本發(fā)明涉及一種加熱冷卻設(shè)備，更詳細地說，例如涉及一種適于將半導(dǎo)體元件焊接于基板的加熱冷卻設(shè)備。

背景技術(shù)：

作為以往的焊接裝置，已知一種連續(xù)輸送式的回流焊爐(reflowfurnace)，該回流焊爐使焊接構(gòu)件載置于輸送機并依次經(jīng)過預(yù)備加熱區(qū)、正式加熱區(qū)、冷卻區(qū)來對其進行回流焊處理。一般來說，這種回流焊爐是向大氣開放的。

但是，近年來，在作為電力變換用途的開關(guān)器件等來使用的功率半導(dǎo)體模塊等中，其使用環(huán)境條件嚴峻，在igbt(insulatedgatebipolartransistor：絕緣柵雙極型晶體管)等半導(dǎo)體芯片、fwd(freewheelingdiode：續(xù)流二極管)等電子部件與絕緣基板的焊接結(jié)合面或者絕緣基板與底板的焊接結(jié)合面也需要高強度且高耐熱性，逐漸采用易于得到高結(jié)合強度且sb濃度高的sn-sb系的焊接材料來代替雖然焊料潤濕性優(yōu)異但是結(jié)合強度不能說足夠的sn-ag系的焊接材料。

然而，sb濃度高的sn-sb系的焊接材料被提出以下問題：與sn-ag系的焊接材料相比，sn-sb系的焊接材料在被焊接構(gòu)件的表面形成厚的氧化膜，因此具有焊料難以潤濕的性質(zhì)，當使用向大氣開放的回流焊爐時，無法充分還原被焊接構(gòu)件的表面氧化膜，易于在焊接結(jié)合面產(chǎn)生空隙(void)。

專利文獻1～3中記載了以下方法：在還原氣體環(huán)境下進行回流焊處理，提高焊料潤濕性，來防止空隙的產(chǎn)生。

另外，專利文獻4中公開了如下的回流焊爐：將能夠密閉的立式的工藝管的內(nèi)部空間分為正式加熱區(qū)、預(yù)備加熱區(qū)以及冷卻區(qū)，使搭載著被處理物的升降單元升降，使該升降單元按照期望的處理時間條件在所述預(yù)備加熱區(qū)、所述正式加熱區(qū)以及所述冷卻區(qū)的各區(qū)停止，由此對被處理物進行回流焊處理。

另一方面，專利文獻5中公開了一種焊接裝置，該焊接裝置的特征在于，在能夠開閉的腔室內(nèi)設(shè)置有熱板和冷卻板，該熱板具備加熱單元，該熱板的至少載置基板的部分是平坦的，該冷卻板具有能夠與所述熱板緊貼的面，并且能夠相對于所述熱板進退，所述腔室連接有真空排氣泵、羧酸蒸氣的供給源以及非氧化性氣體的供給源。

專利文獻1：日本特開2010-161207號公報

專利文獻2：日本特開2008-182120號公報

專利文獻3：日本特開2009-170705號公報

專利文獻4：日本特開2002-144076號公報

專利文獻5：日本特開平11-233934號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，在專利文獻1～3的裝置中，存在以下問題：不具備冷卻裝置，對焊接構(gòu)件加熱后的冷卻是自然冷卻，到焊料凝固為止耗費時間，效率差。另外，在專利文獻4的裝置中，需要預(yù)備加熱區(qū)、正式加熱區(qū)、冷卻區(qū)的各區(qū)空間，裝置的小型化是有極限的。另外，在專利文獻5的裝置中，設(shè)為將焊接構(gòu)件載置于具備護套加熱器等加熱裝置的熱板上并通過接觸式的導(dǎo)熱進行加熱的構(gòu)造，存在以下問題：即使停止對護套加熱器的通電，冷卻板的冷卻效率也會由于該熱板的余熱而變差。

鑒于這種問題，本發(fā)明的目的在于提供如下的加熱冷卻設(shè)備：能夠在具有氣密性的一個處理室內(nèi)進行加熱和冷卻的處理，能夠提高加熱冷卻效率并且實現(xiàn)裝置的小型化。

用于解決問題的方案

為了達到上述目的，本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的特征在于，具備：氣密性的處理室，其具有能夠取出和放入被處理構(gòu)件的開閉機構(gòu)；感應(yīng)加熱裝置，其對所述被處理構(gòu)件進行加熱，包括至少一個或多個感應(yīng)加熱線圈；冷卻裝置，其對所述被處理構(gòu)件進行冷卻；溫度傳感器，其用于測量所述被處理構(gòu)件的溫度；以及控制裝置，其基于由所述溫度傳感器測量出的溫度來對所述感應(yīng)加熱裝置和所述冷卻裝置進行控制，其中，在所述加熱冷卻設(shè)備中設(shè)置有移動裝置，該移動裝置使所述被處理構(gòu)件和/或所述冷卻裝置的冷卻部移動，來變更所述被處理構(gòu)件與所述冷卻裝置的冷卻部之間的距離。

根據(jù)本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備，對配置于氣密性的處理室的內(nèi)部的被處理構(gòu)件進行加熱和冷卻，因此例如適于還原氣體環(huán)境下的回流焊處理等，對能夠感應(yīng)加熱的構(gòu)件進行直接加熱，因此即使在與被處理構(gòu)件抵接或接近地配置冷卻裝置的情況下，也能夠不受冷卻裝置的影響地進行加熱。在要使被處理構(gòu)件升溫的情況下，通過移動裝置使冷卻裝置遠離被處理構(gòu)件來降低冷卻能力，從而能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件進行快速加熱。另外，在要將被處理構(gòu)件保持為固定的溫度的情況下，通過移動裝置使冷卻裝置接近被處理構(gòu)件，來平衡加熱與冷卻，由此能夠高精度地控制被處理構(gòu)件的溫度。另外，在要使被處理構(gòu)件降溫的情況下，通過移動裝置使冷卻裝置與被處理構(gòu)件抵接，從而能夠進行快速冷卻。在以上的加熱冷卻工序中，能夠提高加熱冷卻效率來縮短處理時間，并且，無需使被處理構(gòu)件在處理室內(nèi)沿水平方向移動就能夠連續(xù)地實施加熱處理和冷卻處理，因此能夠使裝置小型化。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，所述感應(yīng)加熱線圈配置于所述被處理構(gòu)件的下方，所述冷卻部的冷卻機構(gòu)與所述感應(yīng)加熱線圈一體化。

對被處理構(gòu)件進行冷卻的冷卻裝置的冷卻部為使冷卻機構(gòu)與感應(yīng)加熱線圈一體化的構(gòu)造，由此能夠節(jié)省處理室內(nèi)的構(gòu)件設(shè)置空間，使處理室小型化。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，通過使所述感應(yīng)加熱線圈為中空構(gòu)造，所述冷卻機構(gòu)形成能夠供制冷劑循環(huán)的流路。

根據(jù)上述方式，使感應(yīng)加熱線圈為中空構(gòu)造，因此能夠?qū)⑵渥鳛榱髀穪砉┲评鋭┭h(huán)。例如，能夠通過使冷卻水在中空構(gòu)造中循環(huán)來高效地冷卻被處理構(gòu)件和感應(yīng)加熱線圈。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，具備冷卻板，該冷卻板在冷卻時與所述中空構(gòu)造的感應(yīng)加熱線圈的上表面抵接。

根據(jù)上述方式，在要使被處理構(gòu)件升溫的情況下，能夠通過移動裝置使冷卻板離開被處理構(gòu)件，并通過感應(yīng)加熱線圈對被處理構(gòu)件進行加熱。另外，在要使被處理構(gòu)件降溫的情況下，通過移動裝置使被處理構(gòu)件與冷卻板抵接，由此能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件進行快速冷卻。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，具備：冷卻板，其位于所述被處理構(gòu)件與所述感應(yīng)加熱線圈之間；以及制冷劑的流路，其作為所述冷卻機構(gòu)配置于所述冷卻板的下方，所述感應(yīng)加熱線圈浸在該制冷劑中。

根據(jù)上述方式，能夠通過使制冷劑在流路中循環(huán)來對冷卻板進行冷卻。由此，在冷卻時，能夠通過被冷卻的冷卻板來對被處理構(gòu)件進行冷卻。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，所述冷卻板由碳化硅、氮化硅或氮化鋁的陶瓷形成。

根據(jù)上述方式，即使在冷卻板之下配置感應(yīng)加熱線圈，也能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件進行加熱。另外，在使被加熱的被處理構(gòu)件與冷卻板接觸的情況下，能夠通過與冷卻板的熱交換來進行快速冷卻，從而能夠降低加熱、冷卻所需的能量的損耗。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，在所述加熱冷卻設(shè)備中配置有絕緣罩，該絕緣罩覆蓋所述感應(yīng)加熱線圈的表面，由具有耐熱性的絕緣性材料形成。

