(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を印加して金属接合部を有する被接合物どうしを接合する接合方法において、
一方の前記被接合物である剛性または可撓性を有する有機基板に前記金属接合部として設けられた電気接続用の電極パターンに金属製箔状導電材を超音波振動を印加して仮接合する工程と、
前記有機基板の前記箔状導電材が仮接合された前記電極パターンに、他方の前記被接合物の前記金属接合部を、前記有機基板の前記電極パターンと前記他方の被接合物の前記金属接合部との間に前記箔状導電材を介在させた状態で超音波振動を印加して接合する工程とを備え、
前記仮接合の工程において、
前記箔状導電材が設けられたテープ材を準備し、１回の前記接合の工程において必要な数の前記箔状導電材を前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から転写して仮接合し、
前記箔状導電材の厚みが、前記有機基板の前記電極パターンの厚みよりも厚い
ことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記仮接合の工程において、一の前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から前記箔状導電材を転写して仮接合し、次に実行される前記仮接合の工程において、他の前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から新たな前記箔状導電材を転写して仮接合する
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記箔状導電材は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｉｎ、はんだのいずれかから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記箔状導電材の膜厚が５〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記他方の被接合物は、リードフレームであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記他方の被接合物は、芯線であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を印加して金属接合部を有する被接合物どうしを接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波振動を印加することにより金属接合部を有する被接合物どうしを接合する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の接合装置では、ホーンに吸着保持されたフレキシブル基板の金メッキ電極と、可動テーブルに設けられた基板ホルダに載置されたガラス基板の金メッキ電極とが位置合わせされ、フレキシブル基板がガラス基板にホーンにより押圧されて加圧された状態で超音波振動が印加されることで、フレキシブル基板がガラス基板の所定位置に接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１７９３２号公報（段落００２３〜００２７、図１〜３など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波振動を利用した金属接合では、金属接合部どうしが当接した状態の両被接合物に、加圧しながら超音波振動を印加することで、酸化膜やゴミ、埃などが除去されて金属接合部の接合界面に生成された新生面どうしが結合する。したがって、両被接合物の金属接合部どうしの接合強度を向上して良好な接合を行うためには、超音波振動により擦りあわされて金属接合部の接合界面に生成される新生面の面積を増大させることが重要であり、両被接合物の金属接合部どうしが確実に接触した状態で超音波振動を印加しなければならない。
【０００５】
しかしながら、被接合物の少なくとも一方が、ガラスエポキシ基板やフレキシブル基板など、金属接合部を形成する金属と比較すれば軟らかい樹脂材料で形成されたものである場合、金属接合部どうしが当接した状態の両被接合物が加圧されたときに軟らかい材質で形成された被接合物に変形が生じ、両被接合物の金属接合部が接触する接合界面に隙間が生じることがある。この場合、金属接合部の接合界面に十分に超音波振動が印加されず、接合不良の原因となるため問題となっている。
【０００６】
また、被接合物の少なくとも一方が樹脂などの軟らかい材質で形成されていると、印加された超音波振動が軟らかい材質で形成された被接合物に伝達されて吸収されるので、両被接合物の金属接合部が接触する接合界面に印加される超音波振動が減少し、両被接合物の金属接合部がＣｕなどの硬い材質で形成されている場合に、金属接合部に新生面が十分に生成されず接合不良を招くため、技術の改善が求められている。
【０００７】
また、一方の被接合物の金属接合部が薄膜状に形成されており、他方の被接合物が芯線や、リードフレームである場合に、芯線やリードフレームを一方の被接合物の薄膜状の金属接合部に超音波振動により直接接合しようとしても、薄膜状の金属接合部がはがれるなどして接合されなかったり、接合されても接合強度が弱く、実用上問題があった。
【０００８】
