(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下ヒータの上に冷却部品を載置し、上下動可能な上ヒータに基板を保持し、上記冷却部品の上に供給されたハンダを溶融して、 基板に取り付けられた電子部品に、冷却部品をハンダ固着により取り付ける冷却部品取付方法において、
上記電子部品と上記冷却部品を溶融したハンダを介して接触させるとともに、加圧雰囲気中で、上記電子部品と上記冷却部品を固着した後、大気戻しをするとともに、
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を、その後の固着速度ｖ３よりも早くすることを特徴とする冷却部品取付方法。
【発明の詳細な説明】
【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冷却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及び、冷却部品の取り付けられたモジュール封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子計算機に使用されるモジュールでは、例えば、特開平４−３１４３５８号公報や特開平４−１４７６５６号公報に記載されているように、ＬＳＩを多数実装したセラミック基板に、放熱フィンの形成された水冷ジャケットを取り付けて形成するとともに、モジュール内に伝熱効果のある液体冷却媒体を封入し、ＬＳＩ等からの発熱を、冷媒及び放熱フィンを介して、外部に放熱している。
【０００３】
しかしながら、高密度電子計算機の小型化および処理速度向上に伴い、モジュール内に実装されるＬＳＩは高密度化，高集積化が進み、ＬＳＩの発熱量が増大してきている。その結果、従来のような冷媒及び放熱フィンを介した冷却構造では、充分な冷却が出来ないものである。
【０００４】
そこで、例えば、特開平８−１７２１４８号公報に記載されているように、ＬＳＩとジャケットをはんだ材等で固着する冷却構造が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１７２１４８号公報に記載されているはんだ材による固着構造では、固着部にボイドが発生すると、熱伝導率が低下するため、冷却性能が低下するという問題があることが判明した。
本発明の第１の目的は、ＬＳＩと水冷部品をはんだ材等で固着する冷却構造においても、冷却性能が向上した冷却部品取付方法を提供することにある。
【０００６】
また、第１の目的を達成するための方法として、はんだ材による加圧固着方式を取った際、モジュール内部が加圧状態で封止されることとなるため、モジュールの動作時にモジュール内部が高温になると、内部圧がさらに高まるため、ＬＳＩ等の破壊の問題が発生することが判明した。
本発明の第２の目的は、モジュールの内部圧を低圧に保つことのできるモジュール封止方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明は、下ヒータの上に冷却部品を載置し、上下動可能な上ヒータに基板を保持し、上記冷却部品の上に供給されたハンダを溶融して、 基板に取り付けられた電子部品に、冷却部品をハンダ固着により取り付ける冷却部品取付方法において、上記電子部品と上記冷却部品を溶融したハンダを介して接触させるとともに、加圧雰囲気中で、上記電子部品と上記冷却部品を固着した後、大気戻しをするとともに、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を、その後の固着速度ｖ３よりも早くするようにしたものである。
かかる方法により、電子部品と冷却部品とは加圧雰囲気中でハンダ固着されるため、ハンダ中のボイドの体積を小さくして、電子部品の発熱を冷却部品から放熱することによる冷却効率を向上し得るものとなる。また、固着時の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、溶融ハンダ中へのボイドの発生を低減し得るものとなる。
【０００９】
【発明実施の形態】
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方法及びモジュール封止方法について説明する。
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
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。
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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構造のモジュールを完成することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態においては、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、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。
