JP6929541B2 - 接合方法 - Google Patents

Description

この発明は、接合対象構造物と受止部との間又は前記接合対象構造物と共振器との間の一方又は両方にレジンパッドと金属パッドとの積層された構造の接合補助部品を配置してなる接合方法に関する。

図７を用いて、特許文献１及び２で開示された接合装置１０１を用いた接合方法について説明する。この接合方法に用いられる接合対象構造物２０１は、２つの接合対象部品２０２及び２０３を積層した構造になっている。又、この接合方法には、接合対象構造物２０１と受止部１１３との間に配置されるレジンパッド２０４と、接合対象構造物２０１と接合ツール部１１０との間に配置されるレジンパッド２０５とが用いられる。

図７に示した接合装置１０１を用いた接合方法では、先ず、出力部材１０５が上昇位置に停止し、接合ツール部１１０と受止部１１３とが互いに接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５との積層状になった物体の挿入可能な空間を形成して上下方向で対向した状態になっている。その状態において、受止部１１３の上には、接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５とからなる積層状になった物体が搭載される。

次に、加圧機構１０４が駆動し、出力部材１０５が下降するのに伴って、接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５とが接合ツール部１１０と受止部１１３とで上下から挟まれて加圧され、共振器１０９が振動子１１２から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し、接合ツール部１１０が上記加圧される方向に直交する左右方向としての横方向に振動し、接合対象構造物２０１における２つの接合対象部品２０２及び２０３どうしが上記加圧力と上記横方向の振動振幅とによるエネルギーを受けて互いに接合される。

その後、加圧機構１０４が駆動し、出力部材１０５が上昇するのに伴って、接合ツール部１１０がレジンパッド２０５から離れ、接合の完了した接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５とが受止部１１３の上に残される。この受止部１１３の上に残された接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５とが接合ツール部１１０から取り出され、接合の完了した接合対象構造物２０１とレジンパッド２０４及び２０５とが互いに分離され、接合装置１０１による接合対象構造物２０１に対する１回の接合動作が終了する。

接合対象構造物とレンジパッドが受止部と共振器とで互いに接触する方向で加圧され、共振器が共振器の一端部に取り付けられた振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して前記加圧される方向に直交する横方向に振動して複数個の金属部材どうしを互いに接合している。

図７に示した接合装置１０１を用いた接合方法によれば、接合に作用するエネルギーが接合対象構造物２０１のどこに集中するかは接合ツール部１１０から接合対象構造物２０１に作用する振動振幅と加圧力との相対関係があり、上記振動振幅と加圧力との設定条件によって接合に作用するエネルギーが発生するレイヤの位置を接合対象部品２０３との界面部分２０６に集中するように制御することで接合対象部品２０２及び２０３どうしを適切に接合ができる。

しかしながら、受止部１１３と接合対象構造物２０１との間並びに接合ツール部１１０と接合対象構造物２０１との間にレジンパッド２０４及び２０５を配置しただけであるので、接合対象構造物２０１の形状や大きさ或は質量等の違いによって、接合に作用するエネルギーを界面部分２０６に集中させる振動振幅と加圧力との設定条件の制御が困難な場合があった。

特開２０１６‐２０３２５１号公報 特開２０１７‐３９１６９号公報

この発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、接合対象構造物と受止部との間又は前記接合対象構造物と共振器との間の一方又は両方にレジンパッドと金属パッドとの積層された構造の接合補助部品を使用することによって、接合対象構造物と接合補助部品とからなる物体全体の質量バランスを変えて、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが接合対象構造物における２つの接合対象部品間の界面部分に集中する設定条件を容易に設定することができる接合方法の提供を目的とする。

この発明は、２つの接合対象部品を積層した構造の接合対象構造物と受止部との間又は前記接合対象構造物と共振器との間の一方又は両方にレジンパッドと金属パッドとを積層した構造の接合補助部品が配置され、前記接合対象構造物と前記接合補助部品とが互いに接触する方向で加圧され、前記共振器が当該共振器の一端部に取り付けられた振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して前記加圧される方向に直交する横方向に振動して前記２つの接合対象部品どうしを接合することを特徴とする。

この発明によれば、接合対象構造物と受止部との間又は前記接合対象構造物と共振器との間の一方又は両方にレジンパッドと金属パッドとの積層された構造の接合補助部品を使用して、接合対象構造物と接合補助部品とからなる物体全体の質量バランスを変えて、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが接合対象構造物における２つの接合対象部品間の界面部分に集中する設定条件を容易に設定することができる。

