JP5938132B1

JP5938132B1 - 部品接合装置及び部品接合システム

Info

Publication number: JP5938132B1
Application number: JP2015218482A
Authority: JP
Inventors: 白鳥　俊幸; 俊幸白鳥; 亨川崎
Original assignee: アルファーデザイン株式会社
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: JP2017092176A

Abstract

【課題】接合材におけるボイドや酸化の発生を防止して被接合体の接合体に対する高い接合性を確保する。【解決手段】接合材９３を挟んで接合体９１と被接合体９２が位置される接合ワーク９０において被接合体を接合材によって接合体に接合する部品接合装置１であって、加熱されて圧力が変化される加圧液１００が封入される封入空間５ａが内部に形成されたベース筐体２と、封入空間に加圧液を封止すると共に加圧液の圧力に応じて変形される封止材９とを備え、ベース筐体の内部に接合ワークが配置される接合用配置部２ａが形成され、ベース筐体に接合用配置部を真空にするためのエアー排出孔３ａが形成され、加熱された状態かつ接合体又は被接合体の一方が押さえられた状態で加圧液の圧力が封止材を介して接合体又は被接合体の他方に付与される。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱及び加圧されることにより接合材によって接合体に被接合体を接合する部品接合装置及び部品接合システムについての技術分野に関する。

特開２０１０−１１８５３４号公報特開２０１４−１７９４２２号公報

被接合体、例えば、電子部品等を接合体、例えば、基板等に接合する方法として、はんだを用いた接合方法がある。はんだを用いた接合方法は、電子部品を短時間で接合可能である点、はんだが温度変化に伴って生じる熱歪みに高い信頼性がある点、複数の電子部品をリフローによって一度に接合することが可能である点等において利点を有している。

しかしながら、はんだを用いた接合方法にあっては、電子部品の複数の電極端子を微細な間隔で接合することが困難である点、はんだが銀等と比較して電気導電性や熱伝導性が低いと言う点等において欠点を有している。

一方、電子部品を基板に接合する方法として、加熱や加圧を行ったり超音波振動を付与して接合を行う等の拡散接合による方法がある（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、拡散接合は、接合体と被接合体の間に接合材をインサートし、接合材を固体状態で接合する固相拡散と溶融状態で接合する液相拡散とがある。

固相拡散による方法は、一定の条件における加熱や加圧によっては溶融しない金属（電極）間に生じる原子の拡散現象を利用した接合方法であり、一般に、はんだの融点より低い温度条件下において行われ、はんだを用いた接合方法よりも接合作業における温度を下げることが可能である。

一方、表面被膜を破る液相拡散による方法は、複数の金属種からなる金属粉末あるいは層状金属箔を接合材として、低融点の金属を溶融させ拡散させることにより、接合を行う方法であり、再溶融温度を低融点金属及びはんだの融点より高くすることが可能である。

接合材の表面に酸化被膜が存在する場合に、固相拡散接合では接合体と被接合体を接合させることが難しくなる。この場合に、接合材の表面被膜を破り新生面を生じさせることで接合が可能となる。接合材に新生面を生じさせる方法として、超音波振動を加える方法及び加圧や加熱により金属を変形させて被膜を破る方法等がある。

液相拡散接合は、接合材に含まれる低融点の金属を溶融させ、高融点の金属接合材料及び接合体と被接合体の金属間を急速に拡散させ、合金(金属間化合物)を生じさせることで接合する。生成した合金は、冷却されて固化した後に高融点のはんだとなり、低融点の金属の温度では再溶融することはない。このことから、液相拡散接合は、遷移的液相(ＴＬＰ：Transient Liquid Phase)焼結とも呼ばれている。

このような拡散接合による方法は、例えば、所定の温度と圧力を加えて電子部品の電極端子と基板の電極とを直接に接合する方法や電子部品の電極端子と基板の電極との間に金属微粉末ペースト等の接合材を塗布し金属微粉末ペーストを焼結して接合する方法として、多く用いられる。

拡散接合による方法は、良好な耐熱性を有すると共に高い電気導電性や熱伝導性を確保することが可能であると言う利点を有している。従って、拡散接合は、特に、良好な熱特性及び電気特性を必要とするＳｉＣ（シリコン・カーバイド）やＧａＮ（ガリウム・ナイトライド）等の次世代パワー半導体の他、高輝度ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の接続やＬＳＩ（Large Scale Integration）における接合等の広範囲の分野で使用可能な接合方法である。

一方、拡散接合は、高い圧力を必要とすると共に十分な拡散反応を生じさせるために、はんだによる接合時間よりも多くの時間を必要とすると言う欠点も有している。

また、拡散接合による方法として、電子部品と基板を接合材を挟んで位置させた状態で電子部品を加圧し真空オーブン等に投入して加熱し接合を行う方法もある（例えば、特許文献２参照）。

