JP4672402B2

JP4672402B2 - 微細接合方法および装置

Info

Publication number: JP4672402B2
Application number: JP2005074384A
Authority: JP
Inventors: 幸靖中村; 雄介平井; 定久世
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: JP2006255734A

Description

本発明は数十〜数百μｍの微細部材の接合などに好適な微細接合方法、及び装置に関する。

従来のこの種の装置においては、例えば特許文献1に、帯状の抵抗発熱体を電極を介して、その両側に取付けられた抵抗発熱体巻回リール、及び抵抗発熱体巻取リールに巻回し、抵抗発熱体巻回リールより引き出され、抵抗発熱体巻取リールに巻き取られた帯状の抵抗発熱体の一部を、微小な絶縁材を隔てて配置された一対の電極の先端部に接触させ、電極を接合位置に移動させた後、電力を供給し帯状の抵抗発熱体を発熱させて、被接合物を接合し、接合後、抵抗発熱体巻回リール、又は抵抗発熱体巻取リールを駆動することによって、帯状の抵抗発熱体を長さ方向に駆動する微細接合装置で開示されている。

ところが、帯状の抵抗発熱体に電極が接触して電力を供給した際に発生する熱による酸化で、徐々に電極表面の導通性が失われ、十分な電力供給が行えなくなるため、短期間のうちに、電極の先端表面を再研磨する等のメンテナンスが必要なこと、及び、帯状の抵抗発熱体と電極との摩擦で、徐々に電極と絶縁材の間に亀裂が入り、短期間のうちに、電極の交換が必要などの欠点があり、生産効率が十分高いとは言えなかった。

特開平11−333561号公報

上述したように、従来技術では、生産効率が不十分な点があった。この発明は、上記従来技術が持っていた、電極の先端表面が酸化して導通性が失われること、及び電極と帯状の抵抗発熱体の摩擦により、電極と絶縁材の間に亀裂が入るという欠点を解決し、以って生産性、及び品質の優れた装置を提供することを目的とする。

電極を有する加熱ヘッドが非接合位置から接合位置へ移動する工程と、前記接合位置にて前記電極と被接合物との間に挟まれた帯状の抵抗発熱体に電極を介して電力を供給する工程と、電力供給後加熱ヘッドが接合位置から非接合位置へ移動する工程とを有する微細接合方法であって、前記加熱ヘッドが非接合位置から接合位置へ移動する工程において、前記帯状の抵抗発熱体が前記電極と当接したまま摺接移動することを特徴とする。

前記帯状の抵抗発熱体に電力を供給する工程において、被接合部を不活性ガス雰囲気にすることを特徴とする。

微小な絶縁材を隔てて配置された一対の電極を有する加熱ヘッドと、当該加熱ヘッドを所定の接合位置と非接合位置との間で移動させるヘッド駆動部と、前記加熱ヘッドが前記接合位置まで移動したときに、前記一対の電極と被接合物との間に挟まれ、前記一対の電極と被接合物とに接触する帯状の抵抗発熱体と、当該帯状の抵抗発熱体を帯の長手方向に搬送移動させる抵抗発熱体駆動部と、前記電極に電力を供給する電源部とを備えた微細接合装置であって、前記加熱ヘッドが非接合位置から接合位置に移動する際に前記帯状の抵抗発熱体が前記電極と当接したまま摺接移動することを特徴とする。

前記一対の電極が、当該電極の対向方向が、前記帯状の抵抗発熱体の移動方向に対して偏奇した角度に設定されていることを特徴とする。

加熱ヘッドが非接合位置から接合位置へ移動する工程において、帯状の抵抗発熱体が電極と当接したまま摺接移動するので、被接合物を接合する工程と同時に、電極の先端表面を磨くことが可能であり、さらに、帯状の抵抗発熱体に電力を供給する工程において、被接合部を不活性ガス雰囲気にするので、電極の先端表面の酸化を抑制し、又電極の対向方向が、帯状の抵抗発熱体の移動方向に対して偏奇した角度に設定されているので、電極と絶縁材の間の亀裂も起こらないため、電極のメンテナンスが省け、生産効率が上がり、生産コストも抑えることができる。