根據(jù)上述方式，利用具有耐熱性的絕緣性材料(陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等)的絕緣罩來覆蓋感應(yīng)加熱線圈的表面使得感應(yīng)加熱線圈不暴露，由此能夠防止以下情況：在加熱被處理構(gòu)件時，導(dǎo)電性的粉塵、異物堆積在感應(yīng)加熱線圈上，與感應(yīng)加熱線圈發(fā)生短路。能夠防止在導(dǎo)電構(gòu)件之間產(chǎn)生的放電，因此即使長期不進行維護也能夠安全地運轉(zhuǎn)加熱冷卻設(shè)備。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，所述冷卻部配置于所述被處理構(gòu)件的下方，所述感應(yīng)加熱線圈配置于所述被處理構(gòu)件的上方。

根據(jù)上述方式，能夠使被處理構(gòu)件與感應(yīng)加熱線圈之間的距離為雖然不接觸但是接近，因此能夠高效地對被處理構(gòu)件進行加熱。另外，被處理構(gòu)件與感應(yīng)加熱線圈之間不存在障礙物(例如冷卻板)，因此加熱效率進一步提高。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，也可以是，所述冷卻部配置于所述被處理構(gòu)件的下方，所述感應(yīng)加熱線圈配置于所述冷卻部的下方。

通過這樣構(gòu)成，即使在連續(xù)處理高度不同的被處理構(gòu)件的情況下，也無需對被處理構(gòu)件與感應(yīng)加熱線圈之間的距離進行高度調(diào)整，因此作業(yè)效率變好。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，所述控制裝置以向所述感應(yīng)加熱裝置供給的通電電流及頻率、向所述冷卻裝置供給的制冷劑的入口溫度及流量、所述被處理構(gòu)件與所述冷卻板之間的距離為參數(shù)，基于由溫度傳感器測量出的溫度來對所述感應(yīng)加熱裝置和所述冷卻裝置進行控制，所述溫度傳感器相對于所述感應(yīng)加熱線圈被電磁屏蔽。

根據(jù)上述方式，控制裝置能夠利用電信號來高精度地控制與加熱、冷卻有關(guān)的參數(shù)，從而控制感應(yīng)加熱裝置和冷卻裝置。另外，溫度傳感器被設(shè)置為相對于感應(yīng)加熱線圈被電磁屏蔽的狀態(tài)，因此能夠準確地測定被處理構(gòu)件的溫度。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，具備：真空排氣裝置，其與所述處理室連接；還原氣體供給裝置，其向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入還原氣體；以及非活性氣體供給裝置，其向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入非活性氣體，其中，所述控制裝置對所述真空排氣裝置、所述還原氣體供給裝置以及所述非活性氣體供給裝置進行控制。

根據(jù)上述方式，控制裝置能夠在控制真空排氣裝置來對處理室進行真空排氣之后，控制還原氣體供給裝置來向處理室內(nèi)導(dǎo)入還原氣體，由此使被處理構(gòu)件的表面還原。另外，控制裝置能夠控制非活性氣體供給裝置來向處理室內(nèi)導(dǎo)入非活性氣體，與還原氣體進行置換，因此能夠?qū)⑻幚硎野踩叵虼髿忾_放。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，具備測量所述處理室的內(nèi)壓的壓力計，所述控制裝置對所述真空排氣裝置進行控制來使所述處理室內(nèi)減壓，獲取由所述壓力計測量出的該處理室的內(nèi)壓，根據(jù)向所述感應(yīng)加熱裝置供給的通電電流及頻率的參數(shù)值將該內(nèi)壓變換為最大通電電流并進行輸出控制。

根據(jù)上述方式，控制裝置例如能夠從壓力計獲取被減壓后的處理室的內(nèi)壓，考慮該內(nèi)壓、被處理構(gòu)件的加熱位置來進行運算，立即輸出在處理室內(nèi)不發(fā)生放電的感應(yīng)加熱線圈的最大通電電流。由此，即使在將處理室內(nèi)控制為減壓狀態(tài)的情況下也能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件進行加熱。例如，易于排出在使被處理構(gòu)件的焊接材料熔融時產(chǎn)生的氣體，因此缺陷少，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接的質(zhì)量提高。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，所述感應(yīng)加熱線圈包括一個或多個呈在中央具有收縮部的縱長的橢圓形狀的線圈，所述感應(yīng)加熱線圈與所述被處理構(gòu)件平行地配置。

根據(jù)上述方式，能夠利用這種線圈的形狀來防止熱集中于載置被處理構(gòu)件的托盤的中央附近。由此，例如，即使被處理構(gòu)件的主面為如長方形那樣的形狀，也能夠得到高的均熱性。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，在一個處理室配置有兩組以上的所述感應(yīng)加熱裝置和所述冷卻裝置。

根據(jù)上述方式，感應(yīng)加熱線圈和冷卻部以外的部分全部能夠共用。另外，通過收納以往的2倍以上的加熱冷卻部，能夠一次進行2倍以上的被處理構(gòu)件的加熱、冷卻處理，因此可預(yù)計大幅的成本下降和處理性能提高。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是，具備將載置著所述被處理構(gòu)件的托盤推壓至所述冷卻部的推壓部，該推壓部用于通過使所述托盤與所述冷卻部接觸來進行冷卻。

根據(jù)上述方式，在要使載置著被處理構(gòu)件的托盤與冷卻部接觸來進行冷卻時，通過推壓部將托盤推壓至冷卻部。由此，能夠使托盤與冷卻部的接觸面積變大，從而能夠提高冷卻效率。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備，通過移動裝置使被處理構(gòu)件和冷卻裝置的冷卻部中的一方或兩方移動，由此能夠高效地進行被處理構(gòu)件的加熱和冷卻。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的一個實施方式所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中使用的感應(yīng)加熱線圈的例子的俯視圖。

圖3是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中使用的葫蘆型的感應(yīng)加熱線圈所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(中空構(gòu)造的加熱感應(yīng)線圈)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(中空構(gòu)造的加熱感應(yīng)線圈和冷卻板)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(能夠收容兩組的處理室)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(非接觸的感應(yīng)加熱線圈處于處理室的上表面附近)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(非接觸的感應(yīng)加熱線圈處于處理室的底面附近)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖9是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(感應(yīng)加熱線圈配置于制冷劑容器內(nèi))所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖10是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(感應(yīng)加熱線圈用的絕緣罩)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖11是本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式(托盤推壓機構(gòu)和壓力計)所涉及的概要結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面，參照圖1來說明基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的一個實施方式。

圖1中示出了加熱冷卻設(shè)備100的概要結(jié)構(gòu)圖。加熱冷卻設(shè)備100具備：氣密性的處理室4，其具有能夠取出和放入被處理構(gòu)件1的開閉機構(gòu)；冷卻裝置3的冷卻部3a，其配置于被處理構(gòu)件1的下方；感應(yīng)加熱裝置2的感應(yīng)加熱線圈2a，其配置于冷卻部3a的下方；移動裝置15，其用于改變被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離；溫度傳感器5，其用于測量被處理構(gòu)件1的溫度；控制裝置6，其基于測量出的溫度來對感應(yīng)加熱裝置2和冷卻裝置3進行控制；以及輸入裝置7，其用于向控制裝置6輸入信號。

在本發(fā)明中，感應(yīng)加熱線圈2a和冷卻部3a相對于被處理構(gòu)件1被縱向配置，因此與以往的加熱部和冷卻部被橫向配置的情況相比，能夠使裝置大幅地小型化。

下面，詳細說明各部的結(jié)構(gòu)。

處理室4是包括蓋部4a和底部4b的氣密室，蓋部4a被從開閉裝置8延伸出的軸9所支承，與軸9一起如圖1中的箭頭所示那樣進行升降動作，能夠相對于底部4b開閉。能夠在蓋部4a的上表面的內(nèi)側(cè)安裝隔熱罩10a、10b，該隔熱罩10a、10b用于反射從被處理構(gòu)件1放射的紅外線輻射來使該紅外線輻射再入射到被處理構(gòu)件1。在此，隔熱罩10a、10b被設(shè)為不妨礙由感應(yīng)加熱裝置2進行的加熱的構(gòu)造。另一方面，處理室4連接有真空排氣裝置11，能夠?qū)μ幚硎?進行真空排氣。另外，處理室4連接有還原氣體供給裝置12和非活性氣體供給裝置13，能夠向處理室4供給還原氣體或非活性氣體。

