(57)【要約】パワーモジュール１２をヒートシンク１５にはんだ付けする場合に、蒸気発生槽２からはんだ１３の融点以上に調温した蒸気をヒートシンク内に設けた流路に導入し、ヒートシンク１５を加熱し、はんだ１３を溶融させる。はんだ付け槽１内には、ヒートシンク１５に供給する蒸気と混合されないように、不活性ガスを別の経路から導入し、圧力調整によってはんだ１３内のボイドを減少および凝縮させて、ボイドの悪影響を排除する。
2012070264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだが塗布された被はんだ付けワークと、上記被はんだ付けワークを加熱する加熱体を収容するはんだ付け槽、上記はんだ付け槽内の圧力を減圧する真空ポンプ、上記はんだ付け槽内に不活性ガスを導入する置換気体槽、上記加熱体の内部に設けられた流路内に、調温された熱伝導媒体を供給する熱伝導媒体供給槽を備え、上記熱伝導媒体の上記加熱体への導入および排出は、上記はんだ付け槽の内部空間と隔てられた経路を経てなされ、上記加熱体の熱で溶融される上記はんだによって上記被はんだ付けワークのはんだ付けがなされ、上記熱伝導媒体は、沸点が上記はんだの融点以上である不活性液体を加熱して得られる蒸気または不活性液体であることを特徴とするリフローはんだ付け装置。
【請求項２】
上記加熱体は、上記はんだ付け槽の内部に固定して設置された板状部材であり、上記被はんだ付けワークを接触配置させるように構成され、上記加熱体の片面または両面に、上記被はんだ付けワークを配置する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項３】
上記加熱体は、上記被はんだ付けワークに上記はんだによって接合され一体化される板状部材のヒートシンクであることを特徴とする請求項２に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項４】
上記熱伝導媒体供給槽から上記はんだ付け槽内に引き込まれた、上記熱伝導媒体を輸送する配管部を有し、上記配管部は、蛇腹構造の伸縮性継手によって構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項５】
はんだ付け槽内の加熱体上に、はんだを塗布した被はんだ付けワークを配置する工程、上記はんだ付け槽内を減圧する工程、上記はんだ付け槽内に不活性ガスを導入する工程、上記はんだ付け槽の内部空間と隔てられた経路で、上記はんだの融点以上に調温された熱伝導媒体を、上記加熱体内に設けられた流路に供給し、上記加熱体および上記被はんだ付けワークを加熱し、上記はんだを溶融させる工程、上記はんだ付け槽内を減圧して上記はんだ内のボイドを減少させる工程、上記はんだ付け槽内を常圧以上の圧力として上記はんだを凝固させる工程を含むことを特徴とするリフローはんだ付け方法。
【請求項６】
上記はんだ付け槽内に設けられた不活性ガスを導入する配管部に、上記加熱体であるヒートシンクに接続された継手部を接続する工程、上記ヒートシンクに上記被はんだ付けワークをはんだ付けした後に、上記継手部と上記配管部とを切り離し、上記ヒートシンクをはんだ付け槽から取り出す工程を含むことを特徴とする請求項５に記載のリフローはんだ付け方法。
【請求項７】
上記熱伝導媒体として、沸点が上記はんだの融点以上である不活性液体を加熱して得られる蒸気を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のリフローはんだ付け方法。
【請求項８】
上記熱伝導媒体として、上記はんだの融点以上に加熱された不活性液体を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のリフローはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け槽内にてパワーモジュールをはんだ付けする際に用いるリフローはんだ付け装置、ならびにリフローはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸気方式リフローはんだ付け方法では、被はんだ付部に予め材料を塗布したものを、沸騰点がはんだ融点以上の不活性液体の蒸気雰囲気中で加熱溶融させて、酸素濃度３００ｐｐｍ以下ではんだ付けすることで、はんだ濡れ性が良好なはんだ付けを実現していた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来のようなリフローはんだ付け方法にあっては、蒸気雰囲気中の加熱が必要なため、雰囲気を減圧できず、はんだボイドを抑制する効果的な対策が得られない問題があった。