JP6129352B2 - 接合装置、接合方法及び加圧ユニット - Google Patents

接合装置、接合方法及び加圧ユニット Download PDF

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Description

本発明は、接合装置、接合方法及び加圧ユニットに関する。
従来、導体パターンが形成された基板と半導体素子とが金属粒子ペーストを介して接合された構造を有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。金属粒子ペーストは、溶剤中にナノサイズやサブミクロンサイズの金属粒子を含有し、金属粒子の低温焼結現象及び高い表面活性を利用した低温焼結型の導電性ペーストである。
上記した半導体装置は、以下のような接合装置（従来の接合装置９００）を用いて基板と半導体素子とを接合したと考えられる。従来の接合装置９００は、図８に示すように、導体パターンが形成された基板１２に金属粒子ペースト１６を介して電子部品１４（半導体素子）を配置した組立体１０を加熱しながら加圧することによって基板１２と電子部品１４とを接合する接合装置である。
従来の接合装置９００は、互いに対向する位置に配置された第１加熱部９２２及び第２加熱部９２４を有する加熱機構部９２０と、第２加熱部９２４を第１加熱部９２２から第２加熱部９２４に向かう方向に沿って移動させることにより組立体１０を加圧する加圧機構部(図示せず。)とを備える。第１加熱部９２２は、第２加熱部９２４よりも下方に位置する。
従来の接合装置９００においては、第１加熱部９２２上に組立体１０を配置した後に、第２加熱部９２４を下方に向かって移動させることにより第１加熱部９２２及び第２加熱部９２４を用いて組立体１０を加熱しながら加圧する。
従来の接合装置９００によれば、第２加熱部９２４を移動させることにより組立体１０を加圧する加圧機構部を備えるため、第１加熱部９２２及び第２加熱部９２４を用いて組立体１０を加熱しながら加圧することができ、基板１２と電子部品１４とを金属粒子ペースト１６を介して接合することができる。
特開２０１２−９７０３号公報
しかしながら、従来の接合装置９００においては、第１加熱部９２２上に組立体１０を配置した後に、第１加熱部９２２及び第２加熱部９２４を用いて組立体１０を加熱しながら加圧するため、組立体１０を加圧する前に第１加熱部９２２から金属粒子ペースト１６に熱が伝達されることで金属粒子ペースト１６が部分的に焼結反応（固化反応）を起こすようになり、基板１２と電子部品１４とを高い接合力で接合することができないという問題がある。
また、第２加熱部９２４を第１加熱部９２２に対する平行度を保ったまま移動させることは実際上難しく、加圧するときに電子部品の各部位に係る圧力に差が生じる場合があり、基板１２と電子部品１４とを均一に接合することが難しくなるおそれがあるという問題もある。
なお、このような問題は、導体パターンが形成された基板と半導体素子とが金属粒子ペーストを用いて接合された構造を有する半導体装置を製造する場合だけに発生する問題ではなく、「導体パターンが形成された基板その他の基板」と「半導体素子その他の電子部品」とが金属粒子ペーストを用いて接合された構造を有する接合体全般に発生し得る問題でもある。
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、基板と電子部品とを従来よりも高い接合力で接合することが可能で、かつ、基板と電子部品とを均一に接合することが可能な接合装置を提供することを目的とする。また、そのような接合装置を用いた接合方法を提供することを目的とする。さらにまた、そのような接合装置に用いる加圧ユニットを提供することを目的とする。
［１］本発明の接合装置は、基板に金属粒子ペーストを介して電子部品を載置した組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを加圧しながら加熱することによって前記基板と前記電子部品とを接合する接合装置であって、互いに対向する位置に配置された第１加熱部及び第２加熱部を有する加熱機構部と、前記第１加熱部及び前記第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めするための位置決め機構部と、前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより前記加圧ユニットを加圧する加圧機構部とを備えることを特徴とする。
［２］本発明の接合装置においては、前記第１伝達部材は、前記第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び前記台地部の周囲に設けられた肩部を有し、前記位置決め機構部は、前記加圧ユニットを収納するときに前記台地部を挿入する開口部が形成され、かつ、前記加圧ユニットを収納するときに前記肩部を支持する支持部が前記開口部の周りに形成されている底面を有するトレイと、前記加圧ユニットが収納された前記トレイを位置決めすることにより前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めすることが可能な位置決め部とを有することが好ましい。
［３］本発明の接合装置においては、前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも下方に位置し、前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを加圧することが好ましい。
［４］本発明の接合装置においては、前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上下方向に移動させることによって前記加圧ユニット及び前記トレイを上下方向に移動させることが可能であり、前記第１加熱部は、前記加圧ユニットの前記第１伝達部材側に配置され、かつ、前記第２加熱部は、前記加圧ユニットの前記第２伝達部材側に配置され、前記支持部は、前記第１伝達部材が前記第１加熱部と接触していない場合には前記肩部を支持した状態となり、前記第１伝達部材が前記第１加熱部と接触している場合には前記肩部から離れた状態となることが好ましい。
［５］本発明の接合装置においては、前記加圧機構部は、前記加圧ユニットを加圧しながら加熱した後に、前記第１加熱部を下方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを前記第１加熱部及び前記第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない状態とすることが好ましい。
