(57)【要約】【課題】非酸化性ガスを吹き付けてもＡｕＳｎシート状プリフォームが動かないようにし、また、ＡｕＳｎシート状プリフォームの下に残るボイドを減少させる。【解決手段】サブマウント基板２の表面側に非酸化性ガス１６を吹き付けながら、吸引孔３を形成したサブマウント基板２の表面にＡｕＳｎシート状プリフォーム４を置き、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４を吸引孔から真空吸引してサブマウント基板２の表面に吸着し、該ＡｕＳｎシート状プリフォーム４にＬＥＤチップ１を置くステップと、サブマウント基板２及びＬＥＤチップ１からＡｕＳｎシート状プリフォーム４を加熱して溶融させ、サブマウント基板２とＬＥＤチップ１とを接合するステップとを含む。【選択図】  図１
2011119436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合基板に接合体を実装した基板実装装置の構成部品である被接合基板と接合体とを、それらの間に挟んだＡｕＳｎシート状プリフォームにより接合する方法において、
被接合基板の表面側に非酸化性ガスを吹き付けながら、吸引孔を形成した被接合基板の表面に該吸引孔の開口を覆うようにＡｕＳｎシート状プリフォームを置き、ＡｕＳｎシート状プリフォームを吸引孔から真空吸引して被接合基板の表面に吸着し、該ＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体を置く第１のステップと、
被接合基板及び接合体からＡｕＳｎシート状プリフォームを加熱して溶融させ、被接合基板と接合体とを接合する第２のステップとを含むことを特徴とする基板実装装置の接合方法。
【請求項２】
前記第１のステップでは、ＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体を置いた後、吸引孔からのＡｕＳｎシート状プリフォームの吸着を止める請求項１記載の基板実装装置の接合方法。
【請求項３】
基板実装装置がＬＥＤパッケージである請求項１又は２記載の基板実装装置の接合方法。
【請求項４】
接合体が、ＬＥＤチップが接合されたサブマウント基板であり、
第１のステップにおけるＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体としてのサブマウント基板を置く作業と、第２ステップとを、ＬＥＤチップが触れないで収まる凹部をそなえたチャックによりサブマウント基板を把持して行う請求項３記載の基板実装装置の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板実装装置（例えばＬＥＤパッケージ）の構成部品である被接合基板と接合体とを接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板実装装置の被接合基板と接合体とを接合するときに、ＡｕＳｎ（金−すず合金）を使用する場合がある。
【０００３】
特許文献１には、素子の接合面を上向きにしてＡｕＳｎはんだペーストを塗布し、非酸化性雰囲気中でリフロー処理して該はんだペーストを溶融した後、冷却して凝固ＡｕＳｎはんだ層を形成し、素子を反転させて基板の上に載置し、非酸化性雰囲気中でリフロー処理することによりＡｕＳｎはんだ接合部を介して素子を基板に接合する方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、基板に半田配置用穴底部より貫通孔を設け、貫通孔内を真空吸引してＡｕＳｎボールバンプを半田配置用穴に配置した後、レーザダイオード素子を降下させてＡｕＳｎボールバンプに当接させ、レーザダイオード素子と基板を加熱してＡｕＳｎボールバンプを溶解させ、冷却することにより、接合する方法が記載されている。
【０００５】
その他、基板の上にＡｕＳｎシート状プリフォームを置き、ＡｕＳｎシート状プリフォームの上にＬＥＤチップを置いた後、ＡｕＳｎシート状プリフォームを加熱して溶融させる接合方法も知られている。本発明者は、このＡｕＳｎシート状プリフォームによる接合方法について検討してきたが、次のような問題があった。
【０００６】