ところが、はんだや金属微粉末ペースト等の接合材を用い加熱及び加圧によって被接合体を接合体に接合する上記のような方法にあっては、作業環境によっては接合材においてボイド（気泡）が発生したり、酸化による接合材の劣化が生じるおそれがある。

このようなボイドや酸化が生じてしまうと、被接合体の接合体に対する良好な接合性が阻害され被接合体の接合体に対する接合強度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、上記した問題点を克服し、接合材におけるボイドや酸化の発生を防止して被接合体の接合体に対する高い接合性を確保することを目的とする。

第１に、本発明に係る部品接合装置は、接合材を挟んで接合体と被接合体が位置される接合ワークにおいて前記被接合体を前記接合材によって前記接合体に接合する真空状態で真空オーブンによって加熱される部品接合装置であって、前記真空オーブンによって加熱されて圧力が変化される加圧液が封入される封入空間が内部に形成されたベース筐体と、前記封入空間に前記加圧液を封止すると共に前記加圧液の圧力に応じて変形される封止材とを備え、前記ベース筐体の内部に前記接合ワークが配置される接合用配置部が形成され、前記ベース筐体に前記真空オーブンによって前記接合用配置部を真空にするためのエアー排出孔が形成され、加熱された状態かつ前記接合体又は前記被接合体の一方が押さえられた状態で前記加圧液の圧力が前記封止材を介して前記接合体又は前記被接合体の他方に付与されるものである。

これにより、真空状態において加熱及び加圧されて被接合体が接合材によって接合体に接合される。

第２に、上記した本発明に係る部品接合装置においては、前記加圧液の圧力を調整する圧力調整部が設けられることが望ましい。

これにより、圧力調整部によって加圧液の圧力を一定の範囲に保持することが可能になる。

第３に、上記した本発明に係る部品接合装置においては、前記ベース筐体に前記接合体又は前記被接合体を押さえる押さえ部が設けられることが望ましい。

これにより、接合ワークがベース筐体の一部によって押さえられる。

第４に、上記した本発明に係る部品接合装置においては、前記加圧液として水が用いられることが望ましい。

これにより、加熱されて水が水蒸気に相変化されることにより接合ワークに対して圧力が付与される。

第５に、本発明に係る部品接合システムは、接合材を挟んで接合体と被接合体が位置される接合ワークにおいて前記被接合体を前記接合材によって前記接合体に接合する部品接合装置と内部に配置される前記部品接合装置に対して真空状態で加熱を行う真空オーブンとを備えた部品接合システムであって、前記部品接合装置は、前記真空オーブンによって加熱されて圧力が変化される加圧液が封入される封入空間が内部に形成されたベース筐体と、前記封入空間に前記加圧液を封止すると共に前記加圧液の圧力に応じて変形される封止材とを有し、前記ベース筐体の内部に前記接合ワークが配置される接合用配置部が形成され、前記ベース筐体に前記接合用配置部を前記真空オーブンによって真空にするためのエアー排出孔が形成され、加熱された状態かつ前記接合体又は前記被接合体の一方が押さえられた状態で前記加圧液の圧力が前記封止材を介して前記接合体又は前記被接合体の他方に付与されるものである。

本発明部品接合装置及び部品接合システムによれば、真空状態において加熱及び加圧されて被接合体が接合材によって接合体に接合されるため、接合材におけるボイドや酸化の発生を防止して被接合体の接合体に対する高い接合性を確保することができる。

図２乃至図５と共に本発明の実施の形態に係る部品接合装置及び部品接合システムを示すものであり、本図は、部品接合装置の平面図である。部品接合装置の断面図である。真空オーブンの内部に部品接合装置が配置された状態を示す概略図である。加熱時のプロファイルを示すグラフ図である。加熱及び加圧が行われている状態を示す拡大断面図である。図７及び図８と共に本発明の比較例に係る部品接合装置及び部品接合システムを示すものであり、本図は、断面図である。真空状態にされた部品接合装置を示す断面図である。加熱加圧オーブンの内部に部品接合装置が配置された状態を示す概略図である。図１０及び図１１と共に本発明の比較例の変形例に係る部品接合システムを示すものであり、本図は、断面図である。真空状態にされた部品接合装置等を示す断面図である。加熱及び加圧が行われている状態を示す断面図である。

以下に、本発明部品接合装置及び部品接合システムを実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

＜本発明の実施の形態に係る部品接合装置の構成＞
先ず、本発明の実施の形態に係る部品接合装置１の構成について説明する（図１及び図２参照）。

部品接合装置１はベース筐体２とベース筐体２に取り付けられ又は支持された所要の各部とを有している。

ベース筐体２はそれぞれ熱伝導性の高い金属材料によって形成された上ベース３と中ベース４と下ベース５を有し、上ベース３と中ベース４と下ベース５が上下方向において結合及び分離可能とされている。

