(57)【要約】【課題】内部雰囲気の調整に必要なガス消費量を抑えつつ、生産ライン化に適した構造の半田付け用の容器を提供すること。【解決手段】半田付け時において密閉状態を形成し得る容器１７に当該容器１７の外部に連通可能な連通孔２３を形成し、当該連通孔２３を介して容器１７内の内部雰囲気を調整する雰囲気調整装置３８を接続可能する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な容器本体内に半田付け対象物を収容し、当該容器本体を搬送機構で搬送して半田付けを行う際に用いる半田付け用の容器であって、
前記容器本体に、当該容器本体の内部と容器本体の外部を連通可能な少なくとも１つの連通路を形成し、当該連通路を介して前記容器本体内の内部雰囲気を調整する雰囲気調整装置を接続可能に構成したことを特徴とする半田付け用の容器。
【請求項２】
前記連通路には、当該連通路を、前記容器本体の内部と当該容器本体の外部とが連通する開状態又は前記容器本体の内部と当該容器本体の外部とが非連通となる閉状態の何れかに切替える切替手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け用の容器。
【請求項３】
前記容器本体に前記雰囲気調整装置が、前記搬送機構により一体的に移動可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け用の容器。
【請求項４】
前記雰囲気調整装置は、電力供給手段、又は外部給電装置から電力を授受する給電手段のいずれかを備えていることを特徴とする請求項３に記載の半田付け用の容器。
【請求項５】
前記雰囲気調整装置は、外部情報出力装置から雰囲気制御に係る情報を授受する信号授受手段を備えていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半田付け用の容器。
【請求項６】
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であって、
前記回路基板と前記半導体素子との間に半田を介在させた半田付け対象物を請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半田付け用の容器に収容し、還元性ガスからなる雰囲気ガス又は当該還元性ガスを含む雰囲気ガスで前記容器内を満たした状態で前記容器内の温度を前記半田の溶融温度以上の温度まで加熱して前記半田を溶融し、その後に前記容器内の温度を前記溶融温度未満の温度まで下げて前記半田を凝固させることにより、前記回路基板と前記半導体素子とを半田付けする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田付けする際に用い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】
従来、セラミックス基板の表面に配線層となる金属板を接合するとともに裏面に接合層となる金属板を接合し、表面側の金属板には半導体素子を接合する一方で、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装置（ヒートシンク）を接合し、モジュール化した半導体モジュールが知られている。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を半田付けにより接合している。そして、従来においては、半田付けを行う装置としてリフロー炉が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。リフロー炉には、炉内にコンベヤを配設するとともに加熱装置（例えば、ヒータ）が配設されている。そして、リフロー炉では、コンベヤ上に載置した半導体モジュールを炉内で搬送しながら加熱することで半田を溶融し、半田付けを行うようになっている。
【特許文献１】特開２００１−３３９１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、半導体素子（トランジスタやダイオード）の半田付けを行う際には、例えば不活性ガス雰囲気中で半田付けを行い、当該作業中は通常雰囲気調整を行うことになる。このようなことから、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、炉内に不活性ガスなどを供給し、雰囲気調整を行う必要がある。しかしながら、リフロー炉は、構造上、炉内にコンベヤが配設され、炉の出入口が大気に開放された状態となっている。このため、リフロー炉においては、炉内の内部雰囲気を維持するために、炉内に不活性ガスを供給し続ける必要があり、ガスの消費量が多くなる。
【０００４】
そこで、ガス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、密閉可能な容器は、当該容器に加熱装置など半田付けに必要な構成を装備し、当該容器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、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リフロー炉に対して有利な点を有する反面、バッチ的な処理となるので、量産化のためのライン化に適さないというリフロー炉に対して不利な点がある。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目したものであり、その目的は、容器本体内の内部雰囲気の調整に必要なガス消費量を抑えつつ、生産ライン化に適した構造の半田付け用の容器、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、密閉可能な容器本体内に半田付け対象物を収容し、当該容器本体を搬送機構で搬送して半田付けを行う際に用いる半田付け用の容器であって、前記容器本体に、当該容器本体の内部と容器本体の外部を連通可能な少なくとも１つの連通路を形成し、当該連通路を介して前記容器本体内の内部雰囲気を調整する雰囲気調整装置を接続可能に構成したことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、容器本体の内部と外部を連通可能な連通路を形成することにより、容器本体内の制御を外部から行うことが可能となる。そして、連通路を介して雰囲気調整装置が容器本体に接続されることにより、容器本体内に密閉状態が形成され、内部雰囲気の調整時におけるガス消費量を抑制することができる。また、雰囲気調整装置が外部接続されるので、密閉状態を形成し得る容器本体であっても生産ライン化を実現することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半田付け用の容器において、前記連通路には、当該連通路を、前記容器本体の内部と当該容器本体の外部とが連通する開状態又は前記容器本体の内部と当該容器本体の外部とが非連通となる閉状態の何れかに切替える切替手段が設けられていることを要旨とする。
