WO2007077757A1 - 半田付け用の容器及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半田付け用の容器及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Masahiko Kimbara
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Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
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Definitions

  • the present invention relates to a soldering container used when soldering, and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a metal plate that forms a wiring layer is bonded to the surface of a ceramic substrate, and a metal plate that forms a bonding layer is bonded to the back surface of the ceramic substrate.
  • a semiconductor element is bonded to the metal plate on the front surface side, and a heat sink as a radiator that radiates heat generated by the semiconductor element is bonded to the metal plate on the back surface side.
  • a semiconductor element is joined to a metal plate on the front side by soldering.
  • a reflow furnace as disclosed in Patent Document 1 is widely known. In the reflow furnace, a compressor and a heater are arranged. Then, in the reflow furnace, the semiconductor module is heated while being transported in a state of being placed on the competitor, whereby the solder is melted and soldered.
  • soldering of semiconductor elements such as transistors and diodes is usually performed in an inert gas atmosphere. Therefore, when soldering semiconductor elements using a reflow furnace, it is necessary to adjust the atmosphere by supplying an inert gas into the furnace.
  • the reflow furnace is equipped with a compressor and the furnace doorway is open to the atmosphere. For this reason, in order to maintain the atmosphere in the reflow furnace, it is necessary to continue supplying the inert gas into the furnace, and the consumption of the inert gas increases.
  • soldering may be performed in a sealable container (chamber) in place of a reflow furnace that cannot be sealed.
  • the container must be equipped with components necessary for soldering, such as a heating device, and soldering must be completed within the container. Therefore, soldering in a sealable container consumes more gas for adjusting the atmosphere than soldering in a reflow furnace. While there is an advantage that the amount can be suppressed, it is notch processing, so there is a disadvantage that it is suitable for a production line for mass production.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-339152
  • An object of the present invention is to suppress the consumption of gas necessary for adjusting the atmosphere in the container body, and to provide a soldering container suitable for use in a production line.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can improve the production efficiency.
  • a soldering container configured to be transported by a transport mechanism in a state in which an object to be soldered is accommodated during soldering.
  • the said container is provided with the container body which can be sealed which accommodates the said soldering target object.
  • the container body has at least one communication passage that allows communication between the inside and the outside of the container body.
  • the container body is configured to be connectable to an atmosphere adjusting device that adjusts the internal atmosphere of the container body through the communication path.
  • a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is soldered to a circuit board.
  • the manufacturing method is to store a soldering object in which the semiconductor element is placed on the circuit board via solder in a sealable container body, and the container body is an interior of the container body.
  • At least one communication passage that allows communication between the container body and the outside, a container body containing the soldering object to be conveyed by a conveyance mechanism, and an atmosphere gas containing a reducing gas to the container body.
  • Atmosphere adjusting device force connected to the supply to the container body through the communication path, thereby filling the container body with the atmosphere gas, and filling the container body with the atmosphere gas,
  • the temperature in the container body is increased to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the solder, thereby melting the solder, and the temperature in the container body is decreased to a temperature lower than the melting temperature.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor module including one ceramic substrate in the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a container according to the first embodiment used for soldering.
  • FIG. 4 is another longitudinal sectional view of the container of FIG.
  • FIG. 5 (a) is a plan view of a jig used for soldering, and (b) is a perspective view of a weight used for soldering.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of high-frequency heating coils for a semiconductor module provided with a plurality of ceramic substrates.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a semiconductor module production line according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a container according to a second embodiment used for soldering.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a heating method according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a heating method according to still another embodiment.
  • the semiconductor module 10 includes a circuit board 11, a plurality of (four in this embodiment) semiconductor elements 12 bonded to the circuit board 11, and a heat sink 13 as a radiator.
  • the circuit board 11 is configured by joining metal plates 15 and 16 to both surfaces of the ceramic substrate 14.
  • the ceramic substrate 14 is made of, for example, aluminum nitride, alumina, silicon nitride, or the like.
  • the metal plate 15 functions as a wiring layer, and is made of, for example, aluminum (pure aluminum and aluminum alloy) or copper.
  • the semiconductor element 12 is bonded (soldered) to a metal plate 15 that has been surface-treated using nickel, phosphorus, titanium, or the like.
  • the semiconductor element 12 includes an IGBT dipped gate bipolar transistor) and a diode.
  • the metal plate 16 functions as a bonding layer for bonding the ceramic substrate 14 and the heat sink 13 and is made of, for example, aluminum or copper.
  • the heat sink 13 is bonded to the metal plate 16.
  • the semiconductor module 10 described above is soldered through a plurality of work steps on a production line. Then, the semiconductor module 10 (including an unfinished product state before soldering) is accommodated in a container (chamber), and the container is transported by a transport mechanism such as a competitor and moves between processes.
  • the manufacturing process of the semiconductor module 10 is the first process 3 steps including a gas replacement step, a heating step as a second step, and a cooling step as a third step.
  • the semiconductor element 12 is soldered to the circuit board 11 (metal plate 15), and the semiconductor module 10 is completed. Heating of this embodiment In short, heating is performed by high-frequency induction heating.
  • FIG. 3 shows a container (chamber) 17 used for soldering.
  • the container 17 is used when soldering the semiconductor module 100 having the six circuit boards 11 shown in FIG. Twenty-four semiconductor elements 12 are soldered to the semiconductor module 100.
  • the circuit board 11 of the semiconductor module 100 includes the ceramic substrate 14 and the metal plates 15 and 16 as in the semiconductor module 10 shown in FIGS. 1 and 2.
  • a semiconductor element 12 is soldered to the metal plate 15 and a heat sink 13 is joined to the metal plate 16.
  • the container 17 includes a box-shaped main body member (container main body) 18 having an opening 18a, and a lid member 19 that opens and closes the opening 18a.
  • the body member 18 is provided with a support base 20 for positioning and supporting the semiconductor module 100.
  • a packing 21 that can be in close contact with the lid member 19 is disposed at the opening edge of the body member 18! /
  • the lid member 19 is formed in a size that can close the opening 18a of the main body member 18.
  • a housing space S is formed in the container 17 by attaching the lid member 19 to the main body member 18.
  • the lid member 19 has a portion 22 facing the accommodation space S, and the portion 22 is made of a nonmagnetic and electrically insulating material.
  • glass is used as an electrical insulating material, and the portion 22 of the lid member 19 is made of a glass plate 22.
  • a communication hole 23 is formed in the side wall 18b of the main body member 18 so as to pass through the side wall 18b, and the communication hole 23 functions as a communication path for communicating the inside and the outside of the container 17 with each other.
  • the side wall 18b is formed with a valve chamber 24 that bisects the communication hole 23 into an external communication hole 23a and an internal communication hole 23b.
  • the external side communication hole 23a opens to the outer surface of the side wall 18b, and allows the valve chamber 24 to communicate with the outside of the container 17.
  • the inner side communication hole 23b opens to the inner surface of the side wall 18b and allows the valve chamber 24 to communicate with the inside of the container 17.
  • a manual valve 25 is accommodated in the valve chamber 24.
  • the manual valve 25 opens and closes the communication hole 23, that is, a switching unit (valve for switching between communication between the external communication hole 23a and the internal communication hole 23b and non-communication).
  • the manual valve 25 includes a cylindrical valve body 26 and a base 27 that supports the valve body 26 so as to be rotatable about the axis of the valve body 26.
  • the valve body 26 has a pipe line 28 at a position coincident with the communication hole 23 with respect to the axial direction of the valve body 26.
  • the pipe line 28 has the same diameter as the communication hole 23.
  • a ring groove 26 a having an axis perpendicular to the axis of the pipe line 28 is formed on the outer peripheral surface of the valve body 26.
  • the ring groove 26a is formed on the outer side communication hole 23a or on the inside. Surrounds the side communication hole 23b.
  • a seal ring 26b as a seal member is provided in the ring groove 26a.
  • a ring groove 26c extending along the circumferential direction of the valve body 26 is formed on the outer peripheral surface of the valve body 26, and a seal ring 26d force is provided in the ring groove 26c.
  • a ring groove 26e extending along the circumferential direction of the base 27 is formed on the outer peripheral surface of the base 27, and a seal ring 26f is provided in the ring groove 26e.
  • the valve body 26 has a portion exposed to the outside of the side wall 18b, and an operation piece 29 for rotating the manual valve 25 is provided at the tip of the portion. As shown in FIG. 4, the operation piece 29 also projects the outer peripheral surface force of the valve body 26 so that an external operation (for example, an operation by an external operation device such as a robot) can be performed on the manual valve 25. ing.
  • an external operation for example, an operation by an external operation device such as a robot
  • FIG. 3 shows a state in which the pipe line 28 of the manual valve 25 is directed in a direction perpendicular to the communication hole 23 and the inside and outside of the container 17 are blocked.
  • FIG. 4 shows a state in which the pipe 28 of the manual valve 25 communicates with the communication hole 23 (the external communication hole 23a and the internal communication hole 23b) and the inside and outside of the container 17 communicate with each other.
  • FIG. 5 (a) shows a jig 32 used for soldering
  • FIG. 5 (b) shows a weight 35 that functions as a pressure member.
  • the jig 32 is formed in a flat plate shape, and the ceramic 32 in the circuit board 11 is formed. It has the same size as the mixed substrate 14.
  • the jig 32 is made of, for example, a material such as graphite or ceramics.
  • the solder sheet 33, the semiconductor element 12, and the weight 35 are connected during soldering. Used to position relative to circuit board 11. For this reason, the jig 32 is formed so that a plurality of positioning holes 34 pass therethrough.
  • the holes 34 are formed in the jig 32 corresponding to the portion (joint portion) on the circuit board 11 to which the semiconductor element 12 is joined. Each hole 34 has a size corresponding to the size of the corresponding semiconductor element 12. In the present embodiment, since a plurality (four) of semiconductor elements 12 are bonded onto the circuit board 11, a plurality (four) of holes 34 are also formed in the jig 32.
  • the weight 35 is formed using a material that can generate heat by electromagnetic induction, that is, a material that generates heat due to its own electrical resistance when a current is generated by a change in magnetic flux passing through the weight 35.
  • the weight 35 is made of stainless steel.
  • the weight 35 is placed immediately above the four semiconductor elements 12 positioned by the jig 32 during soldering, and the upper surface of the four semiconductor elements 12 (non-bonded) Surface).
  • the weight 35 is used to press the semiconductor element 12 toward the circuit board 11.
  • the weight 35 of the present embodiment is an integral part made by XJIJ.