ＡｕＳｎは酸化しやすく、酸化すると酸化Ｓｎで拡散しなくなり接合不良につながるため、窒素ガスなどの非酸化性ガスをＡｕＳｎシート状プリフォーム及びその周囲に吹き付けながら、非酸化雰囲気で接合作業が行われる。しかし、接合しようとするＬＥＤチップは０．３〜１ｍｍ角程度の非常に小さいものであり、従ってＡｕＳｎシート状プリフォームも非常に小さくかつ薄く軽いため、非酸化性ガスを吹き付けるとＡｕＳｎシート状プリフォームは剥がれて飛ぶように動き、位置精度が低しやすいという問題があった。また、接合時に巻き込んだ周囲気体や、不純物の気化によるガスが、ＡｕＳｎシート状プリフォームの下（被接合基板との間）にボイドとして残り、接合面積が低下して、接合強度不足や放熱不足が起こるという問題もあった。図５（ｃ）は、ＬＥＤチップ５１をＡｕＳｎシート状プリフォーム５４によりサブマウント基板５２に接合した例であり、ＡｕＳｎシート状プリフォーム５４が位置ずれしてＬＥＤチップ５１から一部はみ出るとともに、ＡｕＳｎシート状プリフォーム５４の下にボイド５５が残った様子を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０５４５号公報
【特許文献２】特開２００２−１５６５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、非酸化性ガスを吹き付けてもＡｕＳｎシート状プリフォームが動かないようにして位置精度の低下を防止し、また、ＡｕＳｎシート状プリフォームの下に残るボイドを減少させて接合強度不足や放熱不足が起こらないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、被接合基板に接合体を実装した基板実装装置の構成部品である被接合基板と接合体とを、それらの間に挟んだＡｕＳｎシート状プリフォームにより接合する方法において、
被接合基板の表面側に非酸化性ガスを吹き付けながら、吸引孔を形成した被接合基板の表面に該吸引孔の開口を覆うようにＡｕＳｎシート状プリフォームを置き、ＡｕＳｎシート状プリフォームを吸引孔から真空吸引して被接合基板の表面に吸着し、該ＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体を置くステップと、
被接合基板及び接合体からＡｕＳｎシート状プリフォームを加熱して溶融させ、被接合基板と接合体とを接合するステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
前記第１のステップでは、ＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体を置いた後、吸引孔からのＡｕＳｎシート状プリフォームの吸着を止めるようにすることが好ましい。ＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体を置けば、ＡｕＳｎシート状プリフォームが動く心配はなくなるからであり、また、次のＡｕＳｎシート状プリフォームの溶融時にまで吸着を続けていると、溶融したＡｕＳｎをも吸着しかねないからである。
以下に、各要素の例示又は好ましい態様について説明する。
【００１１】
１．基板実装装置
基板実装装置としては、特定機能の装置に限定されるものではないが、ＬＥＤパッケージ、レーザーダイオード、モジュール等を例示できる。
ＬＥＤパッケージの場合、（ａ）接合体がＬＥＤチップであり、被接合基板がサブマウント基板である態様、（ｂ）接合体がサブマウント基板であり、被接合基板がベース基板である態様、（ｃ）前記（ａ）で接合したサブマウント基板を（ｂ）でベース基板に接合する態様、（ｄ）接合体がＬＥＤチップであり、被接合基板がベース基板である態様、等を例示できる。
【００１２】
上記（ｂ）の態様のように、接合体が、ＬＥＤチップが接合されたサブマウント基板であるとき、第１のステップにおけるＡｕＳｎシート状プリフォームに接合体としてのサブマウント基板を置く作業と、第２ステップとを、ＬＥＤチップが触れないで収まる凹部をそなえたチャックによりサブマウント基板を把持して行うことが好ましい。このチャックとしては、特に限定されないが、真空吸着チャックを例示できる。
【００１３】
２．ＡｕＳｎシート状プリフォーム
