
Next, when the temperature of the soaking jigs 90 and 96 rises and the temperature of the multilayer wiring board 104, the LSI 106, and the water cooling jacket 100 becomes equal to or higher than the melting point of the solder, the solder and the melting start.
[0061]
Then, as shown in FIG. 8, at time t 31 when the solder is sufficiently melted, the control unit 80 drives the motor 50 to start raising the upper heater 30. At this time, the control means 80 switches the clutch mechanism 40 to set the lowering speed of the upper heater 30 to the low speed v4. The low speed v4 is, for example, 200 μm / s. Then, when the distance between the lower heater 20 and the upper heater 30 becomes D2, the control means 80 switches the clutch mechanism 40 to set the lowering speed of the upper heater 30 to the high speed v1. The high speed v1 is, for example, 2 mm / s. In the description of FIGS. 1 to 6, the clutch mechanism 40 switches between three speeds: a high speed v1 (2 mm / s), a medium speed v2 (50 μm / s), and a low speed v3 (9 μm / s). In order to open the module, a fourth speed v4 (200 μm / s) is further used. The fourth speed v4 can also be realized by switching the gear inside the clutch mechanism 40.
[0062]
Here, the distance D2 is 40 mm, for example. Since the distance D4 at the time of final fixing is 35 mm, the distance D4 is 5 mm higher than that at the time of fixing. When the distance between the soaking jigs 90 and 96 becomes D2, the solder remaining on the water cooling jacket 100 and the solder remaining on the LSI 106 are substantially separated.
[0063]
As described above, in this embodiment, when the melted lower solder and the upper solder are separated from each other, the rising speed v4 of the upper heater is set to be lower than the subsequent rising speed v1. As a result, the melted solders are slowly separated from each other.
[0064]
When the molten solders are separated from each other, it is possible to prevent the molten solder from being scattered around, adhering to the wiring, etc., and being short-circuited.
[0065]
At this time, the solder of the sealing portion 102 shown in FIG. 3 is also melted, the multilayer wiring board 104 is lifted, the water cooling jacket 100 and the multilayer wiring board 104 are separated, and the module is opened. it can.
[0066]
Next, as shown in FIG. 8, when the distance between the soaking jig 90 and the soaking jig 96 becomes the distance D2 at time t32, the control means 80 sets the rising speed of the upper heater 30 as v1. Make the rise faster. At time t33, when the distance between the soaking jig 90 and the soaking jig 96 becomes the distance D1, the control means 80 stops the raising of the upper heater 30.
[0067]
As shown in FIG. 9, at time t 32, the control unit 80 stops energization of the upper heater 30 and the lower heater 20.
[0068]
Next, as shown in FIGS. 9 and 7, when the temperature inside the chamber 10 becomes T4 or lower at time t34, the control means 80 releases the helium gas inside the chamber 10 to the outside. The pressure inside the chamber 10 is P1 (atmospheric pressure). The temperature T4 is set to, for example, 50 ° C. to 100 ° C. because the temperature of the helium gas may not be high.
[0069]
By passing through the above steps, the LSI 106 attached to the multilayer wiring board 104 and the solder that has fixed the water cooling jacket 100 are melted, and the water cooling jacket 100 and the multilayer wiring board 104 are separated in the vertical direction, thereby Can be opened.
[0070]
As described above, according to the present embodiment, when the molten lower solder and the upper solder are separated from each other, the rising speed v4 of the upper heater is set to be lower than the subsequent rising speed v1. ing. As a result, the melted solders are slowly separated from each other, so that it is possible to prevent the melted solder from scattering around and adhering to the wiring or the like and short-circuiting.
Further, by reducing the oxygen concentration in the chamber, it is possible to reduce the growth of an oxide film on the molten solder surface when the module is opened, and to reduce the generation of voids during resealing.
Furthermore, in order to reduce the oxygen concentration in the chamber, an inert gas such as helium gas or nitrogen gas is introduced into the chamber. At this time, helium gas is used in comparison with nitrogen gas. Since the thermal conductivity is high, the thermal conductivity can be improved when the solder is melted and fixed. On the other hand, helium gas is more expensive than nitrogen gas. Therefore, until the oxygen concentration inside the chamber 10 reaches a predetermined concentration, the pressure of the gas used is reduced by reducing the pressure in the chamber and introducing nitrogen gas. Like to do.
In addition, when opening the module, the internal pressure P3 of the chamber at the time of melting the solder is set higher than the atmospheric pressure, so that when the solder is melted, the gas component in the void formed inside the solder expands. Soldering can be prevented.
[0071]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling performance of the electronic component by cooling component can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a cooling component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing an intermediate state of a cooling component mounting process by a cooling component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a mounting completion state of the cooling component mounting process by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart showing a change in pressure in the chamber in the cooling component mounting process by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a timing chart showing a change in the distance between the upper and lower heaters in the cooling component mounting process by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a timing chart showing a temperature change of a component in a cooling component mounting process by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a timing chart showing a change in the pressure in the chamber in the process of opening the module by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart showing changes in the distance between the upper and lower heaters in the module unsealing process by the cooling component mounting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a timing chart showing temperature changes of components in a module opening process.
[Explanation of symbols]
10 ... Chamber
12 ... Pressure sensor
14 ... O2 sensor
20 ... Lower heater
22, 36 ... power source 22
30 ... Upper heater
32 ... Spring
34 ... support plate
38 ... Temperature sensor
40 ... Clutch mechanism
50 ... Stepping motor
60 ... Vacuum pump
80 ... Control means