上ベース３は上下方向を向く円板状のベース板部６とベース板部６の外周部以外の部分から下方へ突出された円板状の押さえ部７とを有している。ベース板部６には下方及び外方（側方）に開口された複数の溝が周方向に等間隔に離隔して形成され、これらの溝がエアー排出孔３ａ、３ａ、・・・とされている
中ベース４は外径がベース板部６の外径と同じにされた円環状に形成され、高さ（厚み）が押さえ部７の高さ（厚み）より大きくされている。中ベース４の内周面は押さえ部７の外周面より外側に位置され、中ベース４の内周面と押さえ部７の外周面との間の空間は環状空間３ｂとして形成されている。

下ベース５には上方に開口された封入空間５ａが形成されている。下ベース５には封入空間５ａの下側において前後に貫通された液供給孔５ｂが形成されている。下ベース５には封入空間５ａの下側において左右に貫通された液調整孔５ｃが形成されている。液供給孔５ｂと液調整孔５ｃはそれぞれ中央部が連通されている。下ベース５には上下に延びる連通孔５ｄが形成され、連通孔５ｄは封入空間５ａと液供給孔５ｂの中央部とに連通されている。

下ベース５の封入空間５ａには加圧液１００が封入される。加圧液１００としては、例えば、オイルや水等の液体が用いられている。加圧液１００は加熱されることにより圧力が変化されて体積が変化される。

下ベース５の上端部にはオーリング８が取り付けられている。オーリング８は封入空間５ａにおける開口縁の外周側に位置されている。下ベース５の上面には封止材９が取り付けられている。封止材９は、例えば、薄膜状のステンレス鋼やゴム等によって形成され、加圧液１００の圧力に応じて変形可能とされている。

封入空間５ａに封入された加圧液１００はオーリング８によって封入空間５ａからの液漏れが防止された状態で封止材９によって封入空間５ａに封止される。

上ベース３と中ベース４と下ベース５は中ベース４と下ベース５の間に封止材９を挟んだ状態で図示しないボルト等によって結合される。従って、封止材９は中ベース４と下ベース５の間で固定される。

上ベース３と中ベース４と下ベース５が結合された状態においては、上ベース３の押さえ部７と封止材９が上下で対向して位置され、両者の間に空間が形成され、この空間が接合用配置部２ａとされている。接合用配置部２ａは環状空間３ｂに連通され、環状空間３ｂはエアー排出孔３ａ、３ａ、・・・に連通されている。従って、エアー排出孔３ａ、３ａ、・・・から接合用配置部２ａに存在する空気が環状空間３ｂを介して吸引可能な状態とされる。

下ベース５の前後両面にはそれぞれ供給管１０、１０が結合され、供給管１０、１０はそれぞれ液供給孔５ｂの両端部に連通されている。供給管１０にはストップバルブ１１が連結されている。液供給孔５ｂには供給管１０、１０を介して図示しない液供給部から加圧液１００が供給され、液供給孔５ｂに供給された加圧液１００は連通孔５ｄを介して封入空間５ａに封入される。液供給部から所定の量の加圧液１００が封入空間５ａに封入されると、ストップバルブ１１、１１によって供給管１０、１０からの液供給孔５ｂへの加圧液１００の供給が停止される。

下ベース５の一方の側面には圧力ゲージ１２が結合されている。圧力ゲージ１２によって封入空間５ａに封止されている加圧液１００の圧力が測定される。

下ベース５の他方の側面には圧力調整部１３が結合され、圧力調整部１３は内部にピストン１３ａを有している。圧力調整部１３はピストン１３ａの移動により液調整孔５ｃの内圧を変化させることが可能とされており、液調整孔５ｃの内圧の変化に応じて封入空間５ａに封止されている加圧液１００の圧力が変化される。従って、圧力調整部１３は加圧液１００の圧力を必要に応じて調整する機能を有している。

封止材９上には接合用配置部２ａにおいて載置シート１４が配置される。載置シート１４は、例えば、ゴム等の弾性を有する部材であり、外周部が中ベース４によって押さえられた状態で封止材９上に配置される。

上記のように構成された部品接合装置１は設置台１５に設置されている。

接合用配置部２ａには少なくとも一つ、例えば、複数の接合ワーク９０、９０、・・・が配置される。接合ワーク９０は接合体９１と被接合体９２が接合材９３を挟んで位置されて構成されている。接合体９１は、例えば、基板や放熱板等であり、被接合体９２は、例えば、電子部品や基板等であり、接合材９３は、例えば、はんだや超塑性はんだ等である。具体的には、被接合体９２としては、例えば、良好な熱特性及び電気特性を必要とするＳｉＣ（シリコン・カーバイド）やＧａＮ（ガリウム・ナイトライド）等の次世代パワー半導体等が用いられている。