以下、本発明に係る微細接合装置の一例を、図1〜3に基づいて説明する。図2-aに示すように、本例の微細接合装置は、不図示のヘッド駆動部を備えた非接合位置と接合位置との間で移動可能な加熱ヘッド1、帯状の抵抗発熱体3、不図示の駆動部により非接合位置と接合位置との間で移動可能な抵抗発熱体押さえ4、抵抗発熱体ガイドピン6a〜6d、不図示の駆動部を備えた抵抗発熱体供給リール7a、不図示の駆動部を備えた抵抗発熱体巻取リール7b、加熱ヘッド１の電極2を介して帯状の抵抗発熱体3に電力を供給する電源部10とから構成されている。加熱ヘッド1は、図1に示すように微小な絶縁材9（厚さ20〜30μｍ）を隔てて配置された一対の電極2から成っている。電極2は電力を供給する電源部10と接続されている。帯状の抵抗発熱体3は、比抵抗および熱伝導率が共に大きく、電力供給部分を速やかに所定温度まで昇温できて、しかも発熱部分は微小な領域に限定できる材質のものが好ましく、好ましい材料として高純度の単結晶モリブデンからなるモリブデンリボンが例示できる。また、例示した材料以外にも、前述した条件を満たす他の公知の材料が好ましく利用できる。抵抗発熱体押さえ4は、電極2の先端部分を取囲むように配設されており、内部に不活性ガス噴出開口部5を備えている。

次に、本発明の微細接合装置の動作について説明する。本発明の微細接合装置は、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置に移動する工程で、帯状の抵抗発熱体3が電極2と当接したまま摺接移動するようになっている。図2-a、2-bに示すように、帯状の抵抗発熱体3は、抵抗発熱体供給リール7aから引き出され、抵抗発熱体ガイドピン6a〜6dに対し、6a、6bの下側、6cの上側、6dの下側と通されて、抵抗発熱体巻取リール7bに巻き取られている。抵抗発熱体ガイドピン6a〜6dに対する帯状の抵抗発熱体3のパス構成が上記のようになっているため、抵抗発熱体押さえ4、加熱ヘッド1が非接合位置（図2-a）から接合位置（図2-b）に移動する工程において、まず、加熱ヘッド1が接合時に、帯状の抵抗発熱体3と接触不安定にならないように、抵抗発熱体押さえ4が帯状の抵抗発熱体3を、抵抗発熱体ガイドピン6bと6cの水平位置より押下げる。

次に、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する。加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する際に、帯状の抵抗発熱体3は引き出される形になるが、上述したような、抵抗発熱体ガイドピン6a〜6dと帯状の抵抗発熱体3とのパス構成になっているため、帯状の抵抗発熱体3は抵抗発熱体ガイドピン6a、6bの部分では右から左へ移動して、抵抗発熱体ガイドピン6c、6dの部分では移動しない。この結果、帯状の抵抗発熱体3は電極2と当接したまま摺接移動するため、電極表面を研磨し酸化被膜を削り取ることが可能となる。

加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する工程において、帯状の抵抗発熱体3を電極2と当接したまま摺接移動させる方法としては、前述した抵抗発熱体ガイドピン6a〜6dと帯状の抵抗発熱体3とのパス構成による方法以外にも、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する際に、抵抗発熱体巻取リール7bをロックし、抵抗発熱体供給リール7aをフリーにする方法、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する工程と同期して、抵抗発熱体巻取リール7b、抵抗発熱体供給リール7aを駆動して、帯状の抵抗発熱体3を移動させる方法など、従来公知の任意の手段を用いることが可能である。

これに対して、従来の接合装置（図１）の例では、抵抗発熱体ガイドピン6a〜6dと帯状の抵抗発熱体3とのパス構成が図に示したようになっているため、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動しても、帯状の抵抗発熱体3は電極2と当接したまま摺接移動することはなく、また、特に、前述したような、加熱ヘッド1が非接合位置から接合位置へ移動する際に、抵抗発熱体巻取リール7bをロックし、抵抗発熱体供給リール7aをフリーにする機構や、抵抗発熱体巻取リール7b、抵抗発熱体供給リール7aを駆動して、帯状の抵抗発熱体3を移動させる機構は設けられていないので、電極表面を研磨する作用は生じない。

加熱ヘッド1が接合位置に移動すると、電源部10から電極2に電力が供給され、帯状の抵抗発熱体3が発熱し、被接合物8が接合される。接合後、抵抗発熱体押さえ4、加熱ヘッド1が接合位置から非接合位置に移動する。その後、帯状の抵抗発熱体3は抵抗発熱体巻取リール7b、抵抗発熱体供給リール7aにより所定量駆動され、発熱部分が搬送移動され、新たな部分が発熱部として設定される。