ＡｕＳｎシート状プリフォームの平面寸法形状は、特に限定されないが、接合体の接合面の寸法形状に合わせたものが好ましく、接合体の接合面の縁よりも０．１〜０．６ｍｍ控えた辺をもつものがより好ましい。
ＡｕＳｎシート状プリフォームの厚さは、特に限定されないが、接合力、熱伝導及びコストを勘案すると１５〜３５μｍが好ましく、２０〜３０μｍがより好ましい。
【００１４】
３．非酸化性ガス
非酸化性ガスとしては、特に限定されないが、アルゴン、キセノン、ヘリウムなどの希ガス、水素ガス、窒素ガス等を例示できる。希ガスは、価格は高いが、効果が高い。窒素は、価格が低く、効果も十分なので、好ましい。
非酸化性ガスの吹き付け量は、特に限定されないが、接合体がＬＥＤチップであり、被接合基板がサブマウント基板である場合には、３〜７リットル／分が好ましい。
【００１５】
４．吸引孔
吸引孔の開口直径は、特に限定されないが、０．１５〜０．４ｍｍが好ましい。０．１５μｍより小さいと吸引力が低い傾向となり、０．４ｍｍより大きいとＡｕＳｎシート状プリフォームが吸引孔に進入するように変形する傾向となるからである。
吸引孔の数は、特に限定されず、例えばＡｕＳｎシート状プリフォームの中央部を吸引するための１個でもよいし、ＡｕＳｎシート状プリフォームの分散した複数箇所を吸引するための複数個でもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非酸化性ガスを吹き付けてもＡｕＳｎシート状プリフォームが動かず、位置精度が向上し、また、ＡｕＳｎシート状プリフォームと被接合基板との間に残るボイドを減少させ、接合強度不足や放熱不足が起こらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例でサブマウント基板にＬＥＤチップをＡｕＳｎシート状プリフォームにより接合する工程を示す断面図である。
【図２】実施例でベース基板にサブマウント基板をＡｕＳｎシート状プリフォームにより接合する工程の前半を示す断面図である。
【図３】実施例でベース基板にサブマウント基板をＡｕＳｎシート状プリフォームにより接合する工程の後半を示す断面図である。
【図４】実施例のＬＥＤパッケージを示し、（ａ）は接合順を概念的に示す分解斜視図、（ｂ）は接合後の斜視図である。
【図５】（ａ）は位置ずれもボイドもない実施例を示す平面図、（ｂ）は実施例の変更例を示す平面図、（ｃ）は位置ずれとボイドがある従来例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
被接合基板（２，５）の表面側に非酸化性ガス（１６，２６）を吹き付けながら、吸引孔（３，６）を形成した被接合基板（２，５）の表面に該吸引孔（３，６）の開口を覆うようにＡｕＳｎシート状プリフォーム（４，７）を置き、ＡｕＳｎシート状プリフォーム（４，７）を吸引孔から真空吸引して被接合基板（２，５）の表面に吸着し、該ＡｕＳｎシート状プリフォーム（４，７）に接合体（１，２）を置くステップと、
被接合基板（２，５）及び接合体（１，２）からＡｕＳｎシート状プリフォーム（４，７）を加熱して溶融させ、被接合基板（２，５）と接合体（１，２）とを接合するステップとを含む基板実装装置の接合方法である。
【実施例】
【００１９】
図１は、被接合基板としての窒化アルミニウムよりなるサブマウント基板２に接合体としてのＬＥＤチップ１を、それらの間に挟んだＡｕＳｎシート状プリフォーム４により接合する工程を示している。サブマウント基板２の平面寸法はＬＥＤチップ１の平面寸法より大きく、ＬＥＤチップ１はその周りにサブマウント基板２の上面が現れるような基板位置に接合される。図４（ａ）の丸数字１は、この工程を概念的に示している。予め、サブマウント基板２に、例えば開口直径０．２５ｍｍの吸引孔３を形成しておく。また、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４には、例えば、ＬＥＤチップ１の接合面（四角形の下面）の四縁よりもそれぞれ０．２ｍｍ控えた四辺をもつ、厚さ２０μｍのＡｕＳｎ共晶シート状プリフォームを用いる。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、上部開口１２のあるチャンバー１１の内部において、貫通孔１４を備えた吸着台１３の上にサブマウント基板２を置く。貫通孔１４と吸引孔３とは連通し、吸着台１３の裏側に接続した真空吸引装置（図示略）により貫通孔１４及び吸引孔３からサブマウント基板２の上方の気体吸引を開始する。ガス供給管１５から、サブマウント基板２の表面側に、非酸化性ガスとしての窒素ガス１６の吹き付けを開始する。