接合ワーク９０は接合用配置部２ａにおいて載置シート１４上に載置され、上ベース３の押さえ部７によって上方から押さえられる。

上記のように部品接合装置１にあっては、ベース筐体２に押さえ部７が設けられており、接合ワーク９０がベース筐体２の一部によって押さえられるため、別に専用の押さえ部を設ける必要がなく、部品点数の削減及び構造の簡素化を図ることができる。

＜本発明の実施の形態に係る部品接合システムの構成＞
次に、本発明の実施の形態に係る部品接合システム７０の構成について説明する（図３参照）。本発明の実施の形態に係る部品接合システム７０は上記した部品接合装置１と部品接合装置１に対して加熱を行うと共に部品接合装置１の接合用配置部２ａを真空状態にする真空オーブン２０とを備えている。

真空オーブン２０は接合ワーク９０において被接合体９２を接合体９１に、例えば、固相拡散により接合するために用いられる。真空オーブン２０はハウジング２１とハウジング２１の内外に取り付けられた所要の各部とによって構成されている。

ハウジング２１の内部は配置空間２１ａとして形成され、ハウジング２１の内部には載置用棚２２、２２、・・・が上下に離隔して配置されている。

＜本発明の実施の形態に係る部品接合システムにおける接合作業＞
以下に、本発明の実施の形態に係る部品接合システム７０における接合作業について説明する（図３乃至図５参照）。接合作業によって被接合体９２、９２、・・・が接合体９１、９１、・・・に、例えば、固相拡散接合によって接合される。固相拡散接合は、接合ワーク９０、９０、・・・が配置された接合用配置部２ａが真空状態にされて部品接合装置１が加熱されることにより行われる。

先ず、部品接合装置１、１、・・・が真空オーブン２０に投入されて配置用棚２２、２２、・・・に載置される（図３参照）。部品接合装置１、１、・・・が配置用棚２２、２２、・・・に載置されると真空オーブン２０の図示しない扉が閉められ、配置空間２１ａが密閉空間とされる。

次に、真空オーブン２０が動作され、接合用配置部２ａに存在する空気が環状空間３ｂを介してエアー排出孔３ａ、３ａ、・・・から排出され、接合用配置部２ａが真空状態にされる。同時に、真空オーブン２０による部品接合装置１に対する加熱が行われる。

部品接合装置１に対する加熱は、図４に示すように、始めに第１の温度、例えば、約２３０度で約１０分間行われ、続いて第２の温度、例えば、約３００度で約１０分間行われる。部品接合装置１に対して加熱が行われることにより、加圧液１００の温度が上昇される。温度が上昇された加圧液１００は温度の上昇に伴って圧力（液圧）が高められ膨張される。

加圧液１００が膨張されると、封止材９及び載置シート１４が押し上げられて押さえ部７によって押さえられている接合ワーク９０、９０、・・・に下方から圧力が付与される（図５参照）。このとき部品接合装置１に対する加熱が行われているため、加熱及び加圧により接合材９３が焼結される。

このとき接合用配置部２ａに配置された接合ワーク９０、９０、・・・は、例えば、接合体９１、被接合体９２、接合材９３の厚みの相違により高さが異なっている場合があるが、押さえ部７によって押さえられている接合ワーク９０、９０、・・・に下方から圧力が付与されるときには、弾性を有する載置シート１４が接合ワーク９０、９０、・・・の高さに応じて弾性変形される。従って、接合ワーク９０、９０、・・・に過度の圧力が付与されず、接合ワーク９０、９０、・・・の破損や損傷を防止することができる。

また、部品接合装置１に対する加熱時には圧力ゲージ１２によって加圧液１００の圧力が測定され、加圧液１００が一定の圧力以上になると圧力調整部１３が動作される。圧力調整部１３においてはピストン１３ａが加圧液１００の適正な圧力を保持するように移動され、加圧液１００の圧力が適正な範囲に保持される。

従って、加圧液１００からの接合ワーク９０、９０、・・・に対する過度の圧力の付与が防止され、被接合体９２、９２、・・・の接合体９１、９１、・・・に対する安定した接合状態を確保することができると共に接合ワーク９０、９０、・・・の破損や損傷を防止することができる。

尚、圧力調整部１３において、ピストン１３ａがバネによって加圧液１００の圧力を高める移動方向へ付勢される構成にすることも可能である。このような構成にすることにより、加圧液１００の圧力が上昇しようとするするときにバネの付勢力に反してピストン１３ａが移動されて加圧液１００の圧力の上昇が抑制されるため、加圧液１００の圧力の過度の上昇を防止することが可能になる。