発明を実施するための形態１に係る接合方法に用いた接合装置の正面図。 発明を実施するための形態２に係る接合方法の模式図。 発明を実施するための形態３に係る接合方法の模式図。 発明を実施するための形態４に係る接合方法の模式図。 発明を実施するための形態５に係る接合方法の模式図。 発明を実施するための形態６に係る接合方法の模式図。 従来の接合方法に用いた接合装置の模式図。

図１を参照し、発明を実施するための形態１に係る接合方法に用いられる接合装置１０１について説明する。図１に示した接合装置１０１は、装置躯体部１０２の作業空間部１０３よりも上部に加圧機構１０４を備える。加圧機構１０４の出力部材１０５は、装置躯体部１０２の上部から作業空間部１０３に配置される。出力部材１０５の作業空間部１０３に配置された下部は、加圧機構１０４の駆動によって、作業空間部１０３の内部を直線的に昇降する。出力部材１０５の作業空間部１０３に配置された下部には、支持具１０６が設けられる。支持具１０６は、前後及び下方に貫通する支持空間部１０７の左右両側に支持部１０８を備える。

支持具１０６には共振器１０９が設置される。共振器１０９は、接合ツール部１１０と被支持部１１１とを備える。共振器１０９は、左右方向の一端から他端までの長さが振動子１１２から伝達された音波振動又は超音波振動の共振周波数の少なくとも１波長を有する直線的な棒状になっている。共振器１０９の長さ方向の両端部及び中央部には、最大振動振幅点が位置する。共振器１０９の長さ方向の中央部おける最大振動振幅点の位置する外面部には、接合ツール部１１０が設けられる。

接合ツール部１１０は、共振器１０９の外側面より突出して設けられた場合又は共振器１０９の外側面と同一面に設けられた場合又は共振器１０９の外側面より窪んで設けられた場合のいずれでも適用可能である。共振器１０９の接合ツール部１１０より長さ方向の両側に存在する最小振動振幅点に位置する外面部には、被支持部１１１が設けられる。

共振器１０９の左右方向の一端部には、振動子１１２が取り付けられる。共振器１０９と振動子１１２との間には、図示のされていないブースターを設けることも適用可能である。共振器１０９の長さ方向が左右方向に向けられ、共振器１０９の被支持部１１１以外の部分が支持具１０６に接触しないように作業空間部１０３及び支持空間部１０７に配置され、被支持部１１１が支持部１０８に支持されることにより、共振器１０９が支持具１０６に設置される。装置躯体部１０２の作業空間部１０３よりも下部には、受止部１１３が設けられる。

図１に示したように、接合対象構造物１は、２つの接合対象部品２及び３を積層した構造になっている。又、接合補助部品４は、接合対象構造物１と受止部１１３との間に配置され、金属パッド４１と金属パッド４１の接合対象部品２に対向する側と受止部１１３に対向する側との二表面にレジンパッド４２及び４３を一体に備え、金属パッド４１とレジンパッド４２及び４３とを積層したラミネート構造になっている。接合補助部品５は、接合対象構造物１と接合ツール部１１０との間に配置され、金属パッド５１の接合対象部品３に対向する側と接合ツール部１１０に対向する側との二表面にレジンパッド５２及び５３を一体に備え、金属パッド５１とレジンパッド５２及び５３とを積層したラミネート構造になっている。

図１に示した接合装置１０１を用いた接合方法では、大気中の常温の状態において、先ず、出力部材１０５が上昇位置に停止し、接合ツール部１１０と受止部１１３とが互いに接合対象構造物１と接合補助部品４及び５との積層状になった物体の挿入可能な空間を形成して上下方向で対向した状態になっている。その状態において、接合ツール部１１０の上には、接合対象構造物１と接合補助部品４及び５とからなる積層状になった物体が搭載される。

次に、加圧機構１０４が駆動し、出力部材１０５が下降するのに伴って、接合対象構造物１と接合補助部品４及び５とが接合ツール部１１０と受止部１１３とで上下から挟まれて加圧され、共振器１０９が振動子１１２から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し、接合ツール部１１０が上記加圧される方向に直交する左右方向としての横方向に振動し、接合対象構造物１における２つの接合対象部品２及び３どうしが上記加圧力と上記横方向の振動振幅とによるエネルギーを受け、２つの接合対象部品２及び３における界面部分６の原子に激しい自由運動が発生し、ついには界面部分６の原子が励起状態となって互いに拡散して融合し、接合対象部品２及び３どうしを接合する。