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい被接合物どうしを接合するときに、両金属接合部の間に箔状導電材を介在させた状態で超音波振動を印加することで被接合物どうしを良好に接合することのできる技術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】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明にかかる接合方法は、超音波振動を印加して金属接合部を有する被接合物どうしを接合する接合方法において、一方の前記被接合物である剛性または可撓性を有する有機基板に前記金属接合部として設けられた電気接続用の電極パターンに金属製箔状導電材を超音波振動を印加して仮接合する工程と、前記有機基板の前記箔状導電材が仮接合された前記電極パターンに、他方の前記被接合物の前記金属接合部を、前記有機基板の前記電極パターンと前記他方の被接合物の前記金属接合部との間に前記箔状導電材を介在させた状態で超音波振動を印加して接合する工程とを備え、前記仮接合の工程において、前記箔状導電材が設けられたテープ材を準備し、１回の前記接合の工程において必要な数の前記箔状導電材を前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から転写して仮接合し、前記箔状導電材の厚みが、前記有機基板の前記電極パターンの厚みよりも厚いことを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
また、前記仮接合の工程において、一の前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から前記箔状導電材を転写して仮接合し、次に実行される前記仮接合の工程において、他の前記有機基板の前記電極パターンに前記テープ材から新たな前記箔状導電材を転写して仮接合することを特徴としている（請求項２）。
【００１１】
また、前記箔状導電材は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｉｎ、はんだのいずれかから成るものであるとよい（請求項３）。
【００１２】
また、前記箔状導電材の膜厚が５〜１０００μｍであるとよい（請求項４）。
【００１４】
また、前記他方の被接合物は、リードフレームであることを特徴としている（請求項５）。
【００１５】
また、前記他方の被接合物は、芯線であることを特徴としている（請求項６）。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい被接合物どうしを接合するときに、両被接合物の金属接合部の間に、金属製箔状導電材を介した状態で超音波振動を印加することにより、被接合物が変形などしても金属接合部の間に介在する箔状導電材により接合界面に隙間などが生じるおそれがなく、両金属接合部が直接接触してはがれたりするのが箔状導電材により防止されるため、箔状導電材の両面に両金属接合部がそれぞれ接触して形成される接合界面に超音波振動が確実に印加されて、両金属接合部どうしが箔状導電材を介して確実に接合されるので、金属接合部を有する被接合物どうしを良好に接合することができる。
【００１７】
また、超音波振動により箔状導電材が金属接合部に仮接合された一方の被接合物に、他方の被接合物を超音波振動により接合することで、両金属接合部の間に箔状導電材を確実に介在させた状態で超音波振動を印加することができる。また、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい、ガラスエポキシ基板などの剛性を有する有機基板や、ポリイミドなどにより形成されたフレキシブル基板などの可撓性を有する有機基板に、金属接合部として電気接続用の電極パターンが設けられた被接合物を確実に接合することができる。また、箔状導電材を各電極パターンに連続して仮接合したり、複数の箔状導電材を各電極パターンに同時に仮接合したりすることができる。
そして、接合強度を確実に向上することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に、箔状導電材を電極パターンに効率よく仮接合することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｉｎ、はんだのいずれかにより容易に箔状導電材を形成することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、箔状導電材の膜厚が５〜１０００μｍであるため実用的である。
【００２１】
請求項５，６に記載の発明によれば、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい、リードフレームまたは芯線から成る被接合物を確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の接合方法が実行される接合装置の一実施形態を示す図である。
【図２】被接合物の一例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図３】接合処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】接合強度の一例を示す図である。
【図５】被接合物の一例を示す図である。
【図６】接合強度の一例を示す図である。
【図７】被接合物の一例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図８】接合強度の一例を示す図である。
【図９】被接合物の一例を示す要部拡大図であって、（ａ）は接合前の状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。
【図１０】箔状導電材の一例を示す図である。
【図１１】箔状導電材の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の接合方法が実行される接合装置の一実施形態を示す図である。図２は被接合物の一例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。図３は接合処理の一例を示すフローチャートである。図４は接合強度の一例を示す図である。