さらに、還元ガス置換による濡れ性向上ができないため、クリームはんだ、フラックス等の塗布が必要となるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ボイド抑制と良好なはんだ濡れ性を実現するリフローはんだ付け装置およびリフローはんだ付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わるリフローはんだ付け装置は、はんだが塗布された被はんだ付けワークと、上記被はんだ付けワークを加熱する加熱体を収容するはんだ付け槽、上記はんだ付け槽内の圧力を減圧する真空ポンプ、上記はんだ付け槽内に不活性ガスを導入する置換気体槽、上記加熱体の内部に設けられた流路内に、調温された熱伝導媒体を供給する熱伝導媒体供給槽を備え、上記熱伝導媒体の上記加熱体への導入および排出は、上記はんだ付け槽の内部空間と隔てられた経路を経てなされ、上記加熱体の熱で溶融される上記はんだによって上記被はんだ付けワークのはんだ付けがなされ、上記熱伝導媒体は、沸点が上記はんだの融点以上である不活性液体を加熱して得られる蒸気または不活性液体とされたものである。【０００６】
この発明に係わるリフローはんだ付け方法は、はんだ付け槽内の加熱体上に、はんだを塗布した被はんだ付けワークを配置する工程、上記はんだ付け槽内を減圧する工程、上記はんだ付け槽内に不活性ガスを導入する工程、上記はんだ付け槽の内部空間と隔てられた経路で、上記はんだの融点以上に調温された熱伝導媒体を、上記加熱体内に設けられた流路に供給し、上記加熱体および上記被はんだ付けワークを加熱し、上記はんだを溶融させる工程、上記はんだ付け槽内を減圧して上記はんだ内のボイドを減少させる工程、上記はんだ付け槽内を常圧以上の圧力として上記はんだを凝固させる工程を含むものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のリフローはんだ付け装置によれば、はんだ付け槽内に導入する不活性ガスと、加熱板に導入する熱伝導媒体との流路を隔てているため、ボイド抑制のためのはんだ付け槽内の気圧調整と、はんだ濡れ性向上のための、加熱体の温度調整を、別々の系統によって実施することができる。【０００８】
この発明のリフローはんだ付け方法によれば、加熱体の温度を厳密に管理でき、かつ、被はんだ付けワークを収容するはんだ付け槽内を減圧してボイドを減少させた後、常圧以上の圧力下ではんだを凝固させるため、はんだ内のボイドをより小さくでき、ボイドの悪影響を小さく低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるリフローはんだ付け装置を示す構成図である。
【図２】本発明のパワーモジュールを説明する断面構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるリフローはんだ付け装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるリフローはんだ付け装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるリフローはんだ付け装置を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態５による蒸気配管の要部を示す断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について、図１および図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるリフローはんだ付け装置を示す構成図である。はんだ付け槽１内には平板状の加熱板（加熱体に相当する。）