  • the weight 35 has a plurality of (four) pressurizing surfaces 35a.
  • FIG. 5 (a) shows a state in which the weight 35 is set on the jig 32, and the weight 35 is indicated by a two-dot chain line.
  • FIG. 7 schematically shows the production line SR, and illustration of the lid member 19 of the container 17 is omitted.
  • the production line SR includes a compressor 36 as a transport mechanism and a plurality of transport bases 37 installed on the competitor 36.
  • the competitors 36 are respectively mounted on the plurality of transport bases 37.
  • the left side is the upstream side of the production line SR
  • the right side is the downstream side of the production line SR.
  • the transfer table 37 on which the container 17 is placed flows in the downstream side of the production line SR through a predetermined process in the order of the upstream side force of the production line SR.
  • the semiconductor module 100 becomes closer to the finished product as it goes downstream.
  • the production line SR has three work areas El, E2, and E3 corresponding to the gas replacement process, the heating process, and the cooling process, respectively.
  • an atmosphere adjusting device 38 for adjusting the internal atmosphere (gas atmosphere) of the container 17, that is, the accommodating space S has been.
  • Each atmosphere adjusting device 38 can move toward and away from the container 17 placed on the transfer table 37.
  • Each atmosphere adjusting device 38 includes a control unit 39, an inert gas supply unit 40 that supplies an inert gas (nitrogen (N;) in this embodiment) into the container 17, and a reducing property in the container 17.
  • an inert gas nitrogen (N;) in this embodiment
  • the reducing gas supply unit 41 for supplying hydrogen (H)) and the gas in the container 17 are discharged to the outside.
  • the inert gas supply unit 40 includes a pipe 40a, an open / close solenoid 40b on the pipe 40a, and a nitrogen tank 40c.
  • the reducing gas supply unit 41 includes a pipe 41a, an open / close valve 41b on the pipe 41a, and a hydrogen tank 41c.
  • the gas discharge part 42 includes a pipe 42a, an open / close valve 42b on the pipe 42a, and a vacuum pump 42c.
  • the control unit 39 is connected to each of the on-off valves 40b, 41b, 42b and to the vacuum pump 42c, and controls the valves 40b, 41b, 42b and the pump 42c to control the inside of the container 17 Adjust the atmosphere. That is, the atmosphere adjusting device 38 controls the supply and discharge of gas to the container 17 to replace the air in the container 17 with an inert gas and adjust the gas flow rate and the internal pressure of the container 17.
  • the atmosphere adjusting device 38 is provided with a connection pipe 43 connected to the communication hole 23 of the container 17, more specifically, the external communication hole 23a.
  • a pipe 40 a of the inert gas supply unit 40, a pipe 41 a of the reducing gas supply unit 41, and a pipe 42 a of the gas discharge unit 42 are connected to the connection pipe 43.
  • the connection pipe 43 includes a connection port 44, and the connection pipe 43 is connected to the communication hole 23 of the container 17 through the connection port 44.
  • the connection port 44 is provided with a seal member 45 for preventing gas leakage from the connection part between the connection pipe 43 and the communication hole 23.
  • the work area E2 of the heating process is provided with a plurality of high-frequency heating coils 46 as heating devices, and the high-frequency heating coils 46 are positioned above the container 17 moved to the work area E2. Heat from the outside of the container 17 to melt the solder sheet 33 Generate on weight 35.
  • a high frequency generator 47 and a cooling water tank 48 are installed in the work area E2 of the heating process.
  • each high-frequency heating coil 46 has a size that can cover one circuit board 11 when viewed from above, and is larger than the contour of the upper surface of a weight 35 to be described later.
  • each high-frequency heating coil 46 is formed in a flat shape so as to form a spiral shape, and has a substantially square plate shape as a whole.
  • Each high-frequency heating coil 46 is arranged to face the glass plate 22 of the lid member 19.
  • Each high-frequency heating coil 46 is electrically connected to a high-frequency generator 47.
  • Each high-frequency heating coil 46 is formed with a cooling path (not shown) for allowing cooling water to pass therethrough, and each high-frequency heating coil 46 is connected to a cooling water tank 48.
  • an external operation device (not shown) that opens and closes the manual valve 25 provided in the container 17 is installed.
  • the external operation device includes, for example, a robot and a control unit that controls the operation of the robot.
  • soldering is performed on an object in which six circuit boards 11 are joined to a heat sink 13, that is, an object to be soldered.
  • This soldering object is an incomplete product, and corresponds to a product obtained by removing the semiconductor element 12 from the six circuit boards 11 on the semiconductor module 100.
  • an empty container 17 in which the object to be soldered or the finished semiconductor module 100 is not accommodated in the accommodating space S is prepared. Then, the lid member 19 is removed from the body member 18 of the container 17 to open the opening 18a. Then, as shown in FIG. 3, an object to be soldered is placed on the support base 20 in the main body member 18 and positioned with respect to the support base 20. Next, a jig 32 is placed on each circuit board 11 to be soldered, specifically, the ceramic substrate 14, and the solder sheet 33 and the semiconductor element 12 are placed in each hole 34 of the jig 32. The solder sheet 33 is disposed between the circuit board 11, specifically, between the metal plate 15 and the semiconductor element 12.
  • the weight 35 is placed on the circuit board 11 on which the semiconductor element 12 is placed.
  • the solder sheet 33, the semiconductor element 12, and the weight 35 are laminated on the circuit board 11, specifically, the metal plate 15, in this order from the metal plate 15 side.
  • the solder sheet 33, the semiconductor element 12, and the weight 35 are stacked along the vertical direction of the container 17 (vertical direction in FIG. 3).
  • the pressing surface 35a of the weight 35 is in contact with the non-bonding surface of the corresponding semiconductor element 12, and pressurizes the corresponding semiconductor element 12.
  • the lid member 19 is attached to the main body member 18, and the opening 18a is closed.
  • the container 17 is placed on the transport table 37 of the competitor 36, and is first transported to the work area E1 of the gas replacement process.
  • the connection pipe 43 of the atmosphere adjusting device 38 is connected to the communication hole 23 (external communication hole 23a) of the container 17.
  • the atmosphere adjustment device 38 performs gas replacement (atmosphere adjustment) in the container 17.
  • the manual valve 25 of the container 17 is opened by an external operation device (not shown), and the communication hole 23 is opened as shown in FIG. 4, that is, the external communication hole 23a and the internal side are opened.
  • the communication hole 23b communicates with the communication line 23b.
  • the open / close valves 40b, 41b, 42b equipped in the atmosphere adjustment device 38 are in a closed state.
  • the control unit 39 of the atmosphere adjusting device 38 first controls the open / close valve 42b of the gas discharge unit 42 to be in an open state and operates the vacuum pump 42c. As a result, the inside of the container 17 is evacuated. Next, the control unit 39 controls the open / close valve 42b to be closed and stops the vacuum pump 42c, while controlling the open / close valve 40b of the inert gas supply unit 40 to be open to control the inert gas (nitrogen). ) To fill the storage space S of the container 17 with an inert gas. After supplying the inert gas, the control unit 39 controls the open / close valve 42b to be closed to stop the supply of the inert gas.
  • the control unit 39 repeats evacuation and nitrogen supply several times. Thereafter, the control unit 39 controls the open / close valve 4 lb of the reducing gas supply unit 41 to be in an open state, supplies the reducing gas (hydrogen), and fills the accommodation space S with the reducing gas. When the containing space S is in a reducing gas atmosphere, the control unit 39 controls the open / close valve 41b to be closed to stop the supply of the reducing gas. In the gas replacement step, the atmosphere in the container 17 is adjusted according to the procedure described above.
  • the manual valve 25 is closed by an external operation device (not shown), and the communication hole 23 is closed as shown in FIG. 3, that is, the external communication hole 23a and the internal communication are closed.
  • the hole 23b is disconnected.
  • the atmosphere adjusting device 38 is separated from the container 17 and separated from the container 17. The container 17 after the gas replacement is transported to the work area E2 of the heating process, which is the next process of the gas replacement process, by the compressor 36 while being placed on the transport base 37.
  • the container 17 is disposed immediately below the plurality of high-frequency heating coils 46.
  • each high-frequency heating coil 46 is disposed above the soldering object.
  • a glass plate 22 assembled to the lid member 19 is disposed between each high-frequency heating coil 46 and the corresponding soldering object. Since the high-frequency heating coil 46 having a spiral shape as in this embodiment generates a large amount of magnetic flux near the center, the weight 35, that is, the joining portion of the circuit board 11 is arranged in the center of the high-frequency heating coil 46. It is preferable to do.
  • the atmosphere adjusting device 38 is connected to the communication hole 23 of the container 17 in the same manner as in the gas replacement step.
  • the high frequency generator 47 is operated to cause a high frequency current to flow through each high frequency heating coil 46. Then, the high frequency heating coil 46 generates a high frequency magnetic flux passing through the corresponding weight 35, and an eddy current is generated in the weight 35. As a result, the weight 35 generates heat due to electromagnetic induction, and the heat is transmitted from the pressure surface 35a of the weight 35 to the semiconductor element 12. The heat is intensively transmitted to the solder sheet 33 and heats the solder sheet 33. As a result, the solder sheet 33 is melted at a temperature higher than its own melting temperature. In addition, since the semiconductor element 12 is pressed toward the circuit board 11 by the weight 35, it is not moved by the surface tension of the molten solder.
  • the atmosphere adjustment device 38 adjusts the internal atmosphere of the container 17, that is, the internal pressure of the container 17 is adjusted according to the progress of the soldering operation.
  • the temperature in the container 17 is raised to the melting temperature of the solder or higher in a state where the container 17 is filled with a reducing gas, that is, hydrogen.
  • the manual valve 25 of the container 17 is closed by an external operation device (not shown), and the communication hole 23 is closed as shown in Fig. 3, that is, the external communication hole 23a and the internal side The communication hole 23b is not in communication.
  • the atmosphere adjustment device 38 is disconnected from the container And separated from the container 17. Then, the container 17 after the heating process placed on the transfer table 37 is directly transferred to the work area E3 in the cooling process, which is the next process of the heating process, by the compressor 36.
  • the container 17 is cooled until the molten solder solidifies.
  • the molten solder is solidified by being cooled to below the melting temperature, and the metal plate 15 and the semiconductor element 12 are joined. As a result, the soldering is finished, and the semiconductor module 100 is completed.
  • the temperature in the container 17 is lowered to a temperature lower than the melting temperature of the solder.
