(57)【要約】【課題】半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とすること。【解決手段】位置決め治具ＩＫは、第１の治具３２と、第２の治具３５とを備えている。第１の治具３２は、半田シート３３及び半導体素子１２を挿入可能な位置決め孔３４を有し、該位置決め孔３４が金属回路１３に対応するように回路基板１１に配置される。第２の治具３５は、位置決め孔３４に挿脱可能であるとともに、位置決め孔３４内への挿入状態にて金属回路１３に対向配置されて半田シート３３上の半導体素子１２を回路基板１１側へ加圧する加圧面３５ａを備えている。そして、第２の治具３５は、位置決め孔３４への第２の治具３５の挿入時に加圧面３５ａが金属回路１３の対向位置に配置されるように位置決め孔３４の壁面３４ａによって位置決めされる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際に用いられる位置決め治具であって、
第１の治具と、
第２の治具とを備え、
前記第１の治具は、該第１の治具を上下方向へ貫通するとともに、前記半田シート及び半導体素子を挿入可能な位置決め孔を有し、該位置決め孔が前記接合部に対応するように前記回路基板に配置され、
前記第２の治具は、前記位置決め孔に挿脱可能であるとともに、位置決め孔内への挿入状態にて前記接合部に対向配置されて前記半田シート上の半導体素子を回路基板側へ加圧する加圧面を備えており、
前記第２の治具は、前記位置決め孔への挿入時に前記加圧面が前記接合部の対向位置に配置されるように位置決め孔の壁面によって位置決めされることを特徴とする位置決め治具。
【請求項２】
前記位置決め孔は、該位置決め孔の壁面に半田シートの周縁部が対向することで前記回路基板に載置された半田シートを前記接合部に位置決め可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め治具。
【請求項３】
前記加圧面による前記半導体素子の加圧状態では前記位置決め孔の壁面と、該壁面に対向する前記半導体素子の周縁部との間に前記半田シートの厚さ寸法の１／２以上の隙間が、半導体素子の全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置決め治具。
【請求項４】
前記隙間は、前記半田シートの厚さ寸法より大きく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の位置決め治具。
【請求項５】
前記第２の治具は、前記加圧面に前記半導体素子又は半田シートを吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに、該通路に接続される負圧源を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の位置決め治具。
【請求項６】
前記位置決め治具は、前記第２の治具に対向する面に負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに前記負圧源を有する吸着装置をさらに備え、該吸着装置の通路と前記第２の治具の通路とはシール部材を介して接続され、前記吸着装置によって、第２の治具に前記半導体素子又は半田シートが吸着されることを特徴とする請求項５に記載の位置決め治具。
【請求項７】
前記第２の治具の加圧面以外の面には、前記第２の治具の通路に接続される接続部が設けられ、該接続部はフレキシブルな真空配管を介して前記負圧源に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の位置決め治具。
【請求項８】
位置決め治具を用いて回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際の位置決め方法であって、
前記位置決め治具は、第１の治具と、第２の治具とを備え、
前記第１の治具は、該第１の治具を上下方向へ貫通するとともに、前記半田シート及び半導体素子を挿入可能な位置決め孔を有し、該位置決め孔が前記接合部に対応するように前記回路基板に配置され、前記第２の治具は、前記位置決め孔に挿脱可能であるとともに、位置決め孔内への挿入状態にて前記接合部に対向配置されて前記半田シート上の半導体素子を回路基板側へ加圧する加圧面を備えており、
前記加圧面に半田シートが配置された状態で前記位置決め孔内に前記第２の治具を挿入し、前記加圧面が前記接合部に対向するように前記位置決め孔の壁面によって第２の治具が位置決めされることで前記半田シートを前記接合部に位置決めし、前記加圧面に半導体素子が配置された状態で前記位置決め孔内に前記第２の治具を挿入し、前記加圧面が前記半田シートに対向するように前記位置決め孔の壁面によって第２の治具が位置決めされることで前記半導体素子を半田シート上に位置決めすることを特徴とする位置決め方法。
【請求項９】
前記半田シートの外形は、前記半導体素子の外形よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項８に記載の位置決め方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の位置決め方法を、回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際における位置決めに使用する半導体モジュールの製造方法。
【請求項１１】
回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際に位置決め治具を用いる半田付け装置であって、請求項１〜請求項７に記載の位置決め治具における前記第１の治具及び第２の治具のうち少なくとも第２の治具を運搬する運搬手段を備えたことを特徴とする半田付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際に用いられる位置決め治具、該位置決め治具を用いた位置決め方法、半導体モジュールの製造方法及び半田付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の接合部（例えば、金属回路）上に半導体素子や電子部品を実装する場合、接合部と半導体素子等とを半田を介して接合する方法が一般的である。半田付けを行う場合、半導体素子等の周縁部を半田が取り囲むようにして半田フィレットが形成されるようにして半田付けが行われる。半田フィレットを形成するのは、前記回路基板側と半導体素子等側とでは線膨張係数が異なるため、温度変化に伴って両者を接合する半田接合部に熱応力が繰り返し発生したとき、該半田接合部にクラックが発生することを防止するためである。そして、半導体素子等の周縁部に半田フィレットが形成された状態では、半田フィレット表面が非常に滑らかで応力集中が少ないことから、前記熱応力が繰り返し発生したとき、前記半田接合部でのクラック発生が防止される。クラック発生が防止されることによって、半田接合部の面積が減少して熱が半田接合部周辺に集中し、温度上昇によって半田接合部が破壊されることを好適に防止することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、プリント配線板（回路基板）のパッド上にチップ部品（半導体素子等）を半田付けする際に、クリーム半田によって半田フィレットが形成されることが開示されている。しかし、クリーム半田には、半田以外の成分としてフラックスなどが含有されているため、その洗浄工程が必要となる。このため、半田付け作業の作業効率の向上の観点から、固形状の半田シートを用いた半田付けが採用されるようになっている。
【０００４】
特許文献２には、固形平板状の半田板（半田シート）を用いて半導体チップ（半導体素子等）を基板（回路基板）に半田付けする際に、前記半田板によって半田フィレットが形成されることが開示されている。特許文献２において、半田付けの際に用いられる半導体チップの組立治具は、前記基板を保持可能な凹部を持つ下治具と、前記半導体チップを保持可能な穴を持つ上治具とからなる。また、前記上治具の下面の前記穴の周囲には、半導体チップを保持する高さを確保する範囲で上に凹む隙間凹部が形成されている。