【００２４】
（接合装置）
図１に示す接合装置１００は、超音波振動を印加して金属接合部を有する被接合物どうしを接合する装置であって、リードフレームやフレキシブル基板、リード線や同軸ケーブルなどの芯線、電子部品、チップなどの金属接合部２３ａを有する被接合物２３を、剛性を有するガラスエポキシ基板や可撓性を有するポリイミド製のフレキシブル基板などの有機基板、セラミック基板、ウエハなどの金属接合部２４ａを有する被接合物２４の所定の位置に超音波振動により接合する。なお、被接合物２３は共振器７の保持手段４０の保持面に保持され、被接合物２４はステージ１０の上面に載置される。
【００２５】
図１に示すように、接合装置１００は、接合機構２７と、ステージ１０およびステージテーブル１２を有する実装機構２８と、位置認識部２９と、搬送部３０と、制御装置３１とを備えている。
【００２６】
接合機構２７は、上下駆動機構２５とヘッド部２６とを備え、上下駆動機構２５は上下駆動モータ１とボルト・ナット機構２とにより、共振器支持部６を上下ガイド３でガイドしながら上下動する。そして、接合機構２７はフレーム３４に結合され、フレーム３４は、ヘッド部２６の加圧中心の周辺を囲むように配設された４本の支柱１３により架台３５と連結されている。なお、支柱１３およびフレーム３４の一部は図示省略されている。
【００２７】
共振器支持部６は、ヘッド逃がしガイド５で上下方向にガイドされ、自重をキャンセルするための自重カウンター４に牽引された状態でボルト・ナット機構２に連結されている。そして、この共振器支持部６に、共振器７を有するヘッド部２６が結合されている。
【００２８】
また、共振器支持部６には圧力センサ３２が設けられており、圧力センサ３２は、共振器７とステージ１０との間に挟持された被接合物２３，２４への加圧力を検出する。そして、圧力センサ３２により検出された被接合物２３，２４に対する加圧力が制御装置３１にフィードバックされ、当該フィードバック値に基づいて上下駆動機構２５が制御されることで、両被接合物２３，２４に対する加圧力が制御される。また、共振器支持部６は、リニアセンサなどにより形成される共振器部高さ検出手段３６を備えており、これによりヘッド部２６の高さが検出される。
【００２９】
共振器支持部６に結合されたヘッド部２６は、共振器７と、振動子８と、被接合物２３を吸着保持する保持手段４０と、基部２０と第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２とを有する共振器支持手段４４とを備えている。
【００３０】
共振器７は、振動子８が発生する超音波振動に共振するものであって、共振器７のほぼ中央の位置と、両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さで形成されている。このように構成すれば、最大振幅点から１／４波長離れた位置それぞれが最小振幅点（ノーダルポイント）に相当する。また、共振器７は、断面形状が円形状である円柱状に形成されている。
【００３１】
振動子８は、共振器７の中心軸と同軸に共振器７の一端に連結されている。また、振動子８は、制御装置３１により制御されて超音波振動を発生し、これにより共振器７がその中心軸の方向に振動する。
【００３２】
保持手段４０は、最大振幅点である共振器７のほぼ中央の位置における外周下面に、熱硬化型樹脂などの接着剤により取着されて、各種の被接合物２３を保持面に保持する。また、保持手段４０は、被接合物２３を保持面に吸着保持できるように、真空吸着機構（図示省略）を備えている。なお、被接合物２３を保持する構成としては真空吸着機構に限られるものではなく、静電吸着機構、機械式のチャック機構など、被接合物２３を保持できる機構であればどのような構成であってもよい。また、被接合物２３を保持手段４０に直接貼付けることにより被接合物２３が保持手段４０に保持されるようにしてもよい。
【００３３】
また、保持手段４０を、超硬タングステンカーバイト、セラミック、ダイヤモンドなど、金属以外の部材により形成してもよく、このように構成した保持手段４０を、エポキシ系の接着剤や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ろうなどにより共振器７に接着してもよい。
【００３４】
また、共振器７の最小振幅点の外周上に凹状の溝が形成されることにより、共振器７の外周面よりも小径の外周面を有する被支持部が形成されており、凹状に形成された被支持部がそれぞれ共振器支持手段４４が有する第１クランプ手段２１および第２クランプ手段２２にクランプされることで、共振器７が共振器支持手段４４により支持される。
【００３５】
また、共振器支持手段４４の基部２０は共振器支持部６に固定されており、共振器支持部６が上下駆動機構２５により上下に駆動されることにより、共振器支持手段４４に支持された共振器７が上下動し、被接合物２３，２４が加圧される。
【００３６】
なお、保持手段４０を、上記した材質のうち、比較的硬度の高い、ガラス、超硬タングステンカーバイト、セラミックやダイヤモンドなどで形成すれば、共振器７を音響特性の優れた材質、例えばチタン合金により形成するとよい。また、保持手段４０を、硬度の高い材質で形成すれば、共振器７を安価な材質、例えばＡｌにより形成してもよい。
【００３７】
実装機構２８は、被接合物２４が載置されるステージ１０と、ステージ１０を上下方向にほぼ直交する水平面内で移動するステージテーブル１２とを備えている。
【００３８】
