JP2004327908A - 光学電子デバイスの接合方法及び接合構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせを可能とする光学電子デバイスの接合方法および構造を提供すること。
【解決手段】溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
初期接合材の供給量に対して、体積が減少することで接合されるので、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきの影響がそれだけ小さくなり、ＸＹ方向のみならずＺ方向の位置合わせ精度が高くなるとともに、接合時の高さを低くすることができ、さらに金属ナノペーストを用いることにより、比較的低い温度で接合することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
初期接合材の供給量に対して、体積が減少することで接合されるので、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきの影響がそれだけ小さくなり、ＸＹ方向のみならずＺ方向の位置合わせ精度が高くなるとともに、接合時の高さを低くすることができ、さらに金属ナノペーストを用いることにより、比較的低い温度で接合することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の産業上の利用分野】
この発明は、ＭＥＭＳ接合，光素子接合等、光学電子デバイスの高精度位置合わせ接合方法及び構造に関するものであり、さらに具体的には、レーザーダイオードやフォトダイオード等の光素子を、はんだを用いないで基板上に接続し、三次元的に高精度に位置決めする光素子の接合方法および接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と問題点】
従来、電子機器の高機能化に対応した高速伝送技術が求められ、そのための開発がなされている。この光伝送技術において低コストで光デバイスを高精度位置合わせ実装することが大きな課題となっており、パッシブアライメント方式としてはんだの表面張力を利用した接合技術が開発されている。はんだの表面張力を利用したセルフアライメントによる接合においては、ＸＹ方向の位置精度は容易に確保できるが、しかし、Ｚ方向の位置合せが困難であるとともに、はんだの酸化を防止するためのフラックスは、光学特性を悪化させるため使用できないか、あるいは使用後完全に洗浄する必要があるなどの問題がある。
【０００３】
このＺ方向高精度位置合わせおよびフラックスレスはんだ接合技術の一例として、特開２００２−３３４９０２号公報に記載されたものがある。この従来技術によって、Ｚ方向位置合せにおいて、はんだ接続部の高さを従来よりも低く設定できるようにはなったものの、高さの決定要因がはんだ供給量に大きく依存するので、少量のはんだを精度良く供給することが必要である。また、フラックスレス対応技術としても加熱プロセスを還元性雰囲気に維持する必要があり、装置コストおよびランニングコストが高いという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３４９０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は従来の上記問題を解消するためになされたものであって、その課題は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせを可能とする光学電子デバイスの接合方法および構造を提供することであり、各請求項毎の課題は次の通りである。
【０００６】
【課題１】（請求項１に対応）
課題１は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にした光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【０００７】
【課題２】（請求項２に対応）
課題２は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にし、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【０００８】
【課題３】（請求項３に対応）
課題３は、低温かつ環境に悪影響を与えない高精度位置合わせを可能にする光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【０００９】
【課題４】（請求項４に対応）
課題４は、接合部へのボイド巻きこみを低減し、Ｚ方向位置合わせ精度と接合強度をともに向上させる光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１０】
【課題５】（請求項５に対応）
課題５は、生産性が高く液状ペーストを高精度な量で供給する光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１１】
【課題６】（請求項６に対応）
課題６は、表面張力によるセルフアライメント効果が確実に発揮された光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１２】
【課題７】（請求項７に対応）
課題７は、表面張力によるセルフアライメント効果が確実に発揮された光学電子デバイスの他の接合構造を提供することである。
【００１３】
【課題８】（請求項８に対応）
課題８は、接合強度の高い光学電子デバイスの他の接合構造を提供することである。
【００１４】
【課題９】（請求項９に対応）
課題９は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能とされた光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１５】
【課題１０】（請求項１０に対応）
課題１０は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能であり、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１６】
【課題１１】（請求項１１に対応）
課題１１は、Ｚ方向の高さ制御を任意設定可能にするとともに、接合強度を高くする光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１７】
【課題１２】（請求項１２に対応）
課題１２は、Ｚ方向の高さ制御を任意設定可能にするとともに、安定した接合強度を確保する光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１８】
【課題１３】（請求項１３に対応）
課題１３は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能であり、接続抵抗の低い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１９】
【課題１４】（請求項１４、請求項１５に対応）
課題１４は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能とされ、接続抵抗が低く、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２０】
【課題１５】（請求項１６に対応）
課題１５は、Ｚ方向の高さ制御を精度よく任意に設定可能にするとともに、接続抵抗を低くし、接合強度の高い光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００２１】
【課題１６】（請求項１７に対応）
課題１６は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にし、さらにＺ方向の高さ制御が任意設定可能な光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２２】
【課題１７】（請求項１８に対応）
課題１７は、実装する電子デバイスの大型化に対応できる光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２３】
【課題１８】（請求項１９に対応）
課題１８は、実装する電子デバイスの大型化に対応できるようにするとともに接合信頼性の高い光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
解決手段１は、上記課題１の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
【００２５】
【作用】
金属ナノペーストは、低粘度化されており溶媒の特性に近い表面張力をもっている。この表面張力を利用してセルフアライメントを行い、かつ金属微粒子の凝集により接合する。この金属ナノペーストを濡れ広がりが制御可能な被接合体 （基板）の所定の電極パターン部に供給し、同じく濡れ広がり制御可能な接合体（光学電子デバイス）を金属ナノペーストを介して被接合体の上に搭載する。この被接合体および接合体は、金属ナノペーストの表面張力によりＸ，Ｙ方向の位置合せが高精度に行われる（なお、この位置合わせ現象は、金属ナノメーストと接合体、被接合体の接触面積が最小になるように接合体、被接合体が表面張力で引っ張られて位置合わせが自然になされる現象によるものであって、従来周知のことである）。
【００２６】
被接合体と接合体の電極間は、金属ナノペースト中に含まれる金属微粒子が互いにあるいは電極間で凝集することで接合される。本解決手段１は、初期接合材の供給量に対して、体積が減少することで接合されることが大きな特徴である。
これによれば、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきの影響がそれだけ小さくなり、ＸＹ方向のみならずＺ方向の位置合わせ精度が高くなるとともに、接合時の高さを低くすることができる。さらに金属ナノペーストを用いることにより、比較的低い温度で接合することができる。
【００２７】
【解決手段２】（請求項２に対応）
解決手段２は課題２の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と接着剤とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集と接着剤により電極間を接合したことである。
【００２８】
【作用】
一般に金属微粒子の融着現象は加熱温度を高くすることにより促進され、接合強度も向上する。これに対して、金属ナノペースト中に接着剤を混練すると、金属微粒子間の融着現象が低くても接着剤により接合部を補強できるので、低温で接合しても強度の向上が図られる。
【００２９】
【解決手段３】（請求項３に対応）
解決手段３は課題３の解決手段であり、水を主とした溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子を含むコロイド溶液である金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
【００３０】
【作用】
水は溶媒の中では表面張力が大きい特性（常温において約７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）を持っており、微粒子コロイド溶液においても同等レベルの表面張力を示し、セルフアライメント効果を十分に発揮することができる。また、溶媒気化時に人体に有害な物質を排出しないので、環境面でも優れた材料である。
【００３１】
【解決手段４】（請求項４に対応）
解決手段４は課題４の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中の溶媒を揮発させる第一の加熱プロセスと金属微粒子を凝集させる第二の加熱プロセスを含むステップキュアにより接合することである。
【００３２】
【作用】
加熱硬化による接合プロセスにおいて、溶媒の気化が十分に進んでいない状態で微粒子の融着現象が発生し始めると接合部にボイドを巻きこんでしまい、接合強度の低下とともにＺ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。これに対しては温度プロファイルを改良することで対応できる。まず微粒子の融着現象があまり起こらず溶媒の沸点よりも低温の第一の温度域まで加熱して溶媒を気化させ、その後、微粒子が融着現象を起こす程度の高温の第二の温度域まで加熱して接合することにより、接合部へのボイド巻きこみを低減でき、接合強度が向上し、Ｚ方向位置合わせも高精度に行える。
【００３３】
【解決手段５】（請求項５に対応）
解決手段５は課題５の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト供給用ツール上に接合電極と同一パターンレイアウトでその接合電極径より大きい面積に金属ナノペーストを表面張力により凸状に形成しておき、その金属ナノペーストを被接合体の接合電極に転写供給することである。
【００３４】
【作用】
はじめに金属ナノペーストを金属ナノペースト供給用ツール上に供給し、その供給量は接合部位に供給する量よりも多くしておく。この金属ナノペースト供給用ツール上に金属ナノペーストを供給して後、接合部位に金属ナノペーストを付着させ、金属ナノペーストを接合部位に転写する。この接合部位への転写量は金属ナノペーストの表面張力と接合部位の面積に準じるので供給量が安定化する。