  • the lid member 19 is removed from the main body member 18, the jig 32 and the weight 35 are removed from the circuit board 11, and then the semiconductor module 100 is taken out from the container 17.
  • the manual valve 25 Prior to taking out the semiconductor module 100 from the container 17, the manual valve 25 is opened by an external operating device (not shown), and the communication hole 23 is opened as shown in FIG. Gas is discharged outside the container 17.
  • a communication hole 23 that allows the inside of the container 17 to communicate with the outside is formed in the container 17.
  • the atmosphere adjusting device 38 is connected to the container 17 through the communication hole 23, so that the internal atmosphere of the container 17 can be adjusted in a state where the container 17 is substantially sealed. Therefore, it is possible to suppress the amount of gas consumed when adjusting the internal atmosphere. Further, since the atmosphere adjusting device 38 is connected to the container 17 from the outside, even the container 17 that can realize a sealed state can be used in the production line.
  • the container 17 is provided with a manual valve 25 for opening and closing the communication hole 23.
  • a manual valve 25 for opening and closing the communication hole 23.
  • the container 17 can be sealed.
  • the atmosphere adjusting device 38 is separated from the container 17 after adjusting the internal atmosphere, the internal atmosphere of the container 17 can be maintained. Therefore, it is possible to divide the soldering work into multiple processes including a gas replacement process, a heating process, and a cooling process, shortening the cycle time related to soldering, and a production line suitable for mass production of semiconductor modules. Can be realized.
  • the container 17 is provided with a manual valve 25 operated by an external operation device.
  • a manual valve 25 that does not require electric power to operate itself is provided. Therefore, it is possible to simplify the structure of the container 17 that does not require the power supply device for operating the opening / closing mechanism of the communication hole 23 to be installed in the container 17.
  • the manual valve 25 it is possible to provide the container 17 with an electromagnetic valve that can be operated by external electric power.
  • the inert gas supply unit 40, the reducing gas supply unit 41, and the gas discharge unit 42 can be alternatively connected to the single communication hole 23 formed in the container 17.
  • the piping in the atmosphere adjusting device 38 was configured. For this reason, the structure of the container 17 can be simplified. In addition, since the container 17 and the atmosphere adjusting device 38 are connected at only one location, the reliability of the device can be improved.
  • the high-frequency heating coil 46 is disposed away from the weight 35 to heat the weight 35. For this reason, even when a plurality of semiconductor elements 12 are soldered to the circuit board 11, a plurality of joint portions can be heated without providing the high-frequency heating coil 46 for each semiconductor element 12.
  • the high-frequency heating coil 46 can be handled separately from the weight 35 and the circuit board 11. That is, when the semiconductor module 100 heated by the high-frequency heating coil 46 is cooled, the other semiconductor module 100 can be heated using the high-frequency heating coil 46.
  • the solder sheet 33 can be heated more efficiently than when the entire circuit board 11 or the entire container 17 is heated.
  • the high-frequency heating coil 46 is disposed above the weight 35 placed immediately above the plurality of semiconductor elements 12.
  • the weight 35 can transmit heat in a planar manner to the plurality of joint portions on the circuit board 11, and can uniformly heat the plurality of joint portions on the circuit board 11.
  • the melting start time can be made substantially equal, and the melting end time can be made almost equal, thereby improving the efficiency of the soldering work. Can be planned.
  • the high-frequency heating coil 46 was disposed outside the container 17. others Therefore, the use of the high-frequency heating coil 46 is not restricted except for the heating time in the soldering operation. Therefore, immediately after heating by the high-frequency heating coil 46, if the container 17 facing the high-frequency heating coil 46 is replaced, the next soldering operation can be performed without waiting for the cooling of the solder. Can be improved. Further, by disposing the high-frequency heating coil 46 not on the inside of the container 17 but on the outside of the container 17, the volume of the container 17 can be made as small as possible and the container 17 can be downsized.
  • the atmosphere adjustment mainly includes the discharge (evacuation) of the internal force of the container 17, the supply and discharge of an inert gas (such as nitrogen gas), and the supply and discharge of a reducing gas (such as hydrogen).
  • an inert gas such as nitrogen gas
  • a reducing gas such as hydrogen
  • the portion of the container 17 facing the high-frequency heating coil 46, that is, the lid member 19, is formed of a glass plate 22 made of an electrically insulating material. For this reason, it is possible to avoid heat generation of the container 17 itself while allowing heat generation of the weight 35.
  • the weight 35 has a plurality of pressure surfaces 35 a that can contact non-joint surfaces of the plurality of semiconductor elements 12. That is, the weight 35 is configured as one aggregate corresponding to the plurality of semiconductor elements 12. Since the weight 35 is placed across a plurality of semiconductor elements 12, compared to the case where the weight 35 is placed only on one semiconductor element 12, the occurrence of the inclination of the weight 35 when the solder melts is suppressed, and in a stable state. Soldering work can be performed.
  • the semiconductor module 100 can be produced using the production line, and mass production can be achieved. The Therefore, the production efficiency of the semiconductor module 100 can be improved.
  • FIG. 8 shows a container (chamber) 50 used when soldering the semiconductor module 100.
  • the basic configuration of the container 50 of the present embodiment is similar to that of the container 17 of the first embodiment, and opens and closes the main body member 18 having the opening 18a and the opening 18a of the main body member 18. And a lid member 19.
  • a support base 20 is installed on the main body member 18 and a glass plate 22 is assembled on the lid member 19 as in the first embodiment.
  • a plurality (three in this embodiment) of communication holes 51, 52, 53 are formed in the side wall 18b of the container 50 of the present embodiment so as to penetrate the side wall 18b. 52 and 53 function as communication passages that allow the inside and outside of the container 50 to communicate with each other.
  • the valve body corresponding to the manual valve 25 in the first embodiment is not provided on the side wall 18b of the container 50 of the present embodiment.
  • an atmosphere adjusting device 54 is attached to the side wall 18b of the container 50 of the present embodiment.
  • the atmosphere adjustment device 54 includes a control unit 55, an inert gas supply unit 56 that supplies an inert gas (nitrogen (N;) in this embodiment) into the container 50, and a reducing property in the container 50.
  • an inert gas nitrogen (N;) in this embodiment
  • the vacuum part 58 is provided.
  • the inert gas supply unit 56 includes a pipe 56a, an open / close valve 56b provided in the pipe 56a, and a nitrogen tank 56c.
  • the reducing gas supply unit 57 includes a pipe 57a, an open / close valve 57b provided in the pipe 57a, and a hydrogen tank 57c.
  • the vacuum unit 58 includes a pipe 58a, an on-off valve 58b provided in the pipe 58a, and a vacuum tank 58c that has been previously evacuated.
  • the pipe 56 a of the inert gas supply unit 56 is connected to the communication hole 51 of the container 50 through a seal member (not shown).
  • the piping 57a of the reducing gas supply unit 57 is connected to the communication hole 52 of the container 50 via a seal member (not shown).
  • the pipe 58a of the vacuum part 58 is connected to the communication hole 53 of the container 50 via a seal member (not shown).
  • the control unit 55 is connected to each open / close valve 56b, 57b, 58b.
  • various sensor groups 59 disposed in the container 50 are connected to the control unit 55.
  • the sensor group 59 includes a temperature sensor such as a thermocouple that measures the temperature in the container 50 (particularly, the temperature at the solder joint), and a pressure sensor that measures the pressure in the container 50.
  • the control unit 55 is connected to a power receiving device 60 that can obtain electric power from the external power feeding device 65 in a contactless manner.
  • the power receiving device 60 is provided in the atmosphere adjusting device 54.
  • the atmosphere in the container 50 is adjusted through the gas supply and gas discharge by the atmosphere adjustment device 54 configured as described above.
  • the container 50 according to the present embodiment is placed and transported together with the atmosphere adjusting device 54 on a compressor 36 as a transport mechanism installed in the production line SR.
  • a power supply line 61 connected to the external power supply device 65 is installed in the production line SR of the present embodiment.
  • the power receiving device 60 of the atmosphere adjusting device 54 obtains electric power from the power supply line 61 in a contactless manner.
  • the atmosphere adjusting device 54 attached to each container 50 can obtain electric power while being conveyed by the compressor 36 and execute predetermined control.
  • the container 50 of the present embodiment including the atmosphere adjusting device 54 can be subjected to a gas replacement process while being transported by the compressor 36.
  • a work area E2 for a heating process and a work area E3 for a cooling process are defined in the production line SR in the present embodiment.
  • a heating process using high-frequency induction calorie heat is performed as in the first embodiment.
  • the cooling process is performed as in the first embodiment. Since the soldering method in this embodiment, that is, the work contents of the gas replacement process, the heating process, and the cooling process (including the control contents by the atmosphere adjusting device 54) are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the valve body is not provided in the container 50 of the present embodiment as described above, the control related to the valve body performed in the first embodiment, that is, the open / close control of the manual valve 25 is omitted.
  • the following advantages can be obtained in addition to the advantages (1), (2) and (5) to (11) of the first embodiment.
  • (12) The container 50 and the atmosphere adjusting device 54 were connected so as to be movable integrally. According to this, the container 50 can be transported together with the atmosphere adjusting device 54. Therefore, it is possible to omit the connection time of the atmosphere adjusting device 54 to the container 50, and to shorten the cycle time related to soldering and realize a production line suitable for mass production of semiconductor modules. Can do.
  • the internal atmosphere of the container 50 is appropriately adjusted according to the measurement results such as the internal temperature and the internal pressure measured by the sensor group 59. can do. That is, the internal atmosphere of the container 50 can be adjusted even during the transfer, regardless of whether or not the container 50 has moved to any of the work areas E1 to E3.
  • the power receiving device 60 and the power supply line 61 are provided. According to this, it is possible for the atmosphere adjusting device 54 to obtain electric power necessary for the adjustment work while moving together with the container 50. For this reason, it is not necessary to supply electric power or make various adjustments in a state where the container 50 and the atmosphere adjustment device 54 are stopped at predetermined locations on the production line SR. Therefore, the time for stopping the container 50 at a predetermined location is omitted, and the cycle time for soldering can be shortened. Further, according to the present embodiment, it is possible to adjust the internal atmosphere of the container 50 during the movement between processes, and it is possible to further shorten the cycle time.
  • FIG. 9 schematically shows a method of heating by the heater 63 provided in the container 17 (50).
  • the connection terminal 64 is provided in the container 17 (50), and external force also supplies electric power to the heater 63 through the connection terminal 64.
  • FIG. 10 shows a method of heating the semiconductor module 100 by supplying a heat medium such as high-temperature and pressurized hydrogen gas to the heat sink 13 of the semiconductor module 100 accommodated in the container 17 (50).
