(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続端子及び第２の接続端子を有する半導体素子と、
前記第１の接続端子に接続する第１の接続部材と、
前記第１の接続部材に接続する第２の接続部材と、
前記半導体素子を実装する回路基板と、
前記半導体素子、前記第１の接続部材、前記第２の接続部材及び前記回路基板を収容する樹脂ケースと、
を備えると共に、前記半導体素子のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置の製造方法において、
前記第１の接続端子及び前記第１の接続部材の間、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材の間、並びに前記第２の接続端子及び前記回路基板の間に、各々、半田を配した態様で、前記半導体素子、前記第１の接続部材、前記第２の接続部材及び前記回路基板が前記樹脂ケースに収容された予備構成体を、昇圧して大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気中に置いて前記圧力を維持する第１の工程と、
前記第１の工程の実行と共に、前記半田の温度がその溶融温度以上になるように前記予備構成体を加熱して昇温することにより前記半田を溶融状態としながら前記蟻酸ガス雰囲気の温度がその蟻酸の還元開始温度以上及び前記樹脂ケースの温度がその樹脂の耐熱下限温度未満となるように前記蟻酸ガス雰囲気及び前記予備構成体を昇温し、前記半田の前記温度、前記蟻酸ガス雰囲気の前記温度及び前記樹脂ケースの前記温度を維持する第２の工程と、
前記第１の工程及び前記第２の工程に引き続き、前記蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し前記予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とする第３の工程と、
前記第３の工程に引き続き前記溶融状態の前記半田を降温して凝固することにより、前記第１の接続端子及び前記第１の接続部材、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材、並びに前記第２の接続端子及び前記回路基板を凝固された前記半田で各々接合する第４の工程と、
を備え、
前記第１の工程の前に、前記予備構成体の前記回路基板側をパレットに載置すると共に前記予備構成体の前記半導体素子、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材上に治具を載置することにより治具組み付け体を構成し、
前記第２の工程で、前記治具組み付け体の前記治具側から前記治具組み付け体を加熱する上ヒータと、前記治具組み付け体の前記パレット側から前記治具組み付け体を加熱する下ヒータと、を用いて、前記下ヒータよりも前記上ヒータを先行して前記上ヒータの加熱を開始し、その後に所定の遅延時間をもって前記下ヒータの加熱を開始することにより、前記治具組み付け体の前記治具側の加熱量の印加度合いを前記治具組み付け体の前記パレット側の加熱量の印加度合いよりも早期に増大させることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程で、前記半田を前記半田の溶融温度未満まで予備昇温して維持した後、更に前記半田を前記溶融温度以上に昇温することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程で、前記蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し前記予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とした後、前記真空雰囲気を大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記第３の工程で、前記真空雰囲気を維持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程の前に、前記予備構成体をパレットに載置すると共に前記予備構成体上に治具を載置した治具組み付け体とし、前記治具組み付け体の雰囲気を真空状態とした後に不活性ガスで満たした不活性ガス雰囲気とし、更に前記不活性ガス雰囲気を真空状態とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記第４の工程で、前記第３の工程に引き続き前記真空雰囲気を不活性ガス雰囲気とした後、前記溶融状態の前記半田を降温して凝固することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記第４の工程で、前記不活性ガス雰囲気を大気圧以上に維持することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記電力変換装置は、更に、前記半導体素子を冷却する冷却器を備え、
前記予備構成体では、前記第１の接続端子及び前記第１の接続端子に接続するリードフレームの各々の接続対象面の間、前記リードフレーム及び前記リードフレームに接続するバスバーの各々の接続対象面の間、前記第２の接続端子及び前記第２の接続端子に接続する前記回路基板の各々の接続対象面の間、並びに前記回路基板及び前記冷却器の各々の接続対象面の間に、前記半田を対応して配されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の製造方法及びその製造装置に関し、特に、ハイブリッド自動車である車両に対して好適に適用され得る電力変換装置の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、四輪自動車等の車両においては、駆動システムに内燃機関であるエンジンと電動モータとを協働して用いるハイブリッド自動車が普及してきている。かかるハイブリッド自動車においては、エンジンと電動モータとを協働した状態で稼働させる電子制御装置の一つとして、電力変換装置を内蔵した電力制御装置が用いられている。
【０００３】
かかる電力変換装置は、半田によって所定の配置位置に接合された半導体素子等の構成部品と、これら構成部品を収容する樹脂ケースと、を備えている。そして、例えば、各構成部品は、所定の配置位置で半田付け処理が施されることにより、半田によって所定の配置位置に接合されるものである。
【０００４】
かかる状況下で、特許文献１及び特許文献２には、還元性ガスである水素ガスを供給することによってリフロー半田材が酸化することを抑制しながら、回路基板に構成部品を半田付けする水素リフロー半田付け処理が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、還元性ガスである蟻酸ガスを供給することによってリフロー半田材が酸化することを抑制しながら、回路基板同士を半田付けする蟻酸リフロー半田付け処理が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５３１５７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０００５１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−００３７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１から特許文献３は、いずれも、種々の構成部品から成る電力変換装置の製造用に適合し得るリフロー半田付け処理を開示や示唆するものではない。
【０００８】