金属ナノペーストの供給用ツールとして、パターン状に親水性、撥水性を有する版を用いることができる。版上の親水性パターン配置は接合部位に対応させているが、接合部位のサイズよりもツール上での親水性の高い部位のサイズ（面積）を大きくすることにより、接合部への金属ナノペーストの安定供給を可能にしている。この版上への供給は、金属ナノペーストの濡れ性の差を利用してローラー方式、霧状噴霧方式等によることで可能である。版上から接合部位への転写は、版を接合部位に近づけて金属ナノペーストを接合部位に接触させた後、版をゆっくり離していく。このとき、金属ナノペーストの表面張力により、所定の金属ナノペースト量が接合部位に転写される。
【００３５】
【解決手段６】（請求項６に対応）
解決手段６は課題６の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、接合体と被接合体双方の凸形状電極のトップ部を金属微粒子の凝集により接合したことである。
【００３６】
【作用】
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで、両電極部を凸形状とし、電極コーナー部での見掛け上の接触角を大きくすることができることから、溶融はんだに対して表面張力の小さい金属ナノペーストにおいても濡れ広がりを電極凸部のトップ部に制限することができる。この電極凸部のトップ部コーナーは鋭角であることが望ましい。このようにして接合することにより、高精度に位置合わせされた凸状電極間を金属微粒子の凝集により接合することができる。
【００３７】
【解決手段７】（請求項７に対応）
解決手段７は課題７の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して、その周辺部に当該電極より撥水性が高い部位が形成されている被接合体の当該電極と接合体側の電極を接合したことである。
【００３８】
【作用】
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで、被接合体の電極周辺にその電極より濡れ性の低い撥水部を形成することにより、金属ナノペーストの濡れ広がりを当該電極部に制限するものである。ここで、撥水部は電極に一部かかっていても良い。また、電極と撥水部が必ずしも接している必要はない。
【００３９】
【解決手段８】（請求項８に対応）
解決手段８は課題８の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して、その表面粗さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に形成されている接合体と被接合体双方の電極間を接合したことである。
【００４０】
【作用】
金属微粒子の凝集による電極間接合において、表面粗さを大きくすることで、接合電極との接合強度を向上させることができる。具体的には１０ｎｍ以上であり、電極との接触面積が増大するためと考えられる。ただし、表面粗さが１０００ｎｍ以上であると、表面の凹凸を埋めるだけの多量の金属微粒子を必要とし、金属微粒子の凝集による膜厚を厚くすることになり、その反面、内部応力が高くなることでクラック等が発生しやすく、接合強度が低くなってしまう。このことから、接合電極の表面粗さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが望ましい。
【００４１】
【解決手段９】（請求項９に対応）
解決手段９は課題９の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と径１００ｎｍ以上の球形フィラーを含有する金属ナノペーストを用い、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集し電極間を接合したことである。
【００４２】
【作用】
金属ナノペースト中に１００ｎｍ以上の径の揃った球形フィラーを含有している。この金属ナノペーストを接合電極部に供給して後、電子デバイスをマウントしＸ，Ｙ方向にセルフアライメントする。その後、加熱することで金属ナノペースト中の溶媒が気化して体積が減少し、金属微粒子の凝集による接合が起こる。
ここで、電極間には球形フィラーが挟み込まれた状態となり、この球形フィラーの径に準じて電極間ギャップが決まるので、球形フィラーの径を調整することにより任意にＺ方向の位置制御ができることになる。この電極間に挟まれた球形フィラーの表面には金属微粒子の凝集による金属膜が形成され、これによって接合電極と連続した電気的な導通を確保することができる。この球形フィラーとしては、単分散の有機フィラーおよび無機フィラー等の絶縁性フィラーを活用することができる。複数種類の径を持った球形フィラーを含有させても良い。
【００４３】
金属ナノペーストと球形フィラーとを組合せたことによる機能は、金属ナノペーストの表面張力によりＸＹ方向の位置合せを行い、Ｚ方向の高さ調整を球形フィラーの径を調整することによって行えることである。この球形フィラー径に依存する高さ調整は金属ナノペーストの大きな体積減少があって成り立つものである。また、金属ナノペーストの金属微粒子が加熱プロセスで球形フィラーの表面を覆う金属膜を低温で形成することができるため、球形フィラーとして絶縁材料を活用することができ、連続体となる電極との接合も可能である。
【００４４】
【解決手段１０】（請求項１０に対応）
解決手段１０は課題１０の解決手段であり、溶媒と、１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と径１００ｎｍ以上でその表面が１０ｎｍ〜１０００ｎｍの凹凸を有する球形フィラーを含有する金属ナノペーストを用い、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことであ
る。
【００４５】
【作用】
球形フィラーを含有して接合する場合は、球形フィラー表面の金属微粒子凝集により金属膜を介して接合するため、接合強度確保のためには球形フィラー表面の金属膜密着力を高める必要がある。この方法としては、球形フィラーの表面粗さを１０ｎｍ以上にすることで、アンカー効果による密着力を向上させることができるが、１０００ｎｍを超えると、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。このことから、球形フィラーの表面粗さを１０〜１０００ｎｍとすることで接合強度向上とＺ方向位置あわせ精度を確保できることになる。
【００４６】
【解決手段１１】（請求項１１に対応）
解決手段１１は課題１１の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中にその表面を活性化処理してなる径１００ｎｍ以上の球形フィラーを混練し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合することである。
【００４７】
【作用】
球形フィラーを金属ナノペーストに混練する前にその表面を活性化処理することにより、金属膜密着力が向上し、したがって、接合強度が向上する。
【００４８】
【解決手段１２】（請求項１２に対応）
解決手段１２は課題１２の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中にその表面を大気中でのプラズマ処理により活性化処理した径１００ｎｍ以上の球形フィラーを混練し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合することである。
【００４９】
【作用】
プラズマ処理することで球形フィラーに均一な表面処理が施され、接合強度の安定性が向上する。
【００５０】
【解決手段１３】（請求項１３に対応）
解決手段１３は課題１３の解決手段であり、溶媒と径１００ｎｍ以上の導電性球形フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、この球形フィラー表層の導電部と金属微粒子を凝集し電極間を接合したことである。
【００５１】
【作用】
接合された状態では、球形フィラー表面の金属層の上に更に金属ナノペースト中の金属微粒子の凝集による金属膜が形成されているとともに接合電極とも接合されているので、接合部の抵抗を更に低くすることができ、さらに、球形フィラーとの密着力も向上するので接合強度が向上する。この導電性を持つ球形フィラーとして、有機等のコア粒子表面にめっき等により金属被覆したものを使用することができる。
【００５２】
【解決手段１４】（請求項１４に対応）
解決手段１４は課題１４の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、この球形フィラーおよび針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５３】
【作用】
接合部においては、球形フィラー表面に金属微粒子の凝集による金属膜が形成されているとともに針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触した構造になっており、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保される。これにより、球形フィラーだけを用いた場合より、導通経路を増やすことができるから、接続抵抗を低くすることができ、接合強度も向上する。
なお、針状フィラーの径が１０ｎｍ以下であると凝集してしまい３次元的な網目構造を有する針形状の特性を損なってしまう。また、１０００ｎｍ以上となると、Ｚ方向の位置合わせに対してばらつきが大きくなってしまう。
【００５４】
【解決手段１５】（請求項１５に対応）
解決手段１５は課題１４の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと導電性を有し少なくともその最表面が金属粒子と同一の金属で構成されている１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、球状フィラー外周及び針状フィラー表面の導電部から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５５】
【作用】
この針状フィラーを、少なくとも表面層を金属微粒子と同じ金属により構成することにより、金属微粒子の凝集に対して安定した針状フィラーとの接合が実現されることになる。なお、この金属は貴金属であるのが望ましい。また、この導電性の針状フィラーとしては、針状フィラーに無電解めっき等で導電性を付与したものを使用することができる。
【００５６】
【解決手段１６】（請求項１６に対応）
解決手段１６は課題１５の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、加熱接合時に超音波振動を加え、この球形フィラーおよび針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集し電極間を接合することである。この場合、針状フィラーは導電性を有し、少なくともその最表面が金属粒子と同一の金属で構成され、球状フィラー外周及び針状フィラー表面の導電部の外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合させるようにしてもよい。
【００５７】
【作用】
針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触しやすい特性を有しており、球形フィラーと混練した場合、溶媒気化による体積減少時に球形フィラーと針状フィラーが重なることによるＺ方向高さのばらつき発生を防止する必要があるが、これは、加熱接合時に超音波振動を加えることによって可能であり、これにより、Ｚ方向の高精度位置合せが可能となる。
【００５８】
【解決手段１７】（請求項１７に対応）
解決手段１７は課題１６の解決手段であり、双方の電極間が電極部以外の位置に設けられた一方あるいは双方に形成された突き当て部により所定のギャップが保たれ、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と針状フィラーを含む金属ナノペーストを用い、その針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５９】
【作用】
Ｚ方向の高さは、接合部以外の部分において一方あるいは双方の凸状突き当て部が接触することで任意に制御される。接合部は針状フィラーを含んだ金属ナノペーストにより接合されている。この針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触する構造となるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保されている。針状フィラー間は点状に接合されているため、接合部にフレキシブル性がある。これにより、接合部に発生する応力を緩和することができ、熱応力等の応力に対する接合信頼性が向上される。
【００６０】
【解決手段１８】（請求項１８に対応）
解決手段１８は課題１７の解決手段であり、接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部がパターン形成されており、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを少なくとも含む金属ナノペーストを用い、接合電極部を少なくとも金属微粒子の凝集により接合したことである。
【００６１】
【作用】