［６］本発明の接合装置においては、前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上方に向かって移動させるとともに前記第２加熱部を下方に向かって移動させることにより、前記加圧ユニットを加圧することが好ましい。
［７］本発明の接合装置においては、前記第１加熱部及び前記第２加熱部を囲む位置に設けられたチャンバーと、前記チャンバー内を真空にする真空ポンプとをさらに備えることが好ましい。
［８］本発明の接合装置においては、前記チャンバー内に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給機構をさらに備えることが好ましい。
［９］本発明の接合装置においては、前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも上方に位置し、前記加圧機構部は、前記第１加熱部を下方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを加圧することが好ましい。
［１０］本発明の接合方法は、上記［１］〜［９］のいずれかに記載の接合装置を用いて、基板に金属粒子ペーストを介して電子部品を載置した組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを加圧しながら加熱することによって前記基板と前記電子部品とを接合する接合方法であって、位置決め機構部によって、第１加熱部及び第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めする加圧ユニット位置決め工程と、加圧機構部によって、前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより、前記加圧ユニットを前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させる加圧ユニット移動工程と、前記加圧機構部によって、前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより、前記加圧ユニットを加圧しながら加熱する加圧ユニット加圧加熱工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
［１１］本発明の加圧ユニットは、上記［１］〜［９］のいずれかに記載の接合装置に用いる加圧ユニットであって、互いに対向した位置に配置され、圧力及び熱を伝達するための前記第１伝達部材及び前記第２伝達部材を有し、前記第１伝達部材は、前記第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び前記台地部の周囲に設けられた肩部を有することを特徴とする。
本発明の接合装置及び接合方法によれば、第１加熱部及び第２加熱部のいずれにも接触しない位置に加圧ユニットを位置決めするための位置決め機構部を備えることから、第１加熱部及び第２加熱部のいずれにも接触しない位置に加圧ユニットを位置決めした後に第１加熱部及び第２加熱部を用いて加圧ユニットを加圧しながら加熱することができる。従って、加圧ユニットを加圧する前に第１加熱部から金属粒子ペーストに熱が伝達されることを防ぐことができ、金属粒子ペーストが部分的に焼結反応（固化反応）を起こすことを防ぐことができる。その結果、基板と電子部品とを従来よりも高い接合力で接合することができる。
また、本発明の接合装置、接合方法及び加圧ユニットによれば、組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを用いるため、従来の接合装置９００と比較して金属粒子ペーストに熱が伝達される時間を遅らせることができる。このため、第１加熱部及び第２加熱部を加熱した状態で加圧ユニットを加圧した場合でも、加圧ユニットを加圧する前に第１加熱部から金属粒子ペーストに熱が伝達されることを防ぐことができ、金属粒子ペーストが部分的に焼結反応を起こすことを防ぐことができる。その結果、この観点においても基板と電子部品とを従来よりも高い接合力で接合することができる。
また、本発明の接合装置、接合方法及び加圧ユニットによれば、組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを用いるため、第２伝達部材を第１伝達部材に対する平行度を保ったまま移動させることにより電子部品の各部位に係る圧力に差が生じることを防ぐことができる。その結果、基板と電子部品とを均一に接合することが可能となる。
また、本発明の接合装置、接合方法及び加圧ユニットによれば、組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを用いるため、上記したように、第１加熱部及び第２加熱部を加熱した状態で加圧ユニットを加圧した場合でも、加圧ユニットを加圧する前に第１加熱部から金属粒子ペーストに熱が伝達されることを防ぐことができる。従って、加圧ユニットを加圧しているときに第１加熱部及び第２加熱部の温度を変える必要がなく、比較的短いタクトタイムで基板と電子部品とを接合することができる。
本発明の加圧ユニットによれば、第１伝達部材は、第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び台地部の周囲に設けられた肩部を有するため、加圧ユニットをトレイに収納して接合装置に取り付けるときには肩部をトレイの支持部が支持することによりトレイが加圧ユニットを支持した状態とすることができるとともに、加圧ユニットを加圧するときには台地部を外側から内側に向かって押すことによりトレイが加圧ユニットを支持しない状態とすることができる。従って、トレイに影響されずに加圧ユニットを加圧することができ、その結果、基板と電子部品とをより一層均一に接合することができる。
また、本発明の加圧ユニットによれば、第１伝達部材は、第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び台地部の周囲に設けられた肩部を有するため、トレイに加圧ユニットを収納するときに、トレイの開口部に台地部を挿入することにより加圧ユニットが位置ずれしにくくなる。