ステージ１０は、被接合物２４をステージ１０の上面に吸着保持するため真空吸着機構（図示省略）を備えている。なお、被接合物２４を保持する構成としては真空吸着機構に限られるものではなく、静電吸着機構や、機械式のチャック機構など、被接合物２４を保持できる機構であればどのような構成であってもよい。また、被接合物２４をステージ２１０上に載置するだけでもよい。
【００３９】
ステージテーブル１２は、平行・回転移動自在な移動軸を備え、ステージ１０をヘッド部２６に対して相対的に移動することで、保持手段４０に保持された被接合物２３に対する被接合物２４の相対的な位置を調整する。なお、この実施形態では、後述する上下マーク認識手段１４により読取られた被接合物２３，２４に設けられたアライメントマークの相対的な位置関係に基づいてステージテーブル１２が制御装置３１により制御されて、被接合物２３，２４の相対的な位置調整が行われる。
【００４０】
位置認識部２９は、対向配置された被接合物２３，２４の間に挿入されて、被接合物２３，２４それぞれに設けられた位置認識用のアライメントマークを光学的に読取る上下マーク認識手段１４と、被接合物２３，２４および共振器７の振幅を検出する振幅検出器３３と、上下マーク認識手段１４および振幅検出器３３を水平面内および上下方向に移動させる認識手段移動テーブル１５とを備えている。なお、上下マーク認識手段１４は、ミラーやプリズムで構成される、周知の２視野光学系レンズと、２視野光学系レンズを介してその上下に隔離して配置された被接合物２３，２４を撮像するＣＣＤカメラとを備えている（図示省略）。
【００４１】
搬送部３０は、被接合物２３を搬送する供給装置１６およびトレイ１７と、被接合物２４を搬送する搬送装置１８および搬送コンベア１９とを備えている。
【００４２】
制御装置３１は、上下駆動機構２５を制御してヘッド部２６を介して被接合物２３，２４に加えられる加圧力を調整したり、振動子８へ印加される電圧および電流を調整して被接合物２３，２４に加えられる超音波振動エネルギーの大きさを制御したりする。また、制御装置３１は、共振器部高さ検出手段３６によるヘッド部２６の高さ位置の検出信号に基づいて上下駆動機構２５を制御し、ヘッド部２６の図１中の矢印Ｚ方向の高さを調節する。また、制御装置３１は、接合装置１００全体の制御を行うための操作パネル（図示省略）を備えている。
【００４３】
（接合処理）
次に、接合装置１００において、金属接合部としてＣｕによる電気接続用の電極パターン１２４ａが設けられたガラスエポキシ基板１２４（本発明の「有機基板」に相当）に、Ｃｕにより形成された金属接合部１２３ａを有するリードフレーム１２３を接合する接合処理の一例について説明する。
【００４４】
この実施形態では、図２（ａ）に示すように、一方の被接合物である約５００μｍの厚みのガラスエポキシ基板１２４の表面に、電気接続用の電極パターン１２４ａが約１５μｍの厚みで複数設けられている。そして、同図（ｂ）に示すように、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａと、他方の被接合物である約３００μｍの厚みのリードフレーム１２３の金属接合部１２３ａとの間に、約２０μｍの厚みで形成されたＡｌ製の箔状導電材５０を介在させた状態で超音波振動が印加されることにより、電極パターン１２４ａおよび金属接合部１２３ａが箔状導電材５０を介して接合されて、パワーデバイスなどが形成される。
【００４５】
まず、一方の被接合物であるガラスエポキシ基板１２４および箔状導電材５０の供給が行われる。箔状導電材５０は、図示省略された供給装置により共振器７に取着された保持手段４０に供給されて吸着保持される。また、ガラスエポキシ基板１２４は、搬送装置１８により搬送コンベア１９からステージ１０に供給されて吸着保持される。
【００４６】
次に、それぞれの接合面が対向するように保持された箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４との間に上下マーク認識手段１４が認識手段移動テーブル１５により挿入されて、対向保持された箔状導電材５０およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置が検出される。そして、上下マーク認識手段１４により検出された箔状導電材５０およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置関係に基づいて、箔状導電材５０の位置を基準としてステージテーブル１２が平行・回転移動されてガラスエポキシ基板１２４の位置が調整されて、箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４との相対的な位置調整が行われる。
【００４７】
続いて、箔状導電材５０およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置が整合された状態で、認識手段移動テーブル１５により上下マーク認識手段１４が退避されると共に、上下駆動機構２５によりヘッド部２６の下降が開始され、箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４とが接近される。そして、箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとが接触することによる圧力センサ３２からの検出信号に基づき、箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４とが共振器７およびステージ１０との間に挟持されたことが検出されると、所定の加圧力が箔状導電材５０およびガラスエポキシ基板１２４に加えられると共に超音波振動が印加されて、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａに箔状導電材５０が仮接合される（ステップＳ１）。
【００４８】