１１が配置され、熱伝導媒体供給槽である蒸気発生槽２から伸びる蒸気配管（配管部に相当する。）８が継手部（加熱板パイプ）１０を介して加熱板１１に取り付けられている。また、はんだ付け槽１には、真空ポンプ３からの配管と、置換気体槽４からの配管が繋げられ、固定されている。蒸気発生槽２の底部にはヒータ７が設置されており、ヒータ７の上に不活性液体５を入れた不活性液体ケース６が固定されている。はんだ付け槽１内には、支持台９上の加熱板１１上にベース板１４が配置され、ベース板１４の上にはんだ１３の層が形成され、このはんだ１３を介してベース板１４上にパワーモジュール１２が載置される。ここで、被はんだ付けワークは、ベース板１４とはんだ１３とパワーモジュール１２の積層体に相当している。なお、はんだ１３によってパワーモジュール１２と一体化されるベース板１４は、はんだ１３の熱硬化後にはんだ付け槽１の外部に取り出されるが、加熱板１１は、はんだ付け槽１に備え付けられた構成であるため、支持台９等に保持された状態のままで槽内に残される。
【００１１】
パワーモジュール１２の断面図を図２に例示する。図２のパワーモジュール１２は、例えば、モールド樹脂（エポキシ樹脂）２１による樹脂封止タイプであり、内部にはパワー半導体素子２３が配置され、このパワー半導体素子２３は金属板（ヒートスプレッダ）２５に内部はんだ２４によって固定され、また、内部はんだ２４によって外部との通信のための端子２２を固定している。また、パワーモジュール１２の底面には、はんだ１３に接合される金属面を持つ金属箔２７を備えている。ここで、パワーモジュール１２の形状および寸法例を示す。このパワーモジュール１２は金属板２５と底面の間に、金属板２５よりも垂直面への投影外形が大きい絶縁樹脂層２６および金属箔２７を備え、その金属箔２７がパワーモジュール１２の底面に露出している。
【００１２】
金属箔２７は銅の１００μｍ箔である。絶縁樹脂層２６は、ＢＮフィラーを含浸したエポキシ樹脂で厚み２００μｍの層である。金属板２５は、厚み１ｍｍから３ｍｍの銅板である。パワー半導体素子２３は、厚み２００μｍのシリコンである。金属板２５とパワー半導体素子２３の間の内部はんだ２４は、Ｓｎ及び添加元素により構成された厚み５０μｍから２００μｍの層である。添加元素は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｉなどである。
【００１３】
そして、このような樹脂封止されたパワーモジュール１２を加熱すると、内部はんだ２４の融点以上の温度に達した場合、内部はんだ２４が体積膨張し内部の界面を伝い、モールド樹脂２１を割って外側に流れ出すという不具合が生じるため、パワーモジュール１２のはんだ付けプロセスにおいて、パワーモジュール１２の温度を内部はんだ２４の融点以上に加熱してはならないという課題がある。
【００１４】
本発明の実施の形態１のリフローはんだ付け装置は、はんだ１３が塗布された被はんだ付けワークと、その被はんだ付けワークを加熱する加熱体（加熱板１１）を収容するはんだ付け槽１、はんだ付け槽１内の圧力を減圧する真空ポンプ３、はんだ付け槽１内に不活性ガスを導入する置換気体槽４、加熱板１１の内部に設けられた流路内に、調温された熱伝導媒体を供給する熱伝導媒体供給槽（蒸気発生槽２）を備え、熱伝導媒体の加熱板１１への導入および排出は、はんだ付け槽１の内部空間と隔てられた経路を経てなされ、加熱板１１の熱で溶融されるはんだ１３によって、被はんだ付けワークのはんだ付けがなされるように構成されているため、加熱板１１の内部に設けた流路に蒸気（熱伝導媒体）を導入することで、加熱板１１の内部の温度は、不活性液体の沸点を超えない温度に保持される。そのため、ベース板１４の温度は不活性液体の沸点と等しい温度にまで加熱される。すなわち、加熱板１１に、不活性液体の沸点温度に調温された熱伝導媒体を導入することができる。その結果、リフローはんだ付け装置は、はんだ１３の融点に対して加熱温度を厳密に規定できる。
【００１５】
