(57)【要約】【課題】酸化し易い金属を用いて接合を行う場合に酸化膜の生成を抑制し、高品質で安定した接合が可能となる部品の接合方法及び接合構造を提供する。【解決手段】半田材を介して接合する部品の接合方法に於いて、部品１接合面に半田層５を形成し、該半田層の表面に酸化防止被覆膜６を形成し、前記半田層、酸化防止被覆膜を介して被接合部品２に当接させると共に加熱し、前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品と接合する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田材を介して接合する部品の接合方法に於いて、部品接合面に半田層を形成し、該半田層の表面に酸化防止被覆膜を形成し、前記半田層、酸化防止被覆膜を介して被接合部品に当接すると共に加熱し、前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品と接合することを特徴とする部品の接合方法。
【請求項２】
前記酸化防止被覆膜は、活性化した半田材が前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品の接合面と接合可能な厚みである請求項１の部品の接合方法。
【請求項３】
前記半田層は前記部品接合面に形成された金メッキ層に形成され、前記酸化防止被覆膜は金メッキ被覆膜であり、前記被接合部品の接合面には前記金メッキ層が形成された請求項１の部品の接合方法。
【請求項４】
部品接合面に形成された半田層と、該半田層の表面に形成された酸化防止被覆膜とを介して被接合部品が接合されたことを特徴とする部品の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田付等の金属を介して部品を接合する場合の部品の接合方法及び接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
部品を他の部材に接合する場合、例えば半導体チップ等の微小な部品をヒートシンクに取付ける場合、所要の強度が要求されると共に高い熱伝導性が要求される。或は、部品と他の部材との間に電導性を要求される場合等は、半田等の金属が接合材として用いられる。半田は酸化し易く、空気（酸素）に曝されると表面に酸化膜が生成される。酸化膜が部品と他の部材との接合面に介在した場合、接合性に大きく影響する。
【０００３】
従来、接合時に半田表面に生成される酸化膜を除去する試みが為されており、その方法として、酸化膜の生成を抑制するフラックスが用いられ、或は接合面に振動等を与え生成した酸化膜を機械的に除去するスクラブ法が用いられ、或は酸化膜の影響が低減する高温で接合する等の方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、フラックスを用いる方法では、フラックスにより接合面、或は接合部周辺が汚染される虞れがある。又、スクラブ法では部品に振動を与える装置が複雑で高価になる。又、酸化膜の影響が低減する程度に接合温度を上げる方法では、熱に弱い部品、例えば赤色ＬＤチップをヒートシンクに接合する場合等には採用することができない。
【０００５】
本発明は斯かる実情に鑑み、酸化し易い金属を用いて接合を行う場合に酸化膜の生成を抑制し、高品質で安定した接合が可能となる部品の接合方法及び接合構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半田材を介して接合する部品の接合方法に於いて、部品接合面に半田層を形成し、該半田層の表面に酸化防止被覆膜を形成し、前記半田層、酸化防止被覆膜を介して被接合部品に当接させると共に加熱し、前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品と接合する部品の接合方法に係り、前記酸化防止被覆膜は、活性化した半田材が前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品の接合面と接合可能な厚みである部品の接合方法に係り、又前記半田層は前記部品接合面に形成された前記金メッキ層に形成され、前記酸化防止被覆膜は金メッキ被覆膜であり、前記被接合部品の接合面には前記金メッキ層が形成された部品の接合方法に係るものである。
【０００７】
又、本発明は、部品接合面に形成された半田層と、該半田層の表面に形成された酸化防止被覆膜とを介して被接合部品が接合された部品の接合構造に係るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１に於いて、１はＬＤチップ、２はヒートシンクを示している。
【００１０】
前記ＬＤチップ１の上下両面は電極となっており、それぞれ金メッキ層３，４が形成されている。又、前記ＬＤチップ１の接合面（金メッキ層３）には半田材としてインジウム（Ｉｎ：融点１５７℃）層５が形成され、更に該インジウム層５の下面には酸化防止被覆膜（金被覆膜）６が形成されている。又、前記ヒートシンク２の表面には金メッキ層７が形成されている。
【００１１】
前記ＬＤチップ１を前記ヒートシンク２の接合箇所に設置し、接合温度に加熱する。この時、前記ＬＤチップ１に所要の荷重を付加する等してもよい。
【００１２】
前記金メッキ層３、インジウム層５、金メッキ層７の温度が上昇することで、各層の金、インジウムが活性化し、前記インジウム層５のインジウムが前記酸化防止被覆膜６を通して前記ヒートシンク２側の前記金メッキ層７と反応し合金層を形成して前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とが接合される。
【００１３】
前記酸化防止被覆膜６は加熱時の前記インジウム層５の酸化を防止し、又活性化したインジウムが前記酸化防止被覆膜６を通して前記金メッキ層７と反応可能な様に、十分薄膜に生成されている。従って、前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とは接合面に酸化膜を生成することなく、前記インジウム層５を介して接合される。
【００１４】
図２〜図４は上記接合の様子を示す模式図である。
【００１５】
接合前の処理として、前記ＬＤチップ１の電極面に前記金メッキ層３，４（図１参照）を形成する。該金メッキ層３，４は蒸着等所要の手段により処理される。同様に、前記ヒートシンク２についても前記金メッキ層７が形成される。
【００１６】
パルス電流を印加して前記ＬＤチップ１の初期不良の検査を行う。