その後、加圧機構１０４が駆動し、出力部材１０５が上昇するのに伴って、接合ツール部１１０が接合補助部品５から離れ、接合の完了した接合対象構造物１と接合補助部品４及び５とが受止部１１３の上に残される。この受止部１１３の上に残された接合補助部品４及び５と接合対象構造物１とが受止部１１３から取り出され、接合の完了した接合対象構造物１と接合補助部品４及び５とが互いに分離され、接合装置１０１による接合対象構造物１に対する１回の接合動作が終了する。

図１に示した接合装置１０１を用いた接合方法によれば、接合対象構造物１と受止部１１３との間に金属パッド４１とレジンパッド４２及び４３との積層された構造の接合補助部品４を使用し、接合対象構造物１と接合ツール部１１０との間に金属パッド５１とレジンパッド５２及び５３との積層された構造の接合補助部品５を使用したので、接合対象構造物１と接合補助部品４及び５とからなる物体全体の質量バランスが図７に示した従来の接合対象構造物２０１とレンジパッド２０４及び２０５とからなる物体全体の質量バランスに比べて変わり、図１に示すように、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが接合対象部品２及び３間の界面部分６に集中する設定条件を容易に設定することができる。

図１において、接合補助部品４が接合対象構造物１及び受止部１１３から分離された構成、接合補助部品４が接合対象構造物１又は受止部１１３に固定された構成のいずれでも適用可能である。又、接合補助部品５が接合対象構造物１及び接合ツール部１０から分離された構成、接合補助部品５が接合対象構造物１又は接合ツール部１０に固定された構成のいずれでも適用可能である。接合補助部品４及び５の一方を使用しなくても適用可能であるが、接合対象部品２及び３のうちで加圧により変形する可能性の有る側に接合補助部品４又は５を配置すれば好適である。

又、レジンパッド４２と４３及び５２並びに５３は、テフロン（登録商標）又はシリコーン樹脂等からなるシート状又はフィルム状又は板状に構成されている。レジンパッド４２と４３と５２及び５３としては、接合時の熱に対する耐熱性を有すれば、テフロン（登録商標）やシリコーン樹脂以外の合成樹脂又はエラストマー等の弾性部材でも適用可能である。又、レジンパッド４２と４３と５２及び５３は互いに同じ材料により構成されても又は異なる材料により構成されても適用可能である。

図１では、装置躯体１０２の上部に加圧機構１０４と支持具１０６及び共振器１０９を配置し、装置躯体１０２の下部に受止部１１３を配置した構造を例示したが、装置躯体１０２の上部に加圧機構１０４及び受止部１１３を配置し、装置躯体１０２の下部に支持具１０６及び共振器１０９を配置した構造でも適用可能である。接合に音波振動を用いる共振器１０９の重量は、接合に超音波振動を用いる共振器１０９の重量よりも遥かに重い。よって、接合に音波振動を用いた場合には、受止部１１３が装置躯体１０２の上部に設けられた加圧機構１０４の出力部材１０５に取り付けられ、共振器１０９を両側支持した支持具１０６が装置躯体１０２の下部に設置される構造を採用しても良い。

図２を参照し、発明を実施するための形態２に係る接合方法に用いられる接合対象構造物１について説明する。図２に示した接合対象構造物１の接合対象部品２は、セラミックス基板２１と、セラミックス基板２１の接合対象部品３に対向する側の一表面に設けられた金属部材２２とから構成されている。又、接合対象構造物１の接合対象部品３は、Ｓｉチップからなる半導体装置３１と、半導体装置３１の接合対象部品２に対向する側の一表面に設けられた金属部材３２とから構成されている。よって、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが金属部材２２と金属部材３２との界面部分６に集中するように、接合ツール部１１０から接合対象構造物１に作用する振動振幅と加圧力とを制御することにより、２つの接合対象部品２及び３が互いに接合される。図２におけるセラミックス基板２１を、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイヤ、ダイヤ等の無機質部材に替えてもよい。

図３を参照し、発明を実施するための形態３に係る接合方法に用いられる接合対象構造物１について説明する。図３に示した接合対象構造物１は、接合対象部品２としての金属部材と接合対象部品３としてのセラミックス部材とを積層した構造になっている。よって、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが金属部材からなる接合対象部品２とセラミックス部材からなる接合対象部品３との界面部分６に集中するように、接合ツール部１１０から接合対象構造物１に作用する振動振幅と加圧力とを制御することにより、２つの接合対象部品２及び３が互いに接合される。