このとき、制御装置３１により、振動子８に印加される電流値および電圧値から導出される超音波振動エネルギー、共振器７の共振振幅、箔状導電材５０およびガラスエポキシ基板１２４に対する加圧力などの監視と制御が行われる。
【００４９】
そして、箔状導電材５０とガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとの仮接合が完了すると、共振器７による箔状導電材５０吸着が解除され、ヘッド部２６が上方へ復帰移動される。続いて、他方の被接合物であるリードフレーム１２３が、供給装置１６によりトレイ１７から共振器７に取着された保持手段４０に供給されて吸着保持される。
【００５０】
次に、それぞれの接合面が対向するように保持されたリードフレーム１２３とガラスエポキシ基板１２４との間に上下マーク認識手段１４が認識手段移動テーブル１５により挿入されて、対向保持されたリードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置が上下マーク認識手段１４により検出される。そして、上下マーク認識手段１４により検出されたリードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置関係に基づいて、リードフレーム１２３の位置を基準としてステージテーブル１２が平行・回転移動されてガラスエポキシ基板１２４の位置が調整されて、リードフレーム１２３とガラスエポキシ基板１２４との相対的な位置調整が行われる（ステップＳ２）。
【００５１】
続いて、リードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４の相対的な位置が整合された状態（電極パターン１２４ａおよび金属接合部１２３ａの位置が合わされた状態）で、認識手段移動テーブル１５により上下マーク認識手段１４が退避されると共に、上下駆動機構２５によりヘッド部２６の下降が開始され、リードフレーム１２３とガラスエポキシ基板１２４とが接近される。
【００５２】
そして、リードフレーム１２３の金属接合部１２３ａが、箔状導電材５０が仮接合されたガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａに接触することによる圧力センサ３２からの検出信号に基づき、リードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４が箔状導電材５０を介して共振器７およびステージ１０との間に挟持されたことが検出されると、所定の加圧力がリードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４に加えられると共に超音波振動が印加されて、リードフレーム１２３の金属接合部１２３ａが、箔状導電材５０が仮接合されたガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａに接合される（ステップＳ３）。
【００５３】
このとき、箔状導電材５０のガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａへの仮接合の際と同様に、制御装置３１により、振動子８に印加される電流値および電圧値から導出される超音波振動エネルギー、共振器７の共振振幅、リードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４に対する加圧力などの監視と制御が行われる。なお、接合処理を終了するタイミングは、目的とされる接合面積で接合されるために必要な加圧力、超音波振動エネルギーおよび接合時間を予め求めておき、予め求めたそれぞれの値に達したときに接合処理を終了すればよい。
【００５４】
この実施形態では、一例として、振動子８の発信周波数は４０ｋＨｚに設定されているが、リードフレーム１２３とガラスエポキシ基板１２４との間の相対振動振幅の大きさは、被接合物の種類（材質、機能など）や接触面積などに応じて適宜設定すればよい。
【００５５】
そして、リードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４の接合が終了して接合処理が完了すると共振器７によるリードフレーム１２３の吸着が解除され、ヘッド部２６が上方へ復帰移動される。最後に、リードフレーム１２３が接合された状態で、ステージ１０上に保持されたガラスエポキシ基板１２４が搬送装置１８により搬送コンベア１９へ排出されて一連の接合処理が終了する。なお、ガラスエポキシ基板１２４へ接合されるリードフレーム１２３の数は１つに限られず、複数のリードフレーム１２３をガラスエポキシ基板１２４へ連続的に接合してもよい。また、ガラスエポキシ基板１２４、電極パターン１２４ａ、リードフレーム１２３（金属接合部１２３ａ）の厚みは上記した例に限られるものではなく、例えば、ガラスエポキシ基板１２４は５０〜１０００μｍの厚みで形成することができ、電極パターン１２４ａは５〜３０μｍの厚みで形成することができ、リードフレーム１２３は１０〜１０００μｍの厚みで形成することができる。
【００５６】
（接合強度）
上記したようにして接合された、リードフレーム１２３およびガラスエポキシ基板１２４の接合強度の一例について説明する。
【００５７】
図４に示すように、Ａｌから成る箔状導電材５０が、リードフレーム１２３の金属接合部１２３ａと、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとの間に介在していなければ、ピール強度が１ｐｉｎあたり３Ｎであるのに対し、箔状導電材５０が介在していれば、１ｐｉｎあたり３０Ｎのピール強度で、リードフレーム１２３の金属接合部１２３ａとガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとが接合される。