【００４４】
次に、図７〜図９を用いて、本実施形態によるモジュールの封止方法について説明する。
最初に、図７を用いて、図１〜図６において説明した工程により形成されたモジュールの詳細な構造について説明する。なお、図１〜図６と同一符号は同一部分を示している。
【００４５】
図２に示した構成では、図示を省略しているが、モジュール１３０を構成する複数のＬＳＩ１０６は、多層配線基板１０４に、ハンダボール１１６により接続固定されている。また、多層配線基板１０４には、フレーム１０５が、例えば、錫−銀系の融点の高いハンダによって固着されている。
【００４６】
図１〜図６に示した冷却部品取付方法により、ＬＳＩ１０６と冷却ジャケット１００は、ハンダ１１１により固着されている。なお、ハンダ１１１は、図２に示したハンダ１１０とハンダ１１２が融着したものである。また、冷却ジャケット１００とフレーム１０５は、ハンダ１１４により固着されている。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、フレーム１０５の側面には、フレーム１０５の側面には気密封止穴１１８が形成されている。従って、図１〜図６に示した工程の、特に、図４の時刻ｔ１２〜ｔ１６に示す工程によって加圧雰囲気で、ハンダ接合したときに、モジュール１３０の内部空間１２８も加圧雰囲気となっているが、その後、大気戻しを行うことによって、モジュール１３０の内部空間１２８も大気状態となっている。
【００４８】
また、気密封止穴１１８には、図８を用いて後述するモジュール封止装置により、ポートネジ１２０が取り付けられる。ポートネジ１２０には、Ｏリングのようなシール材１２２が取り付けられており、シール材１２２が、気密封止穴１１８の側面と密着することにより、モジュール１３０の内部を気密封止できる構造となっている。
【００４９】
次に、図８を用いて、本実施形態によるモジュール封止装置の構成について説明する。
図８は、本発明の一実施形態によるモジュール封止装置の構成を示す側面図である。
【００５０】
モジュール封止装置２００のチャンバー２０２内部には、ＸＹテーブル２０４が設置されている。ＸＹテーブル２０４上には、セット治具２０６が設置されている。モジュール１３０は、セット治具２０６の上に載置されて、位置決めされる。
また、位置決めされたモジュール１３０には、ポートネジセット治具２１０がセットされる。
【００５１】
ここで、図９を用いて、ポートネジセット治具２１０の構成について説明する。なお、図８と同一符号は、同一部分を示している。
図９は、本発明の一実施形態によるモジュール封止装置に用いるポートネジセット治具の構成を示す側面図である。
【００５２】
モジュール１３０を構成するフレーム１０５は、締結ネジ穴１０５Ａを有している。締結ネジ穴１０５Ａは、フレーム１０５と図示しない冷却ジャケットカバーを締結するため用いられるものである。
ポートネジセット治具２１０は、セットネジ２１２を締結ネジ穴１０５Ａにねじ込むことにより、フレーム１０５に設置される。次に、ポートネジセット治具２１０には、シール材１２２付きポートネジ１２０が設置される。
【００５３】
次に、図７に戻り、モジュール封止装置２００のチャンバー２０２には、ポートネジ締結ユニット２３０が配置されている。ポートネジ締結ユニット２３０は、スライド部２３２上を矢印Ｘ方向に往復動可能である。ポートネジ締結ユニット２３０は、モータ２３４と、モータ２３４の出力トルクを調整するトルクコントロール部２３６と、トルクコントロール部２３６に取り付けられたドライバービット２３８とから構成されている。モータ２３４の出力トルクは、トルクコントロール部２３６によって調整されるとともに、モータ２３４の回転がドライバービット２３８に伝達される。ドライバービット２３８は、ポートネジセット治具２１０にセットされたポートネジ１２０を回転させる。
【００５４】
また、モジュール封止装置２００のチャンバー２０２には、バルブ２２０を介して真空ポンプ２２２が接続されており、チャンバー２０２の内部を減圧することができる。また、チャンバー２０２には、バルブ２２４を介して、大気が導入可能である。さらに、チャンバー２０２には、バルブ２２６を介して、ヘリウム（Ｈｅ）ガス２２８が導入可能である。
【００５５】
次に、本実施形態によるモジュール封止装置２００を用いたモジュール封止方法について説明する。
モジュール封止装置２００を作動させると、最初に、バルブ２２０を開き、真空ポンプ２２２を用いてチャンバー２０２内の圧力を第１の圧力Ｐ５まで低下させる。ここで、第１の圧力Ｐ５は、例えば、０．２Ｔｏｒｒ以下としている。真空ポンプ２２２を用いて、モジュール１３０内を脱気する。
【００５６】
