(57)【要約】【課題】基材と被接合体との接合部にボイドの発生やろう付けの不完全部位の発生をなくし、高品質で信頼性の高いろう付けを行うことにある。【解決手段】基材１と被接合体２との接合面にろう材３を設け、該ろう材を溶融させて基材と被接合体とを接合するろう付け方法において、基材１又は被接合体２に電位差を与え、溶融状態にあるろう材３を接合界面４内でエレクトロマイグレーションを生じさせて、積極的にろう材を接合界面内に流しながら基材と被接合体とを接合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と被接合体との接合面にろう材を設け、該ろう材を溶融させて基材と被接合体とを接合するろう付け方法において、前記基材又は被接合体に電位差を与え、溶融状態にあるろう材を接合界面内でエレクトロマイグレーションを生じさせて、積極的にろう材を接合界面内に流しながら前記基材と被接合体とを接合することを特徴とするろう付け方法。
【請求項２】
請求項１記載のろう付け方法において、前記基材又は被接合体に与える電位差の方向を連続的又は断続的に変化させ、溶融状態にあるろう材を任意の方向へ積極的に流すようにしたことを特徴とするろう付け方法。
【請求項３】
請求項１記載のろう付け方法において、前記基材又は被接合体に与える電位差を複数方向から同時に又は適宜選択して与えることを特徴とするろう付け方法。
【請求項４】
駆動機構により回動し、且つ上面に基材およびこの基材との接合面にろう材を介して被接合体が載置される回転ステージと、この回転ステージとは独立させて配設された支持具に支持され前記基材又は被接合体に接触して電気的に接続される少なくとも一対の固定電極と、この固定電極に接続され前記基材又は被接合体に電位差を与える電源と、前記回転ステージに載置された基材と被接合体との接合面に存するろう材を溶融させる加熱手段とを備え、
ろう付け時前記回転ステージを回動させて前記基材又は被接合体に与える電位差の方向をろう材を流す目的の方向に可変して溶融状態にあるろう材の流れを制御可能にしたことを特徴とするろう付け装置。
【請求項５】
請求項４記載のろう付け装置において、前記固定電極は前記基材又は被接合体との接触する部位にバネ状端子を有することを特徴とするろう付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と被接合体とをろう付けにより接合するろう付け方法およびろう付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基材と被接合体とをろう付けにより接合するろう付け方法としては、次のような方法がある。
【０００３】
図４は、従来のろう付け方法を説明するための一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は(ａ)をＡ−Ａ´線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。ここでは、一般的な接合例として平板同士のろう付けを挙げて説明する。
【０００４】
図４に示すように金属からなる基材１の上に例えば箔状のろう材３を設け、その上に被接合体２を載せ、図示二点鎖線で示す加熱炉５の例えば真空中や不活性ガス雰囲気中で、全体をろう付け温度まで加熱して一定時間その温度を保持し、その後炉冷又は不活性ガスの注入による急冷を実施することで、基材１と被接合体２とを接合している。その際、溶融したろう材３は主に接合部材界面４でのぬれの現象により、接合界面４の隙間に侵入し、接合部材界面４に広がっていく。
【０００５】
この接合部材界面４に広がるろう材の流れは、制御することは不可能であり、溶融したろう材が接合界面４全面に広がって流れ込むことはない。このため、ろう付け施工後に接合部にボイドが発生していたり、ろう付けの不完全な箇所などが発生し易く、品質の低下や接合部の信頼性が低下する可能性も否めない。
【０００６】
この対処方法として、ろう材３や接合部材（１又は２）の組成を利用したり、接合界面４にコーティングを施したりしてろう材３を流れ易くする方法は既に実施されている。
【０００７】
例えば半導体素子の冷却デバイス等に用いられる密閉型平板熱移動体として、所定のパターンに作動液通路を形成した第１の金属板上に、ろう材粉末、フラックスおよびろう材流れ制御材を混合したペースト状混合物を塗布した第２の金属板を、該ペースト状混合物の塗布面を前記作動液通路に対向させて被せ、これをろう付け温度に加熱して両金属板を一体接合したものがある（例えば、特許文献１）。
【０００８】
しかし、このような対処方法を基材と被接合体とをろう付けにより接合するろう付け方法に適用しても、接合界面全域にろう材を流すことは困難である。
【特許文献１】特開２００１−２２３３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように従来のろう付け方法では、ろう材のぬれ現象が接合部材の接合面において不完全であり、接合面全体に流れていないため、接合部材の接合界面にボイドが発生したり、ろう付け不完全部位が発生するという問題があり、またろう材や接合部材の組成を利用したり、接合界面にコーティングを施したりしてろう材を流れ易くしても接合部材の接合面全域にろう材を流すことは困難である。
【００１０】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、ろう付け施工時の加熱時にろう材の流れを制御し接合界面全域にろう材が流れるようにして接合部材を接合することにより、接合部にボイドの発生やろう付けの不完全部位の発生をなくし、高品質で信頼性の高いろう付けを行うことができるろう付け方法および装置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】