【０００９】
これによれば、切替手段の操作により連通路を閉状態とすることで、容器本体内に密閉状態を形成することが可能となる。このため、外部接続される雰囲気調整装置を内部雰囲気の調整後に容器本体から分離させても当該容器本体内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、例えば、内部雰囲気を調整する工程や半田を加熱する工程など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、量産化に適した生産ラインを実現することができる。切替手段の操作は、例えばロボットなどで外部から機械的に行うことも、また外部より電気を接続して電磁弁を開閉することも一般的な技術として容易に行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半田付け用の容器において、前記容器本体に前記雰囲気調整装置が、前記搬送機構により一体的に移動可能に接続されていることを要旨とする。
【００１１】
これによれば、雰囲気調整装置を伴わせて容器本体をコンベヤや回転テーブルなどの搬送機構で搬送することが可能となる。したがって、容器本体と雰囲気調整装置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、量産化に適した生産ラインを実現することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半田付け用の容器において、前記雰囲気調整装置は、電力供給手段又は外部給電装置から電力を授受する給電手段を備えていることを要旨とする。
【００１３】
これによれば、容器本体とともに搬送機構を移動する雰囲気調整装置は電力供給手段又は給電手段を介して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、搬送機構の所定箇所に雰囲気調整装置に電力を付与する手段を配設することなく、また所定箇所に容器本体と雰囲気調整装置を止めて調整を行わせる必要がない。したがって、電力を付与する手段との接続時間や容器本体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の短縮化を図ることができる。また、本発明の構成によれば、工程間の移動中に容器本体内の内部雰囲気の調整を行うことも可能であり、さらなるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の半田付け用の容器において、前記雰囲気調整装置は、外部情報出力装置から雰囲気制御に係る情報を授受する信号授受手段を備えていることを要旨とする。
【００１５】
これによれば、容器本体とともに搬送機構を移動する雰囲気調整装置は信号授受手段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、雰囲気調整装置により、容器本体内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化及び作業効率の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、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であって、前記回路基板と前記半導体素子との間に半田を介在させた半田付け対象物を請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半田付け用の容器に収容し、還元性ガスからなる雰囲気ガス又は当該還元性ガスを含む雰囲気ガスで前記容器内を満たした状態で前記容器内の温度を前記半田の溶融温度以上の温度まで加熱して前記半田を溶融し、その後に前記容器内の温度を前記溶融温度未満の温度まで下げて前記半田を凝固させることにより、前記回路基板と前記半導体素子とを半田付けすることを要旨とする。
【００１７】
これによれば、請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半田付け用の容器を用いて半田付けを行うことにより、半導体装置の生産ライン化を実現し、量産化を図ることが可能となる。したがって、半導体装置の生産効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、雰囲気調整に必要なガスの消費量を抑えつつ、ライン化に適した構造の半田付け用の容器を提供することができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記半田付け用の容器を用いることにより、半導体装置の生産効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図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に接合される半導体素子１２と、放熱装置としてのヒートシンク１３とから構成されている。回路基板１１は、セラミックス基板１４の両面に金属板１５，１６を接合して構成されている。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、窒化ケイ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、アルミニウム（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いる。半導体素子１２は、ニッケル、リン、チタンなどで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（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やダイオードからなり、回路基板１１（金属板１５）には複数（本実施形態では４つ）の半導体素子１２が接合されている。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。