【０００５】
そして、特許文献２に開示の組立治具を用いて半導体チップを組み立てるには、まず、下治具の凹部内に基板を位置決め保持させ、該基板上の所定位置に半田板を載置する。この所定位置とは、半田板によって半導体チップと基板とが正確に接合される位置である。次に、上治具を下治具上に載置し、次いで、上治具の凹部内に半導体チップを落とし込み、上治具の凹部によって半導体チップを半田板上の所定位置に位置決め保持する。この所定位置とは、半導体チップを基板の所定位置に半田付け可能とする位置である。そして、基板と半導体チップとの間に、半田板が挟まれた状態で半田板を加熱溶融させ、基板に半導体チップを半田付けする。このとき、溶融半田が半導体チップの周縁部に濡れ拡がり、半導体チップの周縁部に半田フィレットが形成されるようになっている。
【特許文献１】特開平５−３７１４４号公報
【特許文献２】特開平６−２１１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献２に開示の組立治具において、半導体チップは上治具の凹部内に落とし込むことによって半田板上に配置される。そして、前記上治具の凹部は、前記半導体チップを半田板における所定位置に位置決め可能とするため、半導体チップの外形に対応させて該外形より極わずかに大きく形成されている。したがって、半導体チップを上治具の凹部内に落とし込んだとき、半導体チップが凹部の壁面に接触等して半田板上の所定位置に配置されない虞があった。このため、半田付けの際には半導体チップの周縁部に半田フィレットが良好に形成されない虞があった。そこで、上治具の凹部を大きくして、半導体チップの凹部内への落とし込みの際に、半導体チップと凹部の壁面とが接触等することを防止することが考えられる。しかし、この場合においては、上治具の凹部によって半導体チップの位置決めが困難となり、半田板上の所定位置に半導体チップが配置されない虞があった。したがって、上治具の凹部を大きく形成したとしても、半田付けの際には半導体チップの周縁部に半田フィレットが良好に形成されない虞があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とする位置決め治具及び位置決め方法を提供することにある。また、本発明の目的は、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とする半導体モジュールの製造方法を提供することにある。加えて、本発明の目的は、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とする半田付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際に用いられる位置決め治具であって、第１の治具と、第２の治具とを備え、前記第１の治具は、該第１の治具を上下方向へ貫通するとともに、前記半田シート及び半導体素子を挿入可能な位置決め孔を有し、該位置決め孔が前記接合部に対応するように前記回路基板に配置され、前記第２の治具は、前記位置決め孔に挿脱可能であるとともに、位置決め孔内への挿入状態にて前記接合部に対向配置されて前記半田シート上の半導体素子を回路基板側へ加圧する加圧面を備えており、前記第２の治具は、前記位置決め孔への挿入時に前記加圧面が前記接合部の対向位置に配置されるように位置決め孔の壁面によって位置決めされることを要旨とする。
【０００９】
請求項８に記載の発明は、位置決め治具を用いて回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際の位置決め方法であって、前記位置決め治具は、第１の治具と、第２の治具とを備え、前記第１の治具は、該第１の治具を上下方向へ貫通するとともに、前記半田シート及び半導体素子を挿入可能な位置決め孔を有し、該位置決め孔が前記接合部に対応するように前記回路基板に配置され、前記第２の治具は、前記位置決め孔に挿脱可能であるとともに、位置決め孔内への挿入状態にて前記接合部に対向配置されて前記半田シート上の半導体素子を回路基板側へ加圧する加圧面を備えており、前記加圧面に半田シートが配置された状態で前記位置決め孔内に前記第２の治具を挿入し、前記加圧面が前記接合部に対向するように前記位置決め孔の壁面によって第２の治具が位置決めされることで前記半田シートを前記接合部に位置決めし、前記加圧面に半導体素子が配置された状態で前記位置決め孔内に前記第２の治具を挿入し、前記加圧面が前記半田シートに対向するように前記位置決め孔の壁面によって第２の治具が位置決めされることで前記半導体素子を半田シート上に位置決めすることを要旨とする。
【００１０】
請求項１又は請求項８に記載の発明によれば、加圧面に半導体素子や半田シートが配置された状態で、該半導体素子や半田シートとともに第２の治具が位置決め孔内に挿入されると、加圧面が接合部の対向位置に配置されるように第２の治具が位置決め孔の壁面によって位置決めされる。この位置決めに伴い、半田シートは接合部の所定位置に配置されるように第２の治具によって位置決めされ、半導体素子は前記半田シートの所定位置に配置されるように第２の治具によって位置決めされる。したがって、第２の治具を用いず、半導体素子や半田シートを位置決め孔内に落とし込むことで半導体素子や半田シートを所定位置に配置する場合のように、半導体素子や半田シートが位置決め孔の壁面に接触する等によって所望する位置からずれた位置に配置されることを防止することができる。その結果として、半導体素子や半田シートを所定位置に配置して、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、半導体素子の周縁部に半田フィレットを良好に形成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記位置決め孔は、該位置決め孔の壁面に半田シートの周縁部が対向することで前記回路基板に載置された半田シートを前記接合部に位置決め可能に形成されていることを要旨とする。これによれば、第２の治具とともに半田シートが位置決め孔内に挿入され、接合部の所定位置に配置された半田シートは、さらに、位置決め孔の壁面によって前記所定位置に位置決めされる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記加圧面による前記半導体素子の加圧状態では前記位置決め孔の壁面と、該壁面に対向する前記半導体素子の周縁部との間に前記半田シートの厚さ寸法の１／２以上の隙間が、半導体素子の全周に亘って形成されていることを要旨とする。
【００１３】
これによれば、半導体素子が半田シートに位置決めされた状態では、半導体素子の周縁部と、位置決め孔の壁面との間には、半田シートの厚さ寸法の１／２以上の隙間が形成されている。したがって、半導体素子の周囲における隙間によって、毛管現象による溶融半田の濡れ拡がりが許容され、半導体素子の周縁部には半田フィレットが好適に形成される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記隙間は、前記半田シートの厚さ寸法より大きく形成されていることを要旨とする。これによれば、隙間は半田シートの厚さ寸法より大きく形成されているため、溶融半田の濡れ拡がりを確実に許容することができ、半導体素子の周囲に半田フィレットをより一層好適に形成することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第２の治具は、前記加圧面に前記半導体素子又は半田シートを吸着するための負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに、該通路に接続される負圧源を備えていることを要旨とする。
【００１６】