ここで、パワーモジュール１２の内部はんだ２４の融点は、ベース板１４とパワーモジュール１２を接合するのに用いるはんだ層１３の融点よりも高いものを用いる必要がある。ところが、いわゆる鉛フリーはんだにおいて大きな融点の差があるはんだは存在しておらず、例えば２０度程度の差のものしか得られていないという事情がある。すなわち、内部はんだ２４とはんだ１３の融点の差の範囲で、厳密に加熱温度を規定できるはんだ付け方法が、このようなパワーモジュール１２の実装において求められており、本加熱方式において実現可能である。
【００１６】
ところで、パワーモジュール１２とベース板１４との間のはんだ１３には、接合固定の役割だけでなく、放熱機能も必要である。そのため、はんだ１３内にボイドが存在する場合の不具合、つまり、熱遮断によりパワー半導体素子２３の温度が許容を超えて上昇する危険があるため、最大ボイドの大きさを厳密に管理する必要がある。そこで、本発明によるリフローはんだ付け装置においては、真空ポンプ３および置換気体槽４を備えており、はんだ１３の溶融のための熱伝導媒体とは異なる系統にて、はんだ付け槽１内を減圧し、また、置換気体によって内部空間の雰囲気を、不活性雰囲気に置き換えることでボイドサイズの管理を可能としている。
【００１７】
ここで、本発明のリフローはんだ付け方法について説明する。
まず、ベース板１４上にペースト状のはんだ１３を塗布してはんだ層を形成し、このはんだ１３上にパワーモジュール１２を載置し、はんだ１３によって貼り合わせる部材の積層を行う。パワーモジュール１２内の内部はんだ２４は、例えば、組成がＳｎ−５Ｐｂであり、その融点は２３５℃とする。また、はんだ１３は、例えば、組成がＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎであり、その融点は２１４℃である。上記のような例に限ることなく、内部はんだ２４の融点よりも、はんだ層１３の融点が１０℃以上低い組み合わせであればよい（ステップ１）。
【００１８】
次に、はんだ付け槽１内の加熱板１１上に、ベース板１４を接触させるように、ステップ１で得たワークを載置する（ステップ２）。
次に、はんだ付け槽１内を、真空ポンプ３によって減圧し、置換気体槽４から不活性ガスを導入することで常温の不活性雰囲気とする。この不活性ガスは、低酸素濃度のガスであり、例えばＮ2、Ｈ2、またはそれらの混合ガスとする（ステップ３）。
【００１９】
次に、蒸気発生槽（熱伝導媒体供給槽）２内のヒータ６によって不活性液体ケース６内の不活性液体５を加熱して蒸気を発生させ、この蒸気によって、はんだ１３の融点以上の温度に加熱板１１を加熱する。このときの、不活性液体５は、例えばガルデンであり、その沸点は２２５℃である。従って、蒸気発生槽２から蒸気配管８を経由して加熱板１１内部に導入される蒸気の温度は２２５℃に調温されており、加熱板１１の温度も２２５℃に加熱できる。パワーモジュール１２の内部はんだ２４の融点が２３５℃であるため、内部はんだ２４を溶融させることはなく、はんだ１３の融点が２１４℃であるため、このはんだ１３のはんだは溶融し、ベース板１４とパワーモジュール１２とをはんだ付けすることができる。このように真空ポンプ３によってはんだ付け槽１内を減圧しつつ、加熱板１１を昇温させることで、溶融した状態のはんだ１３の中で、はんだ層内に捉えられている気体が膨張し、パワーモジュール１２の下から外部に移動し（減圧昇温されるほど膨張する気泡がはんだ層の縁に達し）、縁端部に到達すると、はんだ１３の外側へ排出され、ボイドが解消される（ステップ４）。
【００２０】
このステップ４において、不活性液体５の沸点は、はんだ１３の融点以上であり、かつ、内部はんだ２４の融点より低い必要がある。ただし、現在知られている不活性液体の沸点は、混合物であるため、±３℃程度の範囲でばらつきを持つ。例えば、純水は、沸点は１００℃だが、例えば、アルコールと混合すると明確な沸点が現れないという現象があり、同様に、混合物の沸点はある程度の範囲で温度のばらつきが見られる。
また、温度管理が不十分であり内部はんだ２４が溶融してしまった場合では、５％程度の体積膨張が生じ、内部の圧力が増大して、封止樹脂を破壊して相互に絶縁されていた導体が短絡されるなどの不具合が生じる。このような不具合発生を防止するため、混合物の沸点ばらつきを考慮した上での、内部はんだ２４とはんだ１３との融点に対する不活性液体の沸点との温度差を確保することが必要である。
【００２１】