【００５８】
（被接合物の他の例（１））
次に、接合装置１００において、金属接合部としてＣｕまたはＡｕにより電気接続用の電極パターン１２４ａが設けられたガラスエポキシ基板１２４に、金属接合部としてＣｕまたはＡｕにより電気接続用の電極パターン２２４ａが設けられたフレキシブル基板２２４（本発明の「有機基板」に相当）を接合する接合処理の一例について、図５および図６を参照して説明する。図５は被接合物の一例を示す図であり、図６は接合強度の一例を示す図である。
【００５９】
他の例（１）では、図５に示すように、一方の被接合物である約１００μｍの厚みのガラスエポキシ基板１２４の表面に、電気接続用のＣｕまたはＡｕによる電極パターン１２４ａが約１０μｍの厚みで設けられている。そして、同図に示すように、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａと、他方の被接合物である約１００μｍの厚みのフレキシブル基板２２４の約１０μｍの厚みの電極パターン２２４ａとの間に、約２０μｍの厚みで形成されたＡｌ製の箔状導電材５０を介在させた状態で超音波振動が印加されることにより、電極パターン１２４ａ，２２４ａが箔状導電材５０を介して接合される。なお、その他の構成および動作は、上記した例と同様であるため、その構成および動作の説明は省略する。
【００６０】
次に、フレキシブル基板２２４およびガラスエポキシ基板１２４の接合強度の一例について説明する。
【００６１】
図６に示すように、Ａｌから成る箔状導電材５０が、フレキシブル基板２２４のＣｕから成る電極パターン２２４ａと、ガラスエポキシ基板１２４のＣｕから成る電極パターン１２４ａとの間に介在していなければ、ピール強度が１ｐｉｎあたり２Ｎであるのに対し、箔状導電材５０が介在していれば、１ｐｉｎあたり１５Ｎのピール強度で、フレキシブル基板２２４の電極パターン２２４ａとガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとが接合され、圧電センサなどの各種センサやフレキシブル基板コネクタが形成されたり、基板どうしの電気的な接合が行われる。
【００６２】
また、図６に示すように、Ａｌから成る箔状導電材５０が、フレキシブル基板２２４のＡｕから成る電極パターン２２４ａと、ガラスエポキシ基板１２４のＡｕから成る電極パターン１２４ａとの間に介在していなければ、ピール強度が１ｐｉｎあたり１０Ｎであるのに対し、箔状導電材５０が介在していれば、１ｐｉｎあたり１８Ｎのピール強度で、フレキシブル基板２２４の電極パターン２２４ａとガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとが接合される。
【００６３】
なお、フレキシブル基板２２４、電極パターン２２４ａの厚みは上記した例に限られるものではなく、例えば、ガラスエポキシ基板１２４を１０〜５００μｍの厚みで形成し、電極パターン１２４ａを５〜３０μｍの厚みで形成した場合に、フレキシブル基板２２４を１０〜５００μｍの厚みで形成することができ、電極パターン２２４ａを５〜３０μｍの厚みで形成することができる。
【００６４】
また、この例では、ガラスエポキシ基板１２４にフレキシブル基板２２４を接合したが、フレキシブル基板２２４どうしを接合してもよい。
【００６５】
（被接合物の他の例（２））
次に、接合装置１００において、金属接合部としてＣｕにより電気接続用の電極パターン１２４ａが設けられたガラスエポキシ基板１２４に、Ｃｕから成る芯線２２３（金属接合部）を接合する接合処理の一例について、図７および図８を参照して説明する。図７は被接合物の一例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図であり、図８は接合強度の一例を示す図である。
【００６６】
他の例（２）では、図７（ａ）に示すように、一方の被接合物であるガラスエポキシ基板１２４の表面に、電気接続用のＣｕによる電極パターン１２４ａが複数設けられている。そして、同図（ｂ）に示すように、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａと、他方の被接合物である芯線２２３との間に、Ａｌ製の箔状導電材５０を介在させた状態で超音波振動が印加されることにより、電極パターン１２４ａと芯線２２３とが箔状導電材５０を介して接合される。なお、その他の構成および動作は、上記した例と同様であるため、その構成および動作の説明は省略する。
【００６７】
次に、芯線２２３およびガラスエポキシ基板１２４の接合強度の一例について説明する。
【００６８】
図８に示すように、Ａｌから成る箔状導電材５０が、Ｃｕから成る芯線２２３と、ガラスエポキシ基板１２４のＣｕから成る電極パターン１２４ａとの間に介在していなければ、接合が行われないのに対し（ピール強度が１ｐｉｎあたり０Ｎ）、箔状導電材５０が介在していれば、１ｐｉｎあたり８Ｎのピール強度で、芯線２２３とガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａとが接合される。
【００６９】
なお、この例では、ガラスエポキシ基板１２４に芯線２２３を接合したが、フレキシブル基板２２４に芯線２２３を接合してもよい。また、ガラスエポキシ基板１２４、電極パターン１２４ａ、フレキシブル基板２２４、電極パターン２２４ａの厚み、芯線２２３の太さなどは、上記したように、適宜設定すればよい。
【００７０】
（被接合物の他の例（３））