これによれば、第２の治具の加圧面に半導体素子又は半田シートを吸着することができる。そして、第２の治具を半導体素子又は半田シートを吸着する吸着部として使用することにより、第２の治具を移動させると同時に半導体素子又は半田シートを搬送することができ、さらには、第２の治具を位置決め孔内へ挿入する際には半導体素子又は半田シートを加圧面に吸着した状態で位置決め孔内に挿入することができる。したがって、半導体素子又は半田シートを位置決め孔内に挿入する際に、半導体素子又は半田シートが加圧面にて移動し、該半導体素子又は半田シートが位置決め孔の壁面に接触することを防止して、半導体素子や半田シートを所定位置に配置する作業を正確に行うことができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記位置決め治具は、前記第２の治具に対向する面に負圧を作用させることが可能な開口を有する通路を備えるとともに前記負圧源を有する吸着装置をさらに備え、該吸着装置の通路と前記第２の治具の通路とはシール部材を介して接続され、前記吸着装置によって、第２の治具に前記半導体素子又は半田シートが吸着されることを要旨とする。
【００１８】
これによれば、第２の治具の自重に加え、吸着装置の自重によって半導体素子を半田シート（回路基板）側へ加圧することができる。したがって、例えば、吸着装置を備えない第２の治具だけの場合に比して、半導体素子の位置決めを確実に行うことができる。請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第２の治具の加圧面以外の面には、前記第２の治具の通路に接続される接続部が設けられ、該接続部はフレキシブルな真空配管を介して前記負圧源に接続されていることを要旨とする。
【００１９】
これによれば、フレキシブルな真空配管によって、第２の治具が移動しても、第２の治具の通路と負圧源とを接続することができる。したがって、フレキシブルな真空配管を用いることで、第２の治具から離れた位置に負圧源を配置しても第２の治具の通路と負圧源とを接続することができ、第２の治具の周囲環境をシンプルにすることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記半田シートの外形は、前記半導体素子の外形よりも大きく形成されていることを要旨とする。これによれば、半田シートに半導体素子が配置された状態では、半導体素子の周縁部から半田シートの周縁部が突出している。このため、半田シートの周縁部によって、半導体素子の周囲に半田フィレットを好適に形成することができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は請求項９に記載の位置決め方法を、回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際における位置決めに使用する半導体モジュールの製造方法である。この発明では、半導体モジュールの製造方法において、対応する前記請求項に記載の作用、効果を奏する。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、回路基板に設けられた接合部に半田シートを介して半導体素子を半田付けする際に位置決め治具を用いる半田付け装置であって、請求項１〜請求項７に記載の位置決め治具における前記第１の治具及び第２の治具のうち少なくとも第２の治具を運搬する運搬手段を備えている。この発明では、半田付け装置において、対応する前記請求項に記載の作用、効果を奏する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の位置決め治具及び位置決め方法によれば、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とすることができる。さらに、本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とすることができる。加えて、半田付け装置によれば、半導体素子を接合部に良好に半田付けすることができるとともに、良好な半田フィレットの形成を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。
図１及び図２は、半導体モジュールを示している。半導体モジュール１０は、回路基板１１と、４個の半導体素子１２を備えている。回路基板１１は、表面に金属回路１３を有するセラミック絶縁体としてのセラミック基板１４が金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して一体化された冷却回路基板（ヒートシンク付き基板）である。ヒートシンク１５は冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５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。
【００２５】
金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やダイオードが用いられている。半導体素子１２は、金属回路１３に接合（半田付け）されている。すなわち、金属回路１３は半導体素子１２を回路基板１１上に接合するための接合部を構成する。半導体素子１２は、半田層Ｈによって金属回路１３に接合（半田付け）され、前記半田層Ｈは四角板状をなす半田シート３３（図５参照）を用いて形成されている。半導体素子１２の全周に亘る周縁部１２ａの下端には、該半田層Ｈの一部である半田フィレットＦが形成されている。半田層Ｈを上下方向へ切断した際の半田フィレットＦの断面形状は、半田層Ｈの上から下へ向かうに従い円弧状に滑らかに反るようになっている。
【００２６】
半導体モジュール１０は、回路基板１１として表面に金属回路１３を有する１枚のセラミック基板１４を金属製で冷媒流路１５ａを備えたヒートシンク１５と一体化した構成のものに限らない。例えば、図３に示すように、回路基板１１として表面に金属回路１３を有する複数（この実施形態では６枚）のセラミック基板１４を金属製で冷媒流路１５ａを備えたヒートシンク１５と一体化した冷却回路基板を備えた半導体モジュール１００であってもよい。半導体モジュール１００は、各セラミック基板１４上にそれぞれ４個、全体で２４個の半導体素子１２が半田付けされている。
【００２７】
図５は、半田付け装置の構成を概略的に示している。半田付け装置ＨＫは、回路基板１１の金属回路１３に半導体素子１２を半田付けするための装置として構成されている。また、この実施形態の半田付け装置ＨＫは、図３に示す半導体モジュール１００、すなわち、複数（６枚）のセラミック基板１４をヒートシンク１５と一体化した回路基板１１上に半導体素子１２が半田付けされて構成される半導体モジュール１００の半田付けを行う装置として構成されている。
【００２８】
図５に示すように、半田付け装置ＨＫは、密閉可能な容器（チャンバ）１７を備え、当該容器１７は開口部１８ａを有する箱型の本体１８と、当該本体１８の開口部１８ａを開放及び閉鎖する蓋体１９とから構成されている。本体１８には、半導体モジュール１００を位置決めして支持する支持台２０が設置されている。また、本体１８には、蓋体１９の装着部位にパッキン２１が配設されている。
【００２９】
蓋体１９は、本体１８の開口部１８ａを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体１８に蓋体１９を装着することにより容器１７内には密閉空間Ｓが形成されるようになっている。また、蓋体１９において、密閉空間Ｓと対向する部位は、磁力線（磁束）を通す電気的絶縁材で形成されている。この実施形態では、電気的絶縁材としてガラスが用いられており、蓋体１９にはガラス板２２が組み付けられている。
【００３０】
また、本体１８には、容器１７内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部２３が接続されている。還元ガス供給部２３は、配管２３ａと、当該配管２３ａの開閉バルブ２３ｂと、水素タンク２３ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部２４が接続されている。不活性ガス供給部２４は、配管２４ａと、当該配管２４ａの開閉バルブ２４ｂと、窒素タンク２４ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部２５が接続されている。ガス排出部２５は、配管２５ａと、当該配管２５ａの開閉バルブ２５ｂと、真空ポンプ２５ｃとを備えている。半田付け装置ＨＫは、還元ガス供給部２３、不活性ガス供給部２４及びガス排出部２５を備えることにより、密閉空間Ｓ内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間Ｓ内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。