【００２１】
この気体吸引と窒素ガス１６の吹き付けを継続しながら、公知の真空吸着チャック１７によりＡｕＳｎシート状プリフォーム４を吸着把持して、上部開口１２からチャンバー１１の内部に挿入し、図１（ｂ）に示すように、サブマウント基板２の表面にその吸引孔３の開口を覆うようにＡｕＳｎシート状プリフォーム４を位置決めして置く。ＡｕＳｎシート状プリフォーム４は吸引孔３からの吸引によりサブマウント基板２の表面に吸着するので、図１（ｃ）に示すように、真空吸着チャック１７による吸着を止め、真空吸着チャック１７を退避させる。真空吸着チャック１７を退避させても、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４はサブマウント基板２の表面に吸着しているので、吹き付けられる窒素ガス１６によって剥がれたり横にずれたりすることはなく、図５（ａ）に示すように位置精度が保たれる。
【００２２】
図１（ｄ）に示すように、公知の真空吸着チャック１８によりＬＥＤチップ１を吸着して、上部開口１２からチャンバー１１の内部に挿入し、図１（ｅ）に示すように、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４の上面にＬＥＤチップ１を置き、その後ＬＥＤチップ１の吸着を止める。真空吸着チャック１８でＬＥＤチップ１を押さえ続けるので、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４が動く心配はないため、吸引孔３からのＡｕＳｎシート状プリフォーム４の吸着も止める。
【００２３】
引き続き窒素ガス１６を吹き付けながら、吸着台１３及び真空吸着チャック１８をこれらに設けられたヒーター（図示略）により昇温させることにより、サブマウント基板２及びＬＥＤチップ１の両方からＡｕＳｎシート状プリフォーム４を加熱して溶融させ、サブマウント基板２とＬＥＤチップ１との接合を開始する。図１（ｅ）の太線矢印は熱の伝導を表している。この接合時に、ＡｕＳｎシート状プリフォーム４の下（サブマウント基板２との間）に、周囲気体や不純物の気化によるガスが巻き込まれたとしても、それらは吸引孔３から吸引されて除去されるため、図５（ａ）に示すようにボイドの無い接合が可能となる。このため、接合面積が低下することはなく、従って接合強度不足や放熱不足が起こることもない。
【００２４】
前記加熱を止め、溶融したＡｕＳｎシート状プリフォーム４が凝固することにより、サブマウント基板２とＬＥＤチップ１とが接合された後、図１（ｆ）に示すように、窒素ガス１６の吹き付けを止めるとともに、真空吸着チャック１８を退避させる。
【００２５】
続いて、図１（ｇ）に示すように、真空吸着チャック１９を上部開口１２からチャンバー１１の内部に挿入し、図１（ｈ）に示すように、真空吸着チャック１９により（ＬＥＤチップ１が接合された）サブマウント基板２を吸着し、次の図２に移行する。真空吸着チャック１９には、真空吸着チャック１９がサブマウント基板２を吸着したときに、ＬＥＤチップ１が触れないで収まる（ＬＥＤチップ１を逃がす）、ＬＥＤチップ１より大きい凹部２０が形成されている。但し、凹部２０を設けない形態もありうる。
【００２６】
図２及び図３は、窒化アルミニウムよりなるベース基板５に前記（ＬＥＤチップ１が接合された）サブマウント基板２をそれらの間に挟んだＡｕＳｎシート状プリフォーム７により接合する工程を記している。ベース基板５の平面寸法はサブマウント基板２の平面寸法より大きく、サブマウント基板２はその周りにベース基板５の上面が現れるような基板位置に接合される。図４（ａ）の丸数字２は、この工程を概念的に示している。予め、ベース基板５に、例えば開口直径０．２５ｍｍの吸引孔６を形成しておく。また、ＡｕＳｎシート状プリフォーム７には、例えば、サブマウント基板２の接合面（四角形の下面）の四縁よりもそれぞれ０．２ｍｍ控えた四辺をもつ、厚さ２０μｍのＡｕＳｎ共晶シート状プリフォームを用いる。
【００２７】