感應(yīng)加熱裝置2包括感應(yīng)加熱線圈2a和電源2b。感應(yīng)加熱是如下的方法，即，向感應(yīng)加熱線圈2a流通交流電流，通過其磁通變化使得在被處理構(gòu)件1的導(dǎo)電部分產(chǎn)生渦流，利用渦流所引起的焦耳發(fā)熱對被處理構(gòu)件1進行加熱，感應(yīng)加熱相比于其它非接觸加熱裝置而言構(gòu)造簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，也能夠設(shè)置在處理室4中。另外，也沒有消耗部分，因此不需要維護，適于連續(xù)運轉(zhuǎn)。

但是，在被處理構(gòu)件1由作為非磁性材料的低電阻的金屬、例如銅構(gòu)成的情況下，難以直接進行感應(yīng)加熱，因此將被處理構(gòu)件1載置于由易于被感應(yīng)加熱的材料構(gòu)成的被加熱構(gòu)件上，通過感應(yīng)加熱線圈2a對被加熱構(gòu)件進行感應(yīng)加熱，能夠通過來自被加熱的被加熱構(gòu)件的導(dǎo)熱來間接地對被處理構(gòu)件1進行加熱。利用被加熱構(gòu)件制作出的托盤1d優(yōu)選由高電阻的金屬或碳等構(gòu)成，對于形狀沒有特別限定。此外，未必需要準備專用構(gòu)件來作為被加熱構(gòu)件，能夠利用碳等構(gòu)成托盤1d來得到同樣的效果。

對于感應(yīng)加熱線圈2a的形狀沒有特別限定，例如，能夠使用將導(dǎo)線卷繞并在中央具有空部的主面外形為圓形或縱長橢圓形的平板線圈或者主面外形為在中央具有收縮部的葫蘆形的平板線圈。

冷卻裝置3包括：冷卻部3a；熱交換器3b；將冷卻部3a與熱交換器3b連接為環(huán)狀的制冷劑配管3c；使制冷劑配管3c內(nèi)的制冷劑在冷卻部3a與熱交換器3b之間循環(huán)的循環(huán)泵3d；以及用于調(diào)節(jié)循環(huán)到所述冷卻部的制冷劑的流量的流量調(diào)節(jié)閥3e。其中，熱交換器3b、循環(huán)泵3d、流量調(diào)節(jié)閥3e設(shè)置于處理室4的外部，用于與在制冷劑配管3c內(nèi)流動的制冷劑進行熱交換來冷卻制冷劑的流體通過未圖示的配管流過熱交換器3b。

對于冷卻裝置3的運轉(zhuǎn)方法沒有特別限定，例如，能夠使循環(huán)泵3d始終運轉(zhuǎn)，利用流量調(diào)節(jié)閥3e來切斷制冷劑向冷卻部3a的流通或者對制冷劑向冷卻部3a的流通進行流量調(diào)節(jié)。具體地說，在對被處理構(gòu)件1進行加熱時，能夠停止制冷劑向冷卻部3a的循環(huán)。在將被處理構(gòu)件1的溫度保持為固定溫度的期間，能夠與流過感應(yīng)加熱線圈2a的交流電力的電流量和/或其頻率一起，利用流量調(diào)節(jié)閥3e調(diào)整制冷劑的流量。在對被處理構(gòu)件1進行冷卻時，能夠停止向感應(yīng)加熱線圈2a的電力供給，將流量調(diào)節(jié)閥3e開大來增加制冷劑向冷卻部3a的循環(huán)量，從而快速冷卻被處理構(gòu)件1。

冷卻部3a例如能夠由設(shè)置于處理室4內(nèi)的底部4b上的、具備制冷劑循環(huán)流路的板狀構(gòu)件構(gòu)成。對于冷卻部3a的材質(zhì)沒有特別限定，優(yōu)選為具有耐熱性且導(dǎo)熱優(yōu)異的材質(zhì)。另外，在非接觸加熱裝置是感應(yīng)加熱裝置的情況下，冷卻部3a優(yōu)選為使磁通透過的絕緣體以避免被感應(yīng)加熱。具體地說，能夠使用碳化硅、陶瓷、石英玻璃等，碳化硅由于導(dǎo)熱率高而尤其理想。

另外，利用中空管來構(gòu)成感應(yīng)加熱線圈2a，使制冷劑配管3c在循環(huán)泵3d的噴出側(cè)從流量調(diào)節(jié)閥3e的上游進行分支，來使制冷劑流向感應(yīng)加熱線圈2a，從而能夠?qū)Ω袘?yīng)加熱線圈2a進行冷卻。

移動裝置15包括支承被處理構(gòu)件1的框架15a、用于使框架15a升降的多根升降軸15b、安裝有升降軸15b的升降基座15c以及用于驅(qū)動升降基座15c的升降致動器15d，移動裝置15能夠使被處理構(gòu)件1沿上下方向移動來改變被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離。當使升降致動器15d收縮時，升降基座15c上升，安裝于升降軸15b的頂端的框架15a所支承的被處理構(gòu)件1上升，從而離開冷卻部3a。反之，當使升降致動器15d延伸時，升降基座15c下降，安裝于升降軸15b的頂端的框架15a所支承的被處理構(gòu)件1下降，從而與冷卻部3a接觸。在要使被處理構(gòu)件1升溫的情況下，能夠使被處理構(gòu)件1離開冷卻部3a來進行快速加熱。另外，在要將被處理構(gòu)件保持為固定的溫度的情況下，能夠使被處理構(gòu)件1接近冷卻部3a來平衡加熱與冷卻，由此高精度地控制被處理構(gòu)件1的溫度。另外，在要使被處理構(gòu)件1降溫的情況下，能夠使被處理構(gòu)件1與冷卻部3a抵接來進行快速冷卻。

此外，移動裝置15也可以是不改變被處理構(gòu)件1的位置而是使冷卻部3a移動來改變被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離的裝置。

對于溫度傳感器5沒有特別限定，例如能夠使用熱電偶、紅外線放射溫度計等。其中，優(yōu)選的是，溫度傳感器5是不受感應(yīng)加熱的影響的傳感器或者是被電磁屏蔽以避免被直接感應(yīng)加熱的構(gòu)造。上述中紅外線放射溫度計是不受感應(yīng)加熱的影響的溫度傳感器。在溫度傳感器5是熱電偶的情況下，優(yōu)選的是，芯線部分被護套包覆以避免被直接感應(yīng)加熱。另外，當溫度傳感器5的頂端部附近與冷卻部3a接觸時，會受到溫度低的冷卻部3a的影響，因此優(yōu)選的是至少在溫度傳感器5的頂端與冷卻部3a之間設(shè)置間隙。也可以設(shè)置多個溫度傳感器。對來自多個溫度傳感器的輸入值進行平均，使得與目標值之間的偏差最小，由此溫度的可靠性增加。

真空排氣裝置11包括具有閥11a的配管11b以及真空泵11c。對于真空泵11c沒有特別限定，例如能夠使用旋轉(zhuǎn)泵(rotarypump)、隔膜泵(diaphragmpump)、活塞型泵(piston-typepump)等。其中，在排出還原氣體的情況下，安全起見，真空泵11c優(yōu)選為防爆型的泵。

還原氣體供給裝置12包括具有閥12a的配管12b以及還原氣體儲存罐12c。作為還原氣體，例如能夠使用包含氫、甲酸、甲醛等的氣體。

非活性氣體供給裝置13包括具有閥13a的配管13b以及非活性氣體儲存罐13c。作為非活性氣體，例如能夠使用氮氣、氬氣等。

雖未進行圖示，但是控制裝置6至少具備包括ram、rom、磁盤、光盤等的存儲裝置以及包括cpu的運算裝置，基于存儲裝置中保存的程序、數(shù)據(jù)，通過運算裝置向各種裝置發(fā)送控制信號?？刂蒲b置6連接有輸入裝置7以及未圖示的包括顯示器、打印機等的顯示裝置。能夠從與控制裝置6連接的輸入裝置7輸入要保存到控制裝置6的存儲裝置的數(shù)據(jù)。作為從輸入裝置7輸入的數(shù)據(jù)，例如能夠列舉出保持時間t1、保持時間t2、第一目標加熱溫度t1、第二目標加熱溫度t2、第一目標冷卻溫度t3、第二目標冷卻溫度t4等。另外，如前所述那樣由溫度傳感器5測定出的被處理構(gòu)件1的溫度t等也被輸入到控制裝置6。