【００３１】
また、本体１８には、半田付け後の容器１７内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための熱媒供給部２６が接続されている。熱媒供給部２６は、配管２６ａと、当該配管２６ａの開閉バルブ２６ｂと、ガスタンク２６ｃとを備えている。熱媒供給部２６は、容器１７内に収容した半導体モジュール１００のヒートシンク１５に冷却用ガスを供給するように接続されている。なお、熱媒供給部２６から供給される熱媒体を冷却液としてもよい。また、本体１８には、容器１７内の温度を計測するための温度センサ（例えば、熱電対など）２７が設置されている。
【００３２】
半田付け装置ＨＫの上部（蓋体１９の上部）には、高周波加熱コイル２８が設置されている。この実施形態において高周波加熱コイル２８は、６枚のセラミック基板１４にそれぞれ対応するように、各セラミック基板１４の上側に１つずつ合計６つの高周波加熱コイル２８が配置されている。この実施形態の高周波加熱コイル２８は、１枚のセラミック基板１４を覆う大きさで、かつ後述する第２の治具３５の上面の輪郭よりも大きく形成されている。また、各高周波加熱コイル２８は、渦巻き状（角形渦巻き状）に形成されており、平面的に展開されている。また、各高周波加熱コイル２８は、蓋体１９（ガラス板２２の装着部位）に対向するように配置されている。また、各高周波加熱コイル２８は、半田付け装置ＨＫが備える高周波発生装置２９に電気的に接続されているとともに、容器１７内に設置された温度センサ２７の計測結果に基づき、高周波発生装置２９の出力が制御されるようになっている。また、各高周波加熱コイル２８には、コイル内部に冷却水を通すための冷却路３０が形成されているとともに、半田付け装置ＨＫが備える冷却水タンク３１に接続されている。
【００３３】
上記半田付け装置ＨＫは、半田付けを行う際に、半導体素子１２及び半田シート３３を位置決めする位置決め治具ＩＫを備えている。図４は、前記位置決め治具ＩＫを構成する第１の治具３２（図４（ａ））と第２の治具３５（図４（ｂ））を示している。第１の治具３２は、回路基板１１を構成するセラミック基板１４と同一の大きさ（外形）をなす略平板状に形成されている。第１の治具３２は、例えば、グラファイトやセラミックスなどの材料で形成されている。第１の治具３２は、図５に示すように、半田付け時に前記回路基板１１上に載置され、半田シート３３をセラミック基板１４の金属回路１３（接合部）上の所定位置に位置決めするとともに、前記第２の治具３５の加圧面３５ａが前記金属回路１３の対向位置に配置されるように位置決めするために使用される。なお、前記半田シート３３は四角板状をなし、その外形は、前記半導体素子１２の外形より大きくなっている。すなわち、半田シート３３の外形は、半田シート３３上に半導体素子１２を載置（配置）したとき、半田シート３３の周縁部３３ａが半導体素子１２の周縁部１２ａよりも外方へ突出するようなサイズである。
【００３４】
また、図４（ａ）に示すように、第１の治具３２には、該第１の治具３２を上下方向へ貫通する複数（この実施形態では４つ）の位置決め孔３４が形成されている。各位置決め孔３４は、第１の治具３２が回路基板１１上へ載置された状態では、セラミック基板１４における金属回路１３（接合部）と対応するように形成されている。すなわち、第１の治具３２を回路基板１１上に載置した状態では、各位置決め孔３４は、金属回路１３を第１の治具３２を介して上側へ臨ませるようになっている。そして、各位置決め孔３４は、前記半田シート３３及び半導体素子１２を挿入可能とするように、半田シート３３及び半導体素子１２の外形よりも大きく形成されている。特に、半田シート３３は、回路基板１１に平行をなし半田シート３３の周縁部が位置決め孔３４の壁面３４ａに対向する状態で位置決め孔３４内に挿入可能になっている。図６に示すように、各位置決め孔３４内に半田シート３３が挿入された状態では、各位置決め孔３４の壁面３４ａと、半田シート３３の全周に亘る周縁部３３ａとの間には僅かな隙間Ｎが形成されるようになっている。すなわち、位置決め孔３４内に半田シート３３が挿入され、金属回路１３上に載置された状態では、該半田シート３３は位置決め孔３４の壁面３４ａによって、半田シート３３が所定位置、すなわち金属回路１３上に位置決めされるようになっている。なお、半田シート３３が金属回路１３上の所定位置に位置決めされた状態では、半田シート３３の下面全面が金属回路１３上に載っている状態となっている。
【００３５】
また、各位置決め孔３４内に半導体素子１２が挿入され、該半導体素子１２が半田シート３３の所定位置に配置された状態では、位置決め孔３４の壁面３４ａと、該壁面３４ａに対向する半導体素子１２の周縁部１２ａとの間には隙間Ｍが形成されるようになっている。なお、半導体素子１２が半田シート３３の所定位置に配置された状態では、半田シート３３の周縁部３３ａが半導体素子１２の周縁部１２ａよりも外方へ突出する状態となっている。前記隙間Ｍは、半田シート３３の周縁部３３ａと位置決め孔３４の壁面３４ａとの間に形成される隙間Ｎより広くなっている。そして、位置決め孔３４は、該位置決め孔３４の壁面３４ａと、半導体素子１２の周縁部１２ａとの間の隙間Ｍが、前記半田シート３３の厚さ寸法Ｄよりも大きくなるように設定されている。前記隙間Ｍは、半導体素子１２の全周に亘って形成され、半導体素子１２の周囲におけるいずれの位置でも、半田シート３３の厚さ寸法Ｄより大きくなっている。なお、半導体素子１２の周縁部１２ａに半田フィレットＦを形成するためには、前記隙間Ｍは半田シート３３の厚さ寸法Ｄの少なくとも１／２となっていればよい。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、第２の治具３５は、該第２の治具３５を通る磁束の変化により電流が発生し、自身の電気抵抗によって発熱する材料、すなわち誘導加熱可能な材料を用いて形成されている。この実施形態の第２の治具３５は、ステンレスで形成されている。第２の治具３５は、半田付け時において前記半田シート３３上に載置された半導体素子１２の直上において当該半導体素子１２の上面（非接合面）に接するように配置可能な大きさに形成されている。
【００３７】
この実施形態においては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第２の治具３５は、加圧面３５ａ側、すなわち、半田付け時において半導体素子１２と当接する下面側が、第１の治具３２の各位置決め孔３４に挿入可能な形状に形成されている。また、位置決め孔３４の壁面３４ａは、第２の治具３５の位置決め孔３４内への挿入時には、加圧面３５ａが金属回路１３の対向位置に配置されるように第２の治具３５を位置決めガイドするようになっている。また、第２の治具３５の加圧面３５ａは、上側へ凹むように形成されており、加圧面３５ａの内側に半導体素子１２が収容された状態では、半導体素子１２の移動が防止されるようになっている。
【００３８】
図５〜図７に示すように、第２の治具３５は、前記半導体素子１２又は半田シート３３を吸着するための負圧を作用させることが可能な開口３７ａを加圧面３５ａに有する通路３７を備える。前記通路３７は、第２の治具３５を上下方向に貫通し、各加圧面３５ａに垂直に延びる部分を備えており、その下端が前記加圧面３５ａの開口３７ａになっている。また、図７に示すように、加圧面３５ａには前記通路３７の開口３７ａに連通する連通溝３５ｃが複数形成されている。図５に示すように、第２の治具３５の上側には、吸着装置４１が配設されている。この吸着装置４１の下面４１ａにはゴム材料製のシール部材４３が配設されている。また、吸着装置４１内には通路４２が形成され、該通路４２は垂直に延びる部分を備えており、その下端が前記シール部材４３で下方に向けて開放された開口４２ａになっている。