つまり、特許文献１及び特許文献２が開示する水素リフロー半田付け処理では、水素の還元開始温度が相対的に高温であり、水素リフロー半田付け処理によって電力変換装置を製造する場合には、加熱に伴う電力変換装置の樹脂ケース等の温度上昇を抑制するためのカバー治具が必要となるために、多くの処理コスト及び処理労力が必要になると考えられる。
【０００９】
また、特許文献３が開示する蟻酸リフロー半田付け処理では、蟻酸の還元開始温度は相対的に低温ではあるが、回路基板同士を半田付けする処理条件を開示するのみであって、電力変換装置の種々の構成部品を時間効率的で自由度高く半田付けする処理条件を考慮したものではないものと考えられる。
【００１０】
よって、現状では、種々の構成部品から成る電力変換装置の製造する際に、半田付けの処理コスト及び処理労力を低減することができ、かつ時間効率及び処理自由度が高い半田付け処理を実現することができる新規な構成のリフロー半田付け処理を実現した電力変換装置の製造方法及びその製造装置が待望された状況にある。
【００１１】
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、種々の構成部品から成る電力変換装置の製造する際に、半田付けの処理コスト及び処理労力を低減することができ、かつ時間効率及び処理自由度が高いリフロー半田付け処理を実現した電力変換装置の製造方法及びその製造装置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】
【００１２】
以上の目的を達成するべく、本発明の第１の局面では、第１の接続端子及び第２の接続端子を有する半導体素子と、前記第１の接続端子に接続する第１の接続部材と、前記第１の接続部材に接続する第２の接続部材と、前記半導体素子を実装する回路基板と、前記半導体素子、前記第１の接続部材、前記第２の接続部材及び前記回路基板を収容する樹脂ケースと、を備えると共に、前記半導体素子のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置の製造方法において、前記第１の接続端子及び前記第１の接続部材の間、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材の間、並びに前記第２の接続端子及び前記回路基板の間に、各々、半田を配した態様で、前記半導体素子、前記第１の接続部材、前記第２の接続部材及び前記回路基板が前記樹脂ケースに収容された予備構成体を、昇圧して大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気中に置いて前記圧力を維持する第１の工程と、前記第１の工程の実行と共に、前記半田の温度がその溶融温度以上になるように前記予備構成体を加熱して昇温することにより前記半田を溶融状態としながら前記蟻酸ガス雰囲気の温度がその蟻酸の還元開始温度以上及び前記樹脂ケースの温度がその樹脂の耐熱下限温度未満となるように前記蟻酸ガス雰囲気及び前記予備構成体を昇温し、前記半田の前記温度、前記蟻酸ガス雰囲気の前記温度及び前記樹脂ケースの前記温度を維持する第２の工程と、前記第１の工程及び前記第２の工程に引き続き、前記蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し前記予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とする第３の工程と、前記第３の工程に引き続き前記溶融状態の前記半田を降温して凝固することにより、前記第１の接続端子及び前記第１の接続部材、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材、並びに前記第２の接続端子及び前記回路基板を凝固された前記半田で各々接合する第４の工程と、を備え、前記第１の工程の前に、前記予備構成体の前記回路基板側をパレットに載置すると共に前記予備構成体の前記半導体素子、前記第１の接続部材及び前記第２の接続部材上に治具を載置することにより治具組み付け体を構成し、前記第２の工程で、前記治具組み付け体の前記治具側から前記治具組み付け体を加熱する上ヒータと、前記治具組み付け体の前記パレット側から前記治具組み付け体を加熱する下ヒータと、を用いて、前記下ヒータよりも前記上ヒータを先行して前記上ヒータの加熱を開始し、その後に所定の遅延時間をもって前記下ヒータの加熱を開始することにより、前記治具組み付け体の前記治具側の加熱量の印加度合いを前記治具組み付け体の前記パレット側の加熱量の印加度合いよりも早期に増大させる電力変換装置の製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、第１の局面に加えて、前記第２の工程で、前記半田を前記半田の溶融温度未満まで予備昇温して維持した後、更に前記半田を前記溶融温度以上に昇温することを第２の局面とする。
【００１５】
また、本発明は、第１又は２の局面に加えて、前記第１の工程で、前記蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し前記予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とした後、前記真空雰囲気を大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気とすることを第３の局面とする。
【００１６】
また、本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記第３の工程で、前記真空雰囲気を維持することを第４の局面とする。
【００１７】
また、本発明は、第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記第１の工程の前に、前記予備構成体をパレットに載置すると共に前記予備構成体上に治具を載置した治具組み付け体とし、前記治具組み付け体の雰囲気を真空状態とした後に不活性ガスで満たした不活性ガス雰囲気とし、更に前記不活性ガス雰囲気を真空状態とすることを第５の局面とする。
【００１８】
また、本発明は、第１から第５のいずれかの局面に加えて、前記第４の工程で、前記第３の工程に引き続き前記真空雰囲気を不活性ガス雰囲気とした後、前記溶融状態の前記半田を降温して凝固することを第６の局面とする。
【００１９】
また、本発明は、第６の局面に加えて、前記第４の工程で、前記不活性ガス雰囲気を大気圧以上に維持することを第７の局面とする。
【００２０】
また、本発明は、第１から第７のいずれかの局面に加えて、前記電力変換装置は、更に、前記半導体素子を冷却する冷却器を備え、前記予備構成体では、前記第１の接続端子及び前記第１の接続端子に接続するリードフレームの各々の接続対象面の間、前記リードフレーム及び前記リードフレームに接続するバスバーの各々の接続対象面の間、前記第２の接続端子及び前記第２の接続端子に接続する前記回路基板の各々の接続対象面の間、並びに前記回路基板及び前記冷却器の各々の接続対象面の間に、前記半田を対応して配されることを第８の局面とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上の本発明の第１の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第１の接続端子及び第２の接続端子を有する半導体素子と、第１の接続端子に接続する第１の接続部材と、第１の接続部材に接続する第２の接続部材と、半導体素子を実装する回路基板と、半導体素子、第１の接続部材、第２の接続部材及び回路基板を収容する樹脂ケースと、を備えると共に、半導体素子のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置の製造方法であって、第１の接続端子及び第１の接続部材の間、第１の