実施形態１に係る接合装置１００を説明するために示す図である。図１（ａ）は接合装置１００の側断面図であり、図１（ｂ）は実施形態１に係る加圧ユニット２００の側断面図である。 実施形態１に係る接合装置１００の主要部のブロック図である。 実施形態１におけるトレイ１３１を説明するために示す図である。 実施形態１に係る接合方法を説明するために示す図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は各工程図である。なお、図４中、チャンバー１１０の図示は省略している（以下、図５〜図７において同じ。）。 実施形態１に係る接合方法を説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は各工程図である。 実施形態１に係る接合方法を説明するために示す図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は各工程図である。 実施形態１に係る接合方法を説明するために示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は各工程図である。 従来の接合装置９００を説明するために示す図である。図８中、符号９１０はチャンバーを示し、符号９２８はヒーターを示す。
以下、本発明の接合装置、接合方法及び加圧ユニットについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
まず、組立体１０を説明する。
組立体１０は、図１に示すように、導体パターンが形成された基板１２に金属粒子ペースト１６を介して電子部品１４を配置したものである。
本明細書における「基板」とは、電子部品を搭載する部品のことをいう。
実施形態１における基板１は、例えば、非伝導性の物質からなる本体に導体パターンが形成された回路基板である。基板１の構成材料としては、金属粒子ペースト４の焼結温度（種類にもよるが、例えば３００℃）に耐えられる材料（例えば、本体であれば耐熱性の樹脂やセラミックス、導体パターンであれば金属）からなるものを用いることができる。
なお、本発明の適用対象である基板は、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄ）基板やリードフレームであってもよい。また、本発明の適用対象である基板は、電子部品を搭載するものであればよく、例えば、シリコンチップであってもよい。つまり、シリコンチップと導電性の接続子とを接続するのに本発明を適用することもできる。
電子部品１４は、例えば電気製品において使用される部品であって、特に基板１２と電気的に接続する必要がある部品である。電子部品１４の具体例としては、半導体素子（例えば、集積回路を搭載した半導体チップ）、電気モーター、抵抗器、コンデンサ、圧電素子、コネクタ、スイッチ、アンテナ、導電性の接続子を挙げることができる。なお、本発明の接合体の製造方法は、少なくとも１つの半導体素子を基板と接合した接合体、つまり半導体装置を製造する場合に特に好適に用いることができる。なお、実施形態１においては電子部品１４の数は１つであるが、電子部品の数が２つ以上であってもよい。電子部品の数が２つ以上である場合、電子部品は単一種類であってもよいし、複数種類であってもよい。
金属粒子ペースト１６は、溶剤中にナノサイズやサブミクロンサイズの金属粒子を含有し、金属粒子の低温焼結現象及び高い表面活性を利用した低温焼結型の導電性ペーストである。金属粒子ペースト１６は、例えば、金属粒子と、有機分散材と、有機分散材捕捉材と、揮発性有機溶剤とを含有する。金属粒子としては、金属ナノ粒子（例えば、平均直径が概略１００ｎｍ以下である金属粒子）、金属サブミクロン粒子（例えば、平均直径が概略０．１μｍ〜１μｍの範囲内にある金属粒子）、又は金属ナノ粒子及び金属サブミクロン粒子の両方を用いることができる。金属粒子の材料としては、例えば、銀、金又は銅を用いることができる。有機分散材は、常温で金属粒子の表面を覆い、金属粒子を独立分散状態に保持する働きをする。有機分散材捕捉材は、高温で、金属粒子を覆っている有機分散材と反応してこれを金属粒子表面から除去する働きをする。揮発性有機溶剤は、有機分散材と有機分散材捕捉材との反応物質を捕捉するとともに気体として系外に逃がす働きをする。
次に、実施形態１に係る接合装置１００について説明する。
実施形態１に係る接合装置１００は、加圧ユニット２００を加圧しながら加熱することによって基板１２と電子部品１４とを接合する接合装置である。
まず、実施形態１に係る加圧ユニット２００について説明する。
加圧ユニット２００は、図１（ｂ）に示すように、第１伝達部材２１０と、第２伝達部材２２０と、ガイド部材２３０と、間隔調整機構２４０とを有する。加圧ユニット２００は、基板１２に金属粒子ペースト１６を介して電子部品１４を載置した組立体１０を挟み込んで圧力及び熱を伝達する。第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０はガイド部材２３０を介して連結されている。
第１伝達部材２１０は、組立体１０を載せている板状の部材である。第１伝達部材２１０は、第２伝達部材２２０と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部２１２及び台地部２１２の周囲に設けられた肩部２１４を有する。第１伝達部材２１０は、平面的に見て四角形形状（厳密な四角形形状だけでなく、コーナーが面取りされている四角形形状等、全体的に見て四角形形状のものを含む。以下、同じ）をしており、第１伝達部材２１０の各コーナー部にはガイド部材２３０が立設されている。第１伝達部材２１０においては、肩部２１４に対する台地部２１２の高さをＨとし、後述するトレイ１３１の厚みをＤとしたときに、Ｈ＞Ｄの関係が成り立つ。
第２伝達部材２２０は、加圧ユニット２００を加圧しているときに電子部品１４と接触する板状の部材である（図５（ｃ）参照。）。第２伝達部材２２０は、平面的に見て四角形形状をしており、ガイド部材２３０に対応する位置（第２伝達部材２２０の各コーナー部）にはガイド部材受け穴２２２が形成されている。
ガイド部材２３０は、図１（ｂ）に示すように、第１伝達部材２１０と第２伝達部材２２０とを連結する棒状の部材である。ガイド部材２３０は、第１伝達部材２１０に対する平行度を保ったまま第２伝達部材２２０を案内する。ガイド部材２３０の一方の端部は、第１伝達部材２１０の各コーナー部で第１伝達部材２１０と接続され、ガイド部材２３０の他方の端部は、ガイド部材受け穴２２２に差し込まれている。ガイド部材２３０の他方の端部は、加圧ユニット２００を加圧しているときであってもガイド部材受け穴２２２から突出しないように構成されている。
間隔調整機構２４０は、第１伝達部材２１０と第２伝達部材２２０との間隔を調整するコイルばね等の弾性部材である。間隔調整機構２４０は、加圧ユニット２００を加圧していないときには第２伝達部材２２０と電子部品１４とを離間させ、加圧ユニット２００を加圧しているときには第２伝達部材２２０と電子部品１４とを接触させる。
次に、実施形態１に係る接合装置１００本体について説明する。