真空オーブン２０による加熱が終了すると、加圧液１００が収縮されて元の状態に戻る。続いて、真空オーブン２０の扉が開かれて部品接合装置１、１、・・・及び接合ワーク９０、９０、・・・が内部空間２１ａから取り出され、部品接合装置１、１、・・・及び接合ワーク９０、９０、・・・が冷却される。接合ワーク９０、９０、・・・が冷却されることにより接合材９３、９３、・・・が固化されて被接合体９２、９２、・・・の接合体９１、９１、・・・に対する接合が完了する。

被接合体９２、９２、・・・が接合体９１、９１、・・・に接合された接合ワーク９０、９０、・・・は、上ベース３と中ベース４が分離されることにより接合用配置部２ａから取り出される。

尚、上記には、接合ワーク９０において上側に位置された被接合体９２が押さえ部７によって上方から押さえられ下側に位置された接合体９１側から加圧液１００の圧力が付与される例を示したが、逆に、接合ワーク９０において下側に位置された接合体９１が押さえ部７によって下方から押さえられ上側に位置された被接合体９２側から加圧液１００の圧力が付与されるように構成することも可能である。

また、接合ワーク９０の接合材９３には揮発性の溶剤が含まれている場合があり、この場合には、上記した加熱時において真空オーブン２０によって接合用配置部２ａを真空状態にする動作が、溶剤の揮発点に近付くときに行われることが望ましい。このようなタイミングで真空オーブン２０による真空状態にする動作が行われることにより、接合用配置部２ａに存在する空気と共に接合材９３から揮発される溶剤が吸引されるため、溶剤による接合体９１や被接合体９２における劣化を防止することができる。

＜本発明の実施の形態のまとめ＞
以上に記載した通り、部品接合装置１及び部品接合装置１を用いた部品接合システム７０にあっては、接合用配置部２ａが真空にされ加熱された状態かつ接合体９１又は被接合体９２の一方が押さえられた状態で加圧液１００の圧力が封止材９を介して接合体９１又は被接合体９２の他方に付与される。

従って、真空状態において加熱されて被接合体９２が接合材９３によって接合体９１に接合されるため、接合材９３におけるボイドや酸化の発生が防止され、被接合体９２の接合体９１に対する高い接合性を確保することができる。

また、複数の部品接合装置１、１、・・・を同時に真空状態において加熱して被接合体９２、９２、・・・を接合体９１、９１、・・・に接合することができるため、接合ワーク９０、９０、・・・に関する量産性の向上を図ることができる。

さらに、一つの部品接合装置１に形成された接合用配置部２ａに複数の接合ワーク９０、９０、・・・を配置することができるため、接合ワーク９０、９０、・・・に関する一層の量産性の向上を図ることができる。

例えば、部品接合システム７０においては、接合ワーク９０に関し、例えば、２０個／分（ＵＰＨ（Unit Per Hour）＝１２００）の真空状態での生産を行うことが可能である。

尚、加圧液１００として水が用いられる場合には、加熱されて水が水蒸気に相変化されることにより接合ワーク９０に対して圧力が付与されるため、加圧液１００の取り扱いが容易であり利便性の向上を図ることができる。また、加圧液１００として水が用いられる場合には、万が一、加圧液１００の封入空間５ａからの漏出が生じた場合においても、加圧液１００としてオイルが用いられた場合のようなベース筐体２の汚染と言う不具合の発生を防止することができる。

＜本発明の比較例に係る部品接合装置の構成＞
次に、本発明の比較例に係る部品接合装置３１の構成について説明する（図６及び図７参照）。

部品接合装置３１はベース筐体３２とベース筐体３２に連結された連結体３３とを有している。

ベース筐体３２は熱伝導性の高い金属材料によって形成されている。ベース筐体３２の上面は配置面３２ａとして形成されている。

ベース筐体３２にはエアー排出孔３４が形成されている。エアー排出孔３４は水平方向に延びる水平部３４ａと垂直方向に延びる垂直部３４ｂ、３４ｂ、・・・とから成り、水平部３４ａの一端がベース筐体３２の外面に開口され、垂直部３４ｂ、３４ｂ、・・・の上端がベース筐体３２の配置面３２ａに開口されている。垂直部３４ｂ、３４ｂ、・・・は前後左右に離隔して形成され、下端部が水平部３４ａに連通されている。

尚、ベース筐体３２は多孔質のセラミックであってもよい。ベース筐体３２として多孔質のセラミックを用いることにより、孔をエアー排出孔３４として機能させることが可能であり、エアー排出孔３４を穴開け加工により形成する必要がなく、ベース筐体３２を容易に形成することができる。