【００３９】
吸着装置４１は負圧源たる真空ポンプ３８を備え、該真空ポンプ３８は前記通路４２に接続されている。そして、真空ポンプ３８により、吸着装置４１の通路４２に負圧が作用し、さらに、シール部材４３を介して第２の治具３５の通路３７に負圧が作用する状態となる。吸着装置４１の通路４２と、第２の治具３５の通路３７に負圧が作用した状態では、吸着装置４１に第２の治具３５が吸着されるとともに、加圧面３５ａには半導体素子１２又は半田シート３３が吸着されるようになっている。
【００４０】
第２の治具３５において、加圧面３５ａと反対側の端部にはフランジ３５ｂが形成されている。図４（ａ）は第２の治具３５の加圧面３５ａ側の外形を二点鎖線で示し、第２の治具３５が第１の治具３２の位置決め孔３４に嵌挿された際の第１の治具３２と第２の治具３５との位置関係を示している。
【００４１】
また、この実施形態においては、半田付け装置ＨＫは、全ての第２の治具３５を一括して半導体素子１２を加圧可能な位置へ配置可能、かつ全ての第２の治具３５を一括して半導体素子１２から離間した位置へ配置可能に構成されている。すなわち、半田付け装置ＨＫは、第２の治具３５を運搬可能な運搬手段を備えている。具体的には、図５に示すように、蓋体１９には第２の治具３５を支持可能な支持プレート３６が水平に取り付けられている。支持プレート３６は磁力線を通す絶縁材料（例えば、セラミックス）で形成されるとともに、第２の治具３５のフランジ３５ｂより下側が嵌挿可能な孔３６ａを第２の治具３５の数だけ備えている。前記孔３６ａは、蓋体１９が本体１８に取り付けられた状態において、支持台２０上に位置決めされた回路基板１１の接合部（金属回路１３）と対向する位置に形成されている。第２の治具３５は各孔３６ａに嵌挿された状態で支持プレート３６に装備されている。そして、第２の治具３５は、フランジ３５ｂが支持プレート３６に支持されることで蓋体１９に支持され、その支持状態で蓋体１９を移動させることで第２の治具３５を運搬することが可能となっている。したがって、本実施形態では、蓋体１９（支持プレート３６）が位置決め治具ＩＫにおける第２の治具３５を運搬する運搬手段を構成している。
【００４２】
そして、図５に示すように、蓋体１９が閉鎖位置に配置された状態では、第２の治具３５の加圧面３５ａが半導体素子１２の非接合面に当接するとともに、フランジ３５ｂが支持プレート３６の上面から浮き上がった状態となって、第２の治具３５及び吸着装置４１が、その自重で半導体素子１２を回路基板１１側へ加圧するようになっている。すなわち、第２の治具３５によって、半導体素子１２が金属回路１３の半田シート３３上に位置決めされるようになっている。このとき、図６に示すように、半田シート３３の周縁部３３ａの上側と、第２の治具３５の加圧面３５ａの下側との間には、半導体素子１２の周縁部１２ａの周囲外側に位置する空間部Ｋが形成されている。この空間部Ｋは、半導体素子１２の全周囲に亘って形成され、空間部Ｋの幅は前記隙間Ｍの寸法となっている。
【００４３】
次に、前記半田付け装置ＨＫ及び位置決め治具ＩＫを用いて半導体モジュール１００の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け工程を行う方法であり、該半田付けの際における位置決め方法について説明する。なお、この実施形態の半田付け装置ＨＫ及び位置決め治具ＩＫを用いて半田付けを行うのに先立って、金属回路１３を有する複数（６枚）のセラミック基板１４をヒートシンク１５と一体化した回路基板１１を予め作製しておく。
【００４４】
半田付けを行う際には、最初に、本体１８から蓋体１９を外し、開口部１８ａを開放する。そして、図５に示すように本体１８の支持台２０上に回路基板１１を置き、位置決めする。次に、半田シート３３を第１の治具３２の位置決め孔３４と対応する位置に配置する場合は、本体１８の外部において、必要な数の半田シート３３を回路基板１１上の配置位置に対応した位置に配置し、その半田シート３３に各第２の治具３５の加圧面３５ａが対応する状態に蓋体１９を配置する。その状態で吸着装置４１の通路４２に真空ポンプ３８の負圧を作用させて第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させるとともに、各第２の治具３５の通路３７に真空ポンプ３８の負圧を作用させる。すると、加圧面３５ａにおける複数の連通溝３５ｃを介して加圧面３５ａに半田シート３３が吸着される。このとき、半田シート３３は、その周縁部３３ａが加圧面３５ａの外周縁より外方へ突出しないように加圧面３５ａに吸着される。半田シート３３の吸着状態で蓋体１９を移動させて、本体１８の開口部１８ａを閉鎖する位置に配置する。このとき、各第２の治具３５の加圧面３５ａ側が半田シート３３を吸着した状態で第１の治具３２の位置決め孔３４に挿入される。そして、加圧面３５ａに半田シート３３が吸着された状態では、第２の治具３５は加圧面３５ａが金属回路１３上の所定位置に位置するように、位置決め孔３４の壁面３４ａによって位置決めガイドされる。このため、半田シート３３が位置決め孔３４内に挿入されるとき、半田シート３３の周縁部３３ａが位置決め孔３４の壁面３４ａに接触することが防止される。
【００４５】
次に通路３７，４２に対する負圧の作用を解除して、吸着装置４１による吸着作用を解除した後、蓋体１９を本体１８から取り外すと、半田シート３３が金属回路１３（接合部）上の所定位置に配置される。このとき、位置決め孔３４の壁面３４ａに半田シート３３の周縁部３３ａが対向することによって、半田シート３３は金属回路１３上に位置決めされ、１つのセラミック基板１４上において、隣りに載置された半田シート３３に向かって移動したりすることが防止される。
【００４６】
次に本体１８の外部において、必要な数の半導体素子１２を回路基板１１上の配置位置に対応した位置に配置し、その半導体素子１２に各第２の治具３５の加圧面３５ａが対応する状態に蓋体１９を配置する。その状態で吸着装置４１の通路４２に真空ポンプ３８の負圧を作用させて第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させるとともに、各第２の治具３５の通路３７に真空ポンプ３８の負圧を作用させる。すると、加圧面３５ａにおける複数の連通溝３５ｃを介して加圧面３５ａに半導体素子１２が吸着される。このとき、半導体素子１２は、その周縁部３３ａが加圧面３５ａの外周縁より外方へ突出しないように加圧面３５ａに吸着される。
【００４７】
次に蓋体１９を本体１８に取り付ける。図５に示すように、このとき、第２の治具３５の加圧面３５ａ側が第１の治具３２の位置決め孔３４に挿入される。そして、加圧面３５ａに半導体素子１２が吸着された状態では、第２の治具３５は加圧面３５ａが半田シート３３上の所定位置に配置されるように、位置決め孔３４の壁面３４ａによって位置決めガイドされる。このため、半導体素子１２が位置決め孔３４内に挿入されるとき、半導体素子１２の周縁部１２ａが位置決め孔３４の壁面３４ａに接触することが防止される。そして、各位置決め孔３４の壁面３４ａによって、第２の治具３５の加圧面３５ａが半田シート３３上に位置するようにガイドされる。次に通路３７，４２に対する負圧の作用が解除されて、第２の治具３５による吸着作用が解除される。その結果、各半導体素子１２が半田シート３３上の所定位置に配置されるとともに、半導体素子１２上に各第２の治具３５が載置される。
【００４８】
次に蓋体１９を本体１８に取り付け、開口部１８ａを閉鎖して、容器１７内に密閉空間Ｓを形成する。蓋体１９を本体１８に取り付けると、フランジ３５ｂが支持プレート３６の上面から離間した状態になり、各第２の治具３５は４個の半導体素子１２に跨った状態で、第２の治具３５及び吸着装置４１の自重によって半導体素子１２を加圧するとともに、半田シート３３を加圧する状態に配置される。すなわち、第２の治具３５及び吸着装置４１の自重によって、半導体素子１２が半田シート３３上に位置決めされる。この状態において、各セラミック基板１４上には、金属回路１３側から順に半田シート３３、半導体素子１２、第２の治具３５が重なった状態で配置される。
【００４９】