接続部材及び第２の接続部材の間、並びに第２の接続端子及び回路基板の間に、各々、半田を配した態様で、半導体素子、第１の接続部材、第２の接続部材及び回路基板が樹脂ケースに収容された予備構成体を、昇圧して大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気中に置いて圧力を維持する第１の工程と、第１の工程の実行と共に、半田の温度がその溶融温度以上になるように予備構成体を加熱して昇温することにより半田を溶融状態としながら蟻酸ガス雰囲気の温度がその蟻酸の還元開始温度以上及び樹脂ケースの温度がその樹脂の耐熱下限温度未満となるように蟻酸ガス雰囲気及び予備構成体を昇温し、半田の温度、蟻酸ガス雰囲気の温度及び樹脂ケースの温度を維持する第２の工程と、第１の工程及び第２の工程に引き続き、蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とする第３の工程と、第３の工程に引き続き溶融状態の半田を降温して凝固することにより、第１の接続端子及び第１の接続部材、第１の接続部材及び第２の接続部材、並びに第２の接続端子及び回路基板を凝固された半田で各々接合する第４の工程と、を備え、第１の工程の前に、予備構成体の回路基板側をパレットに載置すると共に予備構成体の半導体素子、第１の接続部材及び第２の接続部材上に治具を載置することにより治具組み付け体を構成し、第２の工程で、治具組み付け体の治具側から治具組み付け体を加熱する上ヒータと、治具組み付け体のパレット側から治具組み付け体を加熱する下ヒータと、を用いて、下ヒータよりも上ヒータを先行して上ヒータの加熱を開始し、その後に所定の遅延時間をもって下ヒータの加熱を開始することにより、治具組み付け体の治具側の加熱量の印加度合いを治具組み付け体のパレット側の加熱量の印加度合いよりも早期に増大させるものであるため、種々の構成部品から成る電力変換装置を製造する際に、リフロー半田付けの処理コスト及び処理労力を低減することができ、かつ時間効率及び処理自由度が高いリフロー半田付け処理を実現することができる。特に、第１の工程及び第２の工程により、各部に配置されて溶融状態とした半田に蟻酸ガスを確実に接触させることができ、かかる半田に蟻酸の還元作用を確実に及ぼしてそれらの酸化を確実に抑制することができる。また、この際に、各部に配置された半田が溶融する温度条件、蟻酸がかかる半田に還元作用を開始する温度条件、及び樹脂ケースの樹脂材が溶融しない温度条件を全て充足することができる。更に、第２の工程で、治具組み付け体の治具側の加熱量の印加度合いを治具組み付け体のパレット側の加熱量の印加度合いよりも早期に増大させるものであるため、リフロー半田付け処理において、治具組み付け体中の治具を２次熱源として機能させながら、その予備構成体における治具側の半田接合箇所により迅速に熱量を与えて、各部に配置された半田を適切に溶融することができる。併せて、第３の工程により、各部に配置されて溶融状態とした半田を、不要なボイドの発生を抑制した態様で凝固することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第２の工程で、半田を半田の溶融温度未満まで予備昇温して維持した後、更に半田を溶融温度以上に昇温するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置された半田の温度を適切に昇温させて、それらの均質な溶融状態を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の第３の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第１の工程で、蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し予備構成体の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とした後、真空雰囲気を大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気とするものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置された半田に対して、蟻酸の純度の高い蟻酸ガスを接触させて適切な還元機能を発揮させることができる。
【００２５】
また、本発明の第４の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第３の工程で、真空雰囲気を維持するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置されて溶融状態とした半田を、不要なボイドの発生をより抑制した態様で凝固することができる。
【００２６】
また、本発明の第５の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第１の工程の前に、予備構成体をパレットに載置すると共に予備構成体上に治具を載置した治具組み付け体とし、治具組み付け体の雰囲気を真空状態とした後に不活性ガスで満たした不活性ガス雰囲気とし、更に不活性ガス雰囲気を真空状態とするものであるため、各部に配置された半田の雰囲気からリフロー半田付け処理で不要な成分を排除することができる。
【００２７】
また、本発明の第６の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第４の工程で、第３の工程に引き続き真空雰囲気を不活性ガス雰囲気とした後、溶融状態の半田を降温して凝固するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置されて溶融状態とした半田を、不要なボイドの発生をより抑制した態様で凝固することができる。
【００２８】
また、本発明の第７の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、第４の工程で、不活性ガス雰囲気を大気圧以上に維持するものであるため、リフロー半田付け処理で凝固中の半田の雰囲気からそれらに不要な混入し得る不純物を低減することができる。
【００２９】
また、本発明の第８の局面にかかる電力変換装置の製造方法によれば、電力変換装置は、更に、半導体素子を冷却する冷却器を備え、予備構成体では、第１の接続端子及び第１の接続端子に接続するリードフレームの各々の接続対象面の間、リードフレーム及びリードフレームに接続するバスバーの各々の接続対象面の間、第２の接続端子及び第２の接続端子に接続する回路基板の各々の接続対象面の間、並びに回路基板及び冷却器の各々の接続対象面の間に、半田を対応して配されるものであるため、電力変換装置における各部のリフロー半田付け処理を一度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法によって製造される電力変換装置の構成を示す模式的要部断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本実施形態における電力変換装置の製造装置の構成を示す模式図であり、また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電力変換装置の製造装置のチャンバの内部構成を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法によって製造される電力変換装置の予備構成体に治具及びパレットをセットした治具組み付け体の模式的要部断面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法による製造時の温度特性、真空度特性、及びチャンバ内雰囲気の種類を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法による製造時の上下ヒータの加熱特性を示す図であり、図４（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法による電力変換装置の製造時の温度特性、真空度特性、及びチャンバ内雰囲気の種類の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法につき、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸及びｚ軸は、２軸直交座標系を成し、ｘ軸の方向は、水平方向に相当し、ｚ軸の方向は、上下方向に相当するものとする。
