(57)【要約】【課題】積層された被接合材に対し、均等に圧力を加えた状態で保持することが可能な加圧治具を提供する。【解決手段】加圧治具１００は、基部１０と、基部１０に装着されたアーム２０と、接合対称となる積層体２００を間接的に加圧する加圧部材としての押圧ボルト３０と、積層体２００に重ねて配置される圧力受けプレート４０と、基部１０に締結されることによって積層体２００を加圧する圧力を発生させる締結部材としての締結ボルト５０と、を備えている。この加圧治具１００は、積層体２００を積層方向に加圧しながら加熱して接合する接合方法に使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被接合部材と、第２の被接合部材とを、接合材料を介して積層して積層体を形成し、該積層体を積層方向に加圧しながら加熱して接合する接合方法に用いる加圧治具であって、
前記積層体を載置する載置部を有する基部と、
前記基部に装着されたアームと、
前記アームに取り付けられ、前記積層体を間接的に加圧する凸曲面を有する加圧部材と、
前記加圧部材の前記凸曲面に対応する凹曲面を有し、前記載置部に載置された前記積層体に重ねて配置される圧力受けプレートと、
前記アームに取り付けられ、前記基部に締結されることによって前記積層体を加圧する圧力を発生させる締結部材と、
を備えたことを特徴とする加圧治具。
【請求項２】
前記アームは、前記基部に回動可能に装着されており、
前記締結部材は、前記アームにおいて、前記基部との回動支点とは反対側に装着されている請求項１に記載の加圧治具。
【請求項３】
さらに、前記加圧部材による前記積層体への加圧力を調節する調節機構部を有している請求項１又は２に記載の加圧治具。
【請求項４】
前記加圧部材は、前記アームに形成された孔に挿入して装着されるボルトであり、前記調節機構部は、前記ボルトと螺合するナットである請求項３に記載の加圧治具。
【請求項５】
前記凸曲面の曲率半径をＲ１、前記凹曲面の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２の関係を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の加圧治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を製造する際の接合工程に用いる加圧治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体チップなどを備えた電子部品の製造において、ニッケルなどの金属材料を含む金属接合材のペーストを用い、半導体チップと金属製基板を接合して積層体を形成することがある。この場合、接合工程では、積層される半導体チップと金属製基板との間にペーストを挟み込んだ状態で加圧して保持し、炉の中で一定時間３００℃以上の温度で熱処理をする必要がある。このような熱処理を含む接合工程では、例えばバネ、シリンダーなどの加圧手段を使用できない。そのため、例えば金属製基板上にペーストを介して積層された半導体チップの上に、荷重を均等にするための金属板を重ね、さらに、その上に重りを配置して荷重を加えた状態で熱処理を行うことが行われていた。
【０００３】
また、圧接・ろう接などの金属接合に際し、特許文献１では、被接合部材の上に圧力調整板を積層し、４つのアームの先端にそれぞれ取り付けられた加圧ボルトを備えた治具を用いて熱処理を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３６８９９号公報（図２など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記積層体を形成するための接合方法において、重りの荷重を利用する方法は、小さな半導体チップ上に金属板を介して重りを配置するため、荷重のバランスを取ることが難しく、被接合部材への荷重が不均一になって接合部位に横ずれが生じやすいというも問題があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載されているように、圧力調整板に４点でボルトの締結による荷重を加える方法においても、４箇所の加圧力が均等になるように加圧ボルトを調節することは難しい。そのため、被接合部材への荷重が不均一になって接合部位に横ずれが生じやすいというが問題があった。
【０００７】