【００１１】
本発明では、接合部材をろう付けにより接合するにあたって、ろう材の自然のぬれ現象によるろう材の流れのみを利用するのではなく、積極的にろう材を接合界面の全域に流したり、積極的なろう材の流れ制御を実施するため、接合界面内で溶融状態のろう材にエレクトロマイグレーションを生じさせるものである。
【００１２】
このエレクトロマイグレーションは、半導体デバイスの製造分野において、良く知られている現象であり、種々の研究も実施されている。ここで言うエレクトロマイグレーションは、半導体材料の清浄表面上に吸着した金属が、融点以下で溶融し、即ち基板と吸着金属の合金となり、溶融状態にあるアイランドが、電位差の方向に依存して動く現象であり、半導体デバイスの極細配線を断線させてしまう現象である。
【００１３】
そこで、本発明は上記の目的を達成するため、次のような方法および装置によりろう付けを行うものである。
【００１４】
請求項１に対応する発明は、基材と被接合体との接合面にろう材を設け、該ろう材を溶融させて基材と被接合体とを接合するろう付け方法において、前記基材又は被接合体に電位差を与え、溶融状態にあるろう材を接合界面内でエレクトロマイグレーションを生じさせて、積極的にろう材を接合界面内に流しながら前記基材と被接合体とを接合する。
【００１５】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のろう付け方法において、前記基材又は被接合体に与える電位差の方向を連続的又は断続的に変化させ、溶融状態にあるろう材を任意の方向へ積極的に流す。
【００１６】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明のろう付け方法において、前記基材又は被接合体に与える電位差を複数方向から同時に又は適宜選択して与える。
【００１７】
請求項４に対応する発明は、駆動機構により回動し、且つ上面に基材およびこの基材との接合面にろう材を介して被接合体が載置される回転ステージと、この回転ステージとは独立させて配設された支持具に支持され前記基材又は被接合体に接触して電気的に接続される少なくとも一対の固定電極と、この固定電極に接続され前記基材又は被接合体に電位差を与える電源と、前記回転ステージに載置された基材と被接合体との接合面に存するろう材を溶融させる加熱手段とを備え、ろう付け時前記回転ステージを回動させて前記基材又は被接合体に与える電位差の方向をろう材を流す目的の方向に可変して溶融状態にあるろう材の流れを制御可能にしたものである。
【００１８】
請求項５に対応する発明は、請求項４に対応する発明のろう付け装置において、前記固定電極は前記基材又は被接合体との接触する部位にバネ状端子を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ろう付け施工時の加熱時にろう材の流れを制御し接合界面全域にろう材が流れるようにして基材と被接合体とを接合することにより、接合部にボイドの発生やろう付けの不完全部位の発生をなくし、高品質で信頼性の高いろう付けを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本発明によるろう付け方法の第１の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿って切断し矢印方向から見た断面図である。ここでは、一例として真空ろう付けによる施工について説明する。
【００２２】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、基材１の上面に箔状又はワイア状のろう材３（本例では箔状のろう材を示す）を設け、その上に被接合体２を載置する。
【００２３】
なお、被接合体２の上に重石や治具を設置するようにしてもよい。
【００２４】
また、基材１の両端に電気ケーブル６の一端をそれぞれ接続し、その他端を直流電源７にそれぞれ接続する。この場合、基材１と直流電源７とを結ぶ一方の電気ケーブル６の中途にスイッチＳＷが設けられる。
【００２５】
なお、上記では基材１の両端を直流電源７に接続したが、被接合体３の両端を直流電源７を接続してもよい。
【００２６】
これら基材１および被接合体２を加熱炉５（図示二点鎖線は加熱炉境界を示す）内に入れて全体を加熱し、ろう付け施工を開始する。この場合、箔状のろう材３は溶融状態にある。
【００２７】
スイッチＳＷをオンし、基材１の両端に直流電源７による電位差が与えられると溶融状態にあるろう材３が接合界面内で電位の低い方又は高い方に向って流れていく（このような現象をエレクトロマイグレーションという）。このろう材３の流れ方向は、ろう材の種類（含有元素）に依存するが、本例ではろう材３の流れ方向８が図示するように電位の高い方から低い方へ流れる。
【００２８】
従って、溶融状態のろう材３が電位差により接合界面内を流れることにより、接合界面全域がぬれた状態で基材１と被接合体２とがろう付けされる。このことにより、基材１と被接合体２との界面にボイドや接合不完全部が発生することがなくなり、接合部位の品質の向上や信頼性を向上させることができる。
【００２９】
図２は本発明によるろう付け方法の第２の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、基材１の上面に箔状のろう材３を設け、その上に被接合体２を載置する。