連結体３３はベース筐体３２の外面においてエアー排出孔３４の開口縁に連結されている。連結体３３は水平方向に延びる連結管３５と連結管３５に取り付けられたストップバルブ３６とを有している。ストップバルブ３６はエアー排出孔３４への空気の流入を遮断する流入遮断部として機能する。

配置面３２ａには少なくとも一つ、例えば、複数の接合ワーク９０、９０、・・・が配置される。配置面３２ａには接合ワーク９０を覆う状態で被覆シート３７が配置される。被覆シート３７としては、例えば、耐熱フィルムや金属箔等が用いられている。

連結体３３の連結管３６には図示しない吸引装置が連結される。吸引装置によって被覆シート３７と接合ワーク９０の間に存在する空気がエアー排出孔３４を介して吸引され、被覆シート３７が配置面３２ａと接合ワーク９０、９０、・・・に密着されて被覆シート３７と接合ワーク９０、９０、・・・の間の空間が真空状態にされる（図７参照）。被覆シート３７と接合ワーク９０、９０、・・・の間の空間が真空状態にされると、ストップバルブ３６によって連結管３５が遮断され真空状態が保持される。

このように真空状態が保持されることにより、接合ワーク９０、９０、・・・が少なくとも上方から被覆シート３７によって押さえられる。

＜本発明の比較例に係る部品接合システムの構成＞
次に、本発明の比較例に係る部品接合システム８０の構成について説明する（図８参照）。本発明の比較例に係る部品接合システム８０は上記した部品接合装置３１と部品接合装置３１に対して加熱及び加圧を行う加熱加圧オーブン４０とを備えている。

加熱加圧オーブン４０は被接合体９２を接合体９１に、例えば、固相拡散により接合するために用いられ、加熱を行う機能の他に内部の空間の圧力を高める機能をも有している。加熱加圧オーブン４０はハウジング４１とハウジング４１の内外に取り付けられた所要の各部とによって構成されている。

ハウジング４１の内部は配置空間４１ａとして形成され、ハウジング４１の内部には載置用棚４２、４２、・・・が上下に離隔して配置されている。

＜本発明の比較例に係る部品接合システムにおける接合作業＞
以下に、本発明の比較例に係る部品接合システム８０における接合作業について説明する（図８参照）。接合作業によって被接合体９２、９２、・・・が接合体９１、９１、・・・に、例えば、固相拡散接合によって接合される。固相拡散接合は、被覆シート３７と接合ワーク９０、９０、・・・の間の空間が真空状態に保持されている状態において部品接合装置３１が加熱されることにより行われる。

先ず、部品接合装置３１、３１、・・・が加熱加圧オーブン４０に投入されて配置用棚４２、４２、・・・に載置される。部品接合装置３１、３１、・・・が配置用棚４２、４２、・・・に載置されると加熱加圧オーブン４０の図示しない扉が閉められ、配置空間４１ａが密閉空間とされる。

次に、加熱加圧オーブン４０が動作され、加熱加圧オーブン４０による部品接合装置３１に対する加熱が行われる。

部品接合装置３１に対する加熱は、部品接合装置１の場合と同様に、始めに第１の温度、例えば、約２３０度で約１０分間行われ、続いて第２の温度、例えば、約３００度で約１０分間行われる。部品接合装置３１に対して加熱が行われるときには加熱加圧オーブン４０によって配置空間４１ａの圧力も高められ、被覆シート３７に対する加圧も行われる。このとき内部空間４１ａに存在する空気も加熱されるため、この空気が膨張することによっても被覆シート３７に対して圧力が付与される。

被覆シート３７に対する加圧が行われると、被覆シート３７から被接合体９２、９２、・・・に圧力が付与され、加熱及び加圧により接合材９３が焼結される。

このとき配置面３２ａに配置された接合ワーク９０、９０、・・・は高さが異なっている場合があるが、接合ワーク９０、９０、・・・の高さの相違に拘わらず被覆シート３７が接合ワーク９０、９０、・・・に密着され、各接合ワーク９０、９０、・・・に対して被覆シート３７から適正な圧力が付与される。

加熱加圧オーブン４０による加熱及び加圧が終了すると、加熱加圧オーブン４０の扉が開かれて部品接合装置３１、３１、・・・が内部空間４１ａから取り出され、部品接合装置３１、３１、・・・及び接合ワーク９０、９０、・・・が冷却される。接合ワーク９０、９０、・・・の冷却により接合材９３、９３、・・・が固化されて被接合体９２、９２、・・・の接合体９１、９１、・・・に対する接合が完了する。

被接合体９２、９２、・・・が接合体９１、９１、・・・に接合された接合ワーク９０、９０、・・・は、被覆シート３７が剥離されることにより配置面３２ａから取り出される。