本発明は、積層された被接合材に対し、均等に圧力を加えた状態で保持することが可能な加圧治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加圧治具は、第１の被接合部材と、第２の被接合部材とを、接合材料を介して積層して積層体を形成し、該積層体を積層方向に加圧しながら加熱して接合する接合方法に用いる加圧治具である。本発明の加圧治具は、前記積層体を載置する載置部を有する基部と、前記基部に装着されたアームと、前記アームに取り付けられ、前記積層体を間接的に加圧する凸曲面を有する加圧部材と、前記加圧部材の前記凸曲面に対応する凹曲面を有し、前記載置部に載置された前記積層体に重ねて配置される圧力受けプレートと、前記アームに取り付けられ、前記基部に締結されることによって前記積層体を加圧する圧力を発生させる締結部材と、を備えている。
【０００９】
本発明の加圧治具において、前記アームは、前記基部に回動可能に装着されており、前記締結部材は、前記アームにおいて、前記基部との回動支点とは反対側に装着されていてもよい。
【００１０】
本発明の加圧治具は、さらに、前記加圧部材による前記積層体への加圧力を調節する調節機構部を有していてもよい。
【００１１】
本発明の加圧治具において、前記加圧部材は、前記アームに形成された孔に挿入して装着されるボルトであり、前記調節機構部は、前記ボルトと螺合するナットであってもよい。
【００１２】
本発明の加圧治具は、前記凸曲面の曲率半径をＲ１、前記凹曲面の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２の関係を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加圧治具によれば、加圧部材の凸曲面と、圧力受けプレートの凹曲面とを当接させることによって、積層された被接合材に対し、積層方向に均等な圧力を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加圧治具の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す加圧治具の平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る加圧治具によって加圧される積層体の構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る加圧治具によって加圧される積層体の他の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る加圧治具によって積層体を加圧する手順の一部を示す説明図である。
【図６】図５に続き、加圧治具によって積層体を加圧する手順の一部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る加圧治具１００の概略構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示す加圧治具１００の平面図である。
【００１６】
加圧治具１００は、基部１０と、基部１０に装着されたアーム２０と、接合対称となる積層体２００を間接的に加圧する加圧部材としての押圧ボルト３０と、積層体２００に重ねて配置される圧力受けプレート４０と、基部１０に締結されることによって積層体２００を加圧する圧力を発生させる締結部材としての締結ボルト５０と、を備えている。この加圧治具１００は、積層体２００を積層方向に加圧しながら加熱して接合する接合方法に使用される。
【００１７】
＜基部＞
基部１０は、本体１１と、本体１１から略垂直に立設された二つの壁部１２と壁部１３を有している。
【００１８】
本体１１の上面には、接合対称となる積層体２００を載置する載置部１１ａを有している。この載置部１１ａに積層体２００を位置決めして載置し、加圧する。
【００１９】
壁部１２は、ほぼ水平方向に貫通する穴１２ａを有している。この穴１２ａには、アーム２０を回動自在に取り付けるシャフト１４が挿通されている。
【００２０】
壁部１３の頂部には、ほぼ垂直な方向にねじ穴１３ａが設けられている。このねじ穴１３ａには、締結部材としての締結ボルト５０が螺合される。
【００２１】
基部１０は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属で構成することができる。
【００２２】
＜アーム＞
アーム２０は、基部１０の壁部１２に回動自在に装着されている。アーム２０の基端側には、貫通穴２１が形成されており、この貫通穴２１にシャフト１４が挿入されている。貫通穴２１の中心は、アーム２０の回動支点となっている。
【００２３】