【００３２】
〔電力変換装置の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法によって製造される電力変換装置の構成につき、詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法によって製造される電力変換装置の構成を示す模式的要部断面図である。
【００３４】
図１に示すように、電力変換装置１は、典型的には、図示を省略する車両に搭載された水冷式電力変換装置であり、電力変換装置１の内部の構成要素を冷却する冷却器２と、冷却器２の上に固設された樹脂ケース３と、樹脂ケース３の内部に収容されると共に冷却器２上に半田接合部４によって接合された回路基板５と、樹脂ケース３の内部に収容されると共に回路基板５上に半田接合部６によって接合されて回路基板５に電気的に接続された複数の半導体素子７と、樹脂ケース３の内部に収容されると共に複数の半導体素子７に半田接合部８によって対応して接合されて電気的に接続される複数のリードフレーム９１と、樹脂ケース３の内部に収容されると共に複数のリードフレーム９１に半田接合部１０によって対応して接合されて電気的に接続される複数のバスバー９と、を備えている。半田接合部４、６、８、１０は、各々、それらのリフロー半田材が溶融された後に凝固されて形成されたものである。なお、複数のバスバー９の端部は、樹脂ケース３を貫通してその外部に至り、端子部を構成していてもよい。
【００３５】
かかる電力変換装置１は、典型的には、車両に搭載され図示を省略するバッテリからの直流電力を３相電流の電力に変換して駆動電動モータに供給するＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換機能、及び回生機構からの３相電流の電力を直流電力に変換してバッテリに供給するＡＣ／ＤＣ変換機能の双方を有する。なお、電力変換装置１は、必要に応じＤＣ／ＡＣ変換機能及びＡＣ／ＤＣ変換機能の一方を有していてもよい。
【００３６】
冷却器２は、典型的には、アルミ材等の金属製の鋳物成形品である。冷却器２は、クーラント流路２１内を流れるクーラントにより、半田接合部４、回路基板５、及び半田接合部６を介して複数の半導体素子７を冷却する。
【００３７】
樹脂ケース３は、典型的には、平面視で矩形状の枠体であって、非導電性の樹脂（合成樹脂）製の成形品であり、回路基板５、半導体素子７、リードフレーム９１、及びバスバー９を収容する。樹脂ケース３の樹脂材の耐熱下限温度は、半田接合部４、６、８、１０のリフロー半田材の溶融温度よりも高く設定されている。
【００３８】
回路基板５は、典型的には、水平面に平行に配設されると共に、平板状のＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄ）基板であり、アルミナセラミックス基板である絶縁基板５１上に銅回路板５２を接合した回路基板である。絶縁基板５１の下面は、半田接合部４を介してクーラント流路２１が形成された冷却器２の上面に接合される。銅回路板５２の上面の所定部位には半田接合部６が接合される。回路基板５の耐熱下限温度は、半田接合部４、６、８、１０のリフロー半田材の溶融温度よりも高く設定されている。
【００３９】
複数の半導体素子７は、典型的には、パワー半導体素子であり、コレクタ端子７１とエミッタ端子７２とを有するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。複数の半導体素子７は、半田接合部６を介して回路基板５の銅回路板５２上に接合されると共に、半田接合部８を介してリードフレーム９１に接合される。つまり、複数の半導体素子７において、各々、コレクタ端子７１は、半田接合部６を介して回路基板５の銅回路板５２に対応して接合されて電気的に接続され、エミッタ端子７２は、半田接合部８を介してリードフレーム９１に対応して接合されて電気的に接続される。複数の半導体素子７の耐熱下限温度は、半田接合部４、６、８、１０のリフロー半田材の溶融温度よりも高く設定されている。なお、複数の半導体素子７の各々におけるコレクタ端子７１とエミッタ端子７２との相対位置は、仕様等に応じてそれらの天地を反対にしてもよい。
【００４０】
リードフレーム９１は、典型的には、鋼材等の金属製の板部材であり、半田接合部８を介して対応する半導体素子７のエミッタ端子７２に接合されて電気的に接続されると共に、半田接合部１０を介して対応するバスバー９に接合されて電気的に接続される。
【００４１】
バスバー９は、典型的には、鋼材等の金属製の板部材であり、樹脂ケース３内で複数の半導体素子７間の空間を延在しながらｘ軸の正負両側でその両端部が樹脂ケース３外に延出している。バスバー９は、半田接合部１０を介して対応するリードフレーム９１に接合されて電気的に接続される。
【００４２】
〔電力変換装置の製造装置の構成〕
次に、図２を参照して、本実施形態における電力変換装置１の製造装置の構成につき、詳細に説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、本実施形態における電力変換装置１の製造装置の構成を示す模式図であり、また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電力変換装置１の製造装置のチャンバの内部構成を示す模式図である。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、本実施形態における電力変換装置１の製造装置１００は、コンベア１０１と、チャンバ１０２と、真空ポンプ１０４と、窒素ガス配管１０５と、蟻酸発生装置１０６と、を備えている。製造装置１００の各種構成要素の動作は、図示を省略するコントローラによって自動制御してもよいし、作業者の手動によってもよい。
【００４５】
コンベア１０１は、チャンバ１０２内を貫通して移動自在であり、リフロー半田付け処理を行うべき電力変換装置１に関する治具組み付け体１１０（予備構成体に治具及びパレットをセットしたもので詳細は後述する）を載置して搬送する装置である。
【００４６】
チャンバ１０２は、コンベア１０１によって搬送されてきた治具組み付け体１１０を加熱する加熱機能を有する装置である。図２（ｂ）に示すように、チャンバ１０２は、治具組み付け体１１０をその上面側から加熱する複数の上ヒータ１０２ａと、治具組み付け体１１０をその下面側から加熱する複数の下ヒータ１０２ｂと、チャンバ１０２内を排気する複数の排気口１０２ｃと、チャンバ１０２内に窒素ガスを導入する複数の窒素ガス導入口１０２ｄと、チャンバ１０２内に蟻酸ガスを導入する複数の蟻酸ガス導入口１０２ｅと、を備えている。複数の上ヒータ１０２ａ及び複数の下ヒータ１０２ｂは、各々、典型的には加熱光源から構成される。なお、図２（ｂ）中では、チャンバ１０２内に複数の治具組み付け体１１０が導入された態様が例示されているが、チャンバ１０２内には１個の治具組み付け体１１０が導入されるものであってもよい。また、チャンバ１０２の個数は、特に限定されるものではなく、任意に設定可能である。