接合電極部は金属ナノペーストにより接合される。この電極部以外の領域に親水部およびその周囲に撥水部が形成されている。この親水部に水を供給し、この水の表面張力を利用してセルフアライメントする。この親水部、撥水部は電極部以外の任意の位置に形成することができるので、接合電極面積が小さいものあるいは大型の電子デバイスを接合するに際しても、十分なセルフアライメント効果を発揮することができ、高精度に位置合わせすることができる。また、水を使うことで、作業環境の悪化が防止される。
【００６２】
【解決手段１９】（請求項１９に対応）
解決手段１９は課題１８の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを少なくとも含む金属ナノペーストを用い、少なくともその金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、水よりも高沸点の溶媒を用いるとともに、接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部をパターン形成しておき、この親水部に水を供給し、この水の表面張力を利用してセルフアライメントし、電極間を接合することである。
【００６３】
【作用】
金属ナノペーストの溶媒として水よりも高沸点の溶媒を用いることにより水の表面張力を利用して位置合わせし、その後に加熱することで、水および溶媒が気化するが、水の気化が溶媒の気化よりも先行して進むため、金属ナノペーストは必ず双方の電極間に濡れる。これにより両電極間との金属微粒子による融着接合が確実に行われる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
図１を用いて実施例１を説明する。
１００ｎｍ以下の非常に微細な金属微粒子は、表面の活性力が強いため融点より低い温度で金属の融着現象を含めた凝集が起こる。ｎｍオーダーの金属微粒子となると、常温においても凝集が起こってしまう。そこで、この凝集現象を制御するため金属微粒子の表面に分散剤を被覆させ、溶媒中に分散させた金属微粒子含有の導電性ペースト、すなわち、金属ナノペーストが配線パターン形成用に開発されている。この金属ナノペーストを配線パターン状に形成し、１５０℃程度で加熱することにより、溶媒が蒸発して金属微粒子が凝集し始め、金属配線パターンが形成される。この実施例１は、上記金属ナノペーストを利用し、高精度に位置合せを行い、電極間を接合するものである。
【００６５】
金属ナノペーストは、低粘度化されており溶媒の特性に近い表面張力をもっているので、その表面張力を利用してセルフアライメントを行い、かつ金属微粒子の凝集により接合する。この金属ナノペーストを濡れ広がりが制御可能な被接合体（基板）１の所定の電極パターン部に供給し、同じく濡れ広がりが制御可能な接合体（光学電子デバイス）２を金属ナノペーストを介して被接合体１の上に載せる。この被接合体１および接合体２は金属ナノペーストの表面張力によりＸ，Ｙ方向の位置合せが高精度に行われる。この際に働く表面張力は、はんだ溶融状態よりも小さいが、接合体２の重量に対して金属ナノペーストが所定の濡れ広がり範囲（たとえば電極上）に収まれば、金属ナノペーストは低粘度であるから、この表面張力によりセルフアライメントされる。ここで、この接合体２の重量が所定以上に大きいと、金属ナノペーストは所定の濡れ広がり範囲を超えてしまう。これを解決する手段としては、金属ナノペーストの供給量および濡れ広がり面積を小さくする方法，金属ナノペースト供給箇所を多くする方法を単独で、あるいは組合せて用いることで接合体２の適合重量範囲を大きくすることができる。
【００６６】
この状態で金属ナノペーストの溶媒を加熱して気化させることで金属ナノペーストの体積は減少し、被接合体１および接合体２の電極間距離が小さくなる。そしてこの電極間距離は最終的に金属ナノペースト中の固形分の量に依存する。たとえば、水を溶媒中にＡｇ微粒子を５０ｗｔ％含有する金属ナノペーストとすると、Ａｇの密度は約１０（ｇ／ｃｍ３ ）であることから、体積は１／１０以下になる。
なお、上記被接合体１と接合体２の電極間は、金属ナノペースト中に含まれる金属微粒子が互いにあるいは電極間で凝集することで接合されるが、この実施例は、初期接合材の供給量に対して、体積減少して接合されることが大きな特徴である。これによれば、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきが少なく、当該ばらつきが小さい分だけ、Ｚ方向の位置合わせ精度が高くなり、また、接合時の高さが低くなる。
また、この実施例によれば接合時に光学特性を劣化させる揮発分を含まないことから光学素子デバイス接合に対しても洗浄不要である。
【００６７】
高精度位置合せが要求される光学電子デバイスを金属ナノペーストにより接合するときのプロセスおよび構造を図１に示している。
まず、基板電極上に金属ナノペーストを供給し、光学電子デバイスを仮位置決めして搭載する（図１（ａ））。このとき、光学電子デバイスは金属ナノペーストの表面張力により、ＸＹ方向にセルフアライメントされる（図１（ｂ））。次いで加熱して溶媒を気化させる。この加熱気化にともなう体積減少により、金属微粒子が凝集し、電極間での接合がなされる（図１（ｃ））。
ここで、金属ナノペーストの体積減少により、初期供給量ばらつきに対して接合後の膜厚ばらつきが非常に小さくなることから、Ｚ方向位置合わせも高精度になるが、この金属微粒子の融着現象は、加熱温度を高くすることにより促進され、接合強度も向上する。これに対して、導電性ペースト中に接着剤を混練すると、金属微粒子間の融着現象が低くても接着剤により接合部を補強できるので、低温で接合しても強度は向上する。
【００６８】
【実施例２】
この実施例２は、金属ナノペーストとして主たる溶媒が水である微粒子コロイド溶液を用いて接合するものである。水は溶媒の中では表面張力が大きい特性 （常温において約７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）を持っており、微粒子コロイド溶液においても同等レベルの表面張力を示し、セルフアライメント効果を十分に発揮することができる。
【００６９】
また、実施例２では、水を溶媒としたＡｇ微粒子（３０〜５０ｗｔ％）のコロイド溶液にてＡｕ電極を有する基板及び電子デバイスの接合を実施したものであり、加熱温度を１５０，２００，２５０℃にしたものである。そして、その接合性を評価したところ、加熱温度１５０℃ではＡｇ微粒子の融着現象があまり見られず、接合強度が低かったが、加熱温度を高くすると融着現象が増加し、さらに接合強度が高くなり、良好な接合が得られる。
【００７０】
この加熱硬化による接合プロセスにおいて、溶媒の気化が十分に進んでいない状態で微粒子の融着現象が発生し始めると、接合部にボイドを巻きこんでしまい、接合強度が低下し、また、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまうが、これに対しては温度プロファイルを改良することで対応できる。まず、微粒子の融着現象があまり起こらず溶媒の沸点よりも低温の第一の温度域まで加熱して溶媒を気化させ、その後、微粒子が融着現象を起こす程度の高温の第二の温度域まで加熱して接合することにより、接合部へのボイド巻きこみを低減することができ、また、接合強度の向上とＺ方向位置合わせ精度も高くなることが確認された。具体的には水溶媒の場合、沸点よりも低い６０〜９０℃程度を第一の温度域とし、金属微粒子融着促進のため、第二の温度域を２５０℃程度とすることで良好な接合特性が得られた。この加熱硬化による接合プロセスにおける温度プロファイルの一例を図２に示す。尚、ここでは、金属微粒子としてＡｇを例示したが、他の金属微粒子でも同様の効果が得られる。また、溶媒も水に限定されるものではない。
【００７１】
【実施例３】
図３を用いて実施例３を説明する。
粘度の低い液体を定量供給する方法としてはディスペンサが一般的に用いられている。高精度に定量供給するためには、高価なディスペンサを使用する必要があるとともに接合部が複数ある場合は、各接合点にそれぞれ供給する必要があり、また、時間がかかってしまう。また、インクジェット方式で供給することも考えられるが、この場合は、ディスペンサ同様、供給するための時間が長くかかってしまう。
そこでこの実施例３では、金属ナノペーストの表面張力を利用して、ペースト量を精度良く供給するようにした。その詳細は次のとおりである。
はじめに金属ナノペーストを金属ナノペースト供給用ツール上に供給する。この供給量は接合部位に供給する量よりも多くしておく。この金属ナノペースト供給用ツール上に金属ナノペーストを供給して後、接合部位に金属ナノペーストを付着させ、金属ナノペーストを接合部位に転写する。この接合部位への転写量は金属ナノペーストの表面張力と接合部位の面積に準じるから、供給量が安定する。
【００７２】
また、実施例３では、金属ナノペースト供給用ツールとして、パターン状に親水性、撥水性を有する版を用いた。図３において、２２が親水性を有する部分 （親水部）、２１が撥水性を有する部分（撥水部）である。親水部、撥水部をパターン状に形成した版としては、一般的に印刷等に用いられている水なし版（東レ製，ＰＲＥＳＴＥＫ社製）等を利用できる。基本的には撥水部にフッ素系樹脂あるいはシリコーン系樹脂を用いればよく、他方、親水部には表面エネルギーの大きい金属、酸化物膜を用いればよい。
【００７３】
版上の親水部のパターン配置は接合部位に対応させているが、この例では、接合部位のサイズはφ０．３ｍｍ、ツール上での親水性の高い部位（親水部）のサイズはφ０．５ｍｍである。ツール上面積を大きくすることにより、接合部への金属ナノペーストの安定供給が可能である。この版上への供給は金属ナノペーストの濡れ性の差を利用してローラー方式、霧状噴霧方式等で行う。版上からの接合部位への転写は、版を接合部位に近づけ金属ナノペーストを接合部位に接触させた後、版をゆっくり離していく。このとき、金属ナノペーストの表面張力により、所定の金属ナノペースト量が接合部位に転写される。図３は金属ナノペーストを基板１に転写供給した状態を示している。
【００７４】
実施例３では版を用いたが、所定パターンの微細な穴を形成したマルチノズルから金属ナノペーストを飛び出させ、この金属ナノペーストの表面張力を利用して接合部に転写供給するようにするとも可能である。転写供給後は、前記実施例に倣って、接合体２の電極と被接合体１の電極を接合すればよい。
【００７５】
【実施例４】
図４を用いて実施例４を説明する。
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで実施例４では、両電極部を凸形状とし、電極コーナー部での見掛け上の接触角を大きくすることができることから、溶融はんだに対して表面張力の小さい金属ナノペーストにおいても濡れ広がりを電極凸部上部に制限することができる（図４（ａ））。この電極凸部のトップ部コーナーは鋭角であること、即ち、凸形状電極コーナー部のＲが小さいことが望ましい。なぜなら、Ｒが大きくなると金属ナノペーストが側面に濡れ広がりやすくなるからである。このようにして接合することにより、高精度に位置合わせされた凸状電極間を金属微粒子の凝集により接合できる（図４（ｂ））。なお、凸形状電極高さは１μｍ以上で効果があるが、高さばらつきを抑える上でも１〜１０μｍが望ましい。
【００７６】
【実施例５】
図５を用いて実施例５を説明する。
上記の通り、金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。実施例５では、図５に示すように、被接合体１の電極周辺部に電極より濡れ性の低い撥水部４１を形成することにより、金属ナノペーストの濡れ広がりを当該電極部に制限する。なお、撥水部４１は電極に一部かかっていても特に問題はなく、また、電極と撥水部が必ずしも接している必要はない。
【００７７】
【実施例６】
金属微粒子の凝集による電極間接合において、表面粗さを大きくすることで接合電極との接合強度を向上させることができることが判明した。具体的には１０ｎｍ以上であり、電極との接触面積が増大するためと考えられる。ただし、表面粗さが１０００ｎｍ以上となると、表面の凹凸を埋めるだけの多量の金属微粒子を必要とし、金属微粒子の凝集による膜厚を厚くすることになるが、内部応力が高くなることでクラック等が発生しやすく、逆に接合強度が低くなってしまう。このため、接合電極の表面粗さは１０〜１０００ｎｍが望ましい。
【００７８】
【実施例７】
次いで実施例７について説明する。
実施例７は金属ナノペースト中に１００ｎｍ以上の径の揃った球形フィラー５１を含有するものである（図６参照）。この金属ナノペーストを接合電極部に供給後、電子デバイスをマウントし、Ｘ，Ｙ方向にセルフアライメントする。その後、加熱することで金属ナノペースト中の溶媒が気化し体積減少し、金属微粒子の凝集による接合が起こる。ここで、電極間には球形フィラー５１が挟みこまれた状態となり、この球形フィラーの径によって電極間ギャップが決まるので、球形フィラー５１の径を調整することによりＺ方向の位置制御がなされることになる。この電極間に挟まれた球形フィラー５１の表面は金属微粒子の凝集による金属膜５２が形成され、接合電極と連続した電気的な導通を確保することができる。
【００７９】
この球形フィラーとしては、単分散の有機フィラーおよび無機フィラー等の絶縁性フィラーを活用することができる。複数種類の径を持った球形フィラーを含有させても良いが、最大径の球形フィラーはＺ方向の位置を規定するものであるから、その径は均一でなければならない。