＜本発明の比較例のまとめ＞
以上に記載した通り、部品接合装置３１及び部品接合装置３１を用いた部品接合システム８０にあっては、真空状態において接合ワーク９０が被覆シート３７に押さえられた状態で加熱及び加圧される。

また、複数の部品接合装置３１、３１、・・・を同時に真空状態において加熱して被接合体９２、９２、・・・を接合体９１、９１、・・・に接合することができるため、接合ワーク９０、９０、・・・に関する量産性の向上を図ることができる。

さらに、一つの部品接合装置３１に形成された配置面３２ａに複数の接合ワーク９０、９０、・・・が配置され、これらの複数の接合ワーク９０、９０、・・・が押さえフィルム３７に覆われるため、一度に複数の接合ワーク９０、９０、・・・の接合作業を行うことができ、接合ワーク９０、９０、・・・に関する一層の量産性の向上を図ることができる。

例えば、部品接合システム８０においては、接合ワーク９０に関し、例えば、２０個／分（ＵＰＨ（Unit Per Hour）＝１２００）の真空状態での生産を行うことが可能である。

また、加熱加圧オーブン４０によって加熱及び加圧されるため、部品接合装置３１、３１、・・・が加熱加圧オーブン４０に投入された状態で加熱と加圧が行われ、加熱作業及び加圧作業が一度に行われ接合作業を迅速かつ確実に行うことができる。
尚、上記には、接合ワーク９０に対する加熱が加熱加圧オーブン４０によって行われる例を示したが、例えば、ベース筐体３２を加熱機能を有する構成にし、ベース筐体３２によっても接合ワーク９０に対する加熱が行われるようにすることも可能である。

＜本発明の比較例の変形例に係る部品接合システム＞
次に、本発明の比較例の変形例に係る部品接合システム８０Ａについて説明する（図９乃至図１１参照）。

本発明の比較例の変形例に係る部品接合システム８０Ａは上記した部品接合装置３１と部品接合装置３１に対して加熱及び加圧を行う加圧ヘッド５０とを備えている（図９参照）。

加圧ヘッド５０は被接合体９２を接合体９１に、例えば、固相拡散により接合するために用いられる。加圧ヘッド５０はヒーター５１を有し、加熱及び加圧を行う機能を有している。加圧ヘッド５０は図示しないヘッド駆動機構によって上下方向へ移動される。

被覆シート３７上には変形可能な押さえフィルム５２が配置され、被覆シート３７は押さえフィルム５２を介して被覆シート３７に下方へ押圧可能な状態にされている。尚、押さえフィルム５２は加圧ヘッド５０の下面に予め取り付けられていてもよい。

上記のように構成された部品接合システム８０Ａにおいては、先ず、吸引装置によって被覆シート３７と接合ワーク９０の間に存在する空気がエアー排出孔３４を介して吸引され、ストップバルブ３６によって連結管３５が遮断されて被覆シート３７と接合ワーク９０、９０、・・・の間の空間が真空状態に保持される（図１０参照）。

このように真空状態が保持されることにより、接合ワーク９０、９０、・・・が上方から被覆シート３７によって押さえられる。

次に、加圧ヘッド５０が下方へ移動され、加圧ヘッド５０により接合ワーク９０、９０、・・・が押さえフィルム５２及び被覆シート３７を介して加熱及び加圧される（図１１参照）。

部品接合装置３１に対する加熱は、始めに第１の温度、例えば、約２３０度で約１０分間行われ、続いて第２の温度、例えば、約３００度で約１０分間行われる。加圧ヘッド５０による加熱及び加圧が行われることにより接合材９３、９３、・・・が焼結される。

このとき配置面３２ａに配置された接合ワーク９０、９０、・・・は高さが異なっている場合があるが、押さえフィルム５２が接合ワーク９０、９０、・・・の高さに応じて変形される。従って、接合ワーク９０、９０、・・・に過度の圧力が付与されず、接合ワーク９０、９０、・・・の破損や損傷を防止することができる。
尚、押さえフィルム５２として、例えば、加熱されることにより軟化され、さらに高い温度で一定時間加熱されることにより固化される特性を有するものを用いることも可能である。このような特性を有する材料としては、例えば、熱可塑性又は熱硬化性のエポキシ樹脂やナイロン系の樹脂がある。

加圧ヘッド５０による部品接合装置３１、３１、・・・に対する加熱及び加圧が終了すると、加圧ヘッド５０が上方へ移動されて被覆シート３７から離隔され、接合ワーク９０、９０、・・・が冷却される。接合ワーク９０、９０、・・・の冷却により接合材９３、９３、・・・が固化されて被接合体９２、９２、・・・の接合体９１、９１、・・・に対する接合が完了する。