実施形態１に係る接合装置１００は、図１及び図２に示すように、チャンバー１１０と、加熱機構部１２０と、位置決め機構部１３０と、加圧機構部１４０と、真空ポンプ１５０と、不活性ガス供給機構部１６０とを備える。
チャンバー１１０(例えば、真空チャンバー)は、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４を囲む位置に設けられている。
加熱機構部１２０は、第１加熱部１２２と、第２加熱部１２４と、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の温度を制御する温度制御部１２６とを有する。
第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４は、図１（ａ）に示すように、チャンバー１１０内に上下方向に沿って互いに対向する位置に配置されている。第１加熱部１２２は、第２加熱部１２４よりも下方に位置し、後述する加圧機構部１４０によって上下方向に移動させることが可能である。第２加熱部１２４は固定されている。
なお、加圧ユニット２００を収納したトレイ１３１を接合装置１００に取り付けたときには、第１加熱部１２２は加圧ユニット２００の第１伝達部材２１０側に、第２加熱部１２４は加圧ユニット２００の第２伝達部材２２０側にそれぞれ配置された状態となる。
第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の形状は、それぞれ板形状をしており、内部には加熱用のヒーター１２８が設けられている。第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の加熱温度は、例えば３００℃である。
温度制御部１２６は、ヒーター１２８への出力を制御することによって第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の温度を制御する。
位置決め機構部１３０は、図１（ａ）に示すように、トレイ１３１と、位置決め部１３２とを有する。位置決め機構部１３０は、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の間の空間における第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めする。
トレイ１３１は、図３に示すように、底面１３３の両端が上方に折り曲げられ、かつ、所定の高さ位置で外側に向かって折り曲げられた金属板である。底面１３３の横方向の長さ（底面１３３において上方に折り曲げられた一方の端部から他方の端部までの長さ（図３の左右方向の長さ））は、第２加熱部１２４の横方向の長さ（図１（ａ）の左右方向の長さ）よりも長い。トレイ１３１は、第１伝達部材２１０が下側、第２伝達部材２２０が上側になるように加圧ユニット２００を収納する。
トレイ１３１は、図１（ａ）及び図３に示すように、加圧ユニット２００を収納するときに台地部２１２を挿入する開口部１３４が形成され、かつ、加圧ユニット２００を収納するときに肩部２１４を支持する支持部１３５が開口部１３４の周りに形成されている底面１３３を有する。
開口部１３４は、底面１３３の外縁と繋がった状態で形成されている。加圧ユニット２００の台地部２１２を開口部１３４に挿入するときには、上から台地部２１２を開口部に挿入することもできるし、横からスライドさせて台地部２１２を挿入することもできる。
支持部１３５は、加圧ユニット２００を支持する。支持部１３５は、第１伝達部材２１０が第１加熱部１２２と接触していない場合には肩部２１４を支持した状態となり、第１伝達部材２１０が第１加熱部１２２と接触している場合には肩部２１４から離れた状態となる。
位置決め部１３２は、図２に示すように、トレイ受け部１３７と、トレイ受け部駆動部１３８と、トレイ受け部駆動制御部１３９とを有し、加圧ユニット２００が収納されたトレイ１３１を位置決めすることにより第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めすることができる。加圧ユニット２００を位置決めするときには、トレイ１３１に加圧ユニット２００を収納した後、外側に向かって折り曲げられた部分１３６を、トレイ受け部１３７上に載置することによって行う。
トレイ受け部１３７は、図１（ａ）に示すように、トレイ１３１の折り曲げられた部分１３６を受ける。トレイ受け部１３７には、トレイ１３１の載置位置を位置決めするための段差(図示せず)が設けられている。トレイ受け部駆動部１３８は、トレイ受け部１３７の高さ位置を調整するためにトレイ受け部１３７を上下方向に移動させる。トレイ受け部駆動部１３８は、適宜の駆動機構（例えば、サーボモータや油圧機構等）で構成されている。トレイ受け部駆動制御部１３９は、トレイ受け部駆動部１３８を制御することにより、トレイ受け部１３７の高さ位置を調整する。
加圧機構部１４０は、図２に示すように、第１加熱部駆動部１４２と、第１加熱部駆動制御部１４４とを有する。加圧機構部１４０は、第１加熱部１２２を上下方向に沿って（第１加熱部１２２から第２加熱部１２４に向かう方向に沿って）移動させることができる。加圧機構部１４０は、第１加熱部１２２を上方に向かって移動させることにより第１加熱部１２２と第２加熱部１２４とで加圧ユニット２００を挟み込んで加圧する。
加圧機構部１４０は、第１加熱部１２２を上下方向に移動させることによって加圧ユニット２００及びトレイ１３１を上下方向に移動させることができる（例えば、図５（ａ）参照。）。加圧機構部１４０は、加圧ユニット２００を加圧しながら加熱した後に、第１加熱部１２２を下方に向かって移動させることにより初期位置（トレイ１３１をトレイ受け部１３７に載置する位置）に移動させることができ、加圧ユニット２００を第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の間の空間における第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない状態とすることができる。
第１加熱部駆動部１４２は、第１加熱部１２２を上下方向に移動させる。第１加熱部駆動部１４２としては、適宜の駆動機構（例えば、サーボモータや油圧機構等）を用いることができる。第１加熱部駆動制御部１４４は、第１加熱部駆動部１４２を制御することによって、第１加熱部１２２の移動速度及び高さ位置を制御する。
真空ポンプ１５０は、チャンバー１１０内を真空にする。不活性ガス供給機構部１６０は、チャンバー１１０内に不活性ガス（例えばＮ２ガス）を供給する。