  • a heat medium such as high-temperature and pressurized hydrogen gas
  • FIG. 10 shows a method of heating the semiconductor module 100 by supplying a heat medium such as high-temperature and pressurized hydrogen gas to the heat sink 13 of the semiconductor module 100 accommodated in the container 17 (50).
  • a heat medium injection hole 65a and the heat medium connected to the supply port 13a and the discharge port 13b respectively provided in the heat sink 13 are provided in the container 17 (50).
  • the exhaust hole 65b is formed, and a valve body (not shown) for opening and closing the heat medium injection hole 65a and the heat medium exhaust hole 65b is provided.
  • the heat of the heat medium injected into the heat sink 13 is transmitted to the solder sheet 33 via the heat sink 13 and the circuit board 11, and the solder sheet 33 is heated.
  • the heat medium is
  • the object to be soldered may be the circuit board 11 to which the heat sink 13 is not joined.
  • a semiconductor device including the circuit board 11 and the semiconductor element 12 is accommodated in the container 17 (50) and soldered.
  • the semiconductor module 100 as the soldering object is provided with six circuit boards 11. The number of the circuit boards 11 provided in the semiconductor module 100 may be changed.
  • the lid member 19 may be detachable from the main body member 18 or may be openable / closable.
  • the portion of the lid member 19 that faces the high-frequency heating coil 46 may be formed of an electrically insulating material other than glass, for example, ceramic resin. Further, when it is necessary to increase the strength so that the lid member 19 can withstand the pressure difference between the inside and outside of the container 17, the lid member 19, for example, a composite material of glass fiber and resin (GFRP: glass (Fiber-reinforced plastic).
  • the lid member 19 may be made of a nonmagnetic metal. When a metal is used for the lid member 19, it is better to use a metal having a higher electrical resistivity than the weight 35. Further, the lid member 19 may be composed of a composite material of a metal and an insulating material.
  • a high-frequency heating coil 46 having a shape extending along the movement path of the container 17 (50) is arranged on the production line SR, or a plurality of high-frequency heating coils 46 are arranged along the movement path of the container 17 (50). It is also possible to arrange and heat the container 17 (50) while being transported by the compressor 36.
  • a communication hole and a valve body may be provided on the side wall 18b of the container 17 so as to correspond to the pipes 40a, 4la, 42a of the atmosphere adjusting device 38, respectively.
  • the atmosphere adjusting device 38 is provided with the three pipes 40a, 41a, and 42a, the side wall 18b of the container 17 is provided with three communication holes and three valve bodies.
  • the communication hole 23 is provided in the side wall 18b of the container 17, and the manual valve 25 is provided. May be omitted. In this case, since the communication hole 23 of the container 17 is always open, at least the gas replacement step and the heating step are performed at one place.
  • the high-frequency calorie heat coil 46 is installed in the container 50 so as to be positioned inside the container 50 or outside the container 50 (above the lid member 19).
  • electric power may be supplied from the power supply line 61 to the high-frequency heating coil 46.
  • the vacuum tank 58c provided in the atmosphere adjusting device 54 may be changed to a vacuum pump.
  • a power supply device 70 such as a battery is mounted on the atmosphere adjusting device 54, and the power is supplied to the control unit. You may make it supply to 55. Further, power may be exchanged by bringing the power supply line 61 and the power receiving device 60 into contact with each other.
  • a signal for exchanging information related to atmosphere control with an external information output device 67 such as a management computer in a factory where the production line SR is installed.
  • a transfer device 66 may be provided in the atmosphere adjustment device 54.
  • the power supply device 70 is mounted on the atmosphere adjustment device 54 instead of the power supply line 61 and the power reception device 60, and the signal transmission / reception device 66 is mounted on the atmosphere adjustment device 54. May be.
  • the signal transmission / reception device 66 is connected to the control unit 55 of the atmosphere adjustment device 54.
  • the signal transmission / reception device 66 may be a device that exchanges signals with the external information output device 67 in a contactless manner, for example, a wireless communication device.
  • the signal transmission / reception device 66 may be a device that exchanges signals with the external information output device 67 in a contact manner, for example, a device connected to the external information output device 67 via a signal transmission line.
  • the atmosphere adjustment device 54 that is transported by the transport mechanism (compeller 36) together with the container 17 can obtain information necessary for the adjustment work via the signal transfer device 66. Therefore, it is possible to automatically adjust the internal atmosphere of the container 17 by the atmosphere adjusting device 54, and it is possible to shorten the cycle time for soldering and improve the working efficiency.