Claims

In a cooling component mounting method for mounting a cooling component on a multilayer wiring board on which electronic components are mounted,
The heat generated by the electronic component is transmitted to the cooling component via a heat conducting member to dissipate heat,
After heating and melting or softening the heat conducting member supplied in advance to at least one of the electronic component or the cooling component, move at least one of the electronic component or the cooling component to bring them closer together, While making the moving speed after the electronic component and the cooling component contact through the heat conducting member slower than the moving speed before both contact ,
Further, by independently controlling the temperature of the multilayer wiring board on which the electronic component is mounted and the cooling component, the heat conductive member is melted or softened by heating to a predetermined temperature, and then the heat conductive member is interposed therebetween. And a cooling part mounting method characterized in that both are thermally connected .

In the cooling component attachment method according to claim 1,
Furthermore, for the multilayer wiring board to which the electronic component is attached, the cooling component is attached in the chamber,
A cooling component mounting method, wherein the cooling component is mounted to a multilayer wiring board to which the electronic component is mounted in a state where the oxygen concentration inside the chamber is reduced.

In the cooling component attachment method according to claim 2,
Furthermore, after the inside of the chamber is evacuated, an inert gas is introduced into the chamber to reduce the oxygen concentration in the chamber.

In the cooling component attachment method according to claim 3,
Furthermore, after the inside of the chamber is evacuated, a first gas is introduced into the chamber, and after further evacuating, a gas having a thermal conductivity coefficient larger than that of the first gas is introduced into the chamber, A cooling component mounting method characterized by reducing the oxygen concentration in a chamber.

In the cooling component attachment method according to claim 1,
Further, the cooling component is attached in the chamber to the multilayer wiring board to which the electronic component is attached, and the multilayer wiring board to which the electronic component is attached is reduced in pressure inside the chamber. A cooling component mounting method comprising mounting the cooling component.

In the cooling component attachment method according to claim 5,
Further, after the pressure inside the chamber is reduced, the multilayer wiring board to which the electronic component is attached is attached with both of them at a pressure higher than the initial pressure when the cooling component is attached. Cooling component mounting method.

In the cooling component mounting method of removing the cooling component and opening the module after the cooling component is mounted on the multilayer wiring board on which the electronic component is mounted and the module is supplied,
After the electronic component and the cooling component are heated to melt or soften the heat conducting member, the movement speed when moving at least one of the electronic component or the cooling component and releasing the two is completely separated. A cooling component mounting method characterized by being slower than the moving speed after the operation.

In a cooling component mounting apparatus for mounting a cooling component on a multilayer wiring board on which electronic components are mounted,
A first heater for heating the multilayer wiring board;
A second heater for heating the cooling component;
A moving means that moves at least one of the electronic component or the cooling component to bring both closer together, and whose movement speed can be switched,
A multilayer wiring board on which the electronic component is mounted and a chamber for storing the cooling component therein;
Gas introduction means for introducing an inert gas into the chamber;
A vacuum pump for evacuating the chamber;
Control means for controlling the first heater, the second heater, the moving means, the gas introducing means, the vacuum pump ;
A multilayer wiring board on which the electronic component is mounted, and a heater power source that independently controls the temperature of the cooling component,
A cooling component mounting apparatus, wherein after heating to a predetermined temperature by the heater power source to melt or soften the heat conducting member, both are thermally connected through the heat conducting member .