密閉空間Ｓ内に回路基板１１、半田シート３３、半導体素子１２及び第２の治具３５を収容した状態において、各高周波加熱コイル２８は、各第２の治具３５の上方に配置されるとともに、各高周波加熱コイル２８と各第２の治具３５との間には蓋体１９に組み付けられたガラス板２２が配置される。この実施形態では、高周波加熱コイル２８を第２の治具３５の上方に配置した場合、該第２の治具３５の上面の輪郭によって形成される領域から高周波加熱コイル２８がはみ出るようになっている。この実施形態のように渦巻き状に形成した高周波加熱コイル２８は、中央寄りに磁束が多く発生することから、当該高周波加熱コイル２８の中央寄りに第２の治具３５を配置することが好ましい。
【００５０】
次に、ガス排出部２５を操作して容器１７内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部２４を操作して容器１７内に窒素を供給し、密閉空間Ｓ内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部２３を操作して容器１７内に水素を供給し、密閉空間Ｓ内を還元ガス雰囲気とする。
【００５１】
次に、高周波発生装置２９を作動させ、各高周波加熱コイル２８に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル２８には、対応する第２の治具３５を通る高周波の磁束が発生し、第２の治具３５には磁束の通過によって渦電流が発生する。高周波加熱コイル２８の磁束内に置かれた第２の治具３５は、電磁誘導作用によって発熱し、その熱が第２の治具３５の加圧面３５ａから半導体素子１２に伝わる。そして、回路基板１１の各接合部上に載置された半田シート３３には、第２の治具３５に生じた熱が該第２の治具３５の加圧面３５ａ及び半導体素子１２を介して集中的（局所的）に伝わり、加熱される。この結果、半田シート３３は、半導体素子１２を介して伝わる熱で溶融温度以上の温度になることにより溶融する。
【００５２】
また、図８に示すように、半導体素子１２は、第２の治具３５によって回路基板１１側に加圧されているので、溶融した半田の表面張力で動かされることはない。また、半導体素子１２の周縁部１２ａと位置決め孔３４の壁面３４ａとの間には、所定の広さを有するように隙間Ｍ（空間部Ｋ）が設けられている。このため、溶融した半田は、隙間Ｍ（空間部Ｋ）によって半導体素子１２の周縁部１２ａに沿って濡れ拡がることが許容される。このとき、半田シート３３は位置決め孔３４の壁面３４ａによって位置決めされているため、溶融した半田が隣り合う半導体素子１２に向かって移動することが防止され、半田によって半導体素子１２同士が短絡することが防止される。さらに、半導体素子１２が第２の治具３５によって加圧されているため、半田溶融時に半導体素子１２が移動することで、半田フィレットＦの形成が阻害されることが防止される。そして、半田シート３３が完全に溶融したならば、高周波発生装置２９を停止させる。なお、容器１７内に設置した温度センサ２７の検出結果に基づき、各高周波加熱コイル２８に流れる高周波電流の大きさが制御される。また、容器１７（密閉空間Ｓ）内の圧力は、はんだ付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。
【００５３】
そして、半田シート３３が完全に溶融した後、冷却用の熱媒供給部２６を操作して容器１７内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、容器１７内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、半田付け対象物（半導体モジュール１００）を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、金属回路１３と半導体素子１２とを接合するとともに、半導体素子１２の周縁部１２ａに半田フィレットＦが形成される。この状態において、半田付けが終了し、半導体モジュール１００が完成する。そして、蓋体１９を本体１８から取り外し、第１の治具３２及び第２の治具３５を外した後に容器１７内から半導体モジュール１００を取り出す。
【００５４】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半導体素子１２又は半田シート３３とともに第２の治具３５が位置決め孔３４内に挿入されると、加圧面３５ａが接合部（金属回路１３）の対向位置に配置されるように第２の治具３５が位置決め孔３４の壁面３４ａによって位置決めされる。そして、加圧面３５ａに半導体素子１２又は半田シート３３が配置された状態では、前記位置決めに伴い、半田シート３３は接合部（金属回路１３）上の所定位置に配置され、半導体素子１２は所定位置に配置された半田シート３３上の所定位置に配置される。したがって、第１の治具３２及び第２の治具３５を用いることで、半導体素子１２や半田シート３３が各所定位置からずれた位置に配置されることを防止することができ、半導体素子１２を接合部（金属回路１３）に良好に半田付けすることができる。また、半田シート３３上の所定位置に半導体素子１２が配置されることで、半導体素子１２の周縁部１２ａには半田シート３３の周縁部３３ａが存在するようになり、半田の溶融によって半導体素子１２の周縁部１２ａに半田フィレットＦを良好に形成することができる。
【００５５】
（２）特に、加圧面３５ａに半導体素子１２又は半田シート３３が吸着された状態では、半導体素子１２又は半田シート３３は加圧面３５ａの外形サイズ内に収まっている。このため、第２の治具３５を位置決め孔３４内へ挿入したときに、半導体素子１２の周縁部１２ａ又は半田シート３３の周縁部３３ａが位置決め孔３４の壁面３４ａに接触することを防止することができる。
【００５６】
（３）半田シート３３が位置決め孔３４内へ挿入された状態では、半田シート３３が接合部（金属回路１３）上の所定位置に配置され、半導体素子１２が位置決め孔３４内へ挿入された状態では、半導体素子１２は半田シート３３上の所定位置に配置される。そして、半導体素子１２が第２の治具３５によって位置決めされた状態では、位置決め孔３４の壁面３４ａと、半導体素子１２の周縁部１２ａとの間には隙間Ｍが形成され、該隙間Ｍは半田シート３３の厚さ寸法Ｄより大きくなっている。このため、半田シート３３が溶融した際には、隙間Ｍの存在によって半導体素子１２の周囲での半田の毛管現象が許容され、半導体素子１２の周縁部１２ａに半田フィレットＦを形成することができる。したがって、半田フィレットＦを形成しつつも、半田シート３３及び半導体素子１２が位置ずれすることなく半田付けされ、半導体素子１２を所定位置に半田付けすることができる。
【００５７】
（４）位置決め治具ＩＫにおいては、位置決め孔３４の大きさを半田シート３３の外形より大きくし、第１の治具３２が回路基板１１上に載置された後に、位置決め孔３４内に半田シート３３を挿入可能とした。このため、例えば、半田シート３３が位置決め孔３４より大きく形成されることで、半田シート３３を接合部上に載置した後でしか第１の治具３２を載置することができない構成とは異なり、第１の治具３２による半田シート３３の位置決めを可能とすることができる。
【００５８】
（５）半田シート３３の外形は、半導体素子１２の外形より大きく、半田シート３３上に半導体素子１２の所定位置に配置されたとき、半導体素子１２の周縁部１２ａよりも外側に半田シート３３の周縁部３３ａが存在している。このため、半田シート３３の溶融時には、半田シート３３の周縁部３３ａにより半田フィレットＦを確実に形成することができる。
【００５９】
（６）第２の治具３５には、加圧面３５ａに開口３７ａを有する通路３７が形成され、さらに、第２の治具３５は吸着装置４１を備え、該吸着装置４１の真空ポンプ３８は吸着装置４１の通路４２に連通している。そして、真空ポンプ３８によって吸着装置４１に負圧を作用させることで、シール部材４３を介して吸着装置４１に第２の治具３５を吸着させ、さらに、第２の治具３５の加圧面３５ａに半導体素子１２又は半田シート３３を吸着させることができる。このため、第２の治具３５を位置決め孔３４内へ挿入する際には半導体素子１２又は半田シート３３を加圧面３５ａに吸着した状態で位置決め孔３４内に挿入することができる。したがって、半導体素子１２又は半田シート３３を位置決め孔３４内に挿入する際に、半導体素子１２又は半田シート３３が加圧面３５ａにて移動し、該半導体素子１２又は半田シート３３が位置決め孔３４の壁面３４ａに接触することを防止して、半導体素子１２や半田シート３３を所定位置に配置する作業を正確に行うことができる。