  • a reducing gas containing 100% hydrogen is contained in the container 17 in the heating step. It is also possible to heat the inside of the force vessel 17 in a gas atmosphere by filling it with a gas containing a reducing gas.
  • the inside of the container 17 may be filled with a gas obtained by mixing hydrogen as 3% reducing gas with nitrogen as an inert gas.

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Abstract

　半田付けに際して半田付け対象物を収容した状態で搬送機構によって搬送されるように構成された半田付け用の容器が開示される。当該容器は、前記半田付け対象物を収容する密閉可能な容器本体を備える。前記容器本体は該容器本体の内部と外部とを連通可能とする少なくとも１つの連通路を有する。前記容器本体は、前記連通路を通じて前記容器本体の内部雰囲気を調整する雰囲気調整装置に接続可能に構成される。

Description

半田付け用の容器及び半導体装置の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半田付けする際に用いられる半田付け用の容器、及び半導体装置の製 造方法に関する。
背景技術
[0002] 一般に、半導体装置としての半導体モジュールにおいては、セラミックス基板の表 面に配線層を形成する金属板が接合されるとともに、セラミックス基板の裏面に接合 層を形成する金属板が接合されている。表面側の金属板には半導体素子が接合さ れ、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器としてのヒートシ ンクが接合されている。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 半導体素子が半田付けにより接合されている。この様な半田付けを行う装置として、 例えば特許文献 1に開示されたようなリフロー炉が広く知られている。リフロー炉内に は、コンペャ及びヒータが配設されている。そして、リフロー炉内では、半導体モジュ ールがコンペャ上に載置された状態で搬送されながら加熱され、それによつて半田 が溶融されて半田付けが行われる。
[0003] ところで、トランジスタやダイオードなどの半導体素子の半田付けは、通常、不活性 ガス雰囲気中で行われる。したがって、リフロー炉を用いて半導体素子の半田付けを 行う場合には、炉内に不活性ガスを供給して、雰囲気調整を行う必要がある。しかし ながら、リフロー炉内はコンペャが配設されているとともに、炉の出入口が大気に開 放されている。このため、リフロー炉内の雰囲気を維持するためには、炉内に不活性 ガスを供給し続ける必要があり、不活性ガスの消費量が多くなる。
[0004] 不活'性ガスの消費量を抑えるためには、密閉不能なリフロー炉に代えて密閉可能 な容器 (チャンバ）内で半田付けを行えば良い。しかしながら、この場合には、容器に 加熱装置など半田付けに必要な構成要素を装備して、当該容器内において半田付 けを完結させなければならない。したがって、密閉可能な容器内で半田付けを行うこ とは、リフロー炉内で半田付けを行うことに比べて、雰囲気調整に必要なガスの消費 量を抑えることできるという有利な点がある反面、ノ ツチ処理となるので、量産化のた めの生産ラインに適さな 、と 、う不利な点がある。
特許文献 1 :特開 2001— 339152号公報
発明の開示
[0005] この発明の目的は、容器本体内の雰囲気を調整するのに必要なガスの消費量を抑 えることができ、し力も生産ラインに使用するのに適した半田付け用の容器、及び生 産効率を向上し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
[0006] 上記目的を達成するため、本発明の一態様では、半田付けに際して半田付け対象 物を収容した状態で搬送機構によって搬送されるように構成された半田付け用の容 器が提供される。当該容器は、前記半田付け対象物を収容する密閉可能な容器本 体を備える。前記容器本体は該容器本体の内部と外部とを連通可能とする少なくとも 1つの連通路を有する。前記容器本体は、前記連通路を通じて前記容器本体の内 部雰囲気を調整する雰囲気調整装置に接続可能に構成される。
[0007] 本発明の別の態様では、回路基板に半導体素子を半田付けしてなる半導体装置 の製造方法が提供される。当該製造方法は、前記半導体素子が半田を介して前記 回路基板上に載置された半田付け対象物を、密閉可能な容器本体に収容すること であって、前記容器本体は該容器本体の内部と外部とを連通可能とする少なくとも 1 つの連通路を有することと、前記半田付け対象物を収容した容器本体を搬送機構に よって搬送することと、還元性ガスを含む雰囲気ガスを、前記容器本体に接続された 雰囲気調整装置力 前記連通路を通じて前記容器本体内に供給し、それによつて 容器本体内を前記雰囲気ガスで満たすことと、前記容器本体内を前記雰囲気ガスで 満たした状態で、前記容器本体内の温度を前記半田の溶融温度以上の温度まで上 昇させ、それによつて前記半田を溶融させることと、前記容器本体内の温度を前記溶 融温度未満の温度まで下げることによって前記溶融半田を凝固させ、それによつて 前記半導体素子を前記回路基板に半田付けすることとを備える。 図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明における、 1枚のセラミック基板を備える半導体モジュールの平面図。
[図 2]図 1の 2— 2線に沿った断面図。 [図 3]半田付けに際して使用される第 1実施形態に係る容器の縦断面図。
[図 4]図 3の容器の別の縦断面図。
[図 5] (a)は半田付けに際して使用される治具の平面図、 (b)は半田付けに際して使 用される錘の斜視図。
[図 6]複数のセラミック基板を備えた半導体モジュールに対する高周波加熱コイルの 配置を示す模式図。
[図 7]第 1実施形態に係る半導体モジュール製造ラインを示す模式図。
[図 8]半田付けに際して使用される第 2実施形態に係る容器を示す模式図。
[図 9]別の実施形態に係る加熱方法を示す模式図。
[図 10]さらに別の実施形態に係る加熱方法を示す模式図。
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、本発明を具体ィ匕した第 1実施形態を図 1〜図 7にしたがって説明する。
図 1及び図 2は、半導体装置としての半導体モジュール 10を示している。半導体モ ジュール 10は、回路基板 11と、当該回路基板 11に接合される複数 (本実施形態で は 4個）の半導体素子 12と、放熱器としてのヒートシンク 13とを備えている。回路基板 11は、セラミックス基板 14の両面に金属板 15, 16を接合することによって構成され ている。セラミックス基板 14は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケィ素など により形成されている。また、金属板 15は、配線層として機能し、例えば、アルミニゥ ム（純アルミニウム及びアルミニウム合金)や銅などで形成されて!、る。半導体素子 12 は、ニッケル、リン、チタンなどを用いて表面処理された金属板 15に接合（半田付け） されている。図 2の符号「H」は、半田層を示している。半導体素子 12は、 IGBT dnsu lated Gate Bipolar Transistor )やダイオードを含む。また、金属板 16は、セラミックス 基板 14とヒートシンク 13とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅 などで形成されている。ヒートシンク 13は、金属板 16に接合されている。
[0010] 前述した半導体モジュール 10は、生産ライン化された複数の作業工程を経て半田 付けされる。そして、半導体モジュール 10 (半田付け前の未完成品の状態も含む）は 、容器 (チャンバ）内に収容され、当該容器がコンペャなどの搬送機構で搬送されて 工程間を移動する。本実施形態では、半導体モジュール 10の製造工程は、第 1工程 としてのガス置換工程と、第 2工程としての加熱工程と、第 3工程としての冷却工程の 3工程を含む。そして、これらの作業工程により、回路基板 11 (金属板 15)に半導体 素子 12が半田付けされ、半導体モジュール 10が完成品となる。本実施形態の加熱
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ヽては、高周波誘導加熱により加熱が行われる。
[0011] 図 3は、半田付け時に用いられる容器 (チャンバ） 17を示している。当該容器 17は、 図 6に示された 6枚の回路基板 11を有する半導体モジュール 100に対して半田付け を行う際に用いられる。半導体モジュール 100には、 24個の半導体素子 12が半田 付けされるようになっている。また、半導体モジュール 100の回路基板 11は、図 1及 び図 2に示す半導体モジュール 10と同様、セラミックス基板 14と、金属板 15, 16とを 備える。金属板 15には半導体素子 12が半田付けされるとともに金属板 16にはヒート シンク 13が接合される。
[0012] 容器 17は、開口部 18aを有する箱型の本体部材 (容器本体） 18と、当該開口部 18 aを開放及び閉鎖する蓋部材 19とを含む。本体部材 18には、半導体モジュール 100 を位置決めし且つ支持する支持台 20が設置されている。また、本体部材 18の開口 縁部には、蓋部材 19と密着し得るパッキン 21が配設されて！/、る。
[0013] 蓋部材 19は、本体部材 18の開口部 18aを閉鎖可能な大きさで形成されている。本 体部材 18に蓋部材 19を装着することにより容器 17内には収容空間 Sが形成される。 また、蓋部材 19は収容空間 Sと対向する部位 22を有し、当該部位 22は非磁性かつ 電気的絶縁材で形成されている。本実施形態では、電気的絶縁材としてガラスが用 いられており、蓋部材 19の当該部位 22はガラス板 22よりなる。
[0014] また、本体部材 18の側壁 18bには、連通孔 23が側壁 18bを貫通するように形成さ れており、前記連通孔 23は容器 17の内部と外部とを連通させる連通路として機能す る。また、側壁 18bには、連通孔 23を外部側連通孔 23aと内部側連通孔 23bとに二 分する弁室 24が形成されている。外部側連通孔 23aは、側壁 18bの外面に開口し、 弁室 24を容器 17の外部に連通させる。内部側連通孔 23bは、側壁 18bの内面に開 口し、弁室 24を容器 17の内部に連通させる。弁室 24には手動弁 25が収容され、こ の手動弁 25は、連通孔 23を開閉する、すなわち外部側連通孔 23aと内部側連通孔 23bとの連通及び非連通を切替える切替部（弁体）として機能する。 [0015] 手動弁 25は、円柱状の弁本体 26と、弁本体 26を当該弁本体 26の軸線回りで回 動可能に支持する基台 27とを備えている。弁本体 26は、該弁本体 26の軸方向に関 して前記連通孔 23と一致する位置に管路 28を有している。管路 28は、連通孔 23と 同一の径を有している。弁本体 26の外周面には、管路 28の軸線と直交する軸線を 有するリング溝 26aが形成されている。管路 28が連通孔 23に対して非連通状態にあ るとき、すなわち管路 28が連通孔 23と直交する状態にあるとき（図 3参照）、リング溝 26aは外部側連通孔 23aもしくは内部側連通孔 23bを取り囲む。弁本体 26の外周の 隙間を介して外部側連通孔 23aと内部側連通孔 23bとが連通しな 、ようにするため に、シール部材としてのシールリング 26bがリング溝 26aに設けられている。また、弁 本体 26の外周面には、当該弁本体 26の周方向に沿って延びるリング溝 26cが形成 され、そのリング溝 26cにシールリング 26d力設けられている。基台 27の外周面には 、当該基台 27の周方向に沿って延びるリング溝 26eが形成され、そのリング溝 26eに シールリング 26fが設けられている。このようなシール構造により、容器 17の内部の気 密が確保されている。