【００２０】
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、当該容器がコンベヤ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の製造工程を、ガス置換工程（第１工程）と、加熱工程（第２工程）と、冷却工程（第３工程）の３工程としている。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。本実施形態の加熱工程では、高周波誘導加熱により加熱が行われる。
【００２１】
図３は、半田付け時に用いる容器（チャンバ）１７を示している。図３に示す容器１７は、図６に示すように、６枚の回路基板１１で構成される半導体モジュール１００の半田付けを行う際に用いる容器として構成されている。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を構成する回路基板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とから構成され、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。
【００２２】
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、当該本体部材１８の開口部１８ａを開放及び閉鎖する蓋部材１９とから構成されている。本体部材１８には、半導体モジュール１００を位置決めし、支持する支持台２０が設置されている。また、本体部材１８には、蓋部材１９の装着部位にパッキン２１が配設されている。
【００２３】
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おり、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が形成されるようになっている。また、蓋部材１９において、収容空間Ｓと対向する部位は、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にはガラス板２２が組み付けられている。
【００２４】
また、本体部材１８の側壁１８ｂには、容器１７の内部と外部とを連通させる連通路としての連通孔２３が側壁１８ｂを貫通するように形成されている。また、側壁１８ｂには、弁室２４が連通孔２３を外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂに二分するように形成されている。本実施形態では、側壁１８ｂの外面側に開口する孔（容器１７の外部に連通する孔）を外部側連通孔２３ａとし、側壁１８ｂの内面側に開口する孔（容器１７の内部に連通する孔）を内部側連通孔２３ｂとしている。そして、弁室２４には、連通孔２３を開閉する（外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂの連通／非連通を切替える）切替手段（弁体）としての手動弁２５が収容されている。
【００２５】
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とから構成されている。そして、弁本体２６には、手動弁２５が弁室２４に収容された場合に連通孔２３（外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂ）の形成位置と一致する位置に管路２８が設けられている。管路２８は、連通孔２３（外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂ）と同一径で形成されている。管路２８が非連通時に外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂを取り囲むように円柱状の弁本体２６の外周にはＯ−リング溝２６ａが設けられ、弁本体２６の外周の隙間から外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂが連通しないようにシール部材としてＯ−リング２６ｂが設けられている。また、弁本体２６の外周には、当該弁本体２６の周方向にＯ−リング溝２６ｃとＯ−リング２６ｄが設けられているとともに、基台２７の外周には、当該基台２７の周方向にＯ−リング溝２６ｅとＯ−リング２６ｆが設けられている。これらの構成により、容器１７の内部と容器１７の外部との気密性が確保されている。
【００２６】
また、弁本体２６には、手動弁２５が弁室２４に収容された場合に側壁１８ｂの外部に配置される先端に、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。操作片２９は、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）が行えるように弁本体２６の外面から突出して形成されている。
【００２７】
したがって、容器１７は、手動弁２５の操作により、連通孔２３が閉鎖されると（外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂとが非連通になると）、容器１７の内部と外部とが遮断された状態となる。この状態において容器１７内には、密閉状態が形成される。図３には、手動弁２５の管路２８が連通孔２３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いる。また、容器１７は、手動弁２５の操作により、連通孔２３が開放されると（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の内部と外部とが連通された状態となる。図４には、手動弁２５の管路２８が連通孔２３（外部側連通孔２３ａと内部側連通孔２３ｂ）に連通され、容器１７の内外が連通された状態を示している。
【００２８】