控制裝置6與開閉裝置8連接，能夠通過控制信號a來使處理室4的蓋部4a上下運動。另外，控制裝置6與感應(yīng)加熱裝置2的電源2b連接，能夠通過控制信號b來控制感應(yīng)加熱線圈2a的輸出。例如，能夠控制向感應(yīng)加熱線圈2a流通的交流電力的頻率、電流量。另外，控制裝置6與冷卻裝置3的熱交換器3b連接，能夠通過控制信號c來控制制冷劑的溫度。另外，控制裝置6與冷卻裝置3的流量調(diào)節(jié)閥3e連接，能夠通過控制信號d來控制制冷劑的流量。另外，控制裝置6與真空排氣裝置11的閥11a連接，能夠通過控制信號e來使閥11a開閉。另外，控制裝置6與真空排氣裝置11的真空泵11c連接，能夠通過控制信號f來使真空泵11c運轉(zhuǎn)/停止。另外，控制裝置6與還原氣體供給裝置12的閥12a連接，能夠通過控制信號g來使閥12a開閉。另外，控制裝置6與非活性氣體供給裝置13的閥13a連接，能夠通過控制信號h來使閥13a開閉。另外，控制裝置6與移動裝置15的升降致動器15d連接，能夠通過控制信號i來改變被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離。

因此，控制裝置6能夠以向感應(yīng)加熱線圈2a供給的通電電流及頻率、向冷卻部3a供給的制冷劑的入口溫度及流量、被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離為參數(shù)，來控制被處理構(gòu)件1的溫度。

接著，說明將本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備100用于半導(dǎo)體模塊的焊接的實施方式的一例。

例如，被處理構(gòu)件1包括半導(dǎo)體元件1a、在絕緣板的兩面具有金屬箔的絕緣基板1b、底板1c以及托盤1d。被處理構(gòu)件1的半導(dǎo)體元件也可以是多個。借助膏狀的焊料將半導(dǎo)體元件粘貼在絕緣基板的上表面的金屬箔的規(guī)定位置處。另外，借助膏狀的焊料將底板1c粘貼在絕緣基板1b的下表面的金屬箔處。托盤1d兼作輸送治具，當載置于冷卻部3a上時，托盤1d的下表面與冷卻部3a的上表面及埋設(shè)于冷卻部3a的溫度傳感器5的頂端抵接。

對于托盤1d的材質(zhì)沒有特別限定，能夠使用陶瓷、石英玻璃等絕緣材料、碳等高電阻材料。當利用絕緣材料來構(gòu)成托盤1d時，能夠利用透過的磁通來直接對底板1c進行感應(yīng)加熱。另一方面，當利用高電阻材料來構(gòu)成托盤1d時，能夠通過來自被感應(yīng)加熱的托盤1d的導(dǎo)熱來間接地對底板1c進行加熱。如果這樣構(gòu)成，則能夠不依賴于底板1c的材質(zhì)而均勻地對被處理構(gòu)件1進行加熱。另外，能夠適當變更托盤1d的形狀使得托盤1d能夠輸送多個底板1c來進行加熱冷卻處理。下面，說明利用加熱冷卻設(shè)備100進行的半導(dǎo)體模塊的焊接方法。

(1)搬入

通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a上升來打開處理室4，搬入被處理構(gòu)件1，將被處理構(gòu)件1載置于框架15a上，之后通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a下降來關(guān)閉處理室4，將處理室4密封。

(2)真空排氣

打開真空排氣裝置11的閥11a，使用真空泵11c對處理室4的內(nèi)部進行真空排氣，在達到規(guī)定的真空度時關(guān)閉閥11a。但是，在想要在減壓狀態(tài)下進行還原的情況下，也可以保持打開閥11a。

(3)還原氣體導(dǎo)入

打開還原氣體供給裝置12的閥12a，從還原氣體儲存罐12c向處理室4供給還原氣體。在向處理室4供給了規(guī)定壓力的還原氣體時，關(guān)閉閥12a。但是，在想要在減壓狀態(tài)下進行還原的情況下，仍打開閥12a，與真空排氣速度取得平衡，從而能夠保持為規(guī)定的壓力。

(4)第一加熱(還原處理)

使用感應(yīng)加熱裝置2將被處理構(gòu)件1加熱至第一目標加熱溫度t1，在保持時間t1內(nèi)將由溫度傳感器5測定的被處理構(gòu)件1的溫度t保持為第一目標加熱溫度t1，來對被處理構(gòu)件1進行預(yù)熱，并且將被處理構(gòu)件1的表面還原，來提高焊料的潤濕性。在加熱時，通過移動裝置15將被處理構(gòu)件1以不與冷卻部3a接觸的方式隔開間隙地進行保持。如果這樣，則熱不容易從被處理構(gòu)件1向冷卻部3a散去，因此能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件1進行快速加熱。第一目標加熱溫度t1被設(shè)定為比焊料的熔融溫度低的溫度。若在被處理構(gòu)件1的表面被充分還原之前焊料熔融，則會出現(xiàn)結(jié)合部中產(chǎn)生空隙的焊接不良。因此，需要進行溫度控制以避免被處理構(gòu)件1的溫度t過沖(overshooting)?？刂蒲b置6能夠以使第一目標加熱溫度t1與由溫度傳感器5測定出的溫度t之間的偏差最小的方式對感應(yīng)加熱裝置2的輸出進行反饋控制。

本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備100是使用感應(yīng)加熱裝置2將被處理構(gòu)件1作為發(fā)熱體來直接加熱的方法，因此具有升溫速度快的優(yōu)點，能夠縮短加熱時間，提高加熱冷卻設(shè)備的處理能力。

(5)第二加熱(焊料熔融)

使用感應(yīng)加熱裝置2將被處理構(gòu)件1加熱到第二目標加熱溫度t2，在保持時間t2內(nèi)將由溫度傳感器5測定的被處理構(gòu)件1的溫度t保持為第二目標加熱溫度t2，來使被處理構(gòu)件1的焊料熔融。第二目標加熱溫度t2被設(shè)定為比焊料的熔融溫度高的溫度。在第二目標加熱溫度t2的設(shè)定相對于焊料熔融溫度而言過高的情況下，焊接結(jié)合面處的固相反應(yīng)進展過度而導(dǎo)致焊接不良，反之在第二目標加熱溫度t2的設(shè)定過于接近焊料的熔融溫度的情況下，存在以下危險：在由于加熱的面內(nèi)偏差而溫度未充分升高的位置處，焊料未熔融而導(dǎo)致焊接不良。因此，需要準確地測定被處理構(gòu)件1的溫度t且適當?shù)剡M行溫度控制?？刂蒲b置6能夠以使第二目標加熱溫度t2與由溫度傳感器5測定出的溫度t之間的偏差最小的方式對感應(yīng)加熱裝置2進行反饋控制。作為控制參數(shù)，能夠?qū)ο蚋袘?yīng)加熱線圈2a供給的通電電流及頻率、向冷卻部3a供給的制冷劑的入口溫度及流量、被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離進行控制。

(6)冷卻(焊料凝固)

停止利用感應(yīng)加熱裝置2的加熱，通過移動裝置15使被處理構(gòu)件1與冷卻部3a接觸或接近，通過冷卻部3a對被處理構(gòu)件1進行冷卻。另外，控制裝置6能夠以使第一目標冷卻溫度t3與由溫度傳感器5測定出的溫度t之間的偏差最小的方式對冷卻裝置進行反饋控制。冷卻部3a由不被直接加熱的材料構(gòu)成，溫度不上升，因此能夠迅速地冷卻被處理構(gòu)件1，縮短冷卻時間，提高加熱冷卻設(shè)備的處理能力。

(7)非活性氣體導(dǎo)入

通過溫度傳感器5來測定被處理構(gòu)件1的溫度t，在該溫度t變?yōu)榈诙繕死鋮s溫度t4時，在還原氣體供給裝置12的閥12a關(guān)閉著的狀態(tài)下打開真空排氣裝置11的閥11a，使用真空泵11c對處理室4的內(nèi)部進行真空排氣。在處理室4達到規(guī)定的真空度時關(guān)閉閥11a，打開非活性氣體供給裝置13的閥13a，從非活性氣體儲存罐13c向處理室4供給非活性氣體。在處理室4的壓力恢復(fù)為大氣壓時，關(guān)閉閥13a。在此期間也持續(xù)通過冷卻部3a對被處理構(gòu)件1進行冷卻。

(8)搬出

通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a上升來打開處理室4，搬出被處理構(gòu)件1，之后通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a下降來關(guān)閉處理室4。

