(57)【要約】      （修正有）【課題】工程の簡素化された金属接合方法を提供する。【解決手段】大気中の常温において、金属部材２，３の間に接合材４を挟んだ構造の接合対象部材１と接合対象部材１の上下に配置された弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４の接合ツール部１５とで上下方向より加圧され、接合ツール部１５が共振器１４の一端部に結合された振動子１６から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して横方向に振動し、金属部材２と接合材４との界面部分並びに金属部材３と接合材４との界面部分が拡散して合金になる。接合材４が金属部材２，３間を接合した後、加圧部１３と共振器１４とによる上下方向からの加圧が解除され、金属接合構造体となった接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４との間から取り出され、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが互いに分離される。【選択図】図１
2016203251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合対象部材が複数個の金属部材の間に接合材を挟んだ構成であり、この接合対象部材の上下の一方又は両方に弾性部材が配置され、この接合対象部材と弾性部材とが上下方向で加圧された状態において共振器が共振器の一端部に取り付けられた振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して上記加圧される方向に直交する横方向に振動することにより複数個の金属部材どうしが接合材で互いに接合されることを特徴とする金属接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロー付けのような接合強度が得られる金属接合方法及び金属接合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８を参照し、特許文献１の要約、段落００３６、図２で開示された回路基板の電極部と半導体装置の電極部とを互いに接合する方法について説明する。図８に示したように、回路基板１０１の電極部としてのパッド１０２と半導体装置としての半導体チップ１０３の電極部としての半田バンプ１０４とが上下で重ね合わされ、回路基板１０１と半導体チップ１０３との間に不活性ガスを吹き込みつつ、回路基板１０１と半導体チップ１０３との少なくとも一方に超音波振動を印加してパッド１０２と半田バンプ１０４とを互いに仮接合した後、半田バンプ１０４をリフローしてパッド１０２と半田バンプ１０４とを互いに接合している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１で開示された方法では、超音波振動でパッド１０２と半田バンプ１０４とを互いに仮接合した後、半田バンプ１０４を３００℃以上の熱でリフローしてパッド１０２と半田バンプ１０４とを互いに半田付けしているので、ロー付けのような接合強度を得ることができない。
【０００４】
図９は、特許文献１で開示された発明を利用して回路基板の上に半導体装置をダイボンド（半導体チップの固定）する場合について説明する。図９に示したように、回路基板１１１の表面に設けられた固定用金属部１１２と半導体装置１１３の裏面に設けられた固定用金属部１１４とがそれらの間にシート状又はフィルム状又は板状の固形に構成された半田１１５を介在させて上下で重ね合わされ、回路基板１１１と半導体装置１１３との間に不活性ガスを吹き込みつつ、回路基板１１１と半導体装置１１３との少なくとも一方に超音波振動を印加して固定用金属部１１２，１１４と半田１１５とを互いに仮接合した後、半田１１５を３００℃以上の熱でリフローして固定用金属部１１２，１１４と半田１１５とを互いに接合して、回路基板１１１の上に半導体装置１１３をダイボンドする。
【０００５】
しかしながら、図９に記載した方法では、超音波振動で固定用金属部１１２，１１４と半田１１５とを互いに仮接合した後、半田１１５を３００℃以上の熱でリフローして固定用金属部１１２，１１４と半田１１５とを互いに接合しているので、ロー付けのような接合強度を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−９９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、ロー付けのような接合強度が得られる金属接合方法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】
本発明は、接合対象部材が複数個の金属部材の間に接合材を挟んだ構成であり、この接合対象部材の上下の一方又は両方に弾性部材が配置され、この接合対象部材と弾性部材とが上下方向で加圧された状態において共振器が共振器の一端部に取り付けられた振動子から伝達された音波振動又は超音波振動に共振して上記加圧される方向に直交する横方向に振動することにより複数個の金属部材どうしが接合材で互いに接合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、金属製の接合材が拡散し合金化して複数個の金属部材を互いに接合するので、複数個の金属部材と接合材との接合部分にロー付けのような接合強度を得ることができ、複数個の金属部材における接合材の側に金の層を設ける必要のない、金属接合方法及び金属接合構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発明を実施するための形態１に係る金属接合装置を示した正面図。