図５は、半田付けを行う際に使用する治具３２（図５（ａ））と、加圧体として機能する錘３５（図５（ｂ））を示している。治具３２は、回路基板１１を構成するセラミックス基板１４と同一の大きさをなす平板状に形成されている。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。治具３２は、図３及び図４に示すように、半田付け時において回路基板１１上に半田シート３３と、半導体素子１２と、錘３５とを位置決めするために使用される。このため、治具３２には、回路基板１１における半導体素子１２の接合部位に対応する部位に位置決め用の貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、半導体素子１２のサイズに応じた大きさで形成されている。そして、本実施形態においては、回路基板１１上に複数個（４つ）の半導体素子１２が接合されるので、治具３２には複数個（４つ）の貫通孔３４が形成されている。
【００２９】
錘３５は、当該錘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を用いて形成されている。本実施形態の錘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されるとともに、半導体素子１２を回路基板１１側に押圧するために使用される。錘３５は、削り出しによって作製された一体化部品とされている。そして、錘３５の加圧面３５ａは、治具３２の各貫通孔３４に嵌挿可能で、かつ４つの半導体素子１２の非接合面に接して加圧可能に形成されている。錘３５の加圧面３５ａが、半導体素子１２の非接合面に接する面となる。図５（ａ）には錘３５を二点鎖線で示し、当該錘３５を治具３２に設置した状態を示している。
【００３０】
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１９の図示を省略している。
【００３１】
製造ラインＳＲでは、搬送機構となるコンベヤ３６上に複数の搬送台３７が設置されており、当該搬送台３７上に容器１７が載置されて搬送されるようになっている。製造ラインＳＲでは、図７において左側がライン上流側となる一方で、右側がライン下流側となり、ライン上流側から順に所定の工程を経てライン下流側に搬送台３７（容器１７）が流されるようになっている。すなわち、製造ラインＳＲでは、ライン下流側に向かう程、半導体モジュール１００が完成品に近くなる。そして、製造ラインＳＲには、図７に示すように、ガス置換工程と、加熱工程と、冷却工程の３つの作業エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３が定められている。
【００３２】
製造ラインＳＲにおいてガス置換工程と加熱工程の各作業エリアＥ１，Ｅ２には、容器１７（収容空間Ｓ）内の内部雰囲気（ガスによるガス雰囲気）を調整するための雰囲気調整装置３８が設置されている。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なように設置されている。
【００３３】
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（Ｎ２））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（本実施形態では水素（Ｈ２））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の開閉バルブ４０ｂと、窒素タンク４０ｃとからなる。還元性ガス供給部４１は、配管４１ａと、当該配管４１ａの開閉バルブ４１ｂと、水素タンク４１ｃとからなる。ガス排出部４２は、配管４２ａと、当該配管４２ａの開閉バルブ４２ｂと、真空ポンプ４２ｃとからなる。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、バルブ開閉とポンプ作動を制御し、容器１７内の雰囲気調整を行う。この雰囲気調整装置３８により、容器１７内は、ガス供給及びガス排出によって雰囲気調整（容器１７内の空気を不活性ガスに入れ替えたり、ガスの流量や内圧（加圧、減圧）の調整）がなされる。
【００３４】
また、雰囲気調整装置３８には、容器１７の連通孔２３（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とが合流し、接続されている。また、接続配管４３において容器１７の連通孔２３との接続口４４には、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。
【００３５】
製造ラインＳＲにおいて加熱工程の作業エリアＥ２には、当該作業エリア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加える加熱手段としての高周波加熱コイル４６が設置されている。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とが設置されている。
【００３６】
本実施形態の高周波加熱コイル４６は、図６に示すように、６枚の回路基板１１に各別に対応するように６つの高周波加熱コイル４６が各回路基板１１の上側に配置されるようになっている。本実施形態の高周波加熱コイル４６は、１枚の回路基板１１を覆う大きさで、かつ錘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４６は、渦巻き状（角形の渦巻き状）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４６は、蓋部材１９（ガラス板２２の装着部位）に対向して配置されるようになっている。そして、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、コイル内部に冷却水を通すための冷却路（図示しない）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。
【００３７】
製造ラインＳＲにおいて各工程の各作業エリアＥ１，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い外部操作装置が設置されている。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から構成されている。
【００３８】
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、回路基板１１にヒートシンク１３を接合して作製した作製物（半田付け対象物）を対象として半田付けを行う。この半田付け対象物は、回路基板１１（金属板１５）に半導体素子１２が半田付けされておらず、未完成品である。
【００３９】