【００４７】
真空ポンプ１０４は、排気管１０４ａを介してチャンバ１０２の排気口１０２ｃに接続されている。真空ポンプ１０４は、排気管１０４ａを介してチャンバ１０２内を排気することによって、チャンバ１０２内を真空状態にする装置である。
【００４８】
窒素ガス配管１０５は、図示を省略する窒素ガス源からチャンバ１０２の窒素ガス導入口１０２ｄ、及び蟻酸発生装置１０６に対応して接続され、チャンバ１０２、及び蟻酸発生装置１０６に窒素ガス源から窒素ガスを供給する配管である。なお、ここで、窒素ガス以外の不活性ガスが、適用されてもかまわない。
【００４９】
蟻酸発生装置１０６は、蟻酸ガス配管１０６ａを介してチャンバ１０２の蟻酸ガス導入口１０２ｅに接続されている。蟻酸発生装置１０６は、所定濃度の蟻酸ガスを生成し、蟻酸ガス配管１０６ａを介して生成した蟻酸ガスをチャンバ１０２内に供給する装置である。蟻酸ガスの還元機能を発現する実用的な還元開始温度は、典型的には、半田接合部４、６、８、１０のリフロー半田材の溶融温度よりも低いものである。また、蟻酸ガスの所定濃度は、典型的には、窒素ガス源から窒素ガス配管１０５を介して蟻酸発生装置１０６に供給される窒素ガスと蟻酸発生装置１０６が発生する蟻酸ガスとを混合して得られる。
【００５０】
〔電力変換装置の製造方法〕
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態における製造装置１００を用いた電力変換装置１の製造方法につき、詳細に説明する。
【００５１】
図３（ａ）は、本発明の実施形態における製造装置１００及び製造方法によって製造される電力変換装置１の予備構成体に治具及びパレットをセットした治具組み付け体１１０の模式的要部断面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態における製造装置１００及び製造方法による製造時の温度特性、真空度特性、及びチャンバ内雰囲気の種類を示す図である。また、図４（ａ）では、本実施形態における製造装置１００及び製造方法による製造時の上下ヒータ１０２ａ、１０２ｂの加熱特性を示す図である。なお、図３（ｂ）では、上段に温度特性、中断に真空度特性、及び下段にチャンバ内雰囲気の種類を各々示している。
【００５２】
図１に示す電力変換装置１を製造する際には、まず、図３（ａ）に示すように、電力変換装置１の予備構成体１１にパレット１１１及び治具１１２を組み付けた治具組み付け体１１０を用意する。
【００５３】
具体的には、まず、冷却器２上における回路基板５の対応する配置位置にリフロー半田材４ａを配置すると共に、リフロー半田材４ａ上に回路基板５を載置して、冷却器２の接続対象面及び回路基板５の接続対象面間にリフロー半田材４ａを配置する。次に、回路基板５上における半導体素子７のコレクタ端子７１の対応する接続位置にリフロー半田材６ａを配置すると共に、リフロー半田材６ａ上にコレクタ端子７１を載置して、回路基板５の接続対象面及びコレクタ端子７１の接続対象面間にリフロー半田材６ａを配置する。次に、半導体素子７のエミッタ端子７２上におけるリードフレーム９１の接続位置にリフロー半田材８ａを配置すると共に、リフロー半田材８ａ上にリードフレーム９１を載置して、エミッタ端子７２の接続対象面及びリードフレーム９１の接続対象面間にリフロー半田材８ａを配置する。次に、リードフレーム９１の接続対象面と樹脂ケース３を貫通させたバスバー９の接続対象面間にリフロー半田材１０ａを配置する。そして、樹脂ケース３を冷却器２に装着することにより、電力変換装置１の予備構成体１１を構成する。なお、かかるリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａは、典型的に鉛フリーリフロー半田材であり、それらを配置する順番は、必要に応じて変更してもかまわない。また、必要に応じて、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａを一度に適用しなくてもよく、例えば、熱容量の大きい冷却器２上に配置されるリフロー半田材４ａを、リフロー半田材６ａ、８ａ、１０ａのリフロー半田付け処理とは別のリフロー半田付け処理において適用してもよい。
【００５４】
ここで、かかる予備構成体１１の下部は、カーボン等の高熱伝導性材料製のパレット１１１に一部収容されて載置されると共に、かかる予備構成体１１の上部には、カーボン等の高熱伝導性材料製の治具１１２が載置される。実用的には、予備構成体１１を構成する際に、パレット１１１上に冷却器２を載置して、その冷却器２上における回路基板５の対応する配置位置にリフロー半田材４ａを配置し、その後、順次、リフロー半田材６ａ、８ａ、１０ａを配置して予備構成体１１を構成して、かかる予備構成体１１の各構成要素を固定して保持するために、半導体素子７、リードフレーム９１及びバスバー９の各々の上部等に治具１１２を嵌め合わせて載置することにより、治具組み付け体１１０が構成される。ここで、特に、治具１１２は、リードフレーム９１及びバスバー９の各々に直接的に接触しているか、又はできるだけ近接していることが好ましい。というのは、リードフレーム９１及びバスバー９の一部が樹脂ケース３等に接触する場合や、バスバー９の一部が樹脂ケース３の貫通孔の孔壁に接触しながら延出する場合には、リードフレーム９１及びバスバー９の実効的な熱伝導性が低下することを考慮して、治具１１２を２次的な熱源としながら、治具１１２側のリードフレーム９１及びバスバー９を迅速に昇温して、治具１１２側の半田接合箇所により迅速に熱量を与え、それらのリフロー半田材を適切に溶融するためである。なお、リフロー半田付け処理中のパレット１１１側の冷却器２内にはクーラントが充填されていないため、パレット１１１側の冷却器２の熱伝導性は、低下していない。
【００５５】
次に、このようにして得られた治具組み付け体１１０をコンベア１０１上に載置し、コンベア１０１を移動して治具組み付け体１１０をチャンバ１０２に搬送しながら、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａを溶融した後凝固して半田接合部４、６、８、１０を形成した電力変換装置１を製造する。
【００５６】
具体的には、まず、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝０で、コンベア１０１を移動して治具組み付け体１１０をチャンバ１０２内に導入し、上ヒータ１０２ａ及び下ヒータ１０２ｂを用いて治具組み付け体１１０の加熱を開始し、以降、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１の温度特性、端的にはリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度特性は、図３（ｂ）の上段に示す線形昇温、一定温及び線形降温を組み合わせた特性を呈することが好ましい。ここで、図４（ａ）に示すように、始めは典型的には加熱光源である上ヒータ１０２ａのみによって治具組み付け体１１０を加熱し（特性線Ｌ１）、上ヒータ１０２ａの出力が所定出力ＰＤに達する時刻ｔ＝ｔｄ１で、典型的には加熱光源である下ヒータ１０２ｂによる治具組み付け体１１０の加熱を開始する（特性線Ｌ２）と共に、上ヒータ１０２ａの出力を出力ＰＤに維持する（特性線Ｌ１）。そして、下ヒータ１０２ｂの出力が所定出力ＰＤに達する時刻ｔ＝ｔｄ２以降は、その出力ＰＤを維持する（特性線Ｌ２）。このように上ヒータ１０２ａのみによる治具組み付け体１１０の加熱を先行し、その後に所定の遅延時間をもって下ヒータ１０２ｂによる治具組み付け体１１０の加熱を開始するのは、治具組み付け体１１０において、前述したように、治具１１２側の熱伝導性が、パレット１１１側の熱伝導性よりも低下する傾向にあることを考慮して、治具組み付け体１１０中の予備構成体１１における治具１１２側の半田接合箇所により迅速に熱量を与えて、それらのリフロー半田材を適切に溶融するためである。