上記のステップ４にて、加熱板１１を不活性液体５の沸点温度まで加熱することについて述べたが、その昇温過程は２段階であることが好ましい。第一段階で、はんだ１３の融点手前で、一旦温度を保持し、ベース板１４とパワーモジュール１２の接合面温度の均一化を図り、第二段階で、はんだ１３の融点を超える温度に昇温させることで、はんだ１３が溶融した時のベース板１４とパワーモジュール１２の温度乖離を低減できる。
また、加熱板１１とパワーモジュール１２を図示しない断熱材で覆うことで、パワーモジュール１２からはんだ付け槽１への放熱を抑えることができるため、厳密な管理が必要なパワーモジュール１２の内部はんだ２４の温度上昇を必要最小限に抑えることができる。
【００２２】
その後、はんだ付け槽１内部に置換気体槽４から低酸素濃度のガス（Ｎ2、Ｈ2またはそれらの混合ガス）を導入して常圧に戻し、その後、ヒーター７をＯＦＦすることで蒸気発生槽２を止め、ワークの温度をはんだ１３の融点以下に下げる（ステップ５）。
前工程のステップ４で、はんだ１３の縁（はんだ層の露出した表面部）に達するまで大きくならなかった気泡があっても、このステップ５にて常圧に戻されることで、ボイドの体積が圧縮され、放熱の妨げにならない程度のサイズまで小さくなる。従って、はんだ１３内に熱伝導に支障がでるようなボイドがない状態ではんだ１３を凝固させることができ、ワークのはんだ付けが完了する。
【００２３】
また、はんだ１３の凝固のための冷却を、より積極的に行うことで処理時間を短縮できるが、そのためには、例えば、加熱板１１の熱伝導媒体の流路に、はんだ１３の融点以下の気体または液体を導入することが一つの方法である。不活性液体５を導入するための蒸気配管（配管部８）以外の配管を設け、加熱板１１の流路に接続し、加熱板１１に冷却媒体を注入する方法や、また、不活性液体５を冷却装置によって冷却して加熱時と同じ流路で加熱板１１に注入するなどの方法により、加熱板１１を冷却し、はんだ１３の凝固を促進させることができる。
【００２４】
なお、ステップ５で、はんだ１３の凝固時のはんだ付け槽１内部の圧力を常圧とする例を示したが、ボイドによる悪影響を低減するためには、はんだ付け槽１内の圧力を常圧またはより高圧の雰囲気とすることが有効であり、常圧またはより高圧の雰囲気中で、はんだ凝固が始まるプロセスとする必要がある。
例えば、はんだ１３の温度が凝固点まで下がる前に常圧に戻っていない（低圧の）場合では、ボイドの圧縮の途中ではんだ１３が固まることになり、ボイドが若干大きいままで残ってしまう。そこで、好ましくは、はんだ付け槽１に低酸素ガスを供給する際、常圧以上に圧力をかけ、はんだ１３内のボイドを、常圧の場合よりもさらに小さくした状態とし、はんだ１３の温度を凝固点まで下げて固めると、常圧で凝固させた場合よりも、さらにボイドサイズを小さくすることが可能となる。
【００２５】
このように、はんだ加熱用の不活性液体と、はんだ付け時のボイドを減少させるガスとを混合させない状態ではんだ付けに利用することによって、結果として、はんだ１３の濡れ性を向上させつつ、低ボイドのはんだ付けが可能となる。仮に、不活性液体を気化させたガスを直接はんだ付け槽１内の雰囲気に導入した場合、減圧時に加熱が出来ないという問題が生じるが、本はんだ付け装置を用いたはんだ付け方法においては、ガスの系統が分離されているため、そのような問題が解決出来ている。
【００２６】
また、図１では、蒸気発生槽２には、蒸気配管８が２本繋げられた例を示しているが、蒸気発生槽２の上方部から加熱板１１に繋げられた配管側から、はんだ融点以上の温度に加熱された蒸気を加熱板１１側に供給し、加熱板１１から蒸気発生槽２の下方部に繋げられた配管側から、蒸気を蒸気発生槽２側へ戻すように循環させることで、温かい蒸気が上昇し、冷めれば降下するという性質を利用して熱伝導媒体を循環させることが可能となる。また、加熱板１１に設けられる熱伝導媒体の流路は、加熱板１１内での温度の均一化が可能なように蒸気導入方向を多方向とするなどして加熱板１１内に張り巡らせるように構成することができる。
【００２７】