実施形態１に係る接合方法は、実施形態１に係る加圧ユニット２００を接合装置１００に取り付けて使用することにより基板と電子部品とを接合する接合方法である。実施形態１に係る接合方法は、図４〜図７に示すように、加圧ユニット作製工程と、加圧ユニット位置決め工程と、加圧ユニット移動工程と、加圧ユニット加圧加熱工程と、加圧ユニット冷却工程とをこの順序で実施する。以下、実施形態１に係る接合方法を工程順に説明する。
（１）加圧ユニット作製工程
まず、導体パターンが形成された基板１２に金属粒子ペースト１６を塗布し、その上から電子部品１４を配置することにより組立体１０を作製する。電子部品１４としては、半導体素子を用いる。
次に、組立体１０を第１伝達部材２１０上に配置する。次に、ガイド部材２３０を第１伝達部材２１０のコーナー部に立設し、各ガイド部材２３０の周囲に間隔調整機構２４０を配置する。なお、ガイド部材２３０があらかじめコーナー部に立設されている第１伝達部材２１０上に組立体１０を配置してもよい。次に、ガイド部材２３０上に第２伝達部材２２０を配置し、間隔調整機構２４０によって第２伝達部材２２０を支える。このようにして、加圧ユニット２００を作製する。
（２）加圧ユニット位置決め工程
次に、第１伝達部材２１０の台地部２１２をトレイ１３１の開口部１３４に挿入して、第１伝達部材２１０の肩部２１４を支持部１３５が支持した状態とすることにより加圧ユニット２００をトレイ１３１に収納する。
次に、トレイ受け部１３７に、加圧ユニット２００を収納したトレイ１３１を載置する。このことにより、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の間の空間における第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めする（図４（ａ）参照。）。なお、このときの加圧ユニット２００の高さ位置は、第１加熱部１２２と第２加熱部１２４との中間の高さ位置である。
（３）加圧ユニット移動工程
次に、加圧機構部１４０によって、第１加熱部１２２を第１加熱部１２２から第２加熱部１２４に向かう方向に沿って（鉛直軸に沿って）上方へ移動させる。
なお、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４は、あらかじめ加熱されている。第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の加熱温度はどちらも例えば、３００℃である。
第１加熱部１２２を第１伝達部材２１０と接触する位置まで移動させると、第１加熱部１２２が加圧ユニット２００の台地部２１２を押した状態となり、トレイ１３１の支持部１３５が加圧ユニット２００の肩部２１４から離れた状態となる（図４（ｂ）中、破線Ａで囲まれた領域参照。）。
そこから、第１加熱部１２２をさらに上方へ移動させると、加圧ユニット２００も上方へ移動し、トレイ１３１が第１加熱部１２２と接触した状態となる（図４（ｃ）中、破線Ａで囲まれた領域参照。）。
そこから、第１加熱部１２２をさらに上方へ移動させると、加圧ユニット２００及びトレイ１３１も上方へ移動し、トレイ１３１がトレイ受け部１３７から離れた状態となる（図５（ａ）参照。）。
そこから、第１加熱部１２２をさらに上方へ移動させると、加圧ユニット２００及びトレイ１３１も上方へ移動し、組立体１０の第２伝達部材２２０の上面が第２加熱部１２４と接触した状態（図５（ｂ）参照。）となる。このとき熱伝導により第２加熱部１２４から第２伝達部材２２０に熱が伝達され始めるが、組立体１０にまでは熱が伝達されていない。
（４）加圧ユニット加圧加熱工程
第１加熱部１２２をさらに上方へ移動させると、第１伝達部材２１０及び組立体１０も上方へ移動し、電子部品１４の上面と第２伝達部材２２０とが接触する（図５（ｃ）参照。）
このようにして、第１加熱部１２２をさらに上方に移動させることにより、第１加熱部１２２と第２加熱部１２４とで加圧ユニット２００を加圧することとなり、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４によって、第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を介して組立体１０（組立体１０のうちの金属粒子ペースト１６）を加圧する。また、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４によって、第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を介して組立体１０のうちの金属粒子ペースト１６に熱が伝達される。
第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を介して組立体１０を加圧しながら加熱することができるため、金属粒子ペースト１６を加圧しながら加熱することができる。その結果、金属粒子ペースト１６を焼成することができ、焼成された金属粒子ペースト１６を介して基板１２と電子部品１４とが接合された接合体１１を形成することができる。
（５）加圧ユニット冷却工程
金属粒子ペースト１６を焼成した後、第１加熱部１２２を下方に向かって移動させることにより、加圧ユニット２００及びトレイ１３１を下方に向かって移動させ（図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７（ａ）参照。）、加圧ユニット２００を収納したトレイ１３１及び第１加熱部１２２を最初の位置に戻す（図７（ｂ）参照。）。これにより、加圧ユニット２００は第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のどちらからも離間した状態となるため、加圧ユニット２００を冷却することができる。
このようにして、基板１２と電子部品１４とを接合することができる。
次に、実施形態１に係る接合装置１００、接合方法及び加圧ユニット２００の効果を説明する。