[0016] 弁本体 26は側壁 18bの外部に露出する部分を有し、当該部分の先端に手動弁 25 を回動操作するための操作片 29が設けられている。図 4に示されるように、操作片 29 は、手動弁 25に対して外部操作 (例えば、ロボットなどの外部操作装置による操作） を行なうことが可能なように、弁本体 26の外周面力も突出している。
[0017] 手動弁 25を操作することにより連通孔 23が閉鎖されると、すなわち外部側連通孔 2 3aと内部側連通孔 23bとが非連通になると、容器 17の内部は容器 17の外部に対し て遮断される。つまり、容器 17は密閉される。図 3は、手動弁 25の管路 28が連通孔 2 3に対して直交する方向に向けられて、容器 17の内外が遮断された状態を示して 、 る。また、手動弁 25を操作することにより連通孔 23が開放されると、すなわち外部側 連通孔 23aと内部側連通孔 23bとが連通されると、容器 17の内部は容器 17の外部と 連通する。図 4は、手動弁 25の管路 28が連通孔 23 (外部側連通孔 23a及び内部側 連通孔 23b)に連通して、容器 17の内外が連通された状態を示している。
[0018] 図 5 (a)は、半田付けを行う際に使用する治具 32を示し、図 5 (b)は加圧体として機 能する錘 35を示している。治具 32は、平板状に形成され、回路基板 11におけるセラ ミックス基板 14と同一の大きさを有する。治具 32は、例えば、グラフアイトやセラミック スなどの材料で形成されており、図 3及び図 4に示すように、半田付け時において半 田シート 33と、半導体素子 12と、錘 35とを回路基板 11に対して位置決めするために 使用される。このため、治具 32には、位置決め用の複数の孔 34が貫通するように形 成される。それら孔 34は、半導体素子 12が接合される回路基板 11上の部位 (接合 部）に対応して治具 32に形成されている。各孔 34は、対応する半導体素子 12のサイ ズに応じた大きさを有する。本実施形態においては、回路基板 11上に複数 (4個）の 半導体素子 12が接合されるので、治具 32にも複数 (4個）の孔 34が形成されている
[0019] 錘 35は、電磁誘導作用によって発熱し得る材料、すなわち自身を通る磁束の変化 により電流が発生したときに自身の電気抵抗に起因して発熱する材料を用いて形成 されている。本実施形態において、錘 35は、ステンレスで形成されている。錘 35は、 図 3及び図 4に示すように、半田付け時において治具 32で位置決めされた 4個の半 導体素子 12の直上に載置され、 4個の半導体素子 12の上面 (非接合面）に接する 大きさを有している。また、錘 35は、半導体素子 12を回路基板 11に向けて押圧する ために使用される。本実施形態の錘 35は、肖 IJり出しによって作製された一体ィ匕部品 である。錘 35は複数 (4個）の加圧面 35aを有し、それら加圧面 35aは、治具 32の孔 34にそれぞれ挿入可能であり、かつ 4個の半導体素子 12の非接合面 (上面）にそれ ぞれ接して、対応する半導体素子 12を加圧可能である。図 5 (a)は錘 35を治具 32に 設置した状態を示しており、錘 35は二点鎖線で示されている。
[0020] 次に、半導体モジュール 100の製造ライン SRの構成について図 7にしたがって説 明する。図 7は、製造ライン SRを模式的に図示しているとともに、容器 17の蓋部材 1 9の図示を省略している。
[0021] 製造ライン SRは、搬送機構としてのコンペャ 36と、当該コンペャ 36上に設置され た複数の搬送台 37とを備えており、コンペャ 36は複数の搬送台 37上にそれぞれ載 置された容器 17を搬送する。図 7において、左側が製造ライン SRの上流側となり、右 側が当該製造ライン SRの下流側となる。容器 17を載置した搬送台 37が製造ライン S Rの上流側力 順に所定の工程を経て製造ライン SRの下流側に流される。すなわち 、製造ライン SRでは、下流側に向かう程、半導体モジュール 100が完成品に近くなる 。図 7に示すように、製造ライン SRには、ガス置換工程と、加熱工程と、冷却工程とに それぞれ対応するの 3つの作業エリア El, E2, E3が定められている。
[0022] 製造ライン SRにおけるガス置換工程と加熱工程の各作業エリア El, E2には、容器 17内、すなわち収容空間 Sの内部雰囲気 (ガス雰囲気）を調整するための雰囲気調 整装置 38が設置されている。各雰囲気調整装置 38は、搬送台 37上に載置された容 器 17に対して接近動作及び離間動作が可能である。
[0023] 各雰囲気調整装置 38は、制御部 39と、容器 17内に不活性ガス (本実施形態では 窒素 (N；) )を供給する不活性ガス供給部 40と、容器 17内に還元性ガス (本実施形
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態では水素 (H ) )を供給する還元性ガス供給部 41と、容器 17内のガスを外部に排
2
出するガス排出部 42とを備えている。不活性ガス供給部 40は、配管 40aと、当該配 管 40a上の開閉ノ レブ 40bと、窒素タンク 40cとを備えている。還元性ガス供給部 41 は、配管 41aと、当該配管 41a上の開閉バルブ 41bと、水素タンク 41cとを備えている 。ガス排出部 42は、配管 42aと、当該配管 42a上の開閉バルブ 42bと、真空ポンプ 4 2cとを備えている。制御部 39は、各開閉バルブ 40b, 41b, 42bに接続されていると ともに真空ポンプ 42cに接続されており、それらノ レブ 40b, 41b, 42b及びポンプ 4 2cを制御して、容器 17内の雰囲気調整を行う。すなわち、雰囲気調整装置 38は、 容器 17に対するガスの供給及び排出を制御することによって、容器 17内の空気を 不活性ガスに入れ替えるとともに、ガスの流量及び容器 17の内部圧力を調整する。
[0024] 雰囲気調整装置 38には、容器 17の連通孔 23、詳しくは外部側連通孔 23aに接続 される接続配管 43が設けられている。接続配管 43には、不活性ガス供給部 40の配 管 40aと、還元性ガス供給部 41の配管 41aと、ガス排出部 42の配管 42aとが接続さ れている。また、接続配管 43は接続口 44を備え、当該接続口 44を介して接続配管 4 3が容器 17の連通孔 23に接続される。接続口 44〖こは、接続配管 43と連通孔 23との 接続部位からのガス漏れを防止するためのシール部材 45が設けられている。
[0025] 製造ライン SRにおいて、加熱工程の作業エリア E2には加熱装置としての複数の高 周波加熱コイル 46が設けられ、当該高周波加熱コイル 46は作業エリア E2に移動し た容器 17の上方に位置し、容器 17外から半田シート 33を溶融するための熱を前記 錘 35に発生させる。また、加熱工程の作業エリア E2には、高周波発生装置 47と、冷 却水タンク 48とが設置されて 、る。
[0026] 本実施形態においては、図 6に示すように、 6個の高周波加熱コイル 46が、半導体 モジュール 100の 6枚の回路基板 11に各別に対応するように、それら回路基板 11の 上側にそれぞれ配置されている。また、各高周波加熱コイル 46は、上方から見たとき に、 1枚の回路基板 11を覆うことのできる大きさを有し、かつ後述する錘 35の上面の 輪郭よりも大きい。また、各高周波加熱コイル 46は、渦巻き状をなすように平面的に 展開されて形成されており、全体としてほぼ四角板状をなしている。また、各高周波 加熱コイル 46は、蓋部材 19のガラス板 22に対向して配置されるようになっている。各 高周波加熱コイル 46は、高周波発生装置 47に電気的に接続されている。また、各 高周波加熱コイル 46には、内部に冷却水を通すための図示しな 、冷却路が形成さ れており、各高周波加熱コイル 46は冷却水タンク 48に接続されている。
[0027] 製造ライン SRにおける各工程の作業エリア El, E2, E3には、容器 17に設けられ た手動弁 25の開閉操作を行う図示しな!ヽ外部操作装置が設置されて!ヽる。外部操 作装置は、例えば、ロボットと当該ロボットの動作を制御する制御部とを備えている。
[0028] 次に、本実施形態の製造ライン SRにて半導体素子 12の半田付けを行う方法につ いて説明する。なお、本実施形態では、 6個の回路基板 11をヒートシンク 13に接合し たもの、すなわち半田付け対象物に対して半田付けを行う。この半田付け対象物は 未完成品であって、半導体モジュール 100上の 6個の回路基板 11から半導体素子 1 2を取り除 、たものに相当する。
[0029] 半田付けを行う際には、最初に、収容空間 S内に半田付け対象物もしくは完成品の 半導体モジュール 100が収容されていない空の容器 17を用意する。そして、容器 17 の本体部材 18から蓋部材 19を外して開口部 18aを開放する。そして、図 3に示すよ うに本体部材 18内の支持台 20に半田付け対象物を置き、支持台 20に対して位置 決めする。次に、半田付け対象物の各回路基板 11、具体的にはセラミックス基板 14 上に治具 32を置き、治具 32の各孔 34内に半田シート 33と半導体素子 12とを配置 する。半田シート 33は、回路基板 11、具体的には金属板 15と半導体素子 12との間 に配置される。そして、半導体素子 12が載置された回路基板 11に錘 35を置く。この 状態において、回路基板 11、具体的には金属板 15上には、金属板 15側から順に 半田シート 33、半導体素子 12及び錘 35が積層される。半田シート 33、半導体素子 12及び錘 35は、容器 17の鉛直方向（図 3における上下方向）に沿って積層される。 錘 35の加圧面 35aは、対応する半導体素子 12の非接合面に接触し、対応する半導 体素子 12を加圧する。
[0030] 次に、蓋部材 19を本体部材 18に取り付けて、開口部 18aを閉塞する。そして、容 器 17は、コンペャ 36の搬送台 37上に載置されて、ガス置換工程の作業エリア E1に 最初に搬送される。作業エリア E1において、容器 17の連通孔 23 (外部側連通孔 23 a)に雰囲気調整装置 38の接続配管 43が接続される。そして、雰囲気調整装置 38 により、容器 17内のガス置換 (雰囲気調整）が行われる。なお、ガス置換が行われる 際、容器 17の手動弁 25が、図示しない外部操作装置により開操作され、図 4に示す ように連通孔 23が開放される、すなわち外部側連通孔 23aと内部側連通孔 23bとが 管路 28を介して連通される。なお、ガス置換工程の開始前において、雰囲気調整装 置 38に装備された各開閉バルブ 40b, 41b, 42bは、閉状態となっている。
[0031] ガス置換工程において雰囲気調整装置 38の制御部 39は、まず、ガス排出部 42の 開閉バルブ 42bを開状態に制御するとともに真空ポンプ 42cを作動させる。これによ り、容器 17内の真空引きが行われる。次に、制御部 39は、開閉バルブ 42bを閉状態 に制御するとともに真空ポンプ 42cを停止させる一方で、不活性ガス供給部 40の開 閉バルブ 40bを開状態に制御して不活性ガス（窒素）を供給し、容器 17の収容空間 S内を不活性ガスで充満させる。不活性ガスの供給後、制御部 39は、開閉バルブ 42 bを閉状態に制御し、不活性ガスの供給を停止させる。制御部 39は、真空引きと窒素 の供給とを数回繰り返す。その後、制御部 39は、還元性ガス供給部 41の開閉バル ブ 4 lbを開状態に制御して還元性ガス (水素）を供給し、収容空間 S内を還元性ガス で充満させる。制御部 39は、収容空間 S内が還元性ガス雰囲気になると、開閉バル ブ 41bを閉状態に制御し、還元性ガスの供給を停止させる。ガス置換工程では、前 述した手順により、容器 17内の雰囲気調整が行われる。
[0032] ガス置換工程が終了すると、図示しない外部操作装置により手動弁 25が閉操作さ れ、図 3に示すように連通孔 23が閉鎖される、つまり外部側連通孔 23aと内部側連通 孔 23bとが非連通となる。また、雰囲気調整装置 38は、容器 17から切り離されて、当 該容器 17から離間させられる。そして、ガス置換後の容器 17は、搬送台 37に載置さ れたままコンペャ 36により、ガス置換工程の次工程である加熱工程の作業エリア E2 に搬送される。