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及び半田付けによって完成品となった半導体モジュール１００が収容されていない容器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を開放し、図３に示すように本体部材１８の支持台２０に半田付け対象物を置き、位置決めする。次に、半田付け対象物の各回路基板１１（セラミックス基板１４）上に治具３２を置き、治具３２の各貫通孔３４内に半田シート３３と半導体素子１２を配置する。半田シート３３は、回路基板１１（金属板１５）と半導体素子１２との間に配置する。そして、半導体素子１２を配置した回路基板１１に錘３５を置く。この状態において回路基板１１（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、錘３５が積層される。半田シート３３、半導体素子１２、錘３５は、容器１７の上下方向、すなわち蓋部材１９側に向かって積層される。錘３５の加圧面３５ａは、半導体素子１２の非接合面に接触し、加圧する。
【００４０】
次に、蓋部材１９を本体部材１８に取り付け、開口部１８ａを閉塞し、収容空間Ｓに半田付け対象物を収容する。そして、容器１７は、コンベヤ３６の搬送台３７上に載置されることにより、最初にガス置換工程の作業エリアＥ１に搬送される。作業エリアＥ１に搬送された容器１７は、当該容器１７の連通孔２３（外部側連通孔２３ａ）に雰囲気調整装置３８の接続配管４３が接続され、雰囲気調整装置３８と接続される。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は、図示しない外部操作装置の動作により手動弁２５が開操作され、図４に示すように連通孔２３が開放される（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）。また、ガス置換工程の開始前、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。
【００４１】
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４２ｂ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４１ｂ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。そして、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。
【００４２】
ガス置換工程が終了すると、容器１７は、図示しない外部操作装置の動作により手動弁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（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との接続状態を解除し、当該容器１７から離間する。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ベヤ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。
【００４３】
加熱工程の作業エリアＥ２に到達すると容器１７は、各高周波加熱コイル４６の直下に配置される。この状態において各高周波加熱コイル４６は、半田付け対象物（各回路基板１１と各錘３５）の上方に配置されるとともに（図６参照）、各高周波加熱コイル４６と半田付け対象物（各錘３５）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に形成した高周波加熱コイル４６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４６の中央に錘３５（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には、ガス置換工程のときと同様に雰囲気調整装置３８が容器１７に形成された連通孔２３を介して接続される。
【００４４】
そして、加熱工程では、高周波発生装置４７が作動し、各高周波加熱コイル４６に高周波電流が流される。すると、錘３５には、当該錘３５を通る高周波の磁束が発生するとともに渦電流が発生する。その結果、高周波加熱コイル４６の磁束内に置かれた錘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、回路基板１１の各接合部位は、錘３５に生じた熱が当該錘３５の加圧面３５ａ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を介して伝わる熱が溶融温度以上の温度になることにより溶融する。また、半導体素子１２は、錘３５によって回路基板１１側に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が完全に溶融すると、高周波発生装置４７が停止する。加熱工程では、雰囲気調整装置３８により、容器１７内の内部雰囲気が調整（はんだ付け作業の進行状況に合わせた加圧及び減圧の調整など）される。また、加熱工程では、還元性ガス（本実施形態では水素）からなる雰囲気ガスで容器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の温度まで加熱される。
【００４５】
加熱工程が終了すると、容器１７は、図示しない外部操作装置の動作により手動弁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（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との接続状態を解除し、当該容器１７から離間する。そして、半田溶融後の容器１７は、搬送台３７に載置されたままコンベヤ３６により、加熱工程の次工程である冷却工程の作業エリアＥ３に搬送される。
【００４６】
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。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。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から取り出し、治具３２と錘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。なお、半導体モジュール１００を容器１７から取り出す際には、先ず、図示しない外部操作装置の動作により手動弁２５が開操作され、図４に示すように連通孔２３が開放されることにより、収容空間Ｓ内のガスが容器１７の外部に排出される。