如以上所說明的那樣，本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備能夠在一個處理室4內(nèi)進行提高焊料潤濕性的還原處理、焊料熔融處理、焊料凝固處理，因此與以往的焊接裝置相比小型化。另外，冷卻部3a配置于被處理構(gòu)件1的下方，感應(yīng)加熱裝置2的感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻部3a的更下方。根據(jù)該實施方式，即使在連續(xù)處理高度不同的被處理構(gòu)件1的情況下，被處理構(gòu)件1與感應(yīng)加熱線圈2a之間的距離也不變，這是由于感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻裝置3的下方。因此，不需要重新調(diào)整感應(yīng)加熱線圈2a的高度，能夠提高作業(yè)性。另外，通過感應(yīng)加熱線圈2a，只有作為被處理構(gòu)件1的半導(dǎo)體模塊容易被加熱，處理室4的內(nèi)壁、冷卻部3a等難以被加熱，因此加熱沒有浪費，而且能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊進行快速加熱、快速冷卻。

接著，使用附圖來說明本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的感應(yīng)加熱裝置的詳情。

如前所述，在被處理構(gòu)件1是半導(dǎo)體模塊且要將半導(dǎo)體元件1a、絕緣基板1b以及銅制的底板1c焊接結(jié)合的情況下，每個構(gòu)件均為難以直接感應(yīng)加熱的構(gòu)件，從被感應(yīng)加熱的被加熱構(gòu)件通過導(dǎo)熱來間接加熱是更為容易的，優(yōu)選的是，將底板1c例如載置在由碳材料構(gòu)成的托盤1d上來間接加熱。為了均勻地加熱被處理構(gòu)件1，優(yōu)選的是，托盤1d的外形比載置多個底板1c的區(qū)域的外緣大，感應(yīng)加熱線圈2a的外形比托盤1d的外形大。

對于在本發(fā)明中使用的感應(yīng)加熱線圈2a的形狀沒有特別限定，例如能夠使用圖2的俯視圖所示的感應(yīng)加熱線圈。在圖2中，省略了導(dǎo)線的形狀，僅圖示了繞線束的外形。另外，利用被加熱構(gòu)件形成的托盤1d被圖示為長方形。圖2的(a)中示出了將導(dǎo)線卷繞并在中央具有空部的主面的外形為圓形的平板狀的感應(yīng)加熱線圈2aa。圖2的(b)中示出了將導(dǎo)線卷繞并在中央具有空部的主面的外形為縱長橢圓形的平板狀的感應(yīng)加熱線圈2ab。圖2的(c)中示出了將導(dǎo)線卷繞并在中央具有空部的主面的外形為在中央具有收縮部s的縱長橢圓形(葫蘆形)的平板狀的感應(yīng)加熱線圈2ac。這些感應(yīng)加熱線圈可以是將絕緣包覆導(dǎo)線卷繞而成的線圈，但是也可以是將電導(dǎo)性好的金屬制的中空管卷繞而成的線圈。即使是中空，由于電流流過金屬表面，因此也不會影響損耗、加熱性能。

并且，在圖2中，分別利用陰影來示意性地圖示了對托盤1d進行了感應(yīng)加熱時的高溫部ht和低溫部lt。在圖2的(a)所示的圓形線圈2aa中，在托盤1d的四邊產(chǎn)生高溫部ht，在四角產(chǎn)生低溫部lt。在圖2的(b)所示的兩個并列的縱長橢圓線圈2ab中，在托盤1d的中央和沿著短邊產(chǎn)生高溫部ht。特別是，在托盤1d的中央附近，由于同時被兩個縱長橢圓線圈的直線部加熱，因此溫度容易上升。因此，若使用對縱長橢圓線圈2ab進行改進后得到的、在中央具有收縮部s的葫蘆形線圈2ac，則能夠緩和托盤1d的中央附近的熱的集中，如圖2的(c)所示那樣均熱性提高。

并且，使用圖3來說明葫蘆形線圈2ac的形狀和配置的詳情。在托盤1d的上表面載置有6個被處理構(gòu)件1。在托盤1d的下方，兩個葫蘆形線圈2ac以使收縮部s相鄰的方式并列地平行配置。

在此，葫蘆形線圈2ac優(yōu)選形成為以下形狀：葫蘆形線圈2ac的中心的空間以及所述收縮部s的至少一部分配置于比托盤1d的外周靠內(nèi)側(cè)的位置。通過這樣，能夠?qū)⒏袘?yīng)加熱線圈的磁力線集中于托盤1d的內(nèi)側(cè)，來高效地對托盤1d進行加熱。

當使從葫蘆形線圈2ac的長邊方向的端部到托盤1d的外緣的距離l1變大時，能夠使托盤1d的地點a處的發(fā)熱量增加。另外，在葫蘆形線圈2ac的具有收縮部s的一側(cè)，當使從葫蘆形線圈的最突出的外緣到被處理構(gòu)件的外緣的距離l2變大時，能夠使托盤1d的地點b處的發(fā)熱量增加。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是將并列的葫蘆形線圈2ac之間的距離l3設(shè)計成使地點a與地點b的發(fā)熱量為相同程度，更優(yōu)選的是設(shè)置有對托盤1d的均熱性進行調(diào)整的位置調(diào)整裝置。另外，優(yōu)選的是葫蘆形線圈2ac與托盤1d之間的距離l4被設(shè)計成得到對于平板外周的散熱而言適當?shù)?、平板外周與內(nèi)側(cè)的發(fā)熱差，更優(yōu)選的是設(shè)置有對托盤1d的均熱性進行調(diào)整的位置調(diào)整裝置。

另外，在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，相鄰的葫蘆形線圈2ac的卷繞方向優(yōu)選為相反的卷繞方向。如果這樣構(gòu)成，則由兩個感應(yīng)加熱線圈2ac制作出的磁場以增強渦流的方式發(fā)揮作用，因此能夠高效地對托盤1d進行加熱。

在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中，優(yōu)選的是在相鄰的葫蘆形線圈2ac的下方具備軟磁性構(gòu)件16。如果這樣構(gòu)成，則能夠借助軟磁性構(gòu)件16將一方的感應(yīng)加熱線圈的向下方延伸的磁力線與另一方的葫蘆形線圈2ac的磁力線連接，使在葫蘆形線圈2ac下側(cè)產(chǎn)生的磁場翻轉(zhuǎn)到上方。另外，通過調(diào)整軟磁性構(gòu)件16相對于葫蘆形線圈2ac的配置，能夠調(diào)節(jié)托盤1d上狀的磁通密度的分布。

此外，本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備不限于葫蘆形線圈，即使是其它形狀的感應(yīng)加熱線圈，也能夠具備使并列的感應(yīng)加熱線圈之間的距離l3可變的位置調(diào)整裝置、使感應(yīng)加熱線圈與被處理構(gòu)件1之間的距離l4可變的位置調(diào)整裝置，也可以構(gòu)成為使相鄰的感應(yīng)加熱線圈的卷繞方向為相反的卷繞方向，在感應(yīng)加熱線圈的下方配置軟磁性構(gòu)件。

另外，在上述內(nèi)容中，說明了配置兩個感應(yīng)加熱線圈的例子，但是感應(yīng)加熱線圈也可以是一個，還可以將兩個以上的多個感應(yīng)加熱線圈并列地平行配置。

接著，使用附圖來說明在本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備中改變冷卻部的方式來得到的其它實施方式。

圖4中示出了冷卻部是形成有能夠供制冷劑循環(huán)的流路的中空的感應(yīng)加熱線圈2a且兼作加熱部和冷卻部的加熱冷卻設(shè)備101。能夠通過移動裝置15使托盤1d與感應(yīng)加熱線圈2a(冷卻部)抵接，來直接對托盤1d進行冷卻。為了增大與托盤1d的接觸面積，感應(yīng)加熱線圈2a的截面優(yōu)選設(shè)為與托盤1d接觸的面為平坦的面。具體地說，優(yōu)選是具有中空的矩形截面。如果這樣構(gòu)成，則能夠使制冷劑在被設(shè)為中空的感應(yīng)加熱線圈2a中流通來抑制感應(yīng)加熱線圈2a的自發(fā)熱，并且，感應(yīng)加熱線圈2a兼作加熱部和冷卻部，因此能夠節(jié)省設(shè)置空間來使處理室小型化。

圖5中示出了冷卻部兼作加熱部和冷卻部的加熱冷卻設(shè)備102，該冷卻部包括形成有能夠供制冷劑循環(huán)的流路的中空的感應(yīng)加熱線圈2a、配置于感應(yīng)加熱線圈2a的上方的由絕緣性材料構(gòu)成的冷卻板3f以及配置于感應(yīng)加熱線圈2a的下方的由絕緣性材料構(gòu)成的支承板3g。能夠通過移動裝置15使被處理構(gòu)件1與冷卻板3f抵接，來直接對被處理構(gòu)件1進行冷卻。在此，當冷卻板3f的熱容量過大時，加熱和冷卻時的響應(yīng)性變差，導(dǎo)致處理時間變長。因此，期望的是，通過基于制冷劑循環(huán)流量的吸熱與冷卻板3f的熱容量的平衡，來實現(xiàn)冷卻能力和溫度穩(wěn)定化。