【図２】発明を実施するための形態２に係る金属接合方法を示した正面図。
【図３】発明を実施するための形態３に係る金属接合方法を示した正面図。
【図４】発明を実施するための形態４に係る金属接合方法を示した正面図。
【図４】発明を実施するための形態４に係る金属接合方法を示した正面図。
【図５】発明を実施するための形態５に係る金属接合方法を示したフロチャート。
【図６】発明を実施するための形態６に係る金属接合装置を示した正面図。
【図７】発明を実施するための形態７に係る金属接合装置を示した正面図。
【図８】特許文献１で開示された金属接合方法を示した模式図。
【図９】特許文献１で開示された金属接合方法を利用した別の金属接合方法を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１乃至４を参照し、発明を実施するための形態１乃至４に係る金属接合方法に用いられる接合対象部材１について説明する。
【００１２】
図１に示した接合対象部材１は、複数個の金属部材２，３の間に金属製の接合材４を挟んだ構造になっている。
【００１３】
図２に示した接合対象部材１は、回路基板５の上面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成する金属部材２と半導体装置６の下面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成する金属部材３との間に接合材４を挟んだ構造であって、複数個の金属部材２，３の間に接合材４を挟んだ構造になっている。
【００１４】
図３に示した接合対象部材１は、複数個の金属部材２，３の間に接合材４を挟み、複数個の金属部材３，７の間に金属製の接合材８を挟んだ構造になっている。
【００１５】
図４に示した接合対象部材１は、ヒートシンクとしての金属部材２と回路基板５の下面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成する金属部材３との間に接合材４を挟み、回路基板５の上面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成する金属部材３と半導体装置６の下面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成する金属部材７との間に接合材８を挟んだ構造であって、複数個の金属部材２，３の間に接合材４を挟み、複数個の金属部材３，７の間に接合材８を挟んだ構造になっている。図２に示した回路基板５が金属部材３を上面としての一表面に備えた構造であるに対し、図４に示した回路基板５が金属部材３を上下面としての二表面に備えた構造であることが相違する。
【００１６】
図１，２に示した発明を実施するための形態１，２に係る金属接合方法は、大気中の常温の状態において、接合対象部材１と接合対象部材１の上下に配置された弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４の接合ツール部１５とで上下方向より加圧され、接合ツール部１５が共振器１４の一端部に結合された振動子１６から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し矢印１７で示した横方向に振動することよって、接合材４の原子に激しい自由運動が発生し、ついには接合材４の原子が励起状態となり、金属部材２と接合材４との界面部分並びに金属部材３と接合材４との界面部分のそれぞれが拡散して合金になり、接合材４が溶けて金属部材２，３間を接合する。そして、金属部材２，３が接合材４で互いに接合された後、加圧部１３による加圧が停止し、その停止状態が０．１から数秒程度保持される。その後、加圧部１３と共振器１４とによる上下方向からの加圧が解除され、金属接合構造体となった接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４との間から取り出され、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが互いに分離され、接合対象部材１に対する１回の接合動作が終了する。
【００１７】
図３，４に示した発明を実施するための形態３，４に係る金属接合方法は、大気中の常温の状態において、接合対象部材１と接合対象部材１の上下に配置された弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４の接合ツール部１５とで上下方向より加圧され、接合ツール部１５が共振器１４の一端部に結合された振動子１６から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し矢印１７で示した横方向に振動することよって、接合材４の原子に激しい自由運動が発生し、ついには接合材４，８の原子が励起状態となり、金属部材２と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材８との界面部分、金属部材７と接合材８との界面部分のそれぞれが拡散して合金になり、接合材４，８が溶けて金属部材２，３間及び金属部材３，７間のそれぞれを接合する。