上述した構成とすることで、電極のメンテナンス（電極表面の再研磨）間隔を大幅に伸ばすことが可能となるが、さらには、加熱ヘッド1が接合位置に移動した時に、不活性ガス噴出開口部5から被接合部に向かってアルゴン、ネオン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを噴出させ、被接合部を不活性ガス雰囲気した上で、電極2を介して帯状の抵抗発熱体3に電力を供給するようにすると、電極2のメンテナンス間隔をさらに伸ばすことが可能となり、より好ましい。

本発明の微細接合装置は、図3に示すように、電極の対向方向が、前記帯状の抵抗発熱体3の移動方向に対して偏奇した角度（θ）に設定されている。従来の微細接合装置においては、θが０°に設定されていたが、本発明者らは、θを10°〜170°、より好ましくは45°〜135°、最も好ましくは70°〜110°と設定することで、電極2の寿命を大幅に伸ばせることを見出した。電極2の対向方向を前記帯状の抵抗発熱体3の移動方向に対して偏奇させることにより、帯状の抵抗発熱体3が電極表面で摺接移動する際に作用する、電極2と絶縁材9との境界面を剥がそうとする力が分散されるので、電極2の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。

比較例６として図２aの微細接合装置を用い、以下の条件，材料の下、微細接合を行った。
（１）電極長さ＝３１.７５ｍｍ，先端表面積＝２５０×２３０(μｍ^２)，絶縁材厚み＝２５(μｍ)
（２）帯状の抵抗発熱体厚み＝１５(μｍ)，幅＝２．０(ｍｍ) モリブデンリボン（３）接合条件電圧＝１．０５(V)，予備加熱時間＝６．０(ｍｓ)，本加熱時間＝２．４(ｍｓ)，加重＝０．６(N)
（４）被接合物 0 . 1μｍ厚さのAuメッキを施した、幅１００×奥行１００×高さ３０(μｍ)のNiバンプにφ４０(μｍ)のCu線を重ねたもの以下、表１、表２に示した条件以外は、比較例６と同様にして、実施例１〜３、比較例１〜７の微細接合を行った。微細接合を繰り返し行い、電極の導通が不十分になり電極の再研磨が必要となるまでの回数、及び再研磨を何回か繰り返し行いつつ、さらに微細接合を繰り返し行い、ついには電極と絶縁材料との境界面に亀裂が入って使用不能になり、交換するまでの回数を測定し、表１、表２にランクで表示した。なお、表３に各ランクの再研磨、交換までの回数を示した。

表１および表２から明らかなように、本発明に係る実施例１〜３の微細接合装置では、請求項を満たさない比較例１〜７の微細接合装置と比較して、再研磨までの回数が大きいため、電極のメンテナンスが省け、生産効率が上がり、また、電極の交換までの回数も大きいので、生産コストも抑えることができる。

従来の微細接合装置を示す拡大正面図である。本発明の微細接合装置の構成（非接合位置）の一例を示す拡大正面図である。本発明の微細接合装置の構成（接合位置）の一例を示す拡大正面図である。帯状の抵抗発熱体3と電極2との位置関係を示す平面図である。

符号の説明

１加熱ヘッド
２電極
３帯状の抵抗発熱体
４抵抗発熱体押さえ
５不活性ガス噴出開口部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ抵抗発熱体ガイドピン
７ａ抵抗発熱体供給リール
７ｂ抵抗発熱体巻取リール
８被接合物
９絶縁材
１０電源部

Claims

微小な絶縁材を隔てて配置された一対の電極を有する加熱ヘッドと、当該加熱ヘッドを所定の接合位置と非接合位置との間で移動させるヘッド駆動部と、前記加熱ヘッドが前記接合位置まで移動したときに、前記一対の電極と被接合物との間に挟まれ、前記一対の電極と被接合物とに接触する帯状の抵抗発熱体と、当該帯状の抵抗発熱体を帯の長手方向に搬送移動させる抵抗発熱体駆動部と、前記電極に電力を供給する電源部とを備えた微細接合装置であって、前記加熱ヘッドが非接合位置から接合位置に移動する際に前記帯状の抵抗発熱体が前記電極と当接したまま摺接移動でき、前記一対の電極が、当該電極の対向方向が、前記帯状の抵抗発熱体の移動方向に対して偏奇した角度に設定されていることを特徴とする微細接合装置。