根據(jù)上述方式，感應(yīng)加熱線圈2a兼作加熱部和冷卻部，因此能夠節(jié)省設(shè)置空間來使處理室小型化。

圖6中示出了基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式。圖6的(a)表示使被處理構(gòu)件1離開冷卻部3a的狀態(tài)，圖6的(b)表示使被處理構(gòu)件1與冷卻部3a抵接的狀態(tài)。加熱冷卻設(shè)備103在一個處理室中具備兩組感應(yīng)加熱線圈2a和冷卻部3a，能夠同時處理兩個被處理構(gòu)件1。根據(jù)上述方式，除感應(yīng)加熱線圈2a、冷卻部3a以外全部能夠共用，且能夠收納以往的2倍的加熱冷卻部，能夠降低成本和提高處理性能。

此外，在上述內(nèi)容中，說明了兩組感應(yīng)加熱線圈2a和冷卻部3a，但是也可以具備兩組以上的多組。另外，各組可以通過一個升降致動器15d來同時移動，但是也可以按每組具備升降致動器15d來個別地移動。當設(shè)為個別地移動時，能夠個別地調(diào)整被處理構(gòu)件1與冷卻部3a之間的距離，因此易于進行溫度控制。

圖7中示出了基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式。在加熱冷卻設(shè)備104中，感應(yīng)加熱裝置2的非接觸的感應(yīng)加熱線圈2a配置于被處理構(gòu)件1的上方，冷卻裝置3的冷卻部3a配置于被處理構(gòu)件1的下方。其它構(gòu)造與前述實施方式(圖1)相同。

根據(jù)該實施方式，能夠使被處理構(gòu)件1與感應(yīng)加熱線圈2a之間的距離接近，因此能夠高效地對被處理構(gòu)件1進行加熱。另外，在感應(yīng)加熱線圈2a與被處理構(gòu)件1之間不存在障礙物，因此能夠進一步提高加熱效率。

另外，由中空的感應(yīng)加熱線圈2a構(gòu)成，使制冷劑配管3c在循環(huán)泵3d的噴出側(cè)從流量調(diào)節(jié)閥3e的上游進行分支，來使制冷劑流向感應(yīng)加熱線圈2a，從而能夠?qū)Ω袘?yīng)加熱線圈2a進行冷卻。

圖8中示出了圖7所示的加熱冷卻設(shè)備104的變更方式。

在該加熱冷卻設(shè)備105中，非接觸的感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻裝置3的冷卻部3a的下方。因而，形成如下構(gòu)造：冷卻部3a配置于載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d的下方，感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻部3a的更下方。其它構(gòu)造與前述實施方式相同。

根據(jù)該實施方式，即使在連續(xù)處理高度不同的被處理構(gòu)件1的情況下，被處理構(gòu)件1與感應(yīng)加熱線圈2a之間的距離也不變，這是由于感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻裝置3的冷卻部3a的下方。因此，不需要重新調(diào)整感應(yīng)加熱線圈2a的高度，能夠提高作業(yè)性。

并且，感應(yīng)加熱線圈2a也可以配置于被處理構(gòu)件1的上方和冷卻部3a的下方。如果這樣構(gòu)成，則從上下加熱被處理構(gòu)件1，因此能夠得到更高的均熱性。

圖9中示出了基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式。

在該加熱冷卻設(shè)備106中，感應(yīng)加熱線圈2a被收納在冷卻裝置3的制冷劑容器3h中。另外，在制冷劑容器3h中形成有供制冷劑循環(huán)的流路，因此感應(yīng)加熱線圈2a處于浸到在流路中循環(huán)的制冷劑中的狀態(tài)。

制冷劑容器3h被收納于上方開口的支承臺3g’，被冷卻板3f封閉。另外，在制冷劑容器3h的底部設(shè)置有制冷劑導(dǎo)入口3i和制冷劑導(dǎo)出口3j。而且，從制冷劑導(dǎo)入口3i導(dǎo)入制冷劑(例如冷卻水)，從制冷劑導(dǎo)出口3j排出制冷劑。由此，能夠?qū)Ω袘?yīng)加熱線圈2a以及與制冷劑容器3h的上表面抵接的冷卻板3f進行冷卻。

圖9的(a)表示加熱被處理構(gòu)件1時的情形。在加熱被處理構(gòu)件1時，向感應(yīng)加熱線圈2a的端子2c流通交流電流。實際上，位于溫度傳感器5的右側(cè)的感應(yīng)加熱線圈2a也具有端子2c(省略圖示)，從端子2c流通交流電流。

載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d與移動裝置15的升降軸15b連接。在加熱時，通過移動裝置15使托盤1d上升到與冷卻板3f相距至少3mm以上的位置，感應(yīng)加熱線圈2a能夠通過使被處理構(gòu)件1的導(dǎo)電部分產(chǎn)生渦流來以非接觸的方式對被處理構(gòu)件1進行加熱。

接著，圖9的(b)表示冷卻被處理構(gòu)件1時的情形。如圖所示，在冷卻時，通過移動裝置15使托盤1d下降，來使托盤1d與冷卻板3f接觸。由此，通過冷卻板3f對被處理構(gòu)件1進行快速冷卻。

在本實施方式中，在制冷劑容器3h內(nèi)循環(huán)的制冷劑直接與冷卻板3f接觸，因此能夠減輕冷卻能力的損耗。另外，感應(yīng)加熱線圈2a的形狀限制也得以緩和，還能夠確保足夠的卷繞數(shù)或者使用低損耗的利茲線。

圖10中示出了基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式。

首先，該加熱冷卻設(shè)備107的特征在于移動裝置15、特別是載置托盤1d的部分。如圖10的(a)所示，移動裝置15的升降致動器15d連接有形成為平板狀的升降基座15c。另外，固定于升降基座15c的貫穿處理室4的底部4b的升降軸15b被設(shè)置為能夠利用位于底部4b的升降軸承15e來沿上下方向移動。

圖10的(b)是放大了圖10的(a)的區(qū)域r的圖。如圖10的(b)所示，在升降軸15b的另一端側(cè)具備臺座15f，安裝有連結(jié)板15g以將圖10的(a)所示的兩根升降軸15b的一對臺座15f之間連接。另外，對載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d的底面端部進行保持的、由耐熱性的絕緣性材料(例如，陶瓷、聚酰亞胺、peek板等工程塑料)形成的支承部15h被固定于連結(jié)板15g。

支承部15h形成為在通過移動裝置15使被處理構(gòu)件1下降了的情況下被處理構(gòu)件1不與冷卻板3f、后述的絕緣罩2d發(fā)生干擾。當升降致動器15d根據(jù)控制裝置6的命令來進行升降動作時，所述結(jié)構(gòu)的移動裝置15能夠一邊保持托盤1d一邊使支承部15h順暢地動作。

該加熱冷卻設(shè)備107的特征還在于冷卻裝置3。在中空的感應(yīng)加熱線圈2a的上表面?zhèn)?，通過感應(yīng)加熱被加熱至高溫狀態(tài)的被處理構(gòu)件1以及以吸收托盤1d的熱為目的的冷卻板3f以熱傳遞良好的方式緊貼地形成。冷卻板3f優(yōu)選由導(dǎo)熱率高的陶瓷(例如sic、aln等)形成且其厚度大于被處理構(gòu)件1的厚度，由此增大熱容量。

另外，在感應(yīng)加熱線圈2a的下表面?zhèn)?，具有為了將感?yīng)加熱線圈2a的形狀和位置固定而設(shè)置的由絕緣性材料(例如塑料、陶瓷等)形成的支承板3g。

在此，為了以使溫度偏差變小的方式對載置于矩形狀的托盤1d的被處理構(gòu)件1進行加熱，需要使感應(yīng)加熱線圈2a具有比冷卻板3f大的尺寸，導(dǎo)致感應(yīng)加熱線圈2a的上表面暴露。

因此，在支承板3g上安裝有絕緣罩2d，該絕緣罩2d利用具有耐熱性的絕緣性材料(例如聚四氟乙烯樹脂、聚酰亞胺、可加工陶瓷等)來覆蓋感應(yīng)加熱線圈2a的上表面，并形成為不與支承部15h發(fā)生干擾。