【００４７】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）容器１７に外部に連通可能な連通孔２３を形成した。これにより、容器１７内の制御を外部から行うことが可能となる。そして、連通孔２３を介して雰囲気調整装置３８が容器１７に接続されることにより、容器１７内に密閉状態が形成され、内部雰囲気の調整時におけるガス消費量を抑制することができる。また、雰囲気調整装置３８が外部接続されるので、密閉状態を形成し得る容器１７であっても生産ライン化を実現することができる。
【００４８】
（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を閉状態とすることで、容器１７内に密閉状態を形成することが可能となる。このため、外部接続される雰囲気調整装置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内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など、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、量産化に適した生産ラインを実現することができる。
【００４９】
（３）容器１７には、外部操作装置の外部操作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の開閉機構として無電力操作による手動弁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く、容器１７の構造を簡素化することができる。
【００５０】
（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とを接続し得るように雰囲気調整装置３８の配管構造を設定した。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の接続部位を少なくすることで（本実施形態では１箇所）、装置の信頼性を向上させることができる。
（５）加熱工程におい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っても、錘３５毎に高周波加熱コイル４６を設けることなく複数箇所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ので、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の半田付け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効率的な加熱を実現できる。
【００５１】
（６）また、加熱工程において、半導体素子１２の直上に配置される錘３５の上方に高周波加熱コイル４６を配置した。このため、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、均等に加熱することができる。この結果、各接合部位に配置した半田シート３３の溶融の開始と終了を近似（ほぼ同時）させることができ、半田付け作業の効率化を図ることができる。
【００５２】
（７）また、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、半田付け作業において加熱時間以外で拘束されなくなる（使用不可状態にならない）。したがって、容器１７の交換などにより、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の外部に配置することにより、容器１７内に加熱部材（本実施形態では高周波加熱コイル２８）を配置する構成に比べて容器１７の容積が少なくなる。したがって、容器１７の小型化を図ることができる。また、雰囲気調整としては、主に、容器１７内からの空気の排出（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）の供給と排出がある。このため、容積を少なくすることにより、例えば、空気の排出においては排出に掛かる時間を少なくしたり、排出に掛かるエネルギー（例えば、真空ポンプ２５ｃを動作させる）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おいては、供給又は排出に掛かる時間を少なくしたり、供給又は排出に掛か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。
【００５３】
（８）また、高周波加熱コイル４６と対向する容器１７の部位（本実施形態では蓋部材１９）をガラス板２２（電気的絶縁材）で形成した。このため、容器１７自体が発熱することを回避できるとともに、磁束の通過によって錘３５を発熱させることができる。
【００５４】
（９）錘３５に、各半導体素子１２の非接合面に接触可能な加圧面３５ａを形成した。すなわち、錘３５を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が一つの半導体素子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。
【００５５】
（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（錘３５）に対して１つの高周波加熱コイル４６を対応付けて配置し、当該回路基板１１に配置した錘３５を発熱させるようにした。このため、複数の回路基板１１に配置される複数の錘３５を纏めて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。
【００５６】
（１１）本実施形態の容器１７を用いて半田付けを行う製造ラインＳＲを構成することにより、半導体モジュール１００（半導体モジュール１０）の生産ライン化を実現し、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（半導体モジュール１０）の生産効率を向上させることができる。
【００５７】
（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。
【００５８】