実施形態１に係る接合装置１００及び接合方法によれば、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めするための位置決め機構部１３０を備えることから、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めした後に第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４を用いて加圧ユニット２００を加圧しながら加熱することができる。従って、加圧ユニット２００を加圧する前に第１加熱部１２２から金属粒子ペースト１６に熱が伝達されることを防ぐことができ、金属粒子ペースト１６が部分的に焼結反応（固化反応）を起こすことを防ぐことができる。その結果、基板１２と電子部品１４とを従来よりも高い接合力で接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００、製造方法及び加圧ユニット２００によれば、組立体１０を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を有する加圧ユニット２００を用いるため、従来の接合装置９００と比較して金属粒子ペースト１６に熱が伝達される時間を遅らせることができる。このため、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４を加熱した状態で加圧ユニット２００を加圧した場合でも、加圧ユニット２００を加圧する前に第１加熱部１２２から金属粒子ペースト１６に熱が伝達されることを防ぐことができ、金属粒子ペースト１６が部分的に焼結反応を起こすことを防ぐことができる。その結果、この観点においても基板１２と電子部品１４とを従来よりも高い接合力で接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００、製造方法及び加圧ユニット２００によれば、組立体１０を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を有する加圧ユニット２００を用いるため、第２伝達部材２２０を第１伝達部材２１０に対する平行度を保ったまま移動させることにより電子部品１４の各部位に係る圧力に差が生じることを防ぐことができる。その結果、基板１２と電子部品１４とを均一に接合することが可能となる。
また、実施形態１に係る接合装置１００、製造方法及び加圧ユニット２００によれば、組立体１０を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材２１０及び第２伝達部材２２０を有する加圧ユニット２００を用いるため、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４を加熱した状態で加圧ユニット２００を加圧した場合でも、加圧ユニット２００を加圧する前に第１加熱部１２２から金属粒子ペースト１６に熱が伝達されることを防ぐことができる。従って、加圧ユニット２００を加圧しているときに第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の温度を変える必要がなく、比較的短いタクトタイムで基板１２と電子部品１４とを接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、位置決め機構部１３０は、加圧ユニット２００を収納するときに台地部２１２を挿入する開口部１３４が形成され、かつ、加圧ユニット２００を収納するときに肩部２１４を支持する支持部１３５が開口部１３４の周りに形成されている底面１３３を有するトレイ１３１を有するため、トレイ１３１に収納した加圧ユニット２００が水平方向に位置ずれしにくくなる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、位置決め機構部１３０は、加圧ユニット２００が収納されたトレイ１３１を位置決めすることにより第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない位置に加圧ユニット２００を位置決めすることが可能な位置決め部１３２を有するため、加圧ユニット２００を収納したトレイ１３１を位置決めするだけで容易に加圧ユニット２００を位置決めすることができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、第１加熱部１２２は、第２加熱部１２４よりも下方に位置し、加圧機構部１４０は、第１加熱部１２２を上方に向かって移動させることにより加圧ユニット２００を加圧するため、第１加熱部１２２を移動させるだけで、第１加熱部１２２が加圧ユニット２００の台地部２１２を押すことになる。このため、トレイ１３１が加圧ユニット２００を支持していない状態とすることができ、トレイ１３１に影響されずに加圧ユニット２００を加圧することができる。その結果、比較的簡単に基板１２と電子部品１４とを高い精度で均一に接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、加圧機構部１４０は、第１加熱部１２２を上下方向に移動させることによって加圧ユニット２００及びトレイ１３１を上下方向に移動させることが可能であるため、加圧ユニット２００を移動させるための新たな機構を設ける必要がない。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、支持部１３５は、第１伝達部材２１０が第１加熱部１２２と接触していない場合には肩部２１４を支持した状態となり、第１伝達部材２１０が第１加熱部１２２と接触している場合には肩部２１４から離れた状態となるため、加圧ユニット２００をトレイ１３１に収納して接合装置１００に取り付けるときには肩部２１４をトレイ１３１の支持部１３５が支持することによりトレイ１３１が加圧ユニット２００を支持した状態とすることができるとともに、加圧ユニット２００を加圧するときには台地部２１２を外側から内側に向かって押すことによりトレイ１３１が加圧ユニット２００を支持しない状態とすることができる。従って、トレイ１３１に影響されずに加圧ユニット２００を加圧することができ、その結果、基板１２と電子部品１４とをより一層均一に接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、加圧ユニット２００を加圧しながら加熱した後に、第１加熱部１２２を下方に向かって移動させることにより加圧ユニット２００を第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の間の空間における第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４のいずれにも接触しない状態とするため、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の温度を変えることなく加圧ユニット２００を冷却することが可能となる。従って、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４の温度が低下するのを待つ必要がなく、基板１２と電子部品１４とをより一層効率よく接合することができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、第１加熱部１２２及び第２加熱部１２４を囲む位置に設けられたチャンバー１１０と、チャンバー１１０内を真空にする真空ポンプ１５０とを備えるため、加圧ユニット加圧加熱工程を実施する前に金属粒子ペースト１６が酸化することを抑制することができ、基板１２と電子部品１４との接合力が低下することを防ぐことができる。