【００３１】
また、基材１の両端に電気ケーブル６の一端をそれぞれ接続し、その他端を直流電源７にそれぞれ接続し、さらに基材１の両側面に電気ケーブル６´の一端をそれぞれ接続し、その他端を直流電源７´にそれぞれ接続する。
【００３２】
この場合、基材１と直流電源７とを結ぶ一方の電気ケーブル６，６´の中途にスイッチＳＷ，ＳＷ´がそれぞれ設けられる。
【００３３】
なお、上記では基材１の両端と両側面に直流電源７，７´をそれぞれ接続するようにしたが、これらの直流電源７，７´を基材１の対角線方向など任意の位置に接続するようにしても良い。
【００３４】
これら基材１および被接合体２を加熱炉５（図示二点鎖線は加熱炉境界を示す）内に入れて加熱し、ろう付け施工を開始する。この場合、箔状のろう材３は溶融状態にある。
【００３５】
スイッチＳＷ，ＳＷ´をオンし、基材１の両端およびこれと直交する両側面に直流電源７，７´による電位差がそれぞれ与えられると溶融状態にあるろう材３が接合界面内で、本例ではろう材３が流れ方向８およびこれと直交する方向８´へそれぞれ流れる。
【００３６】
従って、溶融状態のろう材３が電位差により接合界面内を基材１の一端から他端、一側面から他側面に向ってそれぞれ流れることにより、接合界面全域が充分にぬれた状態で基材１と被接合体２とがろう付けされる。
【００３７】
上記ではスイッチＳＷ，ＳＷ´を同時にオンして、基材１に電位差をそれぞれ与えてろう材３を直交する２方向にそれぞれ流すようにしたが、スイッチＳＷ，ＳＷ´を適宜選択して別々にオンすることにより、ろう材３の流れ方向を任意に変えることが可能となり、接合部材の接合界面４の面積が大きい場合や平面形状が異形状であっても、ろう材３が接合部材の接合界面内において充分流れ、接合面全域がぬれることにより、基材１と被接合体２との界面にボイドや接合不完全部が発生することがなくなり、接合部位の品質の向上や信頼性を向上させることができる。
【００３８】
図３は、本発明によるろう付け装置の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は一部を破断して示す平面図、（ｂ）は横断面図である。
【００３９】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、回転ステージ１１は駆動機構１１ａにより回動するもので、図示二点鎖線にて示す加熱炉５内に設置される。この回転ステージ１１上に基材１、この基材１の上面に設けられた箔状のろう材３およびその上に載置された被接合体２を設置する。この場合、基材１は回転ステージ１１に固定機構により固定されている。
【００４０】
また、基材１又は被接合体２の両端部側に対応させて配設された図示しない支持具に支持させて固定電極９を設ける。この固定電極９は電気ケーブル６を介して加熱炉外部の直流電源７に接続され、また先端には基材１又は被接合体２の両端面に接触して電気的に接続されるバネ状端子１０が取付けられている。この場合、固定電極９と直流電源７とを結ぶ一方の電気ケーブル６の中途にスイッチＳＷが設けられる。
【００４１】
このような構成のろう付け装置において、加熱炉５により基材１および被接合体２全体を加熱し、箔状のろう材３を溶融した状態で回転ステージ１１を例えば図示矢印１２の方向に適宜回動させると共に、スイッチＳＷをオンする。すると、回転ステージ１１に固定されている基材１および被接合体２は回転ステージ１１と一緒に回動するが、固定電極９は図示しない支持具に支持されているので、固定電極９のバネ状端子１０より基材１および被接合体２の回動位置に応じた部位に直流電源７による電位差を与えることが可能となる。
【００４２】
従って、基材１および被接合体２に電位差を与える位置を任意に選択することができるので、断続的又は連続的にろう材３の流れる方向を制御することができる。さらに、ろう材３を積極的に流したい箇所に流すことができ、基材１と被接合体２との接合界面４が同一形状であっても、部位を選択してろう材３を充分に流し込むことができる。そのため、接合箇所と非接合箇所の区分けが可能となり、機能材料の開発にも繋げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるろう付け方法の第１の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿って切断し矢印方向から見た断面図。
【図２】本発明によるろう付け方法の第２の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図。
【図３】本発明によるろう付け装置の実施形態を説明するための構成を示し、（ａ）は一部を破断して示す平面図、（ｂ）は横断面図。
【図４】従来のろう付け方法を説明するための構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線に沿って切断し矢印方向から見た断面図。本発明の…示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１…基材、２…被接合体、３…ろう材、４…接合部材界面、５…加熱炉、６，６´…電気ケーブル、７，７´…直流電源、８，８´…ろう材流れ方向、ＳＷ，ＳＷ´…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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