球形フィラー径に依存するこの高さ調整は金属ナノペーストの大きな体積減少があってはじめて成り立つものである。また、金属ナノペーストの金属微粒子が加熱プロセスで球形フィラーの表面を覆う金属膜５２を低温で形成することができるので、球形フィラーとしては絶縁材料を使用することができ、連続体となる電極との接合も可能でなる。
【００８０】
球形フィラーを含有して接合する場合は、球形フィラー表面の金属微粒子凝集により、金属膜５２を介して接合するため、接合強度確保のためには球形フィラー表面の金属膜密着力を高める必要がある。この方法としては、球形フィラーの表面粗さを１０ｎｍ以上とすることでアンカー効果による密着力を向上させることができるが、１０００ｎｍを超えると、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。即ち、球形フィラーの表面粗さを１０〜１０００ｎｍとすることで接合強度を向上させ、Ｚ方向位置合せ精度を高くすることができる。
【００８１】
また、金属膜密着力の向上策としては、金属ナノペーストに混練する前に球形フィラー表面を活性化処理する方法がある。この活性化処理方法としては、大気圧中でのプラズマ表面処理をすることで可能である。大気圧中でプラズマ表面処理できる装置は、特別なものである必要はなく汎用のものを使用することができる。球形フィラー表面をプラズマ処理するには、球形フィラーを容器に入れ、この容器を超音波振動させながら上方からプラズマ照射すればよい。これによって均一に表面処理が容易になされる。
【００８２】
更に、この球形フィラーの少なくとも表面層に導電性を持たせてもよい（図７の模式図参照）。この場合、接合された状態としては、球形フィラー表面の導電層６１の上に更に金属ナノペースト中の金属微粒子の凝集による金属膜５２が形成されるとともに接合電極とも接合されるため、接合部の抵抗を更に低くすることができ、さらにまた球形フィラー５１との密着力が向上し、接合強度が向上する。
導電性を持つ球形フィラーとして、例えば、単分散の有機コア粒子（平均粒子径６μｍ，ＣＶ値２．８％）にＮｉ，Ａｕを被覆した球形フィラーを用いることにより、球形フィラーに対する金属微粒子の凝集によって金属膜５２を良好に形成し接合することができる。
【００８３】
なお、電極間のギャップを高精度に制御するための径の揃った球形フィラーに加え、より径の小さい球形フィラーを含有してもよく、この場合、接合後の球形フィラー充填量が増し、球形フィラー表面に形成された金属微粒子の融着による導通経路が増えるので抵抗が一層低下する。
【００８４】
【実施例８】
実施例８は、金属ナノペースト中にＺ方向の高さを制御するための球形フィラー５１と１０〜１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた形状のフィラー（以下針状フィラー）７１を少なくとも含んだ構成により電極間を接合するものである（図８参照）。
接合部においては、球形フィラー表面に金属微粒子の凝集による金属膜（図示略）が形成されるとともに針状フィラーは３次元的な網目構造で相互に接触する構造となるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点を確保することができる。これにより、球形フィラー５１だけを用いた場合より、導通経路を増やすことができることから接続抵抗を低くすることができるとともに接合強度も向上する。ここで、針状フィラー７１の径が１０ｎｍ以下の場合は凝集してしまい、３次元的な網目構造を有する針形状の特性を損なってしまい、また、１０００ｎｍ以上の場合は、Ｚ方向の位置合わせに対してばらつきが大きくなってしまう。
この針状フィラーについては、その表面を金属微粒子と同じ金属で被覆しており（図９（ａ）の模式図、図９（ｂ）の拡大図参照）、これにより、金属微粒子の凝集に対して安定して針状フィラーが接合されるようになる。上記金属は貴金属であることが望ましく、上記金属被覆は、例えば、無電解メッキによるものでよい。
【００８５】
上記針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触しやすい特性を有しており、球形フィラーと混練した場合、溶媒気化による体積減少時に球形フィラー５１と針状フィラー７１が重なることによるＺ方向高さばらつきの発生を防止する必要があるが、これは、加熱接合時に超音波振動を加えることで可能である。これにより、Ｚ方向の高精度で位置合せがなされる。
【００８６】
【実施例９】
実施例９は、そのＺ方向の高さが、接合部以外の部分において一方あるいは双方の凸状突き当て部９１が接触することで任意に制御されるものである（図１０参照）。そして、その接合部は針状フィラーを含んだ金属ナノペーストにより接合されており、この針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触する構造になるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保されている。針状フィラー間は点状に接合されているため、接合部にフレキシブル性を持っている。これにより、接合部に発生する応力が緩和され、熱応力等の応力に対する接合の信頼性を向上させることができる。
【００８７】
【実施例１０】
実施例１０では、接合電極部を金属ナノペーストによって接合している。接合体１及び被接合体２は、それぞれ、電極部以外の領域に親水部１３およびその周囲に撥水部１４が形成されており（図１１参照）、両者の親水部間に水を供給し、この水の表面張力を利用することでセルフアライメントがなされる。この親水部１３、撥水部１４は電極部以外の任意の位置に形成することができるので、接合電極面積が小さいものあるいは大型の電子デバイスを接合するに際しても、十分なセルフアライメント効果が発揮されて、高精度で位置合わせされる。
【００８８】
また、金属ナノペーストの溶媒として水よりも高沸点の溶媒を用いる。これは、水の表面張力を利用して位置合わせした後に加熱することで水および溶媒が気化するが、水の気化が溶媒の気化よりも先行して進んで、金属ナノペーストが必ず双方の電極間に濡れるようにするためである。これにより、確実に、両電極間との金属微粒子による融着接合がなされる。
【００８９】
【発明の効果】
この発明の効果を、各請求項毎に整理すれば次のとおりである。
１）請求項１に係る発明の効果
溶媒と金属微粒子とを含む金属ナノペーストの表面張力によるセルフアライメント作用を利用することで、ＸＹＺ方向の位置合わせ精度を高くすることができ、金属ナノペーストの体積減少による金属微粒子の凝集を利用して電極間を低温下で導通接合させることができる。
【００９０】
２）請求項２に係る発明の効果
金属微粒子の融着とともに接着剤の接着力を活用することにより、接合強度を向上させることができる。
【００９１】
３）請求項３に係る発明の効果
金属ナノペーストの溶媒として水を使うことにより表面張力を大きくすることができるから、位置合わせ精度を高くすることができ、また、溶媒の気化によって作業環境を悪化させることもない。
【００９２】
４）請求項４に係る発明の効果
ステップキュアとすることで、溶媒が気化する前に微粒子が凝集することを防止でき、接合部でのボイド巻きこみを低減できる。これにより、接合強度を向上させるとともにＺ方向の位置精度を向上させることができる。
【００９３】
５）請求項５に係る発明の効果
金属ナノペーストの表面張力を利用して接合部にペーストを供給することにより、簡易な方法でその供給量を高精度に制御できる。
【００９４】
６）請求項６，７に係る発明の効果
電極を凸形状にし、あるいはその周囲を撥水処理することで、導電性ペーストの濡れ広がりを制限でき、安定したセルフアライメント効果による高精度の位置合せが可能である。
【００９５】
７）請求項８に係る発明の効果
接合電極表面粗さを制御することで、その接合電極表面と金属微粒子との接触面積が大きくなり、電極に対する接合強度が高められる。
【００９６】
８）請求項９に係る発明の効果
導電性ペースト中に球形フィラーを含めることにより、その径に準じた電極間ギャップに制御でき、球形フィラーの径によってＺ方向高さを高精度で設定することができる。
【００９７】
９）請求項１０、請求項１１に係る発明の効果
球形フィラーの表面に凹凸を形成し、あるいは表面を活性化させることで、金属微粒子の融着による金属膜の球形フィラーに対して密着力を向上させ、接合強度を高くすることができる。
【００９８】
１０）請求項１２に係る発明の効果
球形フィラーの表面処理を大気圧環境下で行うことができ、生産性を高くし、低コスト化が図られる。
【００９９】
１１）請求項１３に係る発明の効果
球形フィラーが導電性を有していることから、この球形フィラーと金属微粒子による金属膜との密着力も上がり接続抵抗が低減され、接合強度が向上する。
【０１００】
１２）請求項１４に係る発明の効果
針状フィラーは３次元的な網目構造の状態で接触し、金属微粒子により互いに接合されるため、導通経路を無数に確保することができ、接続抵抗を低減することができる。
【０１０１】
１３）請求項１５に係る発明の効果
針状フィラーは金属微粒子と同じ金属を表面に持っていることから、針状フィラーとの凝集が安定的になされ、接続抵抗を低減することができる。
【０１０２】
１４）請求項１６に係る発明の効果
加熱接合時に超音波振動を加えることにより、球形フィラーと針状フィラーとの重なりによるＺ方向高さばらつきの発生を防止できる。
【０１０３】
１５）請求項１７に係る発明の効果
突き当て部により、Ｚ方向の高さ制御が高精度で可能であり、また、針状フィラー間が点接合されていることにより、応力緩和が可能になり、接合信頼性が向上される。
【０１０４】
１６）請求項１８に係る発明の効果
接合部以外の領域で表面張力を利用して位置合せを行うことができ、接合電極面積が小さいものあるいは大型の光学電子デバイスを接合する場合でも、高精度に位置合わせすることができ、また、金属微粒子による微細な電極間の接合も可能である。
【０１０５】
１８）請求項１９に係る発明の効果
溶媒を水よりも高沸点とすることで、水を先行して気化させることが可能であり、これにより金属微粒子の融着による電極接合を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の第１実施例の説明図である。
【図２】は、本発明の第２実施例における加熱硬化による接合プロセスの温度プロファイルの一例である。
【図３】は、本発明の第３実施例の説明図である。
【図４】は、本発明の第４実施例の説明図である。
【図５】は、本発明の第５実施例の説明図である。
【図６】は、本発明の第７実施例の構成の説明図である。
【図７】は、本発明の第７実施例の他の構成の説明図である。
【図８】は、本発明の第８実施例の構成の説明図である。
【図９】（ａ）は本発明の第８実施例の他の構成の説明図であり、図９（ｂ）は針状フィラーと該フィラー表面に形成された導電層及び該導電層の表面に凝集した金属微粒子による金属膜の状態を示す拡大図である。
【図１０】は本発明の第９実施例の説明図である。
【図１１】は本発明の第１０実施例の説明図である。
【符号の説明】
１：被接合体（基板）
２：接合体（光学電子デバイス）
２１，４１，１０１：撥水部
２２，１０２：親水部
５１：球形フィラー
５２：金属微粒子凝集による金属膜
６１：球形フィラー表面の導電層
７１：針状フィラー
９１：突き当て部
【発明の産業上の利用分野】
この発明は、ＭＥＭＳ接合，光素子接合等、光学電子デバイスの高精度位置合わせ接合方法及び構造に関するものであり、さらに具体的には、レーザーダイオードやフォトダイオード等の光素子を、はんだを用いないで基板上に接続し、三次元的に高精度に位置決めする光素子の接合方法および接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と問題点】
従来、電子機器の高機能化に対応した高速伝送技術が求められ、そのための開発がなされている。この光伝送技術において低コストで光デバイスを高精度位置合わせ実装することが大きな課題となっており、パッシブアライメント方式としてはんだの表面張力を利用した接合技術が開発されている。はんだの表面張力を利用したセルフアライメントによる接合においては、ＸＹ方向の位置精度は容易に確保できるが、しかし、Ｚ方向の位置合せが困難であるとともに、はんだの酸化を防止するためのフラックスは、光学特性を悪化させるため使用できないか、あるいは使用後完全に洗浄する必要があるなどの問題がある。
【０００３】
このＺ方向高精度位置合わせおよびフラックスレスはんだ接合技術の一例として、特開２００２−３３４９０２号公報に記載されたものがある。この従来技術によって、Ｚ方向位置合せにおいて、はんだ接続部の高さを従来よりも低く設定できるようにはなったものの、高さの決定要因がはんだ供給量に大きく依存するので、少量のはんだを精度良く供給することが必要である。また、フラックスレス対応技術としても加熱プロセスを還元性雰囲気に維持する必要があり、装置コストおよびランニングコストが高いという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３４９０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は従来の上記問題を解消するためになされたものであって、その課題は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせを可能とする光学電子デバイスの接合方法および構造を提供することであり、各請求項毎の課題は次の通りである。
【０００６】
【課題１】（請求項１に対応）