【００６０】
（７）そして、第２の治具３５を半導体素子１２の吸着部として使用することにより、半導体素子１２を半田シート３３上に載置する作業を行うと同時、第２の治具３５を半導体素子１２上に載置する作業を行うことができる。すなわち、第２の治具３５と半導体素子１２とを同時に搬送することができる。したがって、例えば、半導体素子１２を半田シート３３上に載置する作業の後に、第２の治具３５を半導体素子１２上に載置する作業を行う場合に比して、半田付け作業の短縮を図ることができる。
【００６１】
（８）また、複数の半導体素子１２や半田シート３３を第２の治具３５の加圧面３５ａに吸着して接合部（金属回路１３）上に一括して載置することができる。その結果として、半導体素子１２や半田シート３３を一つずつ接合部（金属回路１３）上に載置する場合に比して、半導体モジュール１００の製造時間を短縮することができる。
【００６２】
（９）各第２の治具３５の加圧面３５ａには、複数の連通溝３５ｃが形成され、各連通溝３５ｃは通路３７，４２を介して吸着装置４１の真空ポンプ３８に連通している。このため、真空ポンプ３８によって第２の治具３５に負圧が作用したとき、加圧面３５ａにて複数箇所を半導体素子１２又は半田シート３３に吸着させることができる。したがって、各第２の治具３５によって半導体素子１２又は半田シート３３を確実に吸着することができ、第２の治具３５を用いた半導体素子１２又は半田シート３３の搬送を確実に行うことができる。
【００６３】
（１０）半田付け装置ＨＫは、蓋体１９の支持プレート３６によって、全ての第２の治具３５を一括して運搬することができる。したがって、例えば、蓋体１９による第２の治具３５の運搬を行わず、第２の治具３５を手作業で運搬する場合に比して第２の治具３５の運搬作業を省力化でき、ひいては半導体モジュール１００の製造時間の短縮を図ることができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図９を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態は、第１の治具３２の構成が異なりその他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６５】
図９に示すように、第１の治具３２において、位置決め孔３４の壁面３４ａの下部であって、前記半導体素子１２の周縁部１２ａ及び半田シート３３の周縁部３３ａと対向する部位にはテーパ部４４が形成されている。このテーパ部４４は、位置決め孔３４の上側から下側へ向かうに従い、位置決め孔３４を広げるようにテーパ状に傾斜して形成されている。
【００６６】
この実施形態においては、前記第１の実施形態における効果（１）〜（１０）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（１１）位置決め孔３４の壁面３４ａの下部にはテーパ部４４が形成され、テーパ部４４は、接合部（金属回路１３）上に載置された半田シート３３の周縁部３３ａ及び半導体素子１２の周縁部１２ａと対向する位置に形成されている。したがって、半田シート３３の溶融時には、半田シート３３の周縁部３３ａは毛管現象によってテーパ部４４に向かって流れることが許容され、半導体素子１２の周囲に半田フィレットＦを確実に形成することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  半導体モジュール１００の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け工程を以下のように行ってもよい。第１の治具３２と回路基板１１とを上下反転させ、第１の治具３２上に回路基板１１が載置され、位置決め孔３４が下側に向けて開口するようにし、さらに、第２の治具３５の加圧面３５ａが上方に臨むように第２の治具３５を配置した後、該加圧面３５ａ上に半導体素子１２を配置し、該半導体素子１２上に半田シート３３を配置する。次に、第２の治具３５を、その加圧面３５ａ側から位置決め孔３４内に挿入し、半田シート３３を接合部（金属回路１３）に対向配置させた後、第１の治具３２及び第２の治具３５を上下反転させる。すると、接合部（金属回路１３）上に半田シート３３が配置され、該半田シート３３上に半導体素子１２が配置される。その後、第２の治具３５によって半導体素子１２が加圧された状態で半田付け作業が行われる。
【００６８】
○  図１０に示すように、実施形態における第２の治具３５において、吸着装置４１を削除してもよい。その一方で、第２の治具３５は、通路３７を容器１７の外部に設けられた負圧源５０と接続可能な接続部３９が第２の治具３５の下面（加圧面３５ａ）以外の面に設けられている。接続部３９はフレキシブルな真空配管４０を介して負圧源５０に接続されており、真空配管４０の途中にバルブ４０ａが設けられている。真空配管４０は、蓋体１９を経て容器１７の内部に導入されている。バルブ４０ａは、接続部３９を負圧源５０と連通可能な状態と、接続部３９を大気と連通可能な状態とに切り換え可能に構成されている。すなわち、バルブ４０ａの切り換え操作により、通路３７に負圧が作用する状態と、通路３７に対する負圧の作用が解除される状態とに切り換えられる。なお、真空配管４０の荷重が第２の治具３５による加圧作用に悪影響を及ぼさないように、容器１７の内部に存在する真空配管４０は図示しない支持部により支持される。また、真空配管４０により加わる荷重を考慮して各第２の治具３５の重さが設定される。
【００６９】
○  図１１及び図１２に示すように、実施形態の半田付け装置ＨＫにおいて、吸着装置４１を第１の治具３２及び第２の治具３５のいずれも吸着可能な構成とし、吸着装置４１によって第１の治具３２及び第２の治具３５の運搬手段を構成してもよい。この吸着装置４１は、３つの真空ポンプ３８を備えており、第１真空ポンプ３８ａは、主に半導体素子１２及び半田シート３３を吸着するために設けられ、この第１真空ポンプ３８ａには前記通路４２が接続されているとともに、前記シール部材４３ａを介して第２の治具３５の通路３７に連通するようになっている。第２真空ポンプ３８ｂは、第２の治具３５を吸着するために設けられ、この第２真空ポンプ３８ｂには前記通路４２とは別の通路４５が接続されている。また、通路４５は吸着装置４１の下面４１ａに設けられた前記シール部材４３ａで開口している。第３真空ポンプ３８ｃは、第１の治具３２を吸着するために設けられ、この第３真空ポンプ３８ｃには前記通路４２，４５とは別の通路４６が接続されている。また、通路４６は吸着装置４１の下面４１ａに設けられた前記シール部材４３ａとは別のシール部材４３ｂで開口している。
【００７０】
上記吸着装置４１を用いて半田付けを行う場合、まず、図１１に示すように、吸着装置４１の通路４５に第２真空ポンプ３８ｂの負圧を作用させるとともに、通路４２に第１真空ポンプ３８ａの負圧を作用させる。そして、第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させるとともに、各第２の治具３５に半田シート３３を吸着させる。加えて、吸着装置４１の通路４６に第３真空ポンプ３８ｃの負圧を作用させ、第１の治具３２を吸着装置４１に吸着させる。このとき、第１の治具３２の位置決め孔３４内に第２の治具３５が挿入された状態で第１の治具３２及び第２の治具３５が吸着装置４１に吸着されている。
【００７１】
次に、吸着装置４１を所定位置まで運搬し、通路４２，４５，４６に対する負圧の作用を解除して、吸着装置４１による吸着作用を解除すると、第１の治具３２が金属回路１３上に載置されるとともに該第１の治具３２の位置決め孔３４内に半田シート３３が位置決めされた状態で配置される。その後、吸着装置４１の通路４５に第２真空ポンプ３８ｂの負圧を作用させ、第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させた状態で吸着装置４１を運搬前の位置まで移動させる。