【００５７】
また、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝０で、治具組み付け体１１０の加熱の開始に伴い、真空ポンプ１０４を駆動することによってチャンバ１０２内を中真空レベルの圧力Ｐ１に向かう減圧を開始する。
【００５８】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１で、チャンバ１０２内が真空ポンプ１０４によって中真空レベルの圧力Ｐ１まで減圧されると、真空ポンプ１０４の駆動を停止し、大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように窒素ガス配管１０５からチャンバ１０２内に窒素ガスの導入を開始する。なお、時刻ｔ＝０で開始する治具組み付け体１１０の加熱は、加熱による電力消費を低減するために、時刻ｔ＝１で開始してもよい。
【００５９】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ２で、チャンバ１０２内の窒素ガス雰囲気の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に達すると、真空ポンプ１０４を駆動することによってチャンバ１０２内を中真空レベルの圧力Ｐ１まで減圧する。このようにチャンバ１０２内の雰囲気を窒素ガス雰囲気とすることにより、チャンバ１０２内の雰囲気からリフロー半田付け処理で不要な成分を排除する。また、チャンバ１０２内を窒素ガス雰囲気の圧力が大気圧を超える加圧雰囲気にすると、大気圧雰囲気に比較してチャンバ１０２内からリフロー半田付け処理で不要な成分をより確実に排除し得るので好ましい。
【００６０】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ３で、チャンバ１０２内が中真空レベルの圧力Ｐ１まで減圧されると真空ポンプ１０４の駆動を停止し、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように蟻酸発生装置１０６からチャンバ１０２内に蟻酸ガスの導入を開始する。その後、チャンバ１０２内の圧力が圧力Ｐ２に達すると、蟻酸発生装置１０６の駆動を停止してチャンバ１０２内への蟻酸ガスの供給を停止し、チャンバ１０２内の圧力を圧力Ｐ２に維持する。ここで、この際の治具組み付け体１１０中における予備構成体１１の温度、端的にはリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度Ｔ１は、室温等の初期温度よりも上昇しているがリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの溶融温度よりも低いものである。また、チャンバ１０２内を蟻酸ガス雰囲気の圧力が大気圧を超える加圧雰囲気にすると、大気圧雰囲気に比較してリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａに蟻酸ガスをより確実に接触させ得るため好ましい。
【００６１】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ４で、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１の温度、端的にはリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度がそれらの溶融温度以上の温度Ｔ２に達すると、図４（ａ）に示す時刻ｔ＝ｔｄ２以降に示すように、上ヒータ１０２ａ及び下ヒータ１０２ｂの各々の出力をＰＤに維持するように制御することによってリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度をそれらの溶融温度以上の温度Ｔ２に維持する。ここで、かかる温度Ｔ２は、半導体素子７を収容する樹脂ケース３の樹脂材の耐熱下限温度Ｔ３よりも低い温度である。また、時刻ｔ＝ｔ３からｔ４の間で、チャンバ１０２内の蟻酸ガス雰囲気の温度は、蟻酸の還元開始温度を超えている。
【００６２】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ５で、かかる温度Ｔ２を維持している間に、真空ポンプ１０４を駆動することによってチャンバ１０２内の蟻酸ガスを真空引きして、チャンバ１０２内を中真空レベルの圧力Ｐ１’に向かって減圧する。これにより、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａに、不要なボイドが発生することを抑制する。また、この際の中真空レベルの圧力Ｐ１’は、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１及びｔ３における中真空レベルの圧力Ｐ１と同程度の中真空レベルの圧力とすることが好ましく、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａにおける不要なボイドの発生を確実に抑制する観点からは、かかる圧力Ｐ１’は、圧力Ｐ１と等しい値に設定することが好ましい。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ６で、チャンバ１０２内の圧力がかかる圧力Ｐ１’に達すると、真空ポンプ１０４の駆動を停止すると共に、かかる圧力Ｐ１’を所定時間ΔＴＩ１維持する。
【００６４】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ６’で、チャンバ１０２内の圧力をかかる圧力Ｐ１’に所定時間ΔＴＩ１維持した後、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように窒素ガス配管１０５からチャンバ１０２内に窒素ガスの導入を開始する。ここで、チャンバ１０２内の圧力を圧力Ｐ１’に所定時間ΔＴＩ１維持することは、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａに、不要なボイドが発生することをより確実に抑制する観点から好ましい。なお、一連の工程を簡素化して迅速化する観点からは、チャンバ１０２内の圧力を圧力Ｐ１’に所定時間ΔＴＩ１維持することなく、チャンバ１０２内の圧力が圧力Ｐ１’に達したタイミングで、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように窒素ガス配管１０５からチャンバ１０２内に窒素ガスの導入を開始してもよい。