課題１は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にした光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【０００７】
【課題２】（請求項２に対応）
課題２は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にし、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【０００８】
【課題３】（請求項３に対応）
課題３は、低温かつ環境に悪影響を与えない高精度位置合わせを可能にする光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【０００９】
【課題４】（請求項４に対応）
課題４は、接合部へのボイド巻きこみを低減し、Ｚ方向位置合わせ精度と接合強度をともに向上させる光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１０】
【課題５】（請求項５に対応）
課題５は、生産性が高く液状ペーストを高精度な量で供給する光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１１】
【課題６】（請求項６に対応）
課題６は、表面張力によるセルフアライメント効果が確実に発揮された光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１２】
【課題７】（請求項７に対応）
課題７は、表面張力によるセルフアライメント効果が確実に発揮された光学電子デバイスの他の接合構造を提供することである。
【００１３】
【課題８】（請求項８に対応）
課題８は、接合強度の高い光学電子デバイスの他の接合構造を提供することである。
【００１４】
【課題９】（請求項９に対応）
課題９は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能とされた光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１５】
【課題１０】（請求項１０に対応）
課題１０は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能であり、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１６】
【課題１１】（請求項１１に対応）
課題１１は、Ｚ方向の高さ制御を任意設定可能にするとともに、接合強度を高くする光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１７】
【課題１２】（請求項１２に対応）
課題１２は、Ｚ方向の高さ制御を任意設定可能にするとともに、安定した接合強度を確保する光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００１８】
【課題１３】（請求項１３に対応）
課題１３は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能であり、接続抵抗の低い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００１９】
【課題１４】（請求項１４、請求項１５に対応）
課題１４は、Ｚ方向の高さ制御が任意設定可能とされ、接続抵抗が低く、さらに接合強度の高い光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２０】
【課題１５】（請求項１６に対応）
課題１５は、Ｚ方向の高さ制御を精度よく任意に設定可能にするとともに、接続抵抗を低くし、接合強度の高い光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００２１】
【課題１６】（請求項１７に対応）
課題１６は、低コストでＸＹＺ方向の高精度位置合わせとともに電気的な接合を低温で可能にし、さらにＺ方向の高さ制御が任意設定可能な光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２２】
【課題１７】（請求項１８に対応）
課題１７は、実装する電子デバイスの大型化に対応できる光学電子デバイスの接合構造を提供することである。
【００２３】
【課題１８】（請求項１９に対応）
課題１８は、実装する電子デバイスの大型化に対応できるようにするとともに接合信頼性の高い光学電子デバイスの接合方法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
解決手段１は、上記課題１の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
【００２５】
【作用】
金属ナノペーストは、低粘度化されており溶媒の特性に近い表面張力をもっている。この表面張力を利用してセルフアライメントを行い、かつ金属微粒子の凝集により接合する。この金属ナノペーストを濡れ広がりが制御可能な被接合体 （基板）の所定の電極パターン部に供給し、同じく濡れ広がり制御可能な接合体（光学電子デバイス）を金属ナノペーストを介して被接合体の上に搭載する。この被接合体および接合体は、金属ナノペーストの表面張力によりＸ，Ｙ方向の位置合せが高精度に行われる（なお、この位置合わせ現象は、金属ナノメーストと接合体、被接合体の接触面積が最小になるように接合体、被接合体が表面張力で引っ張られて位置合わせが自然になされる現象によるものであって、従来周知のことである）。
【００２６】
被接合体と接合体の電極間は、金属ナノペースト中に含まれる金属微粒子が互いにあるいは電極間で凝集することで接合される。本解決手段１は、初期接合材の供給量に対して、体積が減少することで接合されることが大きな特徴である。
これによれば、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきの影響がそれだけ小さくなり、ＸＹ方向のみならずＺ方向の位置合わせ精度が高くなるとともに、接合時の高さを低くすることができる。さらに金属ナノペーストを用いることにより、比較的低い温度で接合することができる。
【００２７】
【解決手段２】（請求項２に対応）
解決手段２は課題２の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と接着剤とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集と接着剤により電極間を接合したことである。
【００２８】
【作用】
一般に金属微粒子の融着現象は加熱温度を高くすることにより促進され、接合強度も向上する。これに対して、金属ナノペースト中に接着剤を混練すると、金属微粒子間の融着現象が低くても接着剤により接合部を補強できるので、低温で接合しても強度の向上が図られる。
【００２９】
【解決手段３】（請求項３に対応）
解決手段３は課題３の解決手段であり、水を主とした溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子を含むコロイド溶液である金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことである。
【００３０】
【作用】
水は溶媒の中では表面張力が大きい特性（常温において約７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）を持っており、微粒子コロイド溶液においても同等レベルの表面張力を示し、セルフアライメント効果を十分に発揮することができる。また、溶媒気化時に人体に有害な物質を排出しないので、環境面でも優れた材料である。
【００３１】
【解決手段４】（請求項４に対応）
解決手段４は課題４の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中の溶媒を揮発させる第一の加熱プロセスと金属微粒子を凝集させる第二の加熱プロセスを含むステップキュアにより接合することである。
【００３２】
【作用】
加熱硬化による接合プロセスにおいて、溶媒の気化が十分に進んでいない状態で微粒子の融着現象が発生し始めると接合部にボイドを巻きこんでしまい、接合強度の低下とともにＺ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。これに対しては温度プロファイルを改良することで対応できる。まず微粒子の融着現象があまり起こらず溶媒の沸点よりも低温の第一の温度域まで加熱して溶媒を気化させ、その後、微粒子が融着現象を起こす程度の高温の第二の温度域まで加熱して接合することにより、接合部へのボイド巻きこみを低減でき、接合強度が向上し、Ｚ方向位置合わせも高精度に行える。
【００３３】
【解決手段５】（請求項５に対応）
解決手段５は課題５の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト供給用ツール上に接合電極と同一パターンレイアウトでその接合電極径より大きい面積に金属ナノペーストを表面張力により凸状に形成しておき、その金属ナノペーストを被接合体の接合電極に転写供給することである。
【００３４】
【作用】
はじめに金属ナノペーストを金属ナノペースト供給用ツール上に供給し、その供給量は接合部位に供給する量よりも多くしておく。この金属ナノペースト供給用ツール上に金属ナノペーストを供給して後、接合部位に金属ナノペーストを付着させ、金属ナノペーストを接合部位に転写する。この接合部位への転写量は金属ナノペーストの表面張力と接合部位の面積に準じるので供給量が安定化する。
金属ナノペーストの供給用ツールとして、パターン状に親水性、撥水性を有する版を用いることができる。版上の親水性パターン配置は接合部位に対応させているが、接合部位のサイズよりもツール上での親水性の高い部位のサイズ（面積）を大きくすることにより、接合部への金属ナノペーストの安定供給を可能にしている。この版上への供給は、金属ナノペーストの濡れ性の差を利用してローラー方式、霧状噴霧方式等によることで可能である。版上から接合部位への転写は、版を接合部位に近づけて金属ナノペーストを接合部位に接触させた後、版をゆっくり離していく。このとき、金属ナノペーストの表面張力により、所定の金属ナノペースト量が接合部位に転写される。
【００３５】
【解決手段６】（請求項６に対応）
解決手段６は課題６の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、接合体と被接合体双方の凸形状電極のトップ部を金属微粒子の凝集により接合したことである。
【００３６】
【作用】
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで、両電極部を凸形状とし、電極コーナー部での見掛け上の接触角を大きくすることができることから、溶融はんだに対して表面張力の小さい金属ナノペーストにおいても濡れ広がりを電極凸部のトップ部に制限することができる。この電極凸部のトップ部コーナーは鋭角であることが望ましい。このようにして接合することにより、高精度に位置合わせされた凸状電極間を金属微粒子の凝集により接合することができる。
【００３７】
【解決手段７】（請求項７に対応）
解決手段７は課題７の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して、その周辺部に当該電極より撥水性が高い部位が形成されている被接合体の当該電極と接合体側の電極を接合したことである。
【００３８】
【作用】
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで、被接合体の電極周辺にその電極より濡れ性の低い撥水部を形成することにより、金属ナノペーストの濡れ広がりを当該電極部に制限するものである。ここで、撥水部は電極に一部かかっていても良い。また、電極と撥水部が必ずしも接している必要はない。
【００３９】
【解決手段８】（請求項８に対応）
解決手段８は課題８の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して、その表面粗さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に形成されている接合体と被接合体双方の電極間を接合したことである。
【００４０】
【作用】
金属微粒子の凝集による電極間接合において、表面粗さを大きくすることで、接合電極との接合強度を向上させることができる。具体的には１０ｎｍ以上であり、電極との接触面積が増大するためと考えられる。ただし、表面粗さが１０００ｎｍ以上であると、表面の凹凸を埋めるだけの多量の金属微粒子を必要とし、金属微粒子の凝集による膜厚を厚くすることになり、その反面、内部応力が高くなることでクラック等が発生しやすく、接合強度が低くなってしまう。このことから、接合電極の表面粗さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが望ましい。
【００４１】
【解決手段９】（請求項９に対応）
解決手段９は課題９の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と径１００ｎｍ以上の球形フィラーを含有する金属ナノペーストを用い、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集し電極間を接合したことである。
【００４２】
【作用】