なお、不活性液体５を加熱して蒸気を得、この蒸気を熱伝導媒体として加熱体へ供給する例を示したが、はんだ１３の融点で液体状態の物質を用い、その液体を熱伝導媒体として加熱体へ供給するようにしても同様の効果を得ることができる。この場合、熱伝導媒体供給槽として、蒸気発生槽２ではなく、液体調温槽を代わりに設け、さらに、その槽から供給する高温の液体を輸送するポンプを設けるようにして対応することが必要である。
【００２８】
また、上述の例では、加熱体として板状部材である加熱板１１を示していたが、板状以外の形状であっても、被はんだ付けワークを密着させられ、加熱板１１の熱伝導ができる構造の部材であれば、別の形状の加熱体を用いることが可能である。さらに、図１では、水平なワーク載置面を持つようにはんだ付け槽１内に加熱板１１を配置した例を示したが、ワーク載置面へのワークの被着が可能であれば、加熱板１１のワーク載置面が垂直となるように、加熱板１１を立てて配置したり、また別の方向に配置したりすることも可能であることは言うまでもない。
【００２９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、加熱板１１の一方の面に被はんだ付けワークを配置してはんだ付けを行う例を示したが、図３に、この実施の形態２のリフローはんだ付け装置の要部断面構成図を示すように、加熱板１１の両面に、それぞれ被はんだ付けワークを載置するように構成することも可能である。図３に示すように、加熱板１１の裏面側へ被はんだ付けワークを接触させる場合は、ワーク落下防止のために、ベース板１４支持用およびパワーモジュール１２支持用の支持台９を、はんだ付け槽１内に配置するなどして、ワーク支持を行った状態ではんだ付けを行う。
また、加熱板１１を垂直に立ててはんだ付け槽１内に配置することもできるが、その場合も、支持部材を用いてワークが加熱板１１に密着するように保持固定するか、あるいは、加熱板１側に吸引保持機構を設けて吸引保持した状態とするなどしてワーク落下を防止しつつ、はんだ付け処理を行う必要がある。
【００３０】
実施の形態３．
上述の実施の形態１では、加熱体は、加熱板１１であり、はんだ付け槽１の内部に加熱板１１が固定して設置され、この加熱板１１に被はんだ付けワークを接触配置させて加熱し、はんだ付けすることを示した。この実施の形態３では、図４に、実施の形態３によるリフローはんだ付け装置の要部断面構成図を示すように、加熱体は、被はんだ付けワークの一部となるヒートシンク１５であり、ヒートシンク１５自体にパワーモジュール１２をはんだ付けし、一体化された被はんだ付けワーク（ヒートシンク１５、はんだ１３、パワーモジュール１２を含む構成。）として、はんだ付け槽１から取り出すように構成したリフローはんだ付け装置およびリフローはんだ付け方法について説明する。
【００３１】
ヒートシンク１５は、平板形状であり、内部に熱伝導媒体となる流路となる閉空間を備え、不活性液体５を気化させた蒸気を導入する配管の入り口及び出口となる継手部（ヒートシンクパイプ）１０を備えている。そして、ヒートシンク１５の流路と蒸気発生槽２は、蒸気配管８によって繋げられている。なお、実施の形態１の場合と同様に、不活性液体５を気化させたガスの系統とはんだ付け槽１内の系統とは分離されている。
本実施の形態３によるリフローはんだ付け装置によりパワーモジュール１２をヒートシンク１５に低ボイドで接続可能となる。例えば、ヒートシンク１５としては、厚み１０ｍｍ程度で内部に冷媒の流路を有するものを用いる。
【００３２】
ヒートシンク１５にはんだ付けを行う本実施の形態３では、はんだ付け槽１内部に引き込まれた蒸気配管８に、ヒートシンク１５側の接続部である継手部（ヒートシンクパイプ）１０を接続し、ヒートシンク１５の熱伝導媒体流路と蒸気配管８とを接続するように、はんだ付け槽１内部への、ヒートシンク１５の取り付けを行った上で、ヒートシンク１５の上面部にクリーム状のはんだ１３を塗布する。そして、パワーモジュール１２をはんだ１３上に載置してはんだ付けを行い、はんだ１３の凝固後に、継手部１０からヒートシンク１５を切り離して、はんだ付け槽１からはんだ付け処理された被はんだ付けワーク（継手部１０を含む。なお、継手部１０は、ヒートシンク１５の一部を切削加工した一体形状のものである場合もある。）を取り出す手順で処理を行う。蒸気配管８に、継手部１０とのジョイント部を設け、着脱を容易としてもよい。