次に、接合装置１００において、Ｃｕにより形成された電極パターン１２４ａに、酸化防止のためのＮｉメッキ１２４ａ１およびＡｕメッキ１２４ａ２が施された金属接合部が設けられたガラスエポキシ基板１２４に、Ｃｕにより形成された金属接合部１２３ａに、酸化防止のためのＮｉメッキ１２３ａ１およびＡｕメッキ１２３ａ２が施されたリードフレーム１２３を接合する接合処理の一例について、図９を参照して説明する。図９は被接合物の一例を示す要部拡大図であって、（ａ）は接合前の状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。
【００７１】
他の例（３）では、図９（ａ）に示すように、一方の被接合物であるガラスエポキシ基板１２４の表面に、Ｎｉメッキ１２４ａ１およびＡｕメッキ１２４ａ２が施された電気接続用の電極パターン１２４ａが設けられている。そして、同図（ｂ）に示すように、ガラスエポキシ基板１２４の電極パターン１２４ａ（Ａｕメッキ１２４ａ２）と、他方の被接合物であるリードフレーム１２３の金属接合部１２３ａ（Ａｕメッキ１２３ａ２）との間に、Ａｌ製の箔状導電材５０を介在させた状態で超音波振動が印加されることにより、金属接合部１２３ａ（Ａｕメッキ１２３ａ２）と電極パターン１２４ａ（Ａｕメッキ１２４ａ２）とが箔状導電材５０を介して接合される。なお、その他の構成および動作は、上記した例と同様であるため、その構成および動作の説明は省略する。
【００７２】
なお、ガラスエポキシ基板１２４、電極パターン１２４ａ、リードフレーム１２３の厚みなどは、上記したように、適宜設定すればよい。また、上記したすべての例においても、酸化を防止したり、電気導電性を向上するために、ＮｉやＡｕなどのメッキを金属接合部に施してもよい。
【００７３】
（箔状導電材の他の例（１））
次に、箔状導電材の他の例について図１０を参照して説明する。図１０は箔状導電材の一例を示す図である。この例における箔状導電材１５０は、図１０に示すように、箔状導電材１５０と同じ材質の箔状のテープ材１５０ａにガラスエポキシ基板１２４の形状に合わせて設けられた複数の開口１５０ｂのそれぞれに、複数の電極パターン１２４ａの位置に合わせて島状に複数配置されている。
【００７４】
また、図１０に示すように、箔状導電材１５０は、テープ材１５０ａの開口１５０ｂにテーパ状に形成された橋絡片の先端に連続して形成されており、箔状導電材１５０に超音波振動などの外力が加わると、箔状導電材１５０が橋絡片の先端から容易に脱離するように形成されている。なお、その他の構成および動作は上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明は省略する。
【００７５】
このように構成すると、ガラスエポキシ基板１２４と、テープ材１５０ａに形成された複数の開口１５０ｂのうちの一つとを位置合わせして、各電極パターン１２４ａ上に、開口１５０ｂに橋絡片を介して連続的に形成された各箔状導電材１５０を配置し、各電極パターン１２４ａ上に配置された各箔状導電材１５０に順に超音波振動を印加することで、箔状導電材１５０を各電極パターン１２４ａに連続して仮接合することができる。
【００７６】
また、各箔状導電材１５０は、脱離し易いようにテーパ状に形成された橋絡片を介して開口１５０ｂに連続的に形成されており、仮接合の際に各箔状導電材１５０に超音波振動が印加されることで、各箔状導電材１５０は容易に開口１５０ｂから脱離するため、橋絡片を切断して電極パターン１２４ａを切離す工程が不要となり、効率よく各箔状導電材１５０を各電極パターン１２４ａに仮接合することができる。
【００７７】
また、新たにステージ１０に保持されたガラスエポキシ基板１２４の複数の電極パターン１２４ａに対して箔状導電材１５０を仮接合する際は、テープ材１５０ａに形成された複数の開口１５０ｂのうち、箔状導電材１５０の電極パターン１２４ａへの仮接合が終了していない開口１５０ｂをガラスエポキシ基板１２４に位置合わせすることで、同様に箔状導電材１５０を電極パターン１２４ａに仮接合することができる。
【００７８】
なお、テープ材１５０ａは図示省略したリールに巻回して保管し、必要に応じてテープ材１５０ａを引出しながら箔状導電材１５０の電極パターン１２４ａへの仮接合を行うとよい。
【００７９】
（箔状導電材の他の例（２））
次に、箔状導電材の他の例について図１１を参照して説明する。図１１は箔状導電材の一例を示す図である。この例における箔状導電材２５０は、図１１に示すように、樹脂材料により形成された膜状のテープ材２５０ａにフレキシブル基板３２４の各電極パターン３２４ａの形状および位置に合わせて設けられた複数の開口（図示省略）のそれぞれに配置されている。
【００８０】
また、箔状導電材２５０は、箔状導電材１５０に超音波振動などの外力が加わると、箔状導電材２５０がテープ材２５０ａの開口から容易に脱離するように形成されている。なお、その他の構成および動作は上記した例と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明は省略する。
【００８１】
このように構成すると、フレキシブル基板３２４と、テープ材２５０ａに形成された複数の箔状導電材２５０の群のうちの一つとを位置合わせして、各電極パターン３２４ａ上に各箔状導電材２５０を配置し、各電極パターン３２４ａ上に配置された複数の箔状導電材２５０に超音波振動を印加することで、複数の箔状導電材２５０を各電極パターン３２４ａに同時に仮接合することができる。
【００８２】
また、各箔状導電材２５０は、脱離し易いようにテープ材２５０ａの開口に設けられおり、仮接合の際に各箔状導電材２５０に超音波振動が印加されることで、各箔状導電材２５０は容易に開口から脱離するため、箔状導電材２５０をテープ材２５０ａから切離す工程が不要となり、効率よく各箔状導電材２５０を各電極パターン３２４ａに仮接合することができる。
【００８３】
また、新たにステージ１０に保持されたフレキシブル基板３２４の複数の電極パターン３２４ａに対して箔状導電材２５０を仮接合する際は、テープ材２５０ａに形成された複数の箔状導電材２５０の群のうちの新たな群をフレキシブル基板３２４に位置合わせすることで、同様に箔状導電材２５０を電極パターン３２４ａに仮接合することができる。