金属ナノペースト中に１００ｎｍ以上の径の揃った球形フィラーを含有している。この金属ナノペーストを接合電極部に供給して後、電子デバイスをマウントしＸ，Ｙ方向にセルフアライメントする。その後、加熱することで金属ナノペースト中の溶媒が気化して体積が減少し、金属微粒子の凝集による接合が起こる。
ここで、電極間には球形フィラーが挟み込まれた状態となり、この球形フィラーの径に準じて電極間ギャップが決まるので、球形フィラーの径を調整することにより任意にＺ方向の位置制御ができることになる。この電極間に挟まれた球形フィラーの表面には金属微粒子の凝集による金属膜が形成され、これによって接合電極と連続した電気的な導通を確保することができる。この球形フィラーとしては、単分散の有機フィラーおよび無機フィラー等の絶縁性フィラーを活用することができる。複数種類の径を持った球形フィラーを含有させても良い。
【００４３】
金属ナノペーストと球形フィラーとを組合せたことによる機能は、金属ナノペーストの表面張力によりＸＹ方向の位置合せを行い、Ｚ方向の高さ調整を球形フィラーの径を調整することによって行えることである。この球形フィラー径に依存する高さ調整は金属ナノペーストの大きな体積減少があって成り立つものである。また、金属ナノペーストの金属微粒子が加熱プロセスで球形フィラーの表面を覆う金属膜を低温で形成することができるため、球形フィラーとして絶縁材料を活用することができ、連続体となる電極との接合も可能である。
【００４４】
【解決手段１０】（請求項１０に対応）
解決手段１０は課題１０の解決手段であり、溶媒と、１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と径１００ｎｍ以上でその表面が１０ｎｍ〜１０００ｎｍの凹凸を有する球形フィラーを含有する金属ナノペーストを用い、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことであ
る。
【００４５】
【作用】
球形フィラーを含有して接合する場合は、球形フィラー表面の金属微粒子凝集により金属膜を介して接合するため、接合強度確保のためには球形フィラー表面の金属膜密着力を高める必要がある。この方法としては、球形フィラーの表面粗さを１０ｎｍ以上にすることで、アンカー効果による密着力を向上させることができるが、１０００ｎｍを超えると、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。このことから、球形フィラーの表面粗さを１０〜１０００ｎｍとすることで接合強度向上とＺ方向位置あわせ精度を確保できることになる。
【００４６】
【解決手段１１】（請求項１１に対応）
解決手段１１は課題１１の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中にその表面を活性化処理してなる径１００ｎｍ以上の球形フィラーを混練し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合することである。
【００４７】
【作用】
球形フィラーを金属ナノペーストに混練する前にその表面を活性化処理することにより、金属膜密着力が向上し、したがって、接合強度が向上する。
【００４８】
【解決手段１２】（請求項１２に対応）
解決手段１２は課題１２の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中にその表面を大気中でのプラズマ処理により活性化処理した径１００ｎｍ以上の球形フィラーを混練し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合することである。
【００４９】
【作用】
プラズマ処理することで球形フィラーに均一な表面処理が施され、接合強度の安定性が向上する。
【００５０】
【解決手段１３】（請求項１３に対応）
解決手段１３は課題１３の解決手段であり、溶媒と径１００ｎｍ以上の導電性球形フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、この球形フィラー表層の導電部と金属微粒子を凝集し電極間を接合したことである。
【００５１】
【作用】
接合された状態では、球形フィラー表面の金属層の上に更に金属ナノペースト中の金属微粒子の凝集による金属膜が形成されているとともに接合電極とも接合されているので、接合部の抵抗を更に低くすることができ、さらに、球形フィラーとの密着力も向上するので接合強度が向上する。この導電性を持つ球形フィラーとして、有機等のコア粒子表面にめっき等により金属被覆したものを使用することができる。
【００５２】
【解決手段１４】（請求項１４に対応）
解決手段１４は課題１４の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、この球形フィラーおよび針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５３】
【作用】
接合部においては、球形フィラー表面に金属微粒子の凝集による金属膜が形成されているとともに針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触した構造になっており、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保される。これにより、球形フィラーだけを用いた場合より、導通経路を増やすことができるから、接続抵抗を低くすることができ、接合強度も向上する。
なお、針状フィラーの径が１０ｎｍ以下であると凝集してしまい３次元的な網目構造を有する針形状の特性を損なってしまう。また、１０００ｎｍ以上となると、Ｚ方向の位置合わせに対してばらつきが大きくなってしまう。
【００５４】
【解決手段１５】（請求項１５に対応）
解決手段１５は課題１４の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと導電性を有し少なくともその最表面が金属粒子と同一の金属で構成されている１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、球状フィラー外周及び針状フィラー表面の導電部から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５５】
【作用】
この針状フィラーを、少なくとも表面層を金属微粒子と同じ金属により構成することにより、金属微粒子の凝集に対して安定した針状フィラーとの接合が実現されることになる。なお、この金属は貴金属であるのが望ましい。また、この導電性の針状フィラーとしては、針状フィラーに無電解めっき等で導電性を付与したものを使用することができる。
【００５６】
【解決手段１６】（請求項１６に対応）
解決手段１６は課題１５の解決手段であり、溶媒と、径１００ｎｍ以上の球形フィラーと１０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーと１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、加熱接合時に超音波振動を加え、この球形フィラーおよび針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集し電極間を接合することである。この場合、針状フィラーは導電性を有し、少なくともその最表面が金属粒子と同一の金属で構成され、球状フィラー外周及び針状フィラー表面の導電部の外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合させるようにしてもよい。
【００５７】
【作用】
針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触しやすい特性を有しており、球形フィラーと混練した場合、溶媒気化による体積減少時に球形フィラーと針状フィラーが重なることによるＺ方向高さのばらつき発生を防止する必要があるが、これは、加熱接合時に超音波振動を加えることによって可能であり、これにより、Ｚ方向の高精度位置合せが可能となる。
【００５８】
【解決手段１７】（請求項１７に対応）
解決手段１７は課題１６の解決手段であり、双方の電極間が電極部以外の位置に設けられた一方あるいは双方に形成された突き当て部により所定のギャップが保たれ、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と針状フィラーを含む金属ナノペーストを用い、その針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集して電極間を接合したことである。
【００５９】
【作用】
Ｚ方向の高さは、接合部以外の部分において一方あるいは双方の凸状突き当て部が接触することで任意に制御される。接合部は針状フィラーを含んだ金属ナノペーストにより接合されている。この針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触する構造となるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保されている。針状フィラー間は点状に接合されているため、接合部にフレキシブル性がある。これにより、接合部に発生する応力を緩和することができ、熱応力等の応力に対する接合信頼性が向上される。
【００６０】
【解決手段１８】（請求項１８に対応）
解決手段１８は課題１７の解決手段であり、接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部がパターン形成されており、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを少なくとも含む金属ナノペーストを用い、接合電極部を少なくとも金属微粒子の凝集により接合したことである。
【００６１】
【作用】
接合電極部は金属ナノペーストにより接合される。この電極部以外の領域に親水部およびその周囲に撥水部が形成されている。この親水部に水を供給し、この水の表面張力を利用してセルフアライメントする。この親水部、撥水部は電極部以外の任意の位置に形成することができるので、接合電極面積が小さいものあるいは大型の電子デバイスを接合するに際しても、十分なセルフアライメント効果を発揮することができ、高精度に位置合わせすることができる。また、水を使うことで、作業環境の悪化が防止される。
【００６２】
【解決手段１９】（請求項１９に対応）
解決手段１９は課題１８の解決手段であり、溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを少なくとも含む金属ナノペーストを用い、少なくともその金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、水よりも高沸点の溶媒を用いるとともに、接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部をパターン形成しておき、この親水部に水を供給し、この水の表面張力を利用してセルフアライメントし、電極間を接合することである。
【００６３】
【作用】
金属ナノペーストの溶媒として水よりも高沸点の溶媒を用いることにより水の表面張力を利用して位置合わせし、その後に加熱することで、水および溶媒が気化するが、水の気化が溶媒の気化よりも先行して進むため、金属ナノペーストは必ず双方の電極間に濡れる。これにより両電極間との金属微粒子による融着接合が確実に行われる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
図１を用いて実施例１を説明する。
１００ｎｍ以下の非常に微細な金属微粒子は、表面の活性力が強いため融点より低い温度で金属の融着現象を含めた凝集が起こる。ｎｍオーダーの金属微粒子となると、常温においても凝集が起こってしまう。そこで、この凝集現象を制御するため金属微粒子の表面に分散剤を被覆させ、溶媒中に分散させた金属微粒子含有の導電性ペースト、すなわち、金属ナノペーストが配線パターン形成用に開発されている。この金属ナノペーストを配線パターン状に形成し、１５０℃程度で加熱することにより、溶媒が蒸発して金属微粒子が凝集し始め、金属配線パターンが形成される。この実施例１は、上記金属ナノペーストを利用し、高精度に位置合せを行い、電極間を接合するものである。
【００６５】
金属ナノペーストは、低粘度化されており溶媒の特性に近い表面張力をもっているので、その表面張力を利用してセルフアライメントを行い、かつ金属微粒子の凝集により接合する。この金属ナノペーストを濡れ広がりが制御可能な被接合体（基板）１の所定の電極パターン部に供給し、同じく濡れ広がりが制御可能な接合体（光学電子デバイス）２を金属ナノペーストを介して被接合体１の上に載せる。この被接合体１および接合体２は金属ナノペーストの表面張力によりＸ，Ｙ方向の位置合せが高精度に行われる。この際に働く表面張力は、はんだ溶融状態よりも小さいが、接合体２の重量に対して金属ナノペーストが所定の濡れ広がり範囲（たとえば電極上）に収まれば、金属ナノペーストは低粘度であるから、この表面張力によりセルフアライメントされる。ここで、この接合体２の重量が所定以上に大きいと、金属ナノペーストは所定の濡れ広がり範囲を超えてしまう。これを解決する手段としては、金属ナノペーストの供給量および濡れ広がり面積を小さくする方法，金属ナノペースト供給箇所を多くする方法を単独で、あるいは組合せて用いることで接合体２の適合重量範囲を大きくすることができる。
【００６６】