【００７２】
続いて、図１２に示すように、吸着装置４１の通路４５に第２真空ポンプ３８ｂの負圧を作用させるとともに、通路４２に第１真空ポンプ３８ａの負圧を作用させる。そして、第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させるとともに、各第２の治具３５に半導体素子１２を吸着させる。そして、吸着装置４１を所定位置まで運搬し、通路４２，４５に対する負圧の作用を解除して、吸着装置４１による吸着作用を解除すると、第２の治具３５が位置決め孔３４内に挿入されるとともに、半導体素子１２が半田シート３３上に載置される。
【００７３】
そして、半田付けが終了した後、蓋体１９を本体１８から取り外し、吸着装置４１を半導体モジュール１００と対応する位置まで移動させた後、吸着装置４１の通路４５に第２真空ポンプ３８ｂの負圧を作用させるとともに、通路４６に第３真空ポンプ３８ｃの負圧を作用させる。そして、第１の治具３２及び第２の治具３５を吸着装置４１に吸着させ、第１の治具３２及び第２の治具３５を容器１７外へ移動させた後、半導体モジュール１００を取り出す。
【００７４】
○  第１の治具３２及び第２の治具３５の運搬手段として、上記吸着装置４１の他に電磁石によって第１の治具３２及び第２の治具３５を吸着可能とする磁気回路に具体化してもよい。この磁気回路を用いた場合、第１の治具３２及び第２の治具３５の上面には、前記電磁石に吸着可能とする磁性材（例えば、鉄）が接合されている。
【００７５】
○  第１の治具３２及び第２の治具３５の運搬手段として、上記吸着装置４１の他に機械的なチャック機構に具体化してもよい。このチャック機構を用いた場合、第１の治具３２及び第２の治具３５の上面には、チャック機構が係止可能な係止部材が設けられている。
【００７６】
○  半導体モジュール１０，１００を製造する際の半田付け工程において、位置決め孔３４の壁面３４ａと、半田シート３３の周縁部３３ａとの間に隙間Ｍが形成された状態で半田付けを行えばよく、半導体素子１２の配置や大きさ、高さ等は前記両実施形態の配置や大きさ、高さ等に限らない。
【００７７】
○  第２の治具３５は、削り出しによって形成された一体化部品に限らず、複数の分割体を接合し、一つの第２の治具３５を構成してもよい。
○  全ての第２の治具３５を全部同時に位置決め孔３４内に挿入せず、１個ずつ又は適宜の数ずつ位置決め孔３４内に挿入してもよい。
【００７８】
○  第２の治具３５の加圧面３５ａの大きさは、必ずしも対応する半導体素子１２の非接合面の全面に当接可能な大きさに限らず、それより大きくてもあるいは小さくてもよい。
【００７９】
○  半田シート３３の外形は、半導体素子１２の外形と同一であってもよく、半導体素子１２より小さくてもよい。
○  誘導加熱で第２の治具３５を加熱してその熱で半田シート３３を溶融させる構成において、第２の治具３５はステンレス製に限らず、誘導加熱可能な材料であればよく、例えば、ステンレスに代えて、鉄やグラファイトで形成したり、熱伝導率の異なる２種類の導体材料を用いて構成してもよい。
【００８０】
○  半田シート３３を溶融温度以上に加熱する加熱方法は誘導加熱以外の方法であってもよい。例えば、容器１７内に電気ヒーターを設けて半田シート３３を加熱するようにしてもよい。
【００８１】
○  回路基板１１は、セラミック基板１４が冷媒流路１５ａを有しないヒートシンク１５と一体化された構成や、ヒートシンク１５を有しない構成であってもよい。
○  蓋体１９は、本体１８に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
【００８２】
○  蓋体１９は、少なくとも高周波加熱コイル２８と対向する部位が電気的絶縁材で形成されているのが好ましく、当該部位をガラスに代えて、例えば、セラミックスや樹脂で形成してもよい。また、蓋体１９全体を同じ電気的絶縁材で形成してもよい。
【００８３】
○  容器１７の内外の圧力差に対応して蓋体１９の強度を上げる必要がある場合には、蓋体１９を、例えば、グラスファイバーと樹脂との複合材（ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）で構成してもよい。また、蓋体１９を、金属で構成してもよい。金属としては非磁性材の金属が好ましい。なお、蓋体１９に磁性材の金属を用いる場合には、第２の治具３５よりも電気抵抗率が高いものを用いた方が良い。また、蓋体１９を金属と絶縁材との複合材で構成してもよい。また、第２の治具３５に効果的に磁束を導くように第２の治具３５の直上部には強磁性体の電磁鋼板等を用いると良い。
【００８４】
○  高周波加熱コイル２８は、複数の第２の治具３５の上方に跨って配置する構成としてもよい。この場合、高周波加熱コイル２８に対する高周波電流の供給経路や冷却水の供給経路を少なくすることができ、半田付け装置ＨＫの構造をさらに簡素化できる。
【００８５】
○  生産ライン化に伴って容器１７を移動可能とし、当該容器１７とともに移動する第２の治具３５の移動経路に沿って高周波加熱コイル２８を配置してもよい。この場合、高周波加熱コイル２８を移動経路に沿った形状に構成して配置してもよいし、移動経路に沿って複数配置してもよい。このように構成することで、容器１７を移動させながら加熱することが可能である。
【００８６】
○  高周波加熱コイル２８を、第２の治具３５の側面に配置してもよい。
○  高周波加熱コイル２８を、容器１７（密閉空間Ｓ）内に配置してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００８７】
（１）請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第２の治具は誘導加熱可能な導電材料により形成されている。
（２）請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の発明において、前記加圧面の外形は前記半田シート及び半導体素子の外形より大きく形成され、前記加圧面への配置状態では半田シート及び半導体素子は加圧面の外形内に収まるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】セラミック基板が１枚の半導体モジュールの平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】セラミック基板が複数枚の半導体モジュールの平面図。
【図４】（ａ）は第１の冶具の平面図、（ｂ）は第２の治具の斜視図。
【図５】第１の実施形態の半田付け装置の概略縦断面図。
【図６】第１の治具及び第２の治具を部分的に示す部分断面図。
【図７】第２の治具の加圧面を示す平面図。
【図８】半導体素子の周縁部に形成された半田フィレットを示す部分断面図。
【図９】第２の実施形態における半田付け装置の部分断面図。
【図１０】別の実施形態における半田付け装置の概略縦断面図。
【図１１】別の実施形態における半田付け装置の概略縦断面図。
【図１２】別の実施形態における半田付け装置の概略縦断面図。
【符号の説明】
【００８９】
Ｄ…厚さ寸法、Ｍ…隙間、ＩＫ…位置決め治具、ＨＫ…半田付け装置、１０，１００…半導体モジュール、１１…回路基板、１２…半導体素子、１２ａ…周縁部、１３…接合部としての金属回路、１９…運搬手段としての蓋体、３２…第１の治具、３３…半田シート、３３ａ…周縁部、３４…位置決め孔、３４ａ…壁面、３５…第２の治具、３５ａ…加圧面、３７…通路、３７ａ…開口、３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）…負圧源としての真空ポンプ、３９…接続部、４０…真空配管、４１…運搬手段としての吸着装置、４２…通路、４２ａ…開口、４３…シール部材、５０…負圧源。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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