[0033] 加熱工程の作業エリア E2に到達すると容器 17は、複数の高周波加熱コイル 46の 直下に配置される。この状態において、図 6に示されるように各高周波加熱コイル 46 は、半田付け対象物の上方に配置される。各高周波加熱コイル 46とそれに対応する 半田付け対象物との間には、蓋部材 19に組み付けられたガラス板 22が配置される。 なお、本実施形態のように渦巻き状をなす高周波加熱コイル 46は、中央付近に磁束 が多く発生することから、当該高周波加熱コイル 46の中央に錘 35、すなわち回路基 板 11の接合部位を配置することが好ましい。また、容器 17の連通孔 23には、ガス置 換工程のときと同様に、雰囲気調整装置 38が接続される。
[0034] そして、加熱工程では、高周波発生装置 47を作動させ、各高周波加熱コイル 46に 高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル 46は、対応する錘 35を通る高周波の 磁束を発生し、当該錘 35には渦電流が発生する。その結果、錘 35は電磁誘導作用 によって発熱し、その熱が錘 35の加圧面 35aから半導体素子 12に伝わる。そして、 その熱は半田シート 33に集中的に伝わり、半田シート 33を加熱する。この結果、半 田シート 33は、自身の溶融温度以上の温度になって、溶融する。また、半導体素子 12は、錘 35によって回路基板 11に向かって押圧されているので、溶融した半田の 表面張力で動かされることはない。そして、半田シート 33が完全に溶融したとき、高 周波発生装置 47を停止させる。加熱工程では、雰囲気調整装置 38により、容器 17 の内部雰囲気が調整される、すなわち半田付け作業の進行状況に応じて容器 17の 内部圧力が調整される。また、加熱工程では還元性ガス、すなわち水素で容器 17内 を満たした状態で、当該容器 17内の温度が半田の溶融温度以上まで上昇させられ る。
[0035] 加熱工程が終了すると、図示しない外部操作装置により容器 17の手動弁 25が閉 操作され、図 3に示されるように連通孔 23が閉鎖される、すなわち外部側連通孔 23a と内部側連通孔 23bとが非連通となる。また、雰囲気調整装置 38は、容器 17から切 り離されて、当該容器 17から離間させられる。そして、搬送台 37に載置されている加 熱工程後の容器 17は、そのままコンペャ 36により、加熱工程の次工程である冷却ェ 程の作業エリア E3に搬送される。
[0036] 冷却工程の作業エリア E3に到達すると容器 17は、溶融した半田が凝固する迄の 間、冷却させられる。溶融した半田は、溶融温度未満まで冷却されることによって凝 固し、金属板 15と半導体素子 12とを接合する。その結果、半田付けが終了し、半導 体モジュール 100が完成する。冷却工程では、容器 17内の温度が半田の溶融温度 未満の温度まで下げられる。そして、冷却工程後は、蓋部材 19を本体部材 18から取 り外し、治具 32と錘 35を回路基板 11から取り外した後に、容器 17内から半導体モジ ユール 100を取り出す。なお、半導体モジュール 100を容器 17から取り出すのに先 立って、図示しない外部操作装置により手動弁 25が開操作され、図 4に示すように連 通孔 23が開放されて、収容空間 S内のガスが容器 17の外部に排出される。
[0037] 本実施形態によれば、以下に示す利点を得ることができる。
(1)容器 17の内部を外部に連通可能とする連通孔 23を、容器 17に形成した。これ により、容器 17内の状態を、外部力も制御することが可能となる。そして、雰囲気調 整装置 38が連通孔 23を介して容器 17に接続されることにより、容器 17を実質的に 密閉した状態で当該容器 17の内部雰囲気を調整することができる。よって、内部雰 囲気の調整時に消費されるガスの量を抑制することができる。また、雰囲気調整装置 38が容器 17に外部カゝら接続されるので、密閉状態を実現し得る容器 17であっても 生産ラインに用いることができる。
[0038] (2)容器 17に、連通孔 23を開閉する手動弁 25を設けた。手動弁 25の操作により 連通孔 23を閉鎖することで、容器 17を密閉することが可能となる。このため、雰囲気 調整装置 38を内部雰囲気の調整後に容器 17から分離させても、当該容器 17の内 部雰囲気を維持することができる。したがって、半田付けの作業を、ガス置換工程、 加熱工程及び冷却工程を含む複数の工程に分割することが可能となり、半田付けに 係るサイクルタイムを短縮し、半導体モジュールの量産化に適した生産ラインを実現 することができる。
[0039] (3)容器 17には、外部操作装置によって操作される手動弁 25を設けた。すなわち 、連通孔 23の開閉機構として、それ自身が操作されるのに電力を必要としない手動 弁 25を設けた。したがって、容器 17に連通孔 23の開閉機構を作動させるための電 力供給装置を搭載する必要がなぐ容器 17の構造を簡素化することができる。なお、 手動弁 25に代えて、外部からの電力によって動作可能な電磁弁を容器 17に設ける ことも可能である。
[0040] (4)容器 17に形成した単一の連通孔 23に対して、不活性ガス供給部 40と、還元 性ガス供給部 41と、ガス排出部 42とを択一的に接続し得るように、雰囲気調整装置 38における配管を構成した。このため、容器 17の構造を簡素化することができる。ま た、容器 17と雰囲気調整装置 38との接続部位は 1箇所だけであるので、装置の信 頼性を向上することができる。
[0041] (5)加熱工程にぉ 、て高周波加熱コイル 46を錘 35から離間して配置し、錘 35を発 熱させる。このため、複数の半導体素子 12を回路基板 11に半田付けする場合であ つても、半導体素子 12毎に高周波加熱コイル 46を設けることなく複数の接合部位を 加熱することができる。また、溶融した半田の冷却時においては、高周波加熱コイル 46を、錘 35及び回路基板 11とは別に取り扱うことが可能となる。すなわち、高周波 加熱コイル 46によって加熱された半導体モジュール 100の冷却時に、当該高周波 加熱コイル 46を用いて他の半導体モジュール 100の加熱を行うこともできる。また、 半導体素子 12を押圧する錘 35を発熱させて回路基板 11の接合部位を加熱すること で、当該接合部位に対して集中的に熱を伝えることができる。したがって、回路基板 11全体や容器 17全体を加熱する場合に比べて半田シート 33の効率的な加熱を実 現できる。
[0042] (6)加熱工程において、複数の半導体素子 12の直上に載置される錘 35の上方に 高周波加熱コイル 46を配置した。このため、錘 35は、回路基板 11における複数の接 合部位に対して、平面的に熱を伝えることができ、回路基板 11における複数の接合 部位を均等に加熱することができる。この結果、複数の接合部位に配置した半田シ ート 33について、溶融の開始時期をほぼ等しくすることができるとともに、溶融の終了 時期をほぼ等しくすることができ、半田付け作業の効率ィ匕を図ることができる。
[0043] (7)加熱工程において、高周波加熱コイル 46を容器 17の外部に配置した。このた め、高周波加熱コイル 46は、半田付け作業における加熱時間以外はその使用を拘 束されない。したがって、高周波加熱コイル 46による加熱後直ちに、その高周波カロ 熱コイル 46に対向する容器 17を交換する等すれば、半田の冷却を待つことなく次の 半田付け作業を行うことが可能となり、生産効率を向上させることができる。また、高 周波加熱コイル 46を容器 17の内部ではなく容器 17の外部に配置することにより、容 器 17の容積を極力小さくして容器 17の小型化を図ることができる。また、雰囲気調整 は、主に、容器 17内力もの空気の排出 (真空引き）、不活性ガス (窒素ガスなど)の供 給と排出、還元性ガス (水素など)の供給と排出を含む。このため、容器 17の容積を 小さくすることにより、例えば、空気の排出に関しては、排出に掛かる時間を短くした り、排出に掛カるエネルギー、例えば、真空ポンプ 42cを動作させるのに必要なエネ ルギ一の消費量を少なくしたりすることができる。また、不活性ガスや還元性ガスの供 給又は排出に関しては、供給又は排出に掛カる時間を少なくしたり、供給又は排出 に掛力るエネルギーの消費量を少なくしたり、あるいは供給するガスの消費量を少な くしたりすることができる。
[0044] (8)また、高周波加熱コイル 46と対向する容器 17の部位、つまり蓋部材 19を電気 的絶縁材よりなるガラス板 22で形成した。このため、錘の 35の発熱を許容しつつ、容 器 17自体が発熱することを回避することができる。
[0045] (9)錘 35は、複数の半導体素子 12の非接合面に接触可能な複数の加圧面 35aを 有する。すなわち、錘 35を複数の半導体素子 12に対応する一つの集合体として構 成した。錘 35を複数の半導体素子 12に跨って載せるため、錘 35がーつの半導体素 子 12のみに載る場合に比べ、半田が溶融する際の錘 35の傾きの発生が抑制され、 安定した状態で半田付け作業を行うことができる。
[0046] (10)複数の回路基板 11の半田付けを行う場合に、各回路基板 11に対して 1つの 高周波加熱コイル 46が対応付けて配置され、当該回路基板 11上に載置された錘 3 5を発熱させるようにした。このため、複数の回路基板 11上にそれぞれ載置される複 数の錘 35を 1つの高周波加熱コイル 46で発熱させる場合に比して効率が良い。
[0047] (11)本実施形態の容器 17を用いた製造ライン SRを構成することにより、半導体モ ジュール 100を生産ラインを用いて製造することができ、量産化を図ることが可能とな る。したがって、半導体モジュール 100の生産効率を向上させることができる。
[0048] 次に、本発明を具体ィ匕した第 2実施形態を図 8にしたがって説明する。なお、以下 に説明する実施形態では、先に説明した実施形態と同一構成については同一の符 号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
[0049] 図 8は、半導体モジュール 100を半田付けする際に用いられる容器 (チャンバ） 50 を示している。本実施形態の容器 50の基本構成は、第 1の実施形態の容器 17と類 似しており、開口部 18aを有する本体部材 18と、当該本体部材 18の開口部 18aを開 放及び閉鎖する蓋部材 19とを備えている。なお、図 8では図示していないが、第 1実 施形態と同様、本体部材 18には支持台 20が設置されているとともに、蓋部材 19に はガラス板 22が組み付けられて 、る。
[0050] 本実施形態の容器 50の側壁 18bには、複数 (本実施形態では 3つ）の連通孔 51, 52, 53が側壁 18bを貫通するように形成されており、各連通孔 51 , 52, 53は容器 5 0の内部と外部とを連通させる連通路として機能する。なお、本実施形態の容器 50の 側壁 18bには、第 1実施形態における手動弁 25に相当する弁体が設けられていな い。また、本実施形態の容器 50の側壁 18bには雰囲気調整装置 54が装着されてい る。
[0051] 雰囲気調整装置 54は、制御部 55と、容器 50内に不活性ガス (本実施形態では窒 素 (N；) )を供給する不活性ガス供給部 56と、容器 50内に還元性ガス (本実施形態
2
では水素 (H ) )を供給する還元性ガス供給部 57と、容器 50内を真空引きするため
2
の真空部 58とを備えている。不活性ガス供給部 56は、配管 56aと、当該配管 56aに 設けられた開閉バルブ 56bと、窒素タンク 56cとを備えている。還元性ガス供給部 57 は、配管 57aと、当該配管 57aに設けられた開閉バルブ 57bと、水素タンク 57cとを備 えている。真空部 58は、配管 58aと、当該配管 58aに設けられた開閉バルブ 58bと、 予め真空引きされた真空タンク 58cとを備えている。不活性ガス供給部 56の配管 56 aは、容器 50の連通孔 51に図示しないシール部材を介して接続されている。還元性 ガス供給部 57の配管 57aは、容器 50の連通孔 52に図示しないシール部材を介して 接続されている。真空部 58の配管 58aは、容器 50の連通孔 53に図示しないシール 部材を介して接続されて ヽる。 [0052] 制御部 55は、各開閉バルブ 56b, 57b, 58bに接続されている。また、制御部 55に は、容器 50内に配設される各種のセンサ群 59が接続されている。センサ群 59は、容 器 50内の温度 (特に、半田接合部位の温度）を測定する、例えば熱電対などの温度 センサや、容器 50内の圧力を測定する圧力センサを含む。また、制御部 55には、外 部給電装置 65から非接触で電力を得ることができる受電装置 60が接続されている。 受電装置 60は、雰囲気調整装置 54に備えられている。このように構成された雰囲気 調整装置 54によるガス供給及びガス排出を通じて、容器 50内の雰囲気が調整され る。