図８は、半導体モジュール１００の半田付け時に用いる容器（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と同様であり、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とから構成されている。また、本体部材１８には、支持台２０（図８には図示しない）が設置されているとともに、蓋部材１９にはガラス板２２（図８には図示しない）が組み付けられている。
【００５９】
本実施形態の容器５０の側壁１８ｂには、容器５０の内部と外部とを連通させる連通路としての複数（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いる。なお、本実施形態の容器５０の側壁１８ｂには、弁体（第１の実施形態では手動弁２５）が設けられていない。また、本実施形態の容器５０には、側壁１８ｂ側に、雰囲気調整装置５４が装着されている。
【００６０】
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（Ｎ２））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（本実施形態では水素（Ｈ２））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の開閉バルブ５６ｂと、窒素タンク５６ｃとからなる。還元性ガス供給部５７は、配管５７ａと、当該配管５７ａの開閉バルブ５７ｂと、水素タンク５７ｃとからなる。真空部５８は、配管５８ａと、当該配管５８ａの開閉バルブ５８ｂと、予め真空引きされた真空タンク５８ｃとからなる。そして、不活性ガス供給部５６の配管５６ａ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。また、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。さらに、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いる。
【００６１】
制御部５５には、各開閉バルブ５６ｂ，５７ｂ，５８ｂが接続されている。また、制御部５５には、容器５０内に配設される各種のセンサ５９が接続されている。センサ５９としては、容器５０内の温度（特に、半田接合部位の温度）を測定する温度センサ（例えば、熱電対など）や容器５０内の圧力を測定する圧力センサである。また、制御部５５には、図示しない外部給電装置から非接触で電力を授受する給電手段としての受電装置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により、容器５０内は、ガス供給及びガス排出によって雰囲気調整がなされる。
【００６２】
本実施形態の容器５０は、製造ラインＳＲに設置された搬送機構となるコンベヤ３６上に雰囲気調整装置５４とともに載置されて搬送されるようになっている。また、本実施形態の製造ラインＳＲには、図示しない外部給電装置と接続される給電授受ライン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、給電授受ライン６１から非接触で給電の授受を行う。このように受電装置６０と給電授受ライン６１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、コンベヤ３６で搬送されながら電力を得ることができ、所定の制御を実行し得るようになっている。すなわち、本実施形態の容器５０によれば、雰囲気調整装置５４が装着されていることにより、コンベヤ３６による搬送中にガス置換工程を行うことも可能である。
【００６３】
本実施形態における製造ラインＳＲでは、第１の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に到達した場合には、第１の実施形態と同様に高周波誘導加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に到達した場合には、第１の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導体素子１２の半田付けを行う方法（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の実施形態と同様であるため、その重複する説明は省略する。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の実施形態で行った弁体に関する制御（手動弁２５の開閉）は省略される。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１），（２）及び（５）〜（１１）に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（１２）容器５０と雰囲気調整装置５４は、一体的に移動可能に接続した。これによれば、雰囲気調整装置５４を伴わせて容器５０を搬送することが可能となる。したがって、容器５０と雰囲気調整装置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、量産化に適した生産ラインを実現することができる。
【００６５】
（１３）また、容器５０に雰囲気調整装置５４を伴わせて搬送することで、センサ５９の計測結果（内部温度や内圧など）に応じて適宜、容器５０内の内部雰囲気を調整することができる。すなわち、作業エリアＥ１〜Ｅ３に移動したか否かに拘わらず、搬送中であっても内部雰囲気を調整することができる。
【００６６】
（１４）受電装置６０と給電授受ライン６１を設けた。これによれば、容器５０とともに移動する雰囲気調整装置５４は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を止めて雰囲気調整装置５４に電力を付与する手段を配設することなく、また所定箇所に容器５０と雰囲気調整装置５４を止めて調整を行わせる必要がない。したがって、電力を付与する手段との接続時間や容器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の短縮化を図ることができる。また、本実施形態の構成によれば、工程間の移動中に容器５０内の内部雰囲気の調整を行うことも可能であり、さらなるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００６７】