被接合体９２、９２、・・・が接合体９１、９１、・・・に接合された接合ワーク９０、９０、・・・は、押さえフィルム５２が取り外されると共に被覆シート３７が剥離されることにより配置面３２ａから取り出される。

上記したように加圧ヘッド５０を有する部品接合システム８０Ａにあっても、真空状態において接合ワーク９０が被覆シート３７に押さえられた状態で加熱及び加圧される。

さらに、一つの部品接合装置３１に形成された配置面３２ａに複数の接合ワーク９０、９０、・・・が配置され、これらの複数の接合ワーク９０、９０、・・・が被覆シート３７と押さえフィルム３７に覆われるため、一度に複数の接合ワーク９０、９０、・・・の接合作業を行うことができ、接合ワーク９０、９０、・・・に関する一層の量産性の向上を図ることができる。

例えば、部品接合システム８０Ａにおいては、接合ワーク９０に関し、例えば、２０個／分（ＵＰＨ（Unit Per Hour）＝１２００）の真空状態での生産を行うことが可能である。

また、加圧ヘッド５０によって加熱及び加圧されるため、接合ワーク９０、９０、・・・が加圧ヘッド５０によって押圧された状態で接合ワーク９０、９０、・・・にヒーター５１からの熱が伝達されるため、加熱作業及び加圧作業が一度に行われ接合作業を迅速かつ確実に行うことができる。

さらに、押さえフィルム５２が被覆シート３７を介して各接合ワーク９０、９０、・・・から受ける抗力に応じて変形されるため、接合ワーク９０、９０、・・・の高さが異なる場合において高さの差が吸収されて押さえフィルム５２が接合ワーク９０、９０、・・・に押し付けられ、複数の接合ワーク９０、９０、・・・にそれぞれ適正な圧力を付与することができる。

＜その他＞
上記には、被接合体９２が接合体９１に固相拡散により接合される例を示したが、本発明は、固相拡散以外の接合方法に用いることも可能である。

また、本発明は、例えば、半導体チップ（電子部品）同士を接合し複合部品化する所謂チップオンチップや半導体パッケージ等における電極の接合等の実装基板（回路基板）や半導体装置の接合の分野に広く適用することが可能である。

１…部品接合装置
２…ベース筐体
２ａ…接合用配置部
５ａ…封入空間
７…押さえ部
９…封止材
１１…ストップバルブ（流入遮断部）
１３…圧力調整部
２０…真空オーブン
７０…接合システム
９０…接合ワーク
９１…接合体
９２…被接合体
９３…接合材
１００…加圧液

Claims

接合材を挟んで接合体と被接合体が位置される接合ワークにおいて前記被接合体を前記接合材によって前記接合体に接合する真空状態で真空オーブンによって加熱される部品接合装置であって、
前記真空オーブンによって加熱されて圧力が変化される加圧液が封入される封入空間が内部に形成されたベース筐体と、
前記封入空間に前記加圧液を封止すると共に前記加圧液の圧力に応じて変形される封止材とを備え、
前記ベース筐体の内部に前記接合ワークが配置される接合用配置部が形成され、
前記ベース筐体に前記真空オーブンによって前記接合用配置部を真空にするためのエアー排出孔が形成され、
加熱された状態かつ前記接合体又は前記被接合体の一方が押さえられた状態で前記加圧液の圧力が前記封止材を介して前記接合体又は前記被接合体の他方に付与される
部品接合装置。
前記加圧液の圧力を調整する圧力調整部が設けられた
請求項１に記載の部品接合装置。
前記ベース筐体に前記接合体又は前記被接合体を押さえる押さえ部が設けられた
請求項１又は請求項２に記載の部品接合装置。
前記加圧液として水が用いられた
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の部品接合装置。
接合材を挟んで接合体と被接合体が位置される接合ワークにおいて前記被接合体を前記接合材によって前記接合体に接合する部品接合装置と内部に配置される前記部品接合装置に対して真空状態で加熱を行う真空オーブンとを備えた部品接合システムであって、
前記部品接合装置は、
前記真空オーブンによって加熱されて圧力が変化される加圧液が封入される封入空間が内部に形成されたベース筐体と、
前記封入空間に前記加圧液を封止すると共に前記加圧液の圧力に応じて変形される封止材とを有し、
前記ベース筐体の内部に前記接合ワークが配置される接合用配置部が形成され、
前記ベース筐体に前記接合用配置部を前記真空オーブンによって真空にするためのエアー排出孔が形成され、
加熱された状態かつ前記接合体又は前記被接合体の一方が押さえられた状態で前記加圧液の圧力が前記封止材を介して前記接合体又は前記被接合体の他方に付与される
部品接合システム。