【００８４】
なお、テープ材２５０ａは図示省略したリールに巻回して保管し、必要に応じてテープ材２５０ａを引出しながら箔状導電材２５０の電極パターン３２４ａへの仮接合を行うとよい。
【００８５】
以上のように、この実施形態によれば、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい被接合物２３，２４どうしを接合するときに、両被接合物２３，２４の金属接合部２３ａ，２４ａの間に、金属製箔状導電材５０を介した状態で超音波振動を印加することにより、被接合物２３，２４が変形などしても金属接合部２３ａ，２４ａの間に介在する箔状導電材５０により接合界面に隙間などが生じるおそれがなく、両金属接合部２３ａ，２４ａが直接接触してはがれたりするのが箔状導電材５０により防止されるため、箔状導電材５０の両面に両金属接合部２３ａ，２４ａがそれぞれ接触して形成される接合界面に超音波振動が確実に印加されて、両金属接合部２３ａ，２４ａどうしが箔状導電材５０を介して確実に接合されるので、金属接合部２３ａ，２４ａを有する被接合物２３，２４どうしを良好に接合することができる。
【００８６】
また、超音波振動により箔状導電材５０が金属接合部２４ａに仮接合された一方の被接合物２４に、他方の被接合物２３を超音波振動により接合することで、両金属接合部２３ａ，２４ａの間に箔状導電材５０を確実に介在させた状態で超音波振動を印加することができる。
【００８７】
また、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい、ガラスエポキシ基板１２４またはフレキシブル基板２２４に、金属接合部として電気接続用の電極パターン１２４ａ，２２４ａが設けられた被接合物を確実に接合することができる。
【００８８】
また、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい、リードフレーム１２３または芯線２２３から成る被接合物を確実に接合することができる。
【００８９】
また、超音波振動を印加するだけでは接合しづらい被接合物２３，２４どうしを接合するときに、両被接合物２３，２４の金属接合部２３ａ，２４ａの間に金属製箔状導電材５０を介した状態で超音波振動を印加することにより、はんだを溶融させたり、加熱を併用せずとも金属接合部２３ａ，２４ａを有する被接合物２３，２４どうしを良好に接合することができるため、例えばガラス転移温度を超える熱履歴を与えることにより形状や特性が変化するガラスエポキシ基板などの被接合物を、ガラス転移温度以下の低温で接合することができる。また、常温で一切加熱することなく接合することもできる。
【００９０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、箔状導電材５０の材質としては、上記したＡｌに限られるものではなく、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、発泡Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｉｎ、はんだのいずれかにより容易に箔状導電材５０を形成することができ、Ａｌにより箔状導電材５０を形成したときと同様の効果を奏することができる。
る。また、被接合物に設けられた金属接合部よりも軟らかい金属により箔状導電材５０を形成することにより、箔状導電材５０に接触する金属接合部と、箔状導電材５０とが超音波振動により接合され易くなるため、より良好に金属接合部どうしを箔状導電材５０を介して接合することができる。
【００９１】
また、箔状導電材５０をはんだで形成した場合には、箔状導電材５０にフラックスを塗布することにより、より良好に金属接合部どうしを箔状導電材５０を介して接合することができる。また、箔状導電材５０がはんだにより形成されている場合には、金属接合部がＡｕで形成されていたり、金属接合部にＡｕメッキが施されていると、接合の際に、Ａｕがはんだに拡散されるため、良好に金属接合部どうしを接合することができる。
【００９２】
また、箔状導電材５０の膜厚は、被接合物の材質や大きさ、厚み、金属接合部の材質や大きさ、厚みなどに応じて、５〜１０００μｍの実用的な厚みで形成すればよい。
【００９３】
また、金属接合部を有する被接合物の種類としては上記した例に限られるものではなく、セラミック基板やウエハなど、超音波振動による金属接合を行うことができる材質であれば、どのようなものを被接合物として超音波振動による接合を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９４】
２３…被接合物
２３ａ…金属接合部
２４…被接合物
２４ａ…金属接合部
５０，１５０，２５０…箔状導電材
１２３…リードフレーム
１２３ａ…金属接合部
１２４…ガラスエポキシ基板（有機基板）
１２４ａ…電極パターン
２２３…芯線（金属接合部）
２２４，３２４…フレキシブル基板（有機基板）
２２４ａ，３２４ａ…電極パターン
【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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【図７】
0005648200.tif 000008
【図８】
0005648200.tif 000009
【図９】
0005648200.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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