此時，為了避免冷卻板3f的端部與絕緣罩2d的端部之間產(chǎn)生間隙，在冷卻板3f的下端設(shè)置缺口，將絕緣罩2d的頂端插入到冷卻板3f的缺口部(參照圖10的(b))。

通過具備這樣形成的絕緣罩2d，不會發(fā)生裝卸被處理構(gòu)件1和托盤1d時產(chǎn)生的導(dǎo)電性的塵埃在長期運轉(zhuǎn)時堆積在感應(yīng)加熱線圈2a上的情況，能夠得到防止短路和放電的效果。

另外，設(shè)為以下構(gòu)造：在形成感應(yīng)加熱線圈2a的管之間插入由絕緣性材料形成的間隔件2e，以避免在向感應(yīng)加熱線圈2a流通電流時發(fā)生放電和短路。

圖11中示出了基于本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備的其它實施方式。

在加熱時，加熱冷卻設(shè)備108通過移動裝置15使托盤1d上升，來利用感應(yīng)加熱線圈2a對載置于托盤1d的被處理構(gòu)件1進行加熱。另外，在冷卻時，通過移動裝置15使托盤1d下降，來使托盤1d與冷卻板3f接觸。由此，使托盤1d的熱傳導(dǎo)至冷卻板3f來使熱散去，對被處理構(gòu)件1進行冷卻。

在冷卻時，有時托盤1d會由于熱變形而卷曲、或者由于被處理構(gòu)件1的重量而彎曲。在這種情況下，托盤1d與冷卻板3f的接觸面積減少，存在無法得到充分的冷卻性能的擔憂。當無法得到充分的冷卻性能時，焊料組織粗大化，在蠕變變形時裂紋容易擴展，焊接結(jié)合強度的長期可靠性降低。

因此，在加熱冷卻設(shè)備108中，通過托盤推壓機構(gòu)17對托盤1d的外周部進行加壓，將托盤1d推壓至冷卻板3f。由此，能夠使托盤1d與冷卻板3f的接觸始終為良好的狀態(tài)。

然而，托盤1d使用碳材料的情況多，強度上不強，因此有時會破損。即，當通過托盤推壓機構(gòu)17將托盤1d強制地推壓至冷卻板3f時，會發(fā)生托盤1d磨耗或者破損之類的狀況。

因此，在為了提高載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d與冷卻板3f的接觸面積而將托盤1d推壓至冷卻板3f時，利用溫度傳感器5來觀測托盤1d的溫度，并且利用冷卻板溫度傳感器18來觀測冷卻板3f的溫度，由此能夠掌握冷卻狀態(tài)。

加熱冷卻設(shè)備108的控制裝置6通過上述的方法來實時地判斷托盤1d與冷卻板3f的接觸狀態(tài)是否良好，僅在接觸狀態(tài)差的情況下控制托盤推壓機構(gòu)17以使其推壓托盤1d(使用信號線j)。由此，能夠減少托盤推壓機構(gòu)17超過必要限度地推壓托盤1d而使其破損的情況。

通過以上，加熱冷卻設(shè)備108能夠改善托盤1d與冷卻板3f的接觸狀態(tài)，維持規(guī)定的冷卻特性。即，能夠進行被處理構(gòu)件1的快速冷卻，從而能夠抑制焊料組織的粗大化來得到良好的焊接結(jié)合狀態(tài)。

最后，說明作為加熱冷卻設(shè)備108的另一個特征的輸出控制。加熱冷卻設(shè)備108是與圖1中說明的加熱冷卻設(shè)備100大致相同的電路結(jié)構(gòu)，但是在以下方面不同：具備測量處理室4內(nèi)的壓力的壓力計19；具備釋放處理室4內(nèi)的壓力的放出閥20、放出配管21。

在氣密性的處理室4內(nèi)的壓力超過固定壓力(例如大氣壓以上)的情況下，控制裝置6能夠控制與放出配管21連接的放出閥20來釋放壓力?？刂蒲b置6借助信號線k來進行放出閥20的開閉動作，對處理室4內(nèi)的壓力進行控制。

另外，在壓力計19的信號被發(fā)送到控制裝置6的情況下，控制裝置6對閥11a的開閉、真空泵11c的動作進行控制。

控制裝置6能夠以向感應(yīng)加熱線圈2a供給的通電電流及頻率、向中空的感應(yīng)加熱線圈2a供給的制冷劑的入口溫度及流量、處理室4內(nèi)的壓力pr、被處理構(gòu)件1與冷卻板3f之間的距離為參數(shù)，來控制被處理構(gòu)件1的溫度。

下面，以與已經(jīng)說明的加熱冷卻設(shè)備100的焊接方法不同的方面為中心來說明利用加熱冷卻設(shè)備108進行的功率半導(dǎo)體設(shè)備的焊接方法。

(1)搬入

通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a上升來打開處理室4，搬入被處理構(gòu)件1，將被處理構(gòu)件1載置于框架15a上，之后通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a下降來關(guān)閉處理室4，將處理室4密封。

(2)真空排氣

打開真空排氣裝置11的閥11a，使用真空泵11c對處理室4的內(nèi)部進行真空排氣。然后，在壓力計19的值達到規(guī)定的真空度時，關(guān)閉閥11a。

(3)還原氣體導(dǎo)入

打開還原氣體供給裝置12的閥12a，從還原氣體儲存罐12c向處理室4供給還原氣體。在處理室4的內(nèi)壓達到大氣壓時，打開放出閥20，并且利用閥12a對還原氣體的供給流量進行調(diào)整。

在想要使處理室4為減壓狀態(tài)來進行還原的情況下，能夠在測量處理室4內(nèi)的壓力的壓力計19的值達到規(guī)定的壓力時關(guān)閉閥12a，密封處理室4，由此在密封狀態(tài)下保持壓力。

(4)第一加熱(還原處理)

使用感應(yīng)加熱裝置2將被處理構(gòu)件1加熱至第一目標加熱溫度t1，在保持時間t1內(nèi)將由溫度傳感器5測定的被處理構(gòu)件1的溫度t保持為第一目標加熱溫度t1，來對被處理構(gòu)件1進行預(yù)熱，并且將被處理構(gòu)件1的表面還原，來提高焊料的潤濕性。在加熱時，通過移動裝置15將被處理構(gòu)件1以不與冷卻部3a接觸的方式隔開間隙地進行保持。如果這樣，則熱不容易從被處理構(gòu)件1向冷卻部3a散去，因此能夠?qū)Ρ惶幚順?gòu)件1進行快速加熱?？刂蒲b置6能夠以使第一目標加熱溫度t1與由溫度傳感器5測定出的溫度t之間的偏差最小的方式對感應(yīng)加熱裝置2的輸出進行反饋控制。

將被處理構(gòu)件1保持為第一目標加熱溫度t1，在經(jīng)過保持時間t1時關(guān)閉還原氣體供給裝置12的閥12a和放出閥20。另外，打開真空排氣裝置11的閥11a并開始真空泵11c的運轉(zhuǎn)，減壓到處理室4內(nèi)的壓力達到pr1為止，在達到時關(guān)閉閥11a。

此時，控制裝置6被輸入處理室4用的壓力計19的值以及載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d與冷卻板3f之間的距離。然后，控制裝置6每次都變換為不會產(chǎn)生放電地能夠向感應(yīng)加熱線圈2a供給的最大通電電流(電力)并輸出，進行加熱控制直到達到第二目標加熱溫度t2為止。

在此，已知來自感應(yīng)加熱線圈2a的放電根據(jù)處理室4內(nèi)的壓力與距離之積、向感應(yīng)加熱線圈流通的電力而發(fā)生變化(帕邢定律)。換言之，以使最大通電電流(電力)為帕邢定律所示的曲線以下的條件來調(diào)整最大通電電流(電力)。第二目標加熱溫度t2被設(shè)定為比被處理構(gòu)件1的焊料材料的液相線溫度(ts)稍高的溫度，具有抑制以下情況的效果：由于在減壓環(huán)境下使焊料材料熔融，處理室4內(nèi)的還原氣體被卷入焊料中。

(5)第二加熱(焊料熔融)

使用感應(yīng)加熱裝置2將被處理構(gòu)件1加熱到第三目標加熱溫度t3，在保持時間t3內(nèi)將由溫度傳感器5測定的載置被處理構(gòu)件1的托盤1d的溫度t保持為第三目標加熱溫度t3，來使被處理構(gòu)件1的焊料熔融。第三目標加熱溫度t3被設(shè)定為與焊料的液相線溫度(ts)相比足夠高的溫度，被設(shè)為熔融的焊料材料、被處理構(gòu)件1的底板1c、絕緣基板1b、絕緣基板1b與半導(dǎo)體元件1a之間的焊接結(jié)合面的合金層容易生長的溫度。