【００６５】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ７で、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に達すると、上ヒータ１０２ａ及び下ヒータ１０２ｂによる治具組み付け体１１０の加熱を終了すると共に、大気圧以上の圧力Ｐ２の窒素ガス雰囲気で治具組み付け体１１０の降温が開始される。この際、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度を温度Ｔ２に維持している維持時間は所定時間ΔＴＩ２に達している。また、このようにチャンバ１０２内の雰囲気を窒素ガス雰囲気とすることにより、チャンバ１０２内の雰囲気からリフロー半田付け処理で凝固中のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａに不要な混入し得る不純物を低減する。併せて、このようにチャンバ１０２内の雰囲気を大気圧以上の圧力Ｐ２の窒素ガス雰囲気とすることにより、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１で凝固するリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの各々の凝固品質が向上する。また、チャンバ１０２内を窒素ガス雰囲気の圧力が大気圧を超える加圧雰囲気にすると、大気圧雰囲気に比較してリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの各々の凝固品質がより向上し得るので好ましい。なお、かかる降温は、自然冷却によるものでもよいし、強制冷却によるものでもよい。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ８で、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度が所定温度まで低下すると、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａは凝固して半田接合部４、６、８、１０となり、予備構成体１１の対応する構成部品間は半田によって接合される。併せて、この際、窒素ガスの供給を停止し、真空ポンプ１０４を駆動することによってチャンバ１０２内の窒素ガスの排出を開始する。
【００６７】
次に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ９で、チャンバ１０２内の圧力が減圧圧力Ｐ１’’に達すると、真空ポンプ１０４の駆動を停止し、チャンバ１０２を開放する。
【００６８】
そして最後に、図３（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ１０以降で、コンベア１０１を移動して、室温となった治具組み付け体１１０をチャンバ１０２から排出して、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａが凝固して半田接合部４、６、８、１０となった予備構成体１１を含む治具組み付け体１１０からパレット１１１及び治具１１２を取り外すことにより、電力変換装置１が得られる。
【００６９】
さて、本実施形態における製造装置１００を用いた電力変換装置１の製造方法については、種々の変形例が考えられるため、以下、図４（ｂ）を参照して、かかる製造方法の変形例につき、詳細に説明する。また、本変形例における構成は、以下に突起するもの以外は、本実施形態におけるものと同じである。
【００７０】
図４（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の製造装置及び製造方法による電力変換装置の製造時の温度特性、真空度特性、及びチャンバ内雰囲気の種類の変形例を示す図である。なお、図４（ｂ）では、上段に温度特性、中断に真空度特性、及び下段にチャンバ内雰囲気の種類を各々示している。また、図４（ｂ）では、時刻ｔ＝１で、治具組み付け体１１０の加熱を開始し、時刻ｔ＝ｔ５で、チャンバ１０２内の蟻酸ガスを真空引きしてチャンバ１０２内を中真空レベルの圧力まで減圧するその圧力は、圧力Ｐ１とし、かつ、チャンバ１０２内の圧力が圧力Ｐ１に達したタイミングで、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように窒素ガス配管１０５からチャンバ１０２内に窒素ガスの導入を開始している例を示す。
【００７１】
本変形例では、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ３からｔ４の間で、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの溶融温度以上の温度Ｔ２になるまでリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度を直線的に昇温させるのではなく、時刻ｔ＝ｔ３の後の時刻ｔ＝ｔ３’で、それまで直線的に昇温させてきたリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度がそれらの溶融温度未満の温度Ｔ１’に達すると、時刻ｔ＝ｔ３’’まで所定時間ΔＴＩ３維持し、その後引き続いてリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度を直線的に昇温させてリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの溶融温度Ｔ２以上の温度にする段階的な昇温を行っている。かかる段階的な昇温を実行することにより、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの温度を適切に昇温させて、リフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａの均質な溶融状態を得る。
【００７２】
また、本変形例では、図４（ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ３で、チャンバ１０２内の圧力が大気圧以上の圧力Ｐ２に向かうように蟻酸発生装置１０６からチャンバ１０２内に蟻酸ガスの導入を開始して、その後、チャンバ１０２内の圧力が圧力Ｐ２に達すると、図４（ｂ）に示す真空度特性において一点鎖線ＬＬで付加して示すように、蟻酸発生装置１０６の駆動を停止してチャンバ１０２内への蟻酸ガスの供給を停止することに引き続き、真空ポンプ１０４を駆動することによってチャンバ１０２内の蟻酸ガスを真空引きして、チャンバ１０２内を中真空レベルの圧力Ｐ１まで減圧し、その後に再度、チャンバ１０２内の圧力が圧力Ｐ２に向かうように蟻酸発生装置１０６からチャンバ１０２内に蟻酸ガスの導入を開始し、チャンバ１０２内の圧力を圧力Ｐ２として、チャンバ１０２内の圧力を圧力Ｐ２に維持してもよい。このように蟻酸ガスを再導入することにより、治具組み付け体１１０中における予備構成体１１のリフロー半田材４ａ、６ａ、８ａ、１０ａに対して、蟻酸の純度の高い蟻酸ガスを接触させて適切な還元機能を発揮させる。なお、かかる蟻酸ガスの再導入は、図３（ｂ）で示す本実施形態の構成に適用してもよい。
【００７３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第１の接続端子７２及び第２の接続端子７１を有する半導体素子７と、第１の接続端子７２に接続する第１の接続部材９１と、第１の接続部材９１に接続する第２の接続部材９と、半導体素子７を実装する回路基板５と、半導体素子７、第１の接続部材９１、第２の接続部材９及び回路基板５を収容する樹脂ケース３と、を備えると共に、半導体素子７のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置１の製造方法であって、第１の接続端子７２及び第１の接続部材９１の間、第１の接続部材９１及び第２の接続部材９の間、並びに第２の接続端子７１及び回路基板５の間に、各々、半田６ａ、８ａ、１０ａを配した態様で、半導体素子７、第１の接続部材９１、第２の接続部材９及び回路基板５が樹脂ケース３に収容された予備構成体１１を、昇圧して大気圧以上の圧力とした蟻酸ガス雰囲気中に置いて圧力を維持する第１の工程と、第１の工程の実行と共に、半田６ａ、８ａ、１０ａの温度がその溶融温度以上になるように予備構成体１１を加熱して昇温することにより半田６ａ、８ａ、１０ａを溶融状態としながら蟻酸ガス雰囲気の温度がその蟻酸の還元開始温度以上及び樹脂ケース３の温度がその樹脂の耐熱下限温度未満となるように蟻酸ガス雰囲気及び予備構成体１１を昇温し、半田６ａ、８ａ、１０ａの温度、蟻酸ガス雰囲気の温度及び樹脂ケース３の温度を維持する第２の工程と、第１の工程及び第２の工程に引き続き、蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し予備構成体１１の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とする第３の工程と、第３の工程に引き続き溶融状態の半田６ａ、８ａ、１０ａを降温して凝固することにより、第１の接続端子７２及び第１の接続部材９１、第１の接続部材９１及び第２の接続部材９、並びに第２の接続端子７１及び回路基板５を凝固された半田６、８、１０で各々接合する第４の工程と、を備えるものであるため、種々の構成部品から成る電力変換装置１を製造する際に、リフロー半田付けの処理コスト及び処理労力を低減することができ、かつ時間効率及び処理自由度が高いリフロー半田付け処理を実現することができる。