そして、金属部材２，３が接合材４で互いに接合され、金属部材３，７が接合材８で互いに接合された後、加圧部１３による加圧が停止し、その停止状態が０．１から数秒程度保持される。その後、加圧部１３と共振器１４とによる上下方向からの加圧が解除され、金属接合構造体となった接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４との間から取り出され、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが互いに分離され、接合対象部材１に対する１回の接合動作が終了する。尚、弾性部材１１，１２は接合対象部材１の上下の一方に配置されても適用可能である。
【００１８】
図１乃至４に示した金属接合方法において、弾性部材１１，１２は接合対象部材１に対する金属粒子励起焼結用弾性部材と概念でき、弾性部材１１，１２は互いに同じ材料により構成されても又は異なる材料により構成されても適用可能であり、弾性部材１１，１２は接合対象部材１の上下の一方に配置されても適用可能であり、弾性部材１１が接合対象部材１及び接合ツール部１５から分離された構成、弾性部材１１が接合対象部材１又は接合ツール部１５に固定された構成のいずれでも適用可能であり、弾性部材１２が接合対象部材１及び加圧部１３から分離された構成、弾性部材１２が接合対象部材１又は加圧部１３に固定された構成のいずれでも適用可能である。
【００１９】
図１乃至４に示した金属接合方法において、接合に作用するエネルギーが発生する層（レイヤ）は、加圧部１３と接合ツール部１５とによる加圧力と接合ツール部１５による振幅との相関関係で決まる。よって、図１乃至４に示した金属接合方法では、接合に作用するエネルギーが金属部材２と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材８との界面部分、金属部材７と接合材８との界面部分のそれぞれに集中するように、加圧部１３と接合ツール部１５とによる加圧力と接合ツール部１５による振幅とを制御することにより、金属部材２と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材８との界面部分、金属部材７と接合材８との界面部分のそれぞれが加圧と振動エネルギーとを受けて拡散して合金になり、金属部材２，３が接合材４で互いに接合され、金属部材３，７が接合材８で互いに接合される。
【００２０】
図１乃至４で示した金属接合方法において、音波振動を用いれば、ブロックの金属部材３と分厚い金属部材２との接合が可能になるため、電気伝導体の接合のみならず、三次元的な機械構造体の接合が可能になる、又、超音波接合で不可能な大面積の接合が可能になる。
【００２１】
図１乃至４で示した金属部材２，３，７は、アルミニウム、銅、金、銀、ニッケル等の金属、アルミニウム、銅、金、銀、ニッケル等の以外の金属の表面にアルミニウム、銅、金、銀、ニッケル等の被膜を設けた金属、同種又は異種の金属でも適用可能である。金属部材２，３，７の形としては、図１乃至４で示したような板状に限定されるものはなく、接合される部分が互いに重ねあわせられて弾性部材１１，１２を介して加圧部１３と接合ツール部１５とで挟まれる形状であれば適用可能である。加圧部１３と接合ツール部１５とが金属部材２，３，７の重ねわされた部分を挟む部分は、平面又は曲面であっても、金属部材２，３，７の重ねわされた部分を挟む部分を面状に挟むことができる形であれば、適用可能である。
【００２２】
図２，４に示した回路基板５としては、アルミナセラミックス基板に銅回路をＤＣＢ（Direct Copper Bond）法にて接合したＤＣＢ基板でも、セラミックス基板の表面にアルミニウム回路を有するＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板でも、可撓性及び弾性を有する合成樹脂部材の表面に電線を有するＦＰＣ(Flexible printed circuit)でも適用可能である。回路基板がＦＰＣの場合は、ＦＰＣの合成樹脂部材が弾性部材１１，１２の一方として機能するので、当該弾性部材１１，１２の一方を省略することができる。尚、図４において、回路基板５としてＤＣＢ基板を用いた場合、ヒートシンクとしての銅製の金属部材２と回路基板５としてのＤＣＢ基板の下面としての一表面の側の銅回路としての金属部材３との間に半田を主成分とした接合材４を挟み、ＤＣＢ基板の上面としての一表面の側のとしての金属部材３と半導体装置６の下面としての一表面に設けられた電気回路の一部を構成するニッケルからなる金属部材７との間に半田を主成分とした接合材８を挟み、このように構成された接合対象部材１と接合対象部材１の上下に配置された弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４の接合ツール部１５とで上下方向より加圧され、接合ツール部１５が共振器１４の一端部に結合された振動子１６から伝達された音波振動に共振し矢印１７で示した横方向に振動し、金属部材２，３間が接合材４で接合され、金属部材３，７間が接合材４で接合される。又、図４において、回路基板５としてＤＢＡ基板を用いた場合、銅板製の金属部材２とＤＢＡ基板の下面