図４を参照し、発明を実施するための形態４に係る接合方法に用いられる接合対象構造物１について説明する。図４に示した接合対象構造物１は、接合対象部品２としての金属部材と接合対象部品３としてのセラミックス部材との間に金属製の接合材７を挟んだ構造になっている。よって、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが金属部材からなる接合対象部品２と接合材７との界面部分９並びにセラミックス部材からなる接合対象部品３と接合材７との界面部分８に集中するように、接合ツール部１１０から接合対象構造物１に作用する振動振幅と加圧力とを制御することにより、２つの接合対象部品２及び３が互いに接合材７を介して接合される。尚、図３及び４におけるセラミックス部材３を、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイヤ、ダイヤ等の無機質部材に替えてもよい。

図５を参照し、発明を実施するための形態５に係る接合方法に用いられる接合補助部品４及び５について説明する。図５において、接合補助部品４は、金属パッド４１と金属パッド４１の受止部１１３に対向する側の一表面にレジンパッド４２を一体に備え、金属パッド４１とレジンパッド４２とを積層したラミネート構造になっている。又、接合補助部品５は、金属パッド５１と金属パッド５１の接合ツール部１１０に対向する側の一表面にレジンパッド５３を一体に備え、金属パッド５１とレジンパッド５３とを積層したラミネート構造になっている。よって、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが接合対象部品２と接合対象部品３との界面部分６に集中するように、接合ツール部１１０から接合対象構造物１に作用する振動振幅と加圧力とを制御することにより、２つの接合対象部品２及び３が互いに接合される。図５における接合対象構造物１を図３又は４に示した構造の接合対象構造物１に替えてもよい。

図６を参照し、発明を実施するための形態６に係る接合方法に用いられる接合補助部品４及び５について説明する。図６において、接合補助部品４は、金属パッド４１と金属パッド４１の接合対象部品２に対向する側の一表面にレジンパッド４３を一体に備え、金属パッド４１とレジンパッド４３とを積層したラミネート構造になっている。又、接合補助部品５は、金属パッド５１と金属パッド５１の接合対象部品３に対向する側の一表面にレジンパッド５２を一体に備え、金属パッド５１とレジンパッド５２とを積層したラミネート構造になっている。よって、接合に作用する加圧力と振動振幅とによるエネルギーが接合対象部品２と接合対象部品３との界面部分６に集中するように、接合ツール部１１０から接合対象構造物１に作用する振動振幅と加圧力とを制御することにより、２つの接合対象部品２及び３が互いに接合される。図６における接合対象構造物１を図３又は４に示した構造の接合対象構造物１に替えてもよい。

図１から６に示した接合方法において、音波振動を用いれば、ブロックの接合対象部品２および３どうしの接合が可能になるため、三次元的な機械構造体の接合が可能になり、又、超音波接合で不可能な大面積の接合が可能になる。

図１から６に示した金属部材２及び２２並びに３２、金属パッド４１及び５１は、アルミニウム、銅、金、銀、ニッケル、錫、半田等の金属、アルミニウム、銅、金、銀、ニッケル、錫、半田等の以外の金属の表面にアルミニウム、銅、金、銀、ニッケル、錫、半田等の被膜を設けた金属、同種又は異種の金属でも適用可能である。

１ 接合対象構造物
２ 接合対象部品
３ 接合対象部品
４ 接合補助部品
５ 接合補助部品
６ 界面部分
７ 接合材
８ 界面部分
９ 界面部分
２１ セラミックス基板
２２ 金属部材
３１ 半導体装置
３２ 金属部材
４１ 金属パッド
４２ レジンパッド
４３ レジンパッド
５１ 金属パッド
５２ レジンパッド
５３ レジンパッド
１０１ 接合装置
１０２ 装置躯体部
１０３ 作業空間部
１０４ 加圧機構
１０５ 出力部材
１０６ 支持具
１０７ 支持空間部
１０８ 支持部
１０９ 共振器
１１０ 接合ツール部
１１１ 被支持部
１１２ 振動子
１１３ 受止部

Claims (2)

1. ２つの接合対象部品を積層した構造の接合対象構造物と受止部との間又は前記接合対象構造物と共振器との間の一方又は両方にレジンパッドと金属パッドとを積層した構造の接合補助部品が配置され、前記接合対象構造物と前記接合補助部品とが互いに接触する方向で加圧され、前記共振器が当該共振器の一端部に取り付けられた振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して前記加圧される方向に直交する横方向に振動して前記２つの接合対象部品どうしを接合することを特徴とする接合方法。
2. 前記接合対象構造物が前記２つの接合対象部品の間に金属製の接合材を配置した構造であり、前記共振器が前記振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して前記加圧される方向に直交する横方向に振動して前記２つの接合対象部品どうしを前記接合材で接合することを特徴とする請求項１記載の接合方法。

Images