図２（ｉ）に示すように、上部開口２２のあるチャンバー２１の内部において、貫通孔２４を備えた吸着台２３の上にベース基板５を置く。貫通孔２４と吸引孔６とは連通し、吸着台２３の裏側に接続した真空吸引装置（図示略）により貫通孔２４及び吸引孔６からベース基板５の上方の気体吸引を開始する。ガス供給管２５から、サブマウント基板２の表面側に、非酸化性ガスとしての窒素ガス２６の吹き付けを開始する。
【００２８】
この気体吸引と窒素ガス２６の吹き付けを継続しながら、公知の真空吸着チャック２７によりＡｕＳｎシート状プリフォーム７を吸着把持して、上部開口２２からチャンバー２１の内部に挿入し、図２（ｊ）に示すように、ベース基板５の表面にその吸引孔６の開口を覆うようにＡｕＳｎシート状プリフォーム７を位置決めして置く。ＡｕＳｎシート状プリフォーム７は吸引孔６からの吸引によりベース基板５の表面に吸着するので、図２（ｋ）に示すように、真空吸着チャック２７による吸着を止め、真空吸着チャック２７を退避させる。真空吸着チャック２７を退避させても、ＡｕＳｎシート状プリフォーム７はベース基板５の表面に吸着しているので、吹き付けられる窒素ガス２６によって剥がれたり横にずれたりすることはなく、位置精度が保たれる。
【００２９】
図２（ｌ）に示すように、前記の図１（ｈ）で真空吸着チャック１９により吸着した（ＬＥＤチップ１が接合された）サブマウント基板２を、上部開口２２からチャンバー２１の内部に挿入し、図３（ｍ）に示すように、ＡｕＳｎシート状プリフォーム７の上面にサブマウント基板２を置き、サブマウント基板２の吸着を止める。真空吸着チャック１９でサブマウント基板２を押さえ続けるので、ＡｕＳｎシート状プリフォーム７が動く心配はないため、吸引孔６からのＡｕＳｎシート状プリフォーム７の吸着も止める。
【００３０】
引き続き窒素ガス２６を吹き付けながら、吸着台２３及び真空吸着チャック１９をこれらに設けられたヒーター（図示略）により昇温させることにより、ベース基板５及びサブマウント基板２の両方からＡｕＳｎシート状プリフォーム７を加熱して溶融させ、ベース基板５とサブマウント基板２との接合を開始する。図３（ｍ）の太線矢印は熱の伝導を表している。この接合時に、ＡｕＳｎシート状プリフォーム７の下（ベース基板５との間）に、周囲気体や不純物の気化によるガスが巻き込まれたとしても、それらは吸引孔６から吸引されて除去されるため、前記図５（ａ）と同様にボイドの無い接合が可能となる。このため、接合面積が低下することはなく、従って接合強度不足や放熱不足が起こることもない。
【００３１】
前記加熱を止め、溶融したＡｕＳｎシート状プリフォーム７が凝固することにより、ベース基板５とサブマウント基板２とが接合された後、図３（ｎ）に示すように、窒素ガス２６の吹き付けを止めるとともに、真空吸着チャック１９を退避させる。以上により、図３（ｏ）及び図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１がサブマウント基板２に接合され、サブマウント基板２がベース基板５に接合されてなるＬＥＤモジュール３０が作成される。
【００３２】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）図５（ｂ）に示すように、一つのサブマウント基板２に複数のＬＥＤチップ１をそれぞれＡｕＳｎシート状プリフォーム４により接合する態様に、前記実施例を適用すること。当然、この場合には、サブマウント基板２に複数の吸引孔を形成して、各ＡｕＳｎシート状プリフォーム４を吸着することになる。
【符号の説明】
【００３３】
１    ＬＥＤチップ
２    サブマウント基板
３    吸引孔
４    ＡｕＳｎシート状プリフォーム
５    ベース基板
６    吸引孔
７    ＡｕＳｎシート状プリフォーム
１５    ガス供給管
１６    窒素ガス
１９    真空吸着チャック
２０    凹部
２５    ガス供給管
２６    窒素ガス
３０    ＬＥＤモジュール
【図１】
2011119436.tif 000003
【図２】
2011119436.tif 000004
【図３】
2011119436.tif 000005
【図４】
2011119436.tif 000006
【図５】
2011119436.tif 000007