特に、第１の工程及び第２の工程により、各部に配置されて溶融状態とした半田６ａ、８ａ、１０ａに蟻酸ガスを確実に接触させることができ、かかる半田６ａ、８ａ、１０ａに蟻酸の還元作用を確実に及ぼしてそれらの酸化を確実に抑制することができる。また、この際に、各部に配置された半田６ａ、８ａ、１０ａが溶融する温度条件、蟻酸がかかる半田６ａ、８ａ、１０ａに還元作用を開始する温度条件、及び樹脂ケース３の樹脂材が溶融しない温度条件を全て充足することができる。併せて、第３の工程により、各部に配置されて溶融状態とした半田６ａ、８ａ、１０ａを、不要なボイドの発生を抑制した態様で凝固することができる。
【００７４】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第１の工程の前に、予備構成体１１の回路基板５側をパレット１１１に載置すると共に予備構成体１１の半導体素子７、第１の接続部材９１及び第２の接続部材９上に治具１１２を載置することにより治具組み付け体１１０を構成し、第２の工程で、治具組み付け体１１０の治具１１２側の加熱量の印加度合いを治具組み付け体１１０のパレット１１１側の加熱量の印加度合いよりも早期に増大させるものであるため、リフロー半田付け処理において、治具組み付け体１１０中の治具１１２を２次熱源として機能させながら、その予備構成体１１における治具１１２側の半田接合箇所により迅速に熱量を与えて、各部に配置された半田６ａ、８ａ、１０ａを適切に溶融することができる。
【００７５】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第２の工程で、半田６ａ、８ａ、１０ａを半田６ａ、８ａ、１０ａの溶融温度未満まで予備昇温して維持した後、更に半田６ａ、８ａ、１０ａを溶融温度以上に昇温するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置された半田６ａ、８ａ、１０ａの温度を適切に昇温させて、それらの均質な溶融状態を得ることができる。
【００７６】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第１の工程で、蟻酸ガス雰囲気を真空引きして排出し予備構成体１１の雰囲気を真空状態まで減圧した真空雰囲気とした後、真空雰囲気を大気圧以上の圧力Ｐ２とした蟻酸ガス雰囲気とするものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置された半田６ａ、８ａ、１０ａに対して、蟻酸の純度の高い蟻酸ガスを接触させて適切な還元機能を発揮させることができる。
【００７７】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第３の工程で、真空雰囲気を維持するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置されて溶融状態とした半田６ａ、８ａ、１０ａを、不要なボイドの発生をより抑制した態様で凝固することができる。
【００７８】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第１の工程の前に、予備構成体１１をパレット１１１に載置すると共に予備構成体１１上に治具１１２を載置した治具組み付け体１１０とし、治具組み付け体１１０の雰囲気を真空状態とした後に不活性ガスで満たした不活性ガス雰囲気とし、更に不活性ガス雰囲気を真空状態とするものであるため、各部に配置された半田６ａ、８ａ、１０ａの雰囲気からリフロー半田付け処理で不要な成分を排除することができる。
【００７９】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第４の工程で、第３の工程に引き続き真空雰囲気を不活性ガス雰囲気とした後、溶融状態の半田６ａ、８ａ、１０ａを降温して凝固するものであるため、リフロー半田付け処理において、各部に配置されて溶融状態とした半田６ａ、８ａ、１０ａを、不要なボイドの発生をより抑制した態様で凝固することができる。
【００８０】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、第４の工程で、不活性ガス雰囲気を大気圧以上に維持するものであるため、リフロー半田付け処理で凝固中の半田６ａ、８ａ、１０ａの雰囲気からそれらに不要な混入し得る不純物を低減することができる。
【００８１】
また、本実施形態における電力変換装置１の製造方法においては、電力変換装置１は、更に、半導体素子７を冷却する冷却器２を備え、予備構成体では、第１の接続端子７２及び第１の接続端子７２に接続するリードフレーム９１の各々の接続対象面の間、リードフレーム９１及びリードフレーム９１に接続するバスバー９の各々の接続対象面の間、第２の接続端子７１及び第２の接続端子７１に接続する回路基板５の各々の接続対象面の間、並びに回路基板５及び冷却器２の各々の接続対象面の間に、半田４ａ、６ａ、８ａ、１０ａを対応して配されるものであるため、電力変化装置１における各部のリフロー半田付け処理を一度に行うことができる。
【００８２】
なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明は、種々の構成部品から成る電力変換装置の製造する際に、半田付けの処理コスト及び処理労力を低減することができ、かつ時間効率的に自由度高い半田付け処理を実現することができるリフロー半田付け処理を実現した電力変換装置の製造方法及びその製造装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格からハイブリッド自動車等の車両に用いられる電力変換装置に広く適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００８４】
１…電力変換装置
２…冷却器
３…樹脂ケース
４、６、８、１０…半田接合部
４ａ、６ａ、８ａ、１０ａ…リフロー半田材
５…回路基板
７…半導体素子
９…バスバー
１１…予備構成体
２１…クーラント流路
５１…絶縁基板
５２…銅回路板
７１…コレクタ端子
７２…エミッタ端子
９１…リードフレーム
１００…製造装置
１０１…コンベア
１０２…チャンバ
１０２ａ…上ヒータ
１０２ｂ…下ヒータ
１０２ｃ…排気口
１０２ｄ…窒素ガス導入口
１０２ｅ…蟻酸ガス導入口
１０４…真空ポンプ
１０４ａ…排気管
１０５…窒素ガス配管
１０６…蟻酸発生装置
１０６ａ…蟻酸ガス配管
１１０…治具組み付け体
１１１…パレット
１１２…治具
【図１】
0006517577.tif 000002
【図２】
0006517577.tif 000003
【図３】
0006517577.tif 000004
【図４】
0006517577.tif 000005