【００１７】
該ＬＤチップ１の接合面に対し、真空蒸着により前記インジウム層５が形成される。該インジウム層５の厚みとしては０．１μｍ〜３μｍ程度とされる。
【００１８】
続いて、真空状態が保持された状態で前記酸化防止被覆膜６が真空蒸着により前記インジウム層５に対して被覆される。前記酸化防止被覆膜６は金であり、膜厚は５ｎｍ〜５０ｎｍとされる。該酸化防止被覆膜６の被覆は真空状態で行われるので、前記インジウム層５には酸化膜が生成せず、該インジウム層５と前記酸化防止被覆膜６との間には酸化膜が介在することはない。
【００１９】
前記インジウム層５、酸化防止被覆膜６は真空蒸着で生成されるので、膜厚は均一であり、又膜厚の制御が容易に行える。更に、真空状態を維持して、前記インジウム層５の生成、酸化防止被覆膜６の生成を行うので、真空排気等が一工程でよく、能率よく行える。
【００２０】
前記酸化防止被覆膜６の膜厚の条件は、接合時に前記インジウム層５が酸化せず、又活性化した前記インジウム層５が前記酸化防止被覆膜６を通して前記金メッキ層７と反応する厚みに設定する。
【００２１】
図２は前記インジウム層５と前記酸化防止被覆膜６の状態を例示しており、例えば金の原子層が一層程度形成される厚みでよい。
【００２２】
図３は前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とが接合される前の状態を示しており、図中、８は酸素分子を示している。
【００２３】
図４は前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とを接合した状態を示しており、両者が接触し、好ましくは加圧された状態で加熱されることで、前記インジウム層５が活性化し、前記酸化防止被覆膜６（図３参照）及び該酸化防止被覆膜６を通して前記金メッキ層７と反応して合金層１０を形成し、前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とが接合される。接合過程で、前記インジウム層５の表面は前記酸化防止被覆膜６で被覆されているので、加熱時にも前記インジウム層５は酸化膜を形成することなく良質な合金層１０が形成され、前記ＬＤチップ１と前記ヒートシンク２とは強固に接合される。
【００２４】
上記接合条件は、用いられる半田等により異なるものであり、前記酸化防止被覆膜６については、例えば接合時の加熱温度、加圧力等に応じて適正な膜厚が選択される。
【００２５】
上記実施の形態は、１個の前記ＬＤチップ１を前記ヒートシンク２に接合した場合を示したが、複数のＬＤチップ１を積上げて接合（スタック）することも可能である。
【００２６】
図５〜図７に示される様に、ＬＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれ両面に前記金メッキ層３，４が形成され、更に接合面（図示では下面）に前記インジウム層５、前記酸化防止被覆膜６が真空蒸着されたものである。前記ヒートシンク２は接合工具９に保持され位置決めされており、前記ヒートシンク２の所定位置に前記ＬＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃが重合される。
【００２７】
前記ＬＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃに荷重１１が負荷される。該荷重１１は、例えば１００ｇである。更に、所要の温度、例えば１７０℃迄加熱される。加熱と加圧により、前記インジウム層５が活性化し各接合面で前記合金層１０を形成して、前記ＬＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃ間及び該ＬＤチップ１ｃと前記ヒートシンク２とが接合される。
【００２８】
複数の前記ＬＤチップ１をスタックする場合には、該ＬＤチップ１の発光面即ち端面にインジウムの回込みを防止する為、前記インジウム層５、前記酸化防止被覆膜６の量は適正に管理される。上記した様に、前記インジウム層５、前記酸化防止被覆膜６を蒸着で生成することにより、膜厚の管理は容易である。
【００２９】
尚、本発明は、インジウムを用いた半田に限らず、酸化し易い半田を用いた接合にも実施可能である。
【００３０】
又、使用される低融点半田の幾つかを下記に例示する。
【００３１】
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【００３２】
更に、一般的な共晶半田についても実施可能である。一般的な共晶半田の幾つかを下記に例示する。
【００３３】
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【００３４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、半田材を介して接合する部品の接合方法に於いて、部品接合面に半田層を形成し、該半田層の表面に酸化防止被覆膜を形成し、前記半田層、酸化防止被覆膜を介して被接合部品に当接させると共に加熱し、前記酸化防止被覆膜を通して前記被接合部品と接合するので、酸化し易い金属を用いて接合を行う場合に酸化膜の生成を抑制し、高品質で安定した接合が可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の作用を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の作用を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の作用を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の応用を示す概略説明図である。
【図６】同前応用例の斜視説明図である。
【図７】同前応用例の説明図である。
【符号の説明】
１          ＬＤチップ
２          ヒートシンク
３          金メッキ層
４          金メッキ層
５          インジウム層
６          酸化防止被覆膜
７          金メッキ層
８          酸素分子
９          接合工具
１０        合金層
１１        荷重
【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】
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