この状態で金属ナノペーストの溶媒を加熱して気化させることで金属ナノペーストの体積は減少し、被接合体１および接合体２の電極間距離が小さくなる。そしてこの電極間距離は最終的に金属ナノペースト中の固形分の量に依存する。たとえば、水を溶媒中にＡｇ微粒子を５０ｗｔ％含有する金属ナノペーストとすると、Ａｇの密度は約１０（ｇ／ｃｍ３ ）であることから、体積は１／１０以下になる。
なお、上記被接合体１と接合体２の電極間は、金属ナノペースト中に含まれる金属微粒子が互いにあるいは電極間で凝集することで接合されるが、この実施例は、初期接合材の供給量に対して、体積減少して接合されることが大きな特徴である。これによれば、初期供給量が多少ばらついていても、接合に寄与する材料の量のばらつきが少なく、当該ばらつきが小さい分だけ、Ｚ方向の位置合わせ精度が高くなり、また、接合時の高さが低くなる。
また、この実施例によれば接合時に光学特性を劣化させる揮発分を含まないことから光学素子デバイス接合に対しても洗浄不要である。
【００６７】
高精度位置合せが要求される光学電子デバイスを金属ナノペーストにより接合するときのプロセスおよび構造を図１に示している。
まず、基板電極上に金属ナノペーストを供給し、光学電子デバイスを仮位置決めして搭載する（図１（ａ））。このとき、光学電子デバイスは金属ナノペーストの表面張力により、ＸＹ方向にセルフアライメントされる（図１（ｂ））。次いで加熱して溶媒を気化させる。この加熱気化にともなう体積減少により、金属微粒子が凝集し、電極間での接合がなされる（図１（ｃ））。
ここで、金属ナノペーストの体積減少により、初期供給量ばらつきに対して接合後の膜厚ばらつきが非常に小さくなることから、Ｚ方向位置合わせも高精度になるが、この金属微粒子の融着現象は、加熱温度を高くすることにより促進され、接合強度も向上する。これに対して、導電性ペースト中に接着剤を混練すると、金属微粒子間の融着現象が低くても接着剤により接合部を補強できるので、低温で接合しても強度は向上する。
【００６８】
【実施例２】
この実施例２は、金属ナノペーストとして主たる溶媒が水である微粒子コロイド溶液を用いて接合するものである。水は溶媒の中では表面張力が大きい特性 （常温において約７２ｄｙｎｅ／ｃｍ）を持っており、微粒子コロイド溶液においても同等レベルの表面張力を示し、セルフアライメント効果を十分に発揮することができる。
【００６９】
また、実施例２では、水を溶媒としたＡｇ微粒子（３０〜５０ｗｔ％）のコロイド溶液にてＡｕ電極を有する基板及び電子デバイスの接合を実施したものであり、加熱温度を１５０，２００，２５０℃にしたものである。そして、その接合性を評価したところ、加熱温度１５０℃ではＡｇ微粒子の融着現象があまり見られず、接合強度が低かったが、加熱温度を高くすると融着現象が増加し、さらに接合強度が高くなり、良好な接合が得られる。
【００７０】
この加熱硬化による接合プロセスにおいて、溶媒の気化が十分に進んでいない状態で微粒子の融着現象が発生し始めると、接合部にボイドを巻きこんでしまい、接合強度が低下し、また、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまうが、これに対しては温度プロファイルを改良することで対応できる。まず、微粒子の融着現象があまり起こらず溶媒の沸点よりも低温の第一の温度域まで加熱して溶媒を気化させ、その後、微粒子が融着現象を起こす程度の高温の第二の温度域まで加熱して接合することにより、接合部へのボイド巻きこみを低減することができ、また、接合強度の向上とＺ方向位置合わせ精度も高くなることが確認された。具体的には水溶媒の場合、沸点よりも低い６０〜９０℃程度を第一の温度域とし、金属微粒子融着促進のため、第二の温度域を２５０℃程度とすることで良好な接合特性が得られた。この加熱硬化による接合プロセスにおける温度プロファイルの一例を図２に示す。尚、ここでは、金属微粒子としてＡｇを例示したが、他の金属微粒子でも同様の効果が得られる。また、溶媒も水に限定されるものではない。
【００７１】
【実施例３】
図３を用いて実施例３を説明する。
粘度の低い液体を定量供給する方法としてはディスペンサが一般的に用いられている。高精度に定量供給するためには、高価なディスペンサを使用する必要があるとともに接合部が複数ある場合は、各接合点にそれぞれ供給する必要があり、また、時間がかかってしまう。また、インクジェット方式で供給することも考えられるが、この場合は、ディスペンサ同様、供給するための時間が長くかかってしまう。
そこでこの実施例３では、金属ナノペーストの表面張力を利用して、ペースト量を精度良く供給するようにした。その詳細は次のとおりである。
はじめに金属ナノペーストを金属ナノペースト供給用ツール上に供給する。この供給量は接合部位に供給する量よりも多くしておく。この金属ナノペースト供給用ツール上に金属ナノペーストを供給して後、接合部位に金属ナノペーストを付着させ、金属ナノペーストを接合部位に転写する。この接合部位への転写量は金属ナノペーストの表面張力と接合部位の面積に準じるから、供給量が安定する。
【００７２】
また、実施例３では、金属ナノペースト供給用ツールとして、パターン状に親水性、撥水性を有する版を用いた。図３において、２２が親水性を有する部分 （親水部）、２１が撥水性を有する部分（撥水部）である。親水部、撥水部をパターン状に形成した版としては、一般的に印刷等に用いられている水なし版（東レ製，ＰＲＥＳＴＥＫ社製）等を利用できる。基本的には撥水部にフッ素系樹脂あるいはシリコーン系樹脂を用いればよく、他方、親水部には表面エネルギーの大きい金属、酸化物膜を用いればよい。
【００７３】
版上の親水部のパターン配置は接合部位に対応させているが、この例では、接合部位のサイズはφ０．３ｍｍ、ツール上での親水性の高い部位（親水部）のサイズはφ０．５ｍｍである。ツール上面積を大きくすることにより、接合部への金属ナノペーストの安定供給が可能である。この版上への供給は金属ナノペーストの濡れ性の差を利用してローラー方式、霧状噴霧方式等で行う。版上からの接合部位への転写は、版を接合部位に近づけ金属ナノペーストを接合部位に接触させた後、版をゆっくり離していく。このとき、金属ナノペーストの表面張力により、所定の金属ナノペースト量が接合部位に転写される。図３は金属ナノペーストを基板１に転写供給した状態を示している。
【００７４】
実施例３では版を用いたが、所定パターンの微細な穴を形成したマルチノズルから金属ナノペーストを飛び出させ、この金属ナノペーストの表面張力を利用して接合部に転写供給するようにするとも可能である。転写供給後は、前記実施例に倣って、接合体２の電極と被接合体１の電極を接合すればよい。
【００７５】
【実施例４】
図４を用いて実施例４を説明する。
金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。そこで実施例４では、両電極部を凸形状とし、電極コーナー部での見掛け上の接触角を大きくすることができることから、溶融はんだに対して表面張力の小さい金属ナノペーストにおいても濡れ広がりを電極凸部上部に制限することができる（図４（ａ））。この電極凸部のトップ部コーナーは鋭角であること、即ち、凸形状電極コーナー部のＲが小さいことが望ましい。なぜなら、Ｒが大きくなると金属ナノペーストが側面に濡れ広がりやすくなるからである。このようにして接合することにより、高精度に位置合わせされた凸状電極間を金属微粒子の凝集により接合できる（図４（ｂ））。なお、凸形状電極高さは１μｍ以上で効果があるが、高さばらつきを抑える上でも１〜１０μｍが望ましい。
【００７６】
【実施例５】
図５を用いて実施例５を説明する。
上記の通り、金属ナノペーストの表面張力を利用してセルフアライメントするためには、金属ナノペーストの濡れ広がりを電極部のみに制限する必要がある。実施例５では、図５に示すように、被接合体１の電極周辺部に電極より濡れ性の低い撥水部４１を形成することにより、金属ナノペーストの濡れ広がりを当該電極部に制限する。なお、撥水部４１は電極に一部かかっていても特に問題はなく、また、電極と撥水部が必ずしも接している必要はない。
【００７７】
【実施例６】
金属微粒子の凝集による電極間接合において、表面粗さを大きくすることで接合電極との接合強度を向上させることができることが判明した。具体的には１０ｎｍ以上であり、電極との接触面積が増大するためと考えられる。ただし、表面粗さが１０００ｎｍ以上となると、表面の凹凸を埋めるだけの多量の金属微粒子を必要とし、金属微粒子の凝集による膜厚を厚くすることになるが、内部応力が高くなることでクラック等が発生しやすく、逆に接合強度が低くなってしまう。このため、接合電極の表面粗さは１０〜１０００ｎｍが望ましい。
【００７８】
【実施例７】
次いで実施例７について説明する。
実施例７は金属ナノペースト中に１００ｎｍ以上の径の揃った球形フィラー５１を含有するものである（図６参照）。この金属ナノペーストを接合電極部に供給後、電子デバイスをマウントし、Ｘ，Ｙ方向にセルフアライメントする。その後、加熱することで金属ナノペースト中の溶媒が気化し体積減少し、金属微粒子の凝集による接合が起こる。ここで、電極間には球形フィラー５１が挟みこまれた状態となり、この球形フィラーの径によって電極間ギャップが決まるので、球形フィラー５１の径を調整することによりＺ方向の位置制御がなされることになる。この電極間に挟まれた球形フィラー５１の表面は金属微粒子の凝集による金属膜５２が形成され、接合電極と連続した電気的な導通を確保することができる。
【００７９】
この球形フィラーとしては、単分散の有機フィラーおよび無機フィラー等の絶縁性フィラーを活用することができる。複数種類の径を持った球形フィラーを含有させても良いが、最大径の球形フィラーはＺ方向の位置を規定するものであるから、その径は均一でなければならない。
球形フィラー径に依存するこの高さ調整は金属ナノペーストの大きな体積減少があってはじめて成り立つものである。また、金属ナノペーストの金属微粒子が加熱プロセスで球形フィラーの表面を覆う金属膜５２を低温で形成することができるので、球形フィラーとしては絶縁材料を使用することができ、連続体となる電極との接合も可能でなる。
【００８０】
球形フィラーを含有して接合する場合は、球形フィラー表面の金属微粒子凝集により、金属膜５２を介して接合するため、接合強度確保のためには球形フィラー表面の金属膜密着力を高める必要がある。この方法としては、球形フィラーの表面粗さを１０ｎｍ以上とすることでアンカー効果による密着力を向上させることができるが、１０００ｎｍを超えると、Ｚ方向の高さばらつきが大きくなってしまう。即ち、球形フィラーの表面粗さを１０〜１０００ｎｍとすることで接合強度を向上させ、Ｚ方向位置合せ精度を高くすることができる。
【００８１】
また、金属膜密着力の向上策としては、金属ナノペーストに混練する前に球形フィラー表面を活性化処理する方法がある。この活性化処理方法としては、大気圧中でのプラズマ表面処理をすることで可能である。大気圧中でプラズマ表面処理できる装置は、特別なものである必要はなく汎用のものを使用することができる。球形フィラー表面をプラズマ処理するには、球形フィラーを容器に入れ、この容器を超音波振動させながら上方からプラズマ照射すればよい。これによって均一に表面処理が容易になされる。
【００８２】
更に、この球形フィラーの少なくとも表面層に導電性を持たせてもよい（図７の模式図参照）。この場合、接合された状態としては、球形フィラー表面の導電層６１の上に更に金属ナノペースト中の金属微粒子の凝集による金属膜５２が形成されるとともに接合電極とも接合されるため、接合部の抵抗を更に低くすることができ、さらにまた球形フィラー５１との密着力が向上し、接合強度が向上する。
導電性を持つ球形フィラーとして、例えば、単分散の有機コア粒子（平均粒子径６μｍ，ＣＶ値２．８％）にＮｉ，Ａｕを被覆した球形フィラーを用いることにより、球形フィラーに対する金属微粒子の凝集によって金属膜５２を良好に形成し接合することができる。
【００８３】
なお、電極間のギャップを高精度に制御するための径の揃った球形フィラーに加え、より径の小さい球形フィラーを含有してもよく、この場合、接合後の球形フィラー充填量が増し、球形フィラー表面に形成された金属微粒子の融着による導通経路が増えるので抵抗が一層低下する。
【００８４】
【実施例８】
実施例８は、金属ナノペースト中にＺ方向の高さを制御するための球形フィラー５１と１０〜１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた形状のフィラー（以下針状フィラー）７１を少なくとも含んだ構成により電極間を接合するものである（図８参照）。
接合部においては、球形フィラー表面に金属微粒子の凝集による金属膜（図示略）が形成されるとともに針状フィラーは３次元的な網目構造で相互に接触する構造となるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点を確保することができる。これにより、球形フィラー５１だけを用いた場合より、導通経路を増やすことができることから接続抵抗を低くすることができるとともに接合強度も向上する。ここで、針状フィラー７１の径が１０ｎｍ以下の場合は凝集してしまい、３次元的な網目構造を有する針形状の特性を損なってしまい、また、１０００ｎｍ以上の場合は、Ｚ方向の位置合わせに対してばらつきが大きくなってしまう。
この針状フィラーについては、その表面を金属微粒子と同じ金属で被覆しており（図９（ａ）の模式図、図９（ｂ）の拡大図参照）、これにより、金属微粒子の凝集に対して安定して針状フィラーが接合されるようになる。上記金属は貴金属であることが望ましく、上記金属被覆は、例えば、無電解メッキによるものでよい。