また、アーム２０において、回動支点となる貫通穴２１とは反対側の端部に、締結部材としての締結ボルト５０を固定するための挿通部２２が形成されている。挿通部２２は、アーム２０の端部をコの字形に切欠くことによって形成されている。
【００２４】
また、アーム２０の中央付近、つまり、回動支点となる貫通穴２１と、その反対側の端部の挿通部２２との中間には、加圧部材としての押圧ボルト３０を挿入するねじ穴２３が形成されている。
【００２５】
アーム２０は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属で構成することができる。
【００２６】
＜加圧部材＞
加圧部材としての押圧ボルト３０は、アーム２０のねじ穴２３に取り付けられる。押圧ボルト３０の先端部は、積層体２００を間接的に加圧する凸曲面３１が形成されている。
【００２７】
押圧ボルト３０は、この押圧ボルト３０に螺合するナット３２を装着した状態でアーム２０のねじ穴２３に取り付けることができる。ナット３２は、アーム２０に取り付られた押圧ボルト３０を上下に変位させ、押圧ボルト３０による積層体２００への加圧力を調節する調節機構部として作用する。
【００２８】
押圧ボルト３０は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属で構成することができる。
【００２９】
＜圧力受けプレート＞
圧力受けプレート４０は、平板状をなす独立した部材である。圧力受けプレート４０は、加圧部材としての押圧ボルト３０の凸曲面３１に対応する凹曲面４１を有している。凹曲面４１は、圧力受けプレート４０の中心と、凹曲面４１のもっとも深い中心とが一致するように設けられている。圧力受けプレート４０は、凹曲面４１を上にした状態で、載置部１１ａに載置された積層体２００の上に重ねて配置される。
【００３０】
圧力受けプレート４０は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属で構成することができる。
【００３１】
＜締結部材＞
締結部材としての締結ボルト５０は、アーム２０の挿通部２２に取り付けられる。締結ボルト５０は、挿通部２２に挿入された状態で基部１０の壁部１３に形成されたねじ穴１３ａに締結される。締結ボルト５０をねじ穴１３ａに締結することによって、アーム２０がシャフト１４を支点にして下方へ押し下げられる。その結果、アーム２０に取付けられた押圧ボルト３０が圧力受けプレート４０を押圧し、載置部１１ａに載置された積層体２００を積層方向に加圧する圧力を発生させる。
【００３２】
締結ボルト５０は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属で構成することができる。
【００３３】
熱処理における熱膨張を考慮すると、基部１０、アーム２０、押圧ボルト３０、圧力受けプレート４０及び締結ボルト５０は、いずれも熱膨張係数が近い材質で形成することが好ましく、同じ材質で構成することがより好ましい。
【００３４】
次に、図３から図６を参照しながら、本実施の形態の加圧治具１００の使用方法について説明する。図３及び図４は、本実施の形態の加圧治具１００によって加圧される対象物である積層体２００の構成例を示す説明図である。
【００３５】
＜積層体＞
積層体２００は、図３及び図４に示すように、第１の被接合部材２０１と、第２の被接合部材２０２とを、接合材料２０３を介して積層した構造を有している。第１の被接合部材２０１としては、例えば銅、アルミニウムなどの金属製の板材を挙げることができる。第２の被接合部材２０２としては、例えばＩＣチップなどの半導体装置を挙げることができる。接合材料２０３としては、例えばニッケルなどの金属微粒子を含む接合用ペーストなどを挙げることができる。
【００３６】
図４に示すように、第１の被接合部材２０１の複数の箇所に、それぞれ第２の被接合部材２０２を接合することも可能である。つまり、加圧治具１００を用いることによって、２つ以上の第２の被接合部材２０２を同時に第１の被接合部材２０１に接合することができる。
【００３７】
積層体２００は、その積層方向に、加圧治具１００を用いて圧力を加えられた状態で、例えば３００℃以上の温度に加熱される。この加圧・加熱処理によって、接合材料２０３が接合層に変化し、第１の被接合部材２０１と第２の被接合部材２０２とが接合される。
【００３８】
図５及び図６は、加圧治具１００に積層体２００をセットして加圧する手順の一部を説明する説明図である。まず、図５に示すように、シャフト１４を中心にして、アーム２０を図中の反時計回りに回動させることによって、基部１０の載置部１１ａの上方を開放する。この状態で、載置部１１ａに積層体２００を位置合わせして配置し、その上に圧力受けプレート４０を重ねて配置する。