控制裝置6能夠以使第三目標加熱溫度t3與溫度傳感器5的測定值t之間的偏差最小的方式控制向感應(yīng)加熱裝置2的感應(yīng)加熱線圈2a供給的通電電流及頻率、使制冷劑循環(huán)的冷卻循環(huán)裝置的溫度及流量、載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d與冷卻板3f之間的距離。

在焊料熔融工序在之前記載的減壓狀態(tài)下結(jié)束的情況下，打開還原氣體供給裝置12的閥12a，進行控制使得處理室4內(nèi)的壓力達到大氣壓。在達到大氣壓的情況下，調(diào)整還原氣體供給裝置12的閥12a的開度，在處理室4內(nèi)形成還原氣體的流動，并打開放出閥20以避免處理室4內(nèi)成為加壓狀態(tài)。

但是，在處理室4內(nèi)的壓力被設(shè)定為減壓狀態(tài)的pr2的情況下，控制裝置6能夠根據(jù)將被處理構(gòu)件1加熱到第三目標加熱溫度t3的處理室4內(nèi)的壓力以及載置著被處理構(gòu)件1的托盤1d與冷卻板3f之間的距離，來每次變換為向感應(yīng)加熱裝置2的感應(yīng)加熱線圈2a供給的最大通電電流(電力)并輸出，從而控制被處理構(gòu)件1和托盤1d的溫度t。

在被處理構(gòu)件1和托盤1d達到第三目標加熱溫度t3并經(jīng)過規(guī)定的保持時間t3的情況下，關(guān)閉還原氣體供給裝置12的閥12a和放出閥20，運轉(zhuǎn)真空排氣裝置11的真空泵11c并打開閥11a，對處理室4內(nèi)的還原氣體進行排氣直到達到規(guī)定的壓力為止。

在處理室4內(nèi)達到規(guī)定的壓力時，關(guān)閉閥11a，打開還原氣體供給裝置12的閥12a，使處理室4恢復(fù)至大氣壓。然后，在達到大氣壓時，再次打開放出閥20。通過該動作，排出被處理構(gòu)件1的焊料內(nèi)存在的氣體，實現(xiàn)焊接結(jié)合部的空隙的減少。

并且，控制裝置6對向感應(yīng)加熱裝置2的感應(yīng)加熱線圈2a供給的通電電流(電力)及頻率進行控制直到被處理構(gòu)件1在規(guī)定的保持時間t4內(nèi)達到第三目標加熱溫度t3為止。通過該工序，能夠?qū)⒈惶幚順?gòu)件1的所述焊接結(jié)合面的合金層保持為規(guī)定的厚度。

(6)冷卻(焊料凝固)

停止利用感應(yīng)加熱裝置2的加熱，通過移動裝置15使被處理構(gòu)件1與冷卻板3f接觸或接近，通過冷卻板3f對被處理構(gòu)件1進行冷卻。另外，控制裝置6能夠以使第一目標冷卻溫度t4與由溫度傳感器5測定出的溫度t之間的偏差最小的方式對冷卻裝置進行反饋控制。冷卻板3f由不被直接加熱的材料構(gòu)成，溫度不上升，因此能夠迅速地冷卻被處理構(gòu)件1，縮短冷卻時間，提高加熱冷卻設(shè)備的處理能力。

(7)非活性氣體導(dǎo)入

通過溫度傳感器5來測定被處理構(gòu)件1的溫度t，在該溫度t變?yōu)榈诙繕死鋮s溫度t5時，在還原氣體供給裝置12的閥12a關(guān)閉著的狀態(tài)下打開真空排氣裝置11的閥11a，使用真空泵11c對處理室4的內(nèi)部進行真空排氣。在處理室4用的壓力計19的值達到規(guī)定的真空度時關(guān)閉閥11a，打開非活性氣體供給裝置13的閥13a，從非活性氣體儲存罐13c向處理室4供給非活性氣體。在處理室4的壓力恢復(fù)為大氣壓時，打開放出閥20來向放出配管21放出還原氣體，經(jīng)過規(guī)定時間后，關(guān)閉閥13a和放出閥20。在此期間被處理構(gòu)件1也位于冷卻板3f上，被持續(xù)地冷卻。

(8)搬出

通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a上升來打開處理室4，搬出被處理構(gòu)件1，之后通過開閉裝置8使處理室4的蓋部4a下降來關(guān)閉處理室4。

如以上所說明的那樣，本發(fā)明的加熱冷卻設(shè)備配置成：在被處理構(gòu)件1的下方，冷卻裝置3的冷卻板3f與供制冷劑循環(huán)的感應(yīng)加熱線圈2a抵接。即，僅通過一個處理室4內(nèi)的升降動作就能夠進行提高焊料潤濕性的還原處理、焊料熔融處理、焊料凝固處理，因此與以往的焊接裝置相比小型化。

根據(jù)該實施方式，即使在連續(xù)處理高度不同的被處理構(gòu)件1的情況下，被處理構(gòu)件1與感應(yīng)加熱線圈2a之間的距離也不變，這是由于感應(yīng)加熱線圈2a配置于冷卻板3f的下方。因此，不需要重新調(diào)整感應(yīng)加熱線圈2a的高度，能夠提高作業(yè)性。

另外，通過感應(yīng)加熱線圈2a，只有被處理構(gòu)件1的半導(dǎo)體模塊容易被加熱，處理室4的內(nèi)壁、冷卻部3a等難以被加熱，因此加熱沒有浪費，而且能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊進行快速加熱、快速冷卻。

以上只不過是本發(fā)明的一個實施方式，除此以外還可考慮各種變更方式。例如，也可以在具有制冷劑容器3h的加熱冷卻設(shè)備106中采用托盤推壓機構(gòu)17等、根據(jù)用途將各構(gòu)件進行組合來構(gòu)成加熱冷卻設(shè)備。

作為制冷劑能夠使用能夠在熱交換器3b中冷卻的水、純水、超純水、防凍液等流體，能夠適用于所有結(jié)構(gòu)的加熱冷卻設(shè)備。另外，也可以在處理室4的蓋部4a與底部4b的接觸面設(shè)置密封構(gòu)件(例如o型圈)。在通過開閉裝置8使蓋部4a下降到底部4b的位置時，彈性體的密封構(gòu)件變形，由此能夠保持處理室4內(nèi)的氣密狀態(tài)。

附圖標記說明

1：被處理構(gòu)件；1a：半導(dǎo)體元件；1b：絕緣基板；1c：底板；1d：托盤；2：感應(yīng)加熱裝置；2a：加熱部(感應(yīng)加熱線圈)；2aa：主面的外形為圓形的平板狀的感應(yīng)加熱線圈(圓形線圈)；2ab：主面的外形為縱長的橢圓形的平板狀的感應(yīng)加熱線圈(縱長橢圓線圈)；2ac：主面的外形為葫蘆形的感應(yīng)加熱線圈(葫蘆形線圈)；2b：電源；2c：端子；2d：絕緣罩；2e：間隔件；3：冷卻裝置；3a：冷卻部；3b：熱交換器；3c：制冷劑配管；3d：循環(huán)泵；3e：流量調(diào)節(jié)閥；3f：冷卻板；3g：支承板；3g’：支承臺；3h：制冷劑容器；3i：制冷劑導(dǎo)入口；3j：制冷劑導(dǎo)出口；4：處理室；4a：蓋部；4b：底部；5：溫度傳感器；6：控制裝置；7：輸入裝置；8：開閉裝置；9：軸；10a、10b：隔熱罩；11：真空排氣裝置；11a：閥；11b：配管；11c：真空泵；12：還原氣體供給裝置；12a：閥；12b：配管；12c：還原氣體儲存罐；13：非活性氣體供給裝置；13a：閥；13b：配管；13c：非活性氣體儲存罐；15：移動裝置；15a：框架；15b：升降軸；15c：升降基座；15d：升降致動器；15e：升降軸承；15f：臺座；15g：連結(jié)板；15h：支承部；16：軟磁性構(gòu)件；17：托盤推壓機構(gòu)；100～108：加熱冷卻設(shè)備；a、b：溫度參照位置；pr：壓力；s：葫蘆形線圈的長邊方向的中央的收縮部；t、t’：溫度；l1：從葫蘆形線圈的長邊方向的端部到托盤外緣的距離；l2：在葫蘆形線圈的具有收縮部s的一側(cè)從葫蘆形線圈的最突出的外緣到被處理構(gòu)件的外緣的距離；l3：并列的感應(yīng)加熱線圈之間的距離；l4：感應(yīng)加熱線圈與托盤的距離；lt：低溫部；ht：高溫部。