【００８５】
上記針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触しやすい特性を有しており、球形フィラーと混練した場合、溶媒気化による体積減少時に球形フィラー５１と針状フィラー７１が重なることによるＺ方向高さばらつきの発生を防止する必要があるが、これは、加熱接合時に超音波振動を加えることで可能である。これにより、Ｚ方向の高精度で位置合せがなされる。
【００８６】
【実施例９】
実施例９は、そのＺ方向の高さが、接合部以外の部分において一方あるいは双方の凸状突き当て部９１が接触することで任意に制御されるものである（図１０参照）。そして、その接合部は針状フィラーを含んだ金属ナノペーストにより接合されており、この針状フィラーは３次元的な網目構造で互いに接触する構造になるとともに、金属微粒子の凝集により表面に金属膜が形成され、また針状フィラー間の接触点でも金属微粒子の凝集による接合点が確保されている。針状フィラー間は点状に接合されているため、接合部にフレキシブル性を持っている。これにより、接合部に発生する応力が緩和され、熱応力等の応力に対する接合の信頼性を向上させることができる。
【００８７】
【実施例１０】
実施例１０では、接合電極部を金属ナノペーストによって接合している。接合体１及び被接合体２は、それぞれ、電極部以外の領域に親水部１３およびその周囲に撥水部１４が形成されており（図１１参照）、両者の親水部間に水を供給し、この水の表面張力を利用することでセルフアライメントがなされる。この親水部１３、撥水部１４は電極部以外の任意の位置に形成することができるので、接合電極面積が小さいものあるいは大型の電子デバイスを接合するに際しても、十分なセルフアライメント効果が発揮されて、高精度で位置合わせされる。
【００８８】
また、金属ナノペーストの溶媒として水よりも高沸点の溶媒を用いる。これは、水の表面張力を利用して位置合わせした後に加熱することで水および溶媒が気化するが、水の気化が溶媒の気化よりも先行して進んで、金属ナノペーストが必ず双方の電極間に濡れるようにするためである。これにより、確実に、両電極間との金属微粒子による融着接合がなされる。
【００８９】
【発明の効果】
この発明の効果を、各請求項毎に整理すれば次のとおりである。
１）請求項１に係る発明の効果
溶媒と金属微粒子とを含む金属ナノペーストの表面張力によるセルフアライメント作用を利用することで、ＸＹＺ方向の位置合わせ精度を高くすることができ、金属ナノペーストの体積減少による金属微粒子の凝集を利用して電極間を低温下で導通接合させることができる。
【００９０】
２）請求項２に係る発明の効果
金属微粒子の融着とともに接着剤の接着力を活用することにより、接合強度を向上させることができる。
【００９１】
３）請求項３に係る発明の効果
金属ナノペーストの溶媒として水を使うことにより表面張力を大きくすることができるから、位置合わせ精度を高くすることができ、また、溶媒の気化によって作業環境を悪化させることもない。
【００９２】
４）請求項４に係る発明の効果
ステップキュアとすることで、溶媒が気化する前に微粒子が凝集することを防止でき、接合部でのボイド巻きこみを低減できる。これにより、接合強度を向上させるとともにＺ方向の位置精度を向上させることができる。
【００９３】
５）請求項５に係る発明の効果
金属ナノペーストの表面張力を利用して接合部にペーストを供給することにより、簡易な方法でその供給量を高精度に制御できる。
【００９４】
６）請求項６，７に係る発明の効果
電極を凸形状にし、あるいはその周囲を撥水処理することで、導電性ペーストの濡れ広がりを制限でき、安定したセルフアライメント効果による高精度の位置合せが可能である。
【００９５】
７）請求項８に係る発明の効果
接合電極表面粗さを制御することで、その接合電極表面と金属微粒子との接触面積が大きくなり、電極に対する接合強度が高められる。
【００９６】
８）請求項９に係る発明の効果
導電性ペースト中に球形フィラーを含めることにより、その径に準じた電極間ギャップに制御でき、球形フィラーの径によってＺ方向高さを高精度で設定することができる。
【００９７】
９）請求項１０、請求項１１に係る発明の効果
球形フィラーの表面に凹凸を形成し、あるいは表面を活性化させることで、金属微粒子の融着による金属膜の球形フィラーに対して密着力を向上させ、接合強度を高くすることができる。
【００９８】
１０）請求項１２に係る発明の効果
球形フィラーの表面処理を大気圧環境下で行うことができ、生産性を高くし、低コスト化が図られる。
【００９９】
１１）請求項１３に係る発明の効果
球形フィラーが導電性を有していることから、この球形フィラーと金属微粒子による金属膜との密着力も上がり接続抵抗が低減され、接合強度が向上する。
【０１００】
１２）請求項１４に係る発明の効果
針状フィラーは３次元的な網目構造の状態で接触し、金属微粒子により互いに接合されるため、導通経路を無数に確保することができ、接続抵抗を低減することができる。
【０１０１】
１３）請求項１５に係る発明の効果
針状フィラーは金属微粒子と同じ金属を表面に持っていることから、針状フィラーとの凝集が安定的になされ、接続抵抗を低減することができる。
【０１０２】
１４）請求項１６に係る発明の効果
加熱接合時に超音波振動を加えることにより、球形フィラーと針状フィラーとの重なりによるＺ方向高さばらつきの発生を防止できる。
【０１０３】
１５）請求項１７に係る発明の効果
突き当て部により、Ｚ方向の高さ制御が高精度で可能であり、また、針状フィラー間が点接合されていることにより、応力緩和が可能になり、接合信頼性が向上される。
【０１０４】
１６）請求項１８に係る発明の効果
接合部以外の領域で表面張力を利用して位置合せを行うことができ、接合電極面積が小さいものあるいは大型の光学電子デバイスを接合する場合でも、高精度に位置合わせすることができ、また、金属微粒子による微細な電極間の接合も可能である。
【０１０５】
１８）請求項１９に係る発明の効果
溶媒を水よりも高沸点とすることで、水を先行して気化させることが可能であり、これにより金属微粒子の融着による電極接合を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の第１実施例の説明図である。
【図２】は、本発明の第２実施例における加熱硬化による接合プロセスの温度プロファイルの一例である。
【図３】は、本発明の第３実施例の説明図である。
【図４】は、本発明の第４実施例の説明図である。
【図５】は、本発明の第５実施例の説明図である。
【図６】は、本発明の第７実施例の構成の説明図である。
【図７】は、本発明の第７実施例の他の構成の説明図である。
【図８】は、本発明の第８実施例の構成の説明図である。
【図９】（ａ）は本発明の第８実施例の他の構成の説明図であり、図９（ｂ）は針状フィラーと該フィラー表面に形成された導電層及び該導電層の表面に凝集した金属微粒子による金属膜の状態を示す拡大図である。
【図１０】は本発明の第９実施例の説明図である。
【図１１】は本発明の第１０実施例の説明図である。
【符号の説明】
１：被接合体（基板）
２：接合体（光学電子デバイス）
２１，４１，１０１：撥水部
２２，１０２：親水部
５１：球形フィラー
５２：金属微粒子凝集による金属膜
６１：球形フィラー表面の導電層
７１：針状フィラー
９１：突き当て部
Claims (19)
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合したことを特徴とする光学電子デバイスの接合構造。
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子と接着剤とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集と接着剤により電極間を接合したことを特徴とする光学電子デバイスの接合構造。
- 水を主とした溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子を含むコロイド溶液である金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合することを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中の溶媒を揮発させる第一の加熱プロセスと金属微粒子を凝集させる第二の加熱プロセスを含むステップキュアにより電極間を接合することを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト供給用ツール上に接合電極と同一パターンレイアウトで接合電極径より大きい面積に金属ナノペーストを表面張力により凸状に形成しておき、その金属ナノペーストを接合部位に転写供給することを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
- 接合体と被接合体双方の電極が凸形状に構成されており、その凸電極のトップ部が金属微粒子の凝集により接合したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 被接合体の電極周辺部に接合電極より撥水性が高い部位が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記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 接合体と被接合体双方の電極の表面粗さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に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記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 金属ナノペースト中に径１００ｎｍ以上の球形フィラーを含有し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子が凝集し電極間が接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の光学電子デバイスの接合構造。
- 球形フィラーの表面が１０ｎｍ〜１０００ｎｍの凹凸を有していることを特徴とする請求項９記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを含む金属ナノペーストを用い、その金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、金属ナノペースト中にその表面を活性化処理してなる径１００ｎｍ以上の球形フィラーを混練し、この球形フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子を凝集し電極間を接合することを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
- 活性化処理として、球形フィラー表面を大気圧中でのプラズマ処理により行うことを特徴とする請求項１１記載の光学電子デバイスの接合方
法。 - 球形フィラーが導電性を有しており、この球形フィラー表層の導電部と金属微粒子が凝集により接合されていることを特徴とする請求項９記載の光学電子デバイスの接合構造。
- １０ｎｍから１０００ｎｍの径を持つ一軸方向に伸びた針状フィラーを含有し、この球形フィラーおよび針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子が凝集し電極間が接合されていることを特徴とする請求項９記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 針状フィラーが導電性を有しており、少なくともその最表面が金属微粒子と同一の金属で構成されており、この針状フィラー表面の導電部と金属微粒子が凝集し電極間が接合されていることを特徴とする請求項１４記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 請求項１４乃至請求項１５の光学電子デバイスの接合構造を構成するときに、接合時に加熱し、超音波振動を加えることを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
- 双方の電極間は電極部以外の位置に設けられた一方あるいは双方に形成された突き当て部により所定のギャップが保たれ、金属ナノペースト中にはさらに針状フィラーを含有し、その針状フィラーの外周から接合電極表面に沿って金属微粒子が凝集し電極間が接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部がパターン形成されており、接合電極部は少なくとも金属微粒子の凝集により接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学電子デバイスの接合構造。
- 溶媒と１００ｎｍ以下の径を持つ金属微粒子とを少なくとも含む金属ナノペーストを用い、少なくともその金属微粒子の凝集を利用して電極間を接合するに際し、水よりも高沸点の溶媒を用いるとともに、接合電極部とは離れた位置の互いに対向する位置に親水部およびその周囲に撥水部をパターン形成しておき、この親水部に水を供給し、この水の表面張力を利用してセルフアライメントし、電極間を接合することを特徴とする光学電子デバイスの接合方法。
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