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に示す加熱方法に変更しても良い。図９は、容器１７（又は容器５０）内に装備されたヒータ６３によって加熱する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、容器１７（又は容器５０）に電力を供給するための接続端子６４を設け、当該接続端子６４を介して外部からヒータ６３に電力を供給する。図１０は、容器１７（又は容器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、高温の加圧した水素ガス）を供給し、加熱する方法を模式的に示している。この場合、容器１７（又は容器５０）には、ヒートシンク１３に設けられた供給口１３ａと排出口１３ｂにそれぞれ接続される熱媒注入孔６５ａと熱媒排気孔６５ｂ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に伝わり加熱される。なお、熱媒体は、熱媒注入孔６５ａと供給口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と排出口１３ｂを通って容器１７（又は容器５０）外に排出される。
【００６８】
○  半田付けされる半田付け対象物としては、ヒートシンク１３を接合していない状態の回路基板１１でも良い。この場合、本実施形態の容器１７内には、回路基板１１と半導体素子１２からなる半導体装置が収容されて半田付けされることとなる。また、半田付け対象物（半導体モジュール１００）を６個の回路基板１１で構成したが、回路基板１１の数は変更しても良い。
【００６９】
○  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で形成しても良い。例えば、セラミックスや樹脂でも良い。また、蓋部材１９が容器１７の内外の気圧差を受け、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、金属を用いる場合には、錘３５よりも電気抵抗率が高いものを用いた方が良い。また、金属と絶縁材との複合材で構成しても良い。
【００７０】
○  製造ラインＳＲに容器１７（又は容器５０）の移動経路に沿って高周波加熱コイル４６を配置し、容器１７（又は容器５０）をコンベヤ３６で搬送しながら加熱するようにしても良い。
【００７１】
○  第１の実施形態において容器１７の側壁１８ｂに、雰囲気調整装置３８の各配管４０ａ，４１ａ，４２ａ毎に接続可能な連通孔と弁体（手動弁２５）を設けても良い。第１の実施形態では、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つの弁体を設ける。
【００７２】
○  第１の実施形態において容器１７の側壁１８ｂに、連通孔２３のみを設けても良い。手動弁２５を設けない。この場合、容器１７は、連通孔２３が常時開放され、容器１７の内部と外部を常時連通させた状態となっている。このため、このように構成した場合には、少なくともガス置換工程と加熱工程を１箇所で行う。
【００７３】
○  第２の実施形態において、加熱方法を高周波誘導加熱とする場合、高周波加熱コイル４６を容器５０内又は容器５０外（蓋部材１９の上方）に装備し、給電授受ライン６１から電力を供給するようにしても良い。
【００７４】
○  第２の実施形態において、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の実施形態において、給電授受ライン６１と受電装置６０に代えて雰囲気調整装置５４に電力供給手段（例えば、バッテリーなど）を搭載し、当該電力供給手段から電力を供給するようにしても良い。また、給電授受ライン６１と受電装置６０とが接触して給電するようにしても良い。
【００７５】
○  第２の実施形態において、給電授受ライン６１と受電装置６０に加えて、外部情報出力装置（例えば、製造ラインＳＲが設置された工場内の管理コンピュータなど）から雰囲気制御に係る情報を授受する信号授受手段を雰囲気調整装置５４に装備しても良い。また、第２の実施形態において、給電授受ライン６１と受電装置６０に代えて、例えばバッテリーなどの電力供給手段を搭載した上で、前記信号授受手段を雰囲気調整装置５４に装備しても良い。信号授受手段は、雰囲気調整装置５４の制御部５５に接続される。なお、信号授受手段は、外部情報出力装置が出力する信号を、非接触で授受する構成（例えば、無線通信など）としても良いし、外部情報出力装置と信号伝送線を介して接続されることにより接触式で信号を授受する構成としても良い。これらの構成によれば、容器１７とともに搬送機構（コンベヤ３６）を移動する雰囲気調整装置５４は信号授受手段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内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化及び作業効率の向上を図ることができる。
【００７６】
○  実施形態では加熱工程において容器１７内が還元性ガス雰囲気（水素１００％）とされているが、容器１７内を、還元性ガスを含む雰囲気ガスで満たし、加熱を行っても良い。例えば、３％の水素（還元性ガス）を窒素（不活性ガス）に混合したガス雰囲気としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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】第１の実施形態の容器の縦断面図。
【図４】第１の実施形態の容器の縦断面図。
【図５】（ａ）は治具の平面図、（ｂ）は錘の斜視図。
【図６】半導体モジュールと高周波加熱コイルの配置を示す模式図。
【図７】製造ラインを示す模式図。
【図８】第２の実施形態の容器を示す模式図。
【図９】別例の加熱方法を示す模式図。
【図１０】他の別例の加熱方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００７８】
１７，５０…容器、１８…本体部材、２３，５１〜５３…連通孔、２５…手動弁、３６…コンベヤ、３８，５４…雰囲気調整装置、６０…受電装置。
【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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