次に、バルブ２２６を開き、チャンバー２０２に配管された不活性ガスボンベ２２８から、不活性ガスを導入する。また、このとき、チャンバー２０２内の圧力が第２の圧力Ｐ６となるように、圧力センサ等を用いて圧力調整する。ここで、不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムや窒素を用いることができる。また、第２の圧力Ｐ６は、例えば、大気圧（７６０Ｔｏｏｒ）としている。
【００５７】
次に、ＸＹテーブル２０４を移動させ、モジュール１３０のポートネジ穴部１１８をポートネジ締結ユニット２３０の横に位置決めする。そして、ポートネジ締結ユニット２３０をスライド部２３２を用いて横行させ、モーター２３４を回転させることにより、ドライバービット２３８でポートネジセット治具２３０に載置してあるポートネジ１２０を気密封止穴１１８に締結する。この時、トルクコントロール部２３６にて、任意のトルクで締結することができる。
なお、気密封止穴１１８は、１カ所としているが、複数箇所ある場合には、ポートネジ１２０の締結動作を繰り返すことになる。
次に、バルブ２２４を開いて、チャンバー２０２内に大気を導入し、大気圧戻しが行われた後、モジュールをチャンバーから取り出す。
【００５８】
以上説明したように、図１〜図６において説明したように、加圧雰囲気で、ＬＳＩ１０６と水冷ジャケット１００をハンダ１１１によって接着した場合でも、モジュール１３０には、気密封止穴１１８が設けてあるため、モジュール１３０の内部が加圧状態に保たれることがないものである。
【００５９】
また、モジュール１３０の気密封止は、不活性ガス雰囲気中で行われるため、モジュール１３０の内部に湿り気を帯びた大気が封止されることがないものである。一般にモジュールの動作時には、モジュールの内部温度は数十度まで上昇し、また、モジュールを停止すると常温まで下降する。このとき、モジュール内部に大気が封入されていると、モジュール内部に結露が生じ、配線等が酸化したり、マイグレーションしたりすることがあるが、内部に不活性ガスを封入することにより、かかる事態の発生を防止することができる。
【００６０】
また、モジュール内部には、大気圧（１気圧）の不活性ガスを封入するようにしているため、例え、モジュールが動作することにより、モジュール内部の温度が上昇した場合でも、モジュール内部の圧力が異常に高くなり、ＬＳＩ等が破壊することを防止できる。例えば、モジュール内部に大気圧の不活性ガスを封入し、ＬＳＩチップが８０℃まで上昇した場合、モジュールの内圧は、約１．１気圧までしか上昇しないため、ＬＳＩ等の破壊を防止することができる。モジュール封入時のモジュールの内圧Ｐ２は、任意の圧力とすることができるが、あまり高い圧力では、モジュール動作時の発熱により、内圧が上昇し過ぎるため、大気圧程度が適当である。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、モジュールを、密閉したチャンバー内に収納し、このチャンバー内の圧力を低下させ、モジュール内も同様に減圧脱気した後、チャンバーの内部に不活性ガスを供給し、任意の第２の圧力とした状態で、封止穴に封止用ネジを供給・締結し、さらに上記チャンバー内部の圧力を大気圧になるまで戻すことにより、上記モジュール内を任意の封止圧で気密封止することができ、また、不活性ガスを用いることで、結露を防止し得るものとなる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＳＩと水冷部品をはんだ材等で固着する冷却構造においても、冷却性能を向上することができる。
また、モジュールの内部圧を低圧に保つことのできる。
【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方法により形成されたモジュールの詳細な構造を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるモジュール封止装置の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるモジュール封止装置に用いるポートネジセット治具の構成を示す側面図である。
【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
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
１００…水冷ジャケット
１０４…多層配線基板
１０５…フレーム
１１０，１１１，１１２，１１４…ハンダ
１１８…気密封止穴
１２０…ポートネジ
２００…モジュール封止装置
２２２…真空ポンプ
２２８…不活性ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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