ヒートシンク１５の材料は、アルミニウム若しくは銅を用いることが適当である。このような厚み１０ｍｍの熱容量が大きな物体を厳密な温度に加熱することは極めて困難であったが、本はんだ付け装置によれば、不活性液体の沸点にヒートシンクが保持された状態で減圧はんだ付けが可能となった。
【００３３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について、図５を用いて説明する。実施の形態４でも、実施の形態３と同様に、被はんだ付けワークは、ヒートシンク１５とパワーモジュール１２をはんだ１３によって一体化した構造のものである。実施の形態３では、平板形状のヒートシンク１５の、水平方向に広がる上面のみに、はんだ１３を介してパワーモジュール１２を載置し、はんだ付けを行う例を示したが、この実施の形態４では、パワーモジュール１２の上面だけでなく裏面にもはんだ１３を塗布し、ヒートシンク１５の両側のはんだ１３に、それぞれパワーモジュール１２を被着させた状態で、支持台９によりパワーモジュール１２を保持しつつ、複数個のパワーモジュール１２を同時に、一括ではんだ付けすることが可能となっている。ヒートシンク１５の表面温度は、不活性液体を気化させる方式を用いたため、厳密な温度管理が可能であり、内部はんだ２４を溶融させることなく両面はんだ付けを行える。
なお、実施の形態３、４では、はんだ付け槽１内で、平板状のヒートシンク１５の平面が水平方向に設置されるように継手部１０に接合された例を示したが、ヒートシンク１５の面にはんだ１３を介してパワーモジュール１２を接合させて密着保持させる支持部材を付加的に設けることで、ヒートシンク１５を立てた状態ではんだ付け槽１内に保持させることも可能である。
【００３４】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。実施の形態３〜４では、蒸気配管８は、ヒートシンク１５に接続された継手部１０に取り付け、取り外しが可能なように構成する必要がある。また、はんだ付けプロセス中にはんだ付け槽内を減圧するため、減圧状況下で収縮するような材料では蒸気配管８と継手部１０の結合部分に応力が集中し、蒸気漏れが発生する恐れがある。
そこで、この実施の形態５では、図６に示すように、蒸気配管８の、少なくとも継手部１０との接合部または全部を、蛇腹構造の伸縮性継手８ａとすることで、蛇腹部分に応力を分散吸収させ、結合部への応力集中を回避する例を示す。このような蛇腹構造の伸縮性継手８ａを用いれば、減圧プロセスだけでなく、ヒートシンク１５のはんだ付け槽１内への取り付け取り外し作業時においても、継手部１０と伸縮性継手８ａを接続または切り離す際に作業裕度が増し、効率的に処理を行えるという効果が得られる。
なお、実施の形態１においても、継手部１０に接続する蒸気配管８の一部を、上述した伸縮性継手８ａに置き換えることで、はんだ付けプロセスの減圧工程でかかる応力を分散させることができるという効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明は、プリント配線基板のような板状の被はんだ付けワーク上に電子部品を半田付けする際に適用できるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１  はんだ付け槽
２  蒸気発生槽（熱伝導媒体供給槽）
３  真空ポンプ
４  置換気体槽
５  不活性液体
６  不活性液体ケース
７  ヒータ
８、８ｂ  蒸気配管（配管部）
８ａ  伸縮性継手
９  支持台
１０  継手部
１１  加熱板
１２  パワーモジュール
１３  はんだ
１４  ベース板
１５  ヒートシンク
２１  モールド樹脂
２２  端子
２３  パワー半導体素子
２４  内部はんだ
２５  金属板（ヒートスプレッタ）
２６  絶縁樹脂層
２７  金属箔。
【図１】
2012070264.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012070264.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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