[0053] 本実施形態の容器 50は、雰囲気調整装置 54とともに製造ライン SRに設置された 搬送機構としてのコンペャ 36上に載置されて、搬送される。また、本実施形態の製造 ライン SRには、外部給電装置 65に接続される給電ライン 61が設置されている。そし て、雰囲気調整装置 54の受電装置 60は、給電ライン 61から非接触で電力を得る。 このように受電装置 60と給電ライン 61とを設けることにより、容器 50毎に装着される 雰囲気調整装置 54は、コンペャ 36で搬送されながら電力を得て所定の制御を実行 することができる。すなわち、雰囲気調整装置 54を備えた本実施形態の容器 50は、 コンペャ 36による搬送中にガス置換工程を行われることも可能である。
[0054] 本実施形態における製造ライン SRには、第 1実施形態で説明した製造ライン SRと 同様に、加熱工程の作業エリア E2や、冷却工程の作業エリア E3が定められている。 そして、容器 50が作業エリア E2に到達すると、第 1実施形態と同様に高周波誘導カロ 熱による加熱工程が行われる。また、加熱工程の終了後、容器 50が作業エリア E3に 到達すると、第 1実施形態と同様に冷却工程が行われる。本実施形態における半田 付け方法、すなわちガス置換工程、加熱工程及び冷却工程の各作業内容 (雰囲気 調整装置 54による制御内容も含む）は、第 1実施形態と同様であるため、その説明は 省略する。なお、本実施形態の容器 50には、前述のように弁体が設けられていない ので、第 1実施形態で行った弁体に関する制御、すなわち手動弁 25の開閉制御は 省略される。
[0055] したがって、本実施形態によれば、第 1の実施形態の利点（1) , (2)及び (5)〜（11 )に加えて以下に示す利点を得ることができる。 (12)容器 50と雰囲気調整装置 54とを、一体的に移動可能なように接続した。これ によれば、容器 50を雰囲気調整装置 54と共に搬送することが可能となる。したがつ て、容器 50に対する雰囲気調整装置 54の接続時間などを省略することが可能となり 、半田付けに係るサイクルタイムを短縮して、半導体モジュールの量産化に適した生 産ラインを実現することができる。
[0056] (13)また、容器 50が雰囲気調整装置 54と共に搬送されるので、センサ群 59によ つて計測された内部温度や内圧などの計測結果に応じて、容器 50の内部雰囲気を 適宜調整することができる。すなわち、容器 50が作業エリア E1〜E3のいずれかに移 動した力否かに拘わらず、搬送中であっても容器 50の内部雰囲気を調整することが できる。
[0057] (14)受電装置 60と給電ライン 61とを設けた。これによれば、雰囲気調整装置 54は 容器 50とともに移動しながら、調整作業に必要な電力を得ることが可能となる。この ため、製造ライン SRの所定箇所に容器 50と雰囲気調整装置 54とを止めた状態で、 電力の供給や各種調整を行う必要がない。したがって、容器 50を所定箇所に止めて おく時間などが省略され、半田付けに係るサイクルタイムを短縮することができる。ま た、本実施形態によれば、工程間の移動中に容器 50の内部雰囲気を調整することも 可能であり、さらなるサイクルタイムの短縮ィ匕を図ることができる。
[0058] なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
各実施形態の加熱工程では高周波誘導加熱により加熱が行われているが、高周 波誘導加熱による加熱方法を、例えば図 9や図 10に示された加熱方法に変更しても 良い。図 9は、容器 17 (50)内に装備されたヒータ 63によって加熱を行う方法を模式 的に示している。この場合、ヒータ 63には電力を供給する必要があるため、接続端子 64を容器 17 (50)に設け、当該接続端子 64を介して外部力もヒータ 63に電力を供 給する。
[0059] 図 10は、容器 17 (50)に収容される半導体モジュール 100のヒートシンク 13に熱媒 体、例えば、高温で且つ加圧された水素ガスを供給し、半導体モジュール 100をカロ 熱する方法を模式的に示している。この場合、容器 17 (50)には、ヒートシンク 13〖こ 設けられた供給口 13aと排出口 13bとにそれぞれ接続される熱媒注入孔 65aと熱媒 排気孔 65bとを形成するとともに、熱媒注入孔 65aと熱媒排気孔 65bとをそれぞれ開 閉する図示しない弁体を設ける。この構成によれば、ヒートシンク 13内に注入された 熱媒体の熱がヒートシンク 13と回路基板 11を介して半田シート 33に伝わり当該半田 シート 33が加熱される。なお、熱媒体は熱媒注入孔 65a及び供給口 13aを通ってヒ ートシンク 13内に注入され、ヒートシンク 13内を循環した後に熱媒排気孔 65b及び 排出口 13bを通って容器 17 (50)外に排出される。
[0060] 半田付け対象物は、ヒートシンク 13が接合されていない回路基板 11でも良い。この 場合、容器 17 (50)内には、回路基板 11と半導体素子 12とを備える半導体装置が 収容されて半田付けが行われる。また、半田付け対象物としての半導体モジュール 1 00は 6個の回路基板 11を備えている力 半導体モジュール 100に備えられる回路基 板 11の数は変更しても良!、。
[0061] 蓋部材 19は、本体部材 18に対して着脱式でも良いし、開閉式でも良い。
蓋部材 19における高周波加熱コイル 46と対向する部位を、ガラス以外の電気的絶 縁材、例えばセラミックスゃ榭脂で形成しても良い。また、蓋部材 19が容器 17の内外 の気圧差に耐え得るように、強度を上げる必要がある場合には、蓋部材 19を、例え ば、グラスファイバーと榭脂との複合材 (GFRP：ガラス繊維強化プラスチック)で構成 しても良い。また、蓋部材 19を、非磁性材の金属で構成しても良い。なお、金属を蓋 部材 19に用いる場合には、錘 35よりも電気抵抗率が高い金属を用いた方が良い。ま た、蓋部材 19は金属と絶縁材との複合材で構成しても良 ヽ。
[0062] 製造ライン SRに容器 17 (50)の移動経路に沿って延びた形状の高周波加熱コィ ル 46を配置する、または複数の高周波加熱コイル 46を容器 17 (50)の移動経路に 沿って配置して、容器 17 (50)をコンペャ 36で搬送しながら加熱するようにしても良 い。
[0063] 第 1実施形態において、容器 17の側壁 18bに、雰囲気調整装置 38の配管 40a, 4 la, 42aにそれぞれ対応して連通孔及び弁体 (手動弁 25)を設けても良い。第 1実 施形態では、雰囲気調整装置 38に 3つの配管 40a, 41a, 42aが設けられているの で、容器 17の側壁 18bには 3つの連通孔と 3つの弁体とを設ける。
[0064] 第 1実施形態において容器 17の側壁 18bに、連通孔 23のみを設けて、手動弁 25 を省略しても良い。この場合、容器 17の連通孔 23は常時開放されるので、少なくとも ガス置換工程と加熱工程とを 1箇所で行う。
[0065] 第 2実施形態において、加熱方法として高周波誘導加熱を用いる場合、高周波カロ 熱コイル 46を容器 50の内部又は容器 50の外部（蓋部材 19の上方）に位置するよう に容器 50に装備し、その高周波加熱コイル 46に給電ライン 61から電力を供給する ようにしても良い。
[0066] 第 2実施形態において、雰囲気調整装置 54が備える真空タンク 58cを真空ポンプ に変更しても良い。
第 2実施形態において、給電ライン 61及び受電装置 60に代えて、雰囲気調整装 置 54に、例えばバッテリーなどの電力供給装置 70 (図 8参照）を搭載し、電力を当該 電力供給装置力も制御部 55に供給するようにしても良い。また、給電ライン 61と受電 装置 60とを接触させることにより、電力を授受しても良い。
[0067] 第 2実施形態において、例えば、製造ライン SRが設置された工場内の管理コンビ ユータなどの外部情報出力装置 67 (図 8参照)との間で雰囲気制御に係る情報を授 受する信号授受装置 66 (図 8参照)を、雰囲気調整装置 54に装備しても良い。また、 第 2実施形態において、給電ライン 61及び受電装置 60に代えて、前記電力供給装 置 70を雰囲気調整装置 54に搭載した上で、前記信号授受装置 66を雰囲気調整装 置 54に装備しても良い。信号授受装置 66は、雰囲気調整装置 54の制御部 55に接 続される。なお、信号授受装置 66は、外部情報出力装置 67との間で信号を非接触 で授受する装置、例えば無線通信装置であっても良い。また、信号授受装置 66は外 部情報出力装置 67との間で接触式で信号を授受する装置、例えば外部情報出力 装置 67に信号伝送線を介して接続される装置であっても良い。これらの構成によれ ば、容器 17とともに搬送機構 (コンペャ 36)によって搬送される雰囲気調整装置 54 は、信号授受装置 66を介して調整作業に必要な情報を得ることが可能となる。した がって、雰囲気調整装置 54により、容器 17の内部雰囲気を自動調整することが可能 であり、半田付けに係るサイクルタイムの短縮ィ匕及び作業効率の向上を図ることがで きる。
[0068] 第 1及び第 2実施形態では加熱工程において容器 17内が水素 100%の還元性ガ ス雰囲気にされている力 容器 17内を、還元性ガスを含むガスで満たして加熱を行 つても良い。例えば、 3%の還元性ガスとしての水素を不活性ガスとしての窒素に混 合してなるガスで容器 17内を満たしても良 、。

Claims

請求の範囲
[1] 半田付けに際して半田付け対象物を収容した状態で搬送機構によって搬送される ように構成された半田付け用の容器において、
前記半田付け対象物を収容する密閉可能な容器本体を備え、前記容器本体は該 容器本体の内部と外部とを連通可能とする少なくとも 1つの連通路を有し、
前記容器本体は、前記連通路を通じて前記容器本体の内部雰囲気を調整する雰 囲気調整装置に接続可能に構成される容器。
[2] 前記連通路に設けられる切替部をさらに備え、該切替部は、前記容器本体の内部 を外部に対して連通及び遮断すベぐ前記連通路を開放状態と閉鎖状態との間で切 替える請求項 1に記載の容器。
[3] 前記切替部は、外部操作可能な手動弁である請求項 2に記載の容器。
[4] 前記容器本体と前記雰囲気調整装置とは、前記搬送機構によって一体的に移動 可能なように接続されて！ヽる請求項 1に記載の容器。
[5] 前記雰囲気調整装置は、電力供給装置、又は外部給電装置から電力の供給を受 ける受電装置の 、ずれかを備えて 、る請求項 4に記載の容器。
[6] 前記雰囲気調整装置は、外部情報出力装置との間で雰囲気制御に係る情報を授 受する信号授受装置を備えている請求項 4又は請求項 5に記載の容器。
[7] 回路基板に半導体素子を半田付けしてなる半導体装置の製造方法において、 前記半導体素子が半田を介して前記回路基板上に載置された半田付け対象物を
、密閉可能な容器本体に収容することであって、前記容器本体は該容器本体の内部 と外部とを連通可能とする少なくとも 1つの連通路を有することと、
前記半田付け対象物を収容した容器本体を搬送機構によって搬送することと、 還元性ガスを含む雰囲気ガスを、前記容器本体に接続された雰囲気調整装置から 前記連通路を通じて前記容器本体内に供給し、それによつて容器本体内を前記雰 囲気ガスで満たすことと、
前記容器本体内を前記雰囲気ガスで満たした状態で、前記容器本体内の温度を 前記半田の溶融温度以上の温度まで上昇させ、それによつて前記半田を溶融させる ことと、 前記容器本体内の温度を前記溶融温度未満の温度まで下げることによって前記溶 融半田を凝固させ、それによつて前記半導体素子を前記回路基板に半田付けするこ とと、
を備える製造方法。
[8] 前記容器本体の内部を外部に対して連通及び遮断すベぐ前記連通路に設けら れた切替部によって前記連通路を開放状態と閉鎖状態との間で切替えることをさら に備える請求項 8に記載の製造方法。
[9] 互いに接続された前記容器本体と前記雰囲気調整装置とを、前記搬送機構によつ て一体的に移動させることをさらに備える請求項 8に記載の製造方法。
[10] 前記雰囲気調整装置と外部情報出力装置との間で、雰囲気制御に係る情報を授 受することをさらに備える請求項 9に記載の製造方法。
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