【００３９】
次に、アーム２０を時計回りに回動させることによって、アーム２０を加圧位置にセットする。図６は、アーム２０を加圧位置にした状態を示している。そして、押圧ボルト３０にナット３２を螺合させて嵌め込み、さらに押圧ボルト３０をアーム２０のねじ穴２３に挿入する。この段階で、押圧ボルト３０の凸曲面３１と圧力受けプレート４０の凹曲面４１とを当接させて位置合わせを行う。
【００４０】
次に、締結ボルト５０を基部１０の壁部１３のねじ穴１３ａに挿入し、押圧ボルト３０が圧力受けプレート４０を所定圧力で押圧するまで、締結ボルト５０を締結する。このようにして、載置部１１ａに載置された積層体２００に所定の圧力を加えることができる。ここで、ナット３２は、押圧ボルト３０が動かないように固定するためのものであるが、このナット３２を緩めて押圧ボルト３０を回転させることで、アーム２０に対して押圧ボルト３０を上下させて、押圧ボルト３０による押圧力を微調整することができる。
【００４１】
熱処理は、積層体２００を加圧した状態（図１の状態）で保持する加圧治具１００を、例えば加熱炉内に入れて行うことができる。熱処理温度は、接合材料２０３の種類によって異なるが、例えば３００℃以上５００℃以下の範囲内とすることができる。
【００４２】
次に、押圧ボルト３０の凸曲面３１と、圧力受けプレート４０の凹曲面４１との関係について説明する。本実施の形態の加圧治具１００において、押圧ボルト３０の凸曲面３１と、圧力受けプレート４０の凹曲面４１との組み合わせは、押圧ボルト３０と圧力受けプレート４０とを点接触させるとともに、圧力受けプレート４０の中心に押圧力を集中させる意義を有している。押圧ボルト３０と圧力受けプレート４０とを点接触させることによって、押圧ボルト３０の加圧力のうち、垂直方向のベクトルを大きくし、横斜め方向へのベクトルを極力小さくできる。また、凸曲面３１を凹曲面４１に嵌め合せるように当接させることよって、押圧ボルト３０と圧力受けプレート４０との位置合わせが容易になるとともに、押圧ボルト３０と圧力受けプレート４０との水平方向における微小な位置ずれを補正する機能も有している。その結果、圧力受けプレート４０に対し、垂直方向の圧力を均等に加えることが可能になり、積層体２００の接合部分での横すべりや横ずれを抑制できる。仮に、圧力受けプレート４０の上面が平面である場合には、押圧ボルト３０の加圧力のうち、横斜め方向へのベクトルが大きくなりやすいため、圧力受けプレート４０を均等に加圧することができず、圧力受けプレート４０が傾き、積層体２００の接合部分に、横すべりや横ずれが生じやすくなる。
【００４３】
圧力受けプレート４０に対し、垂直方向の圧力を均等に加えるためには、凸曲面３１の曲率半径をＲ１、凹曲面４１の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１＜Ｒ２の関係を有することが好ましい。ここで、Ｒ１＜Ｒ２の関係を前提として、凸曲面３１の曲率半径Ｒ１は、例えば３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましく、凹曲面４１の曲率半径Ｒ２は、例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の加圧治具１００においては、押圧ボルト３０の凸曲面３１と、圧力受けプレート４０の凹曲面４１とを当接させることによって、積層体２００に対し、積層方向に均等な加圧力を加えることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。例えば、上記実施の形態では、基部１０に対してアーム２０を回動自在に構成したが、例えば基部１０に対して、平行状態を維持したまま、アーム２０を上下に変位させるスライド機構を利用してもよい。
【００４６】
また、基部１０に対して、アーム２０を回動させる方向は、鉛直方向に限らず、例えば水平方向に回動させる機構としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…基部、２０…アーム、３０…押圧ボルト、３１…凸曲面、４０…圧力受けプレート、４１…凹曲面、５０…締結ボルト、１００…加圧治具、２００…積層体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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