また、実施形態１に係る接合装置１００によれば、チャンバー１１０内に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給機構部１６０を備えるため、加圧ユニット加圧加熱工程を実施する前に金属粒子ペースト１６が酸化することをより一層確実に抑制することができ、基板１２と電子部品１４との接合力が低下することを確実に防ぐことができる。
実施形態１に係る加圧ユニット２００によれば、第１伝達部材２１０は、第２伝達部材２２０と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部２１２及び台地部２１２の周囲に設けられた肩部２１４を有するため、加圧ユニット２００をトレイ１３１に収納して接合装置１００に取り付けるときには肩部２１４をトレイ１３１の支持部１３５が支持することによりトレイ１３１が加圧ユニット２００を支持した状態とすることができるとともに、加圧ユニット２００を加圧するときには台地部２１２を外側から内側に向かって押すことによりトレイ１３１が加圧ユニット２００を支持しない状態とすることができる。従って、トレイ１３１に影響されずに加圧ユニット２００を加圧することができ、その結果、基板１２と電子部品１４とをより一層均一に接合することができる。
また、実施形態１に係る加圧ユニット２００によれば、第１伝達部材２１０は、第２伝達部材２２０と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部２１２及び台地部２１２の周囲に設けられた肩部２１４を有するため、トレイ１３１に加圧ユニット２００を収納するときに、トレイ１３１の開口部１３４に台地部２１２を挿入することにより加圧ユニット２００が位置ずれしにくくなる。
［実施形態２］
実施形態２に係る接合装置（図示せず。）は、基本的には実施形態１に係る接合装置１００と同様の構成を有するが、第１加熱部だけでなく第２加熱部も移動させる点で実施形態１に係る接合装置１００の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る接合装置において、加圧機構部は、第１加熱部を上方に向かって移動させるとともに、第２加熱部を下方に向かって移動させる。
加圧機構部は、実施形態１における加圧機構部１４０の構成要素に加えて、第２加熱部を移動させる第２加熱部駆動部及び第２加熱部駆動部を制御する第２加熱部駆動制御部をさらに有する。
このように、実施形態２に係る接合装置は、第１加熱部だけでなく第２加熱部も移動させる点で実施形態１に係る接合装置１００の場合とは異なるが、実施形態１に係る接合装置１００の場合と同様に、第１加熱部及び第２加熱部のいずれにも接触しない位置に加圧ユニットを位置決めするための位置決め機構部を備えることから、加圧ユニットを第１加熱部及び第２加熱部のいずれにも接触しない位置に加圧ユニットを位置決めした後に第１加熱部及び第２加熱部を用いて加圧ユニットを加圧しながら加熱することができる。従って、加圧ユニットを加圧する前に第１加熱部から金属粒子ペーストに熱が伝達されることを防ぐことができ、金属粒子ペーストが部分的に焼結反応（固化反応）を起こすことを防ぐことができる。その結果、基板と電子部品とを高い接合力で接合することができる。
また、実施形態２に係る接合装置によれば、加圧機構部は、第１加熱部を上方に向かって移動させるとともに第２加熱部を下方に向かって移動させるため、第１加熱部及び第２加熱部の移動時間を短くすることができ、効率よく基板と電子部品とを接合することができる。
なお、実施形態２に係る接合装置は、第１加熱部だけでなく第２加熱部も移動させる点以外の点においては実施形態１に係る接合装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る接合装置１００が有する効果のうち該当する効果を有する。
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
（１）上記実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
（２）上記各実施形態においては、第１加熱部が第２加熱部よりも下方に位置し、かつ、加圧機構部は、第１加熱部を下方に向かって移動させることにより加圧ユニットを加圧したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１加熱部が第２加熱部よりも上方に位置し、かつ、加圧機構部は、第１加熱部を下方に向かって移動させることにより加圧ユニットを加圧することとしてもよい。この場合、トレイで支持されていない状態でも加圧ユニットが落下することを防ぐための機構（例えば、加圧ユニットを上方に向かって吸引する吸引機構）をさらに備えてもよい。
（３）上記各実施形態においては、第１加熱部及び第２加熱部を上下方向に配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１加熱部及び第２加熱部を左右方向に配置してもよい。この場合、加圧機構部は、第１加熱部（及び第２加熱部）を左右方向に移動させることで加圧ユニットを加圧する。
（４）上記各実施形態においては、第１加熱部を加圧ユニットの第１伝達部材側に配置し、かつ、第２加熱部を加圧ユニットの第２伝達部材側に配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１加熱部を加圧ユニットの第２伝達部材側に配置し、かつ、第２加熱部を加圧ユニットの第１伝達部材側に配置してもよい。
（５）上記各実施形態においては、第１加熱部及び第２加熱部の温度を共に３００℃としたが、本発明はこれに限定されるものではない。金属粒子ペーストが焼結反応を起こすことができる温度であれば適宜の温度にすることができる。なお、第１加熱部及び第２加熱部の温度は、同じ温度としてもよいし異なる温度としてもよい。
１０…組立体、１１…接合体、１２…基板、１４…電子部品（半導体素子）、１６…金属粒子ペースト、１００…接合装置、１１０…チャンバー、１２０…加熱機構部、１２２…第１加熱部、１２４…第２加熱部、１２６…温度制御部、１３０…位置決め部、１３１…トレイ、１３２…位置決め部、１３３…底面、１３４…支持部、１３５…開口部、１３６…（トレイの）折り曲げられた部分、１３７…トレイ受け部、１３８…トレイ受け部駆動部、１３９…トレイ受け部制御部、１４０…加圧機構部、１４２…第１加熱部駆動部、１４４…第１加熱部制御部、１５０…真空ポンプ、１６０…不活性ガス供給機構部、２００…加圧ユニット、２１０…第１伝達部材、２１２…台地部、２１４…肩部、２２０…第２伝達部材、２２２…ガイド部材受け穴、２３０…ガイド部材、２４０…間隔調整機構

Claims (11)

  1. 基板に金属粒子ペーストを介して電子部品を載置した組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを加圧しながら加熱することによって前記基板と前記電子部品とを接合する接合装置であって、
    互いに対向する位置に配置された第１加熱部及び第２加熱部を有する加熱機構部と、
    前記第１加熱部及び前記第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めするための位置決め機構部と、
    前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより前記加圧ユニットを加圧する加圧機構部とを備えることを特徴とする接合装置。
  2. 前記第１伝達部材は、前記第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び前記台地部の周囲に設けられた肩部を有し、
    前記位置決め機構部は、
    前記加圧ユニットを収納するときに前記台地部を挿入する開口部が形成され、かつ、前記加圧ユニットを収納するときに前記肩部を支持する支持部が前記開口部の周りに形成されている底面を有するトレイと、
    前記加圧ユニットが収納された前記トレイを位置決めすることにより前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めすることが可能な位置決め部とを有することを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
  3. 前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも下方に位置し、
    前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを加圧することを特徴とする請求項２に記載の接合装置。
  4. 前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上下方向に移動させることによって前記加圧ユニット及び前記トレイを上下方向に移動させることが可能であり、
    前記第１加熱部は、前記加圧ユニットの前記第１伝達部材側に配置され、かつ、前記第２加熱部は、前記加圧ユニットの前記第２伝達部材側に配置され、
    前記支持部は、前記第１伝達部材が前記第１加熱部と接触していない場合には前記肩部を支持した状態となり、前記第１伝達部材が前記第１加熱部と接触している場合には前記肩部から離れた状態となることを特徴とする請求項３に記載の接合装置。
  5. 前記加圧機構部は、前記加圧ユニットを加圧しながら加熱した後に、前記第１加熱部を下方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを前記第１加熱部及び前記第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない状態とすることを特徴とする請求項３又は４に記載の接合装置。
  6. 前記加圧機構部は、前記第１加熱部を上方に向かって移動させるとともに前記第２加熱部を下方に向かって移動させることにより、前記加圧ユニットを加圧することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の接合装置。
  7. 前記第１加熱部及び前記第２加熱部を囲む位置に設けられたチャンバーと、
    前記チャンバー内を真空にする真空ポンプとをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の接合装置。
  8. 前記チャンバー内に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給機構をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の接合装置。
  9. 前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも上方に位置し、
    前記加圧機構部は、前記第１加熱部を下方に向かって移動させることにより前記加圧ユニットを加圧することを特徴とする請求項２に記載の接合装置。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載の接合装置を用いて、基板に金属粒子ペーストを介して電子部品を載置した組立体を挟み込んで圧力及び熱を伝達する第１伝達部材及び第２伝達部材を有する加圧ユニットを加圧しながら加熱することによって前記基板と前記電子部品とを接合する接合方法であって、
    位置決め機構部によって、第１加熱部及び第２加熱部の間の空間における前記第１加熱部及び前記第２加熱部のいずれにも接触しない位置に前記加圧ユニットを位置決めする加圧ユニット位置決め工程と、
    加圧機構部によって、前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより、前記加圧ユニットを前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させる加圧ユニット移動工程と、
    前記加圧機構部によって、前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの少なくとも一方を前記第１加熱部及び前記第２加熱部のうちの一方から他方に向かう方向に沿って移動させることにより、前記加圧ユニットを加圧しながら加熱する加圧ユニット加圧加熱工程とをこの順序で含むことを特徴とする接合方法。
  11. 請求項１〜９のいずれかに記載の接合装置に用いる加圧ユニットであって、
    互いに対向した位置に配置され、圧力及び熱を伝達するための前記第１伝達部材及び前記第２伝達部材を有し、
    前記第１伝達部材は、前記第２伝達部材と対向する面とは反対側の面の中央部分において外側に向かって突出した台地部及び前記台地部の周囲に設けられた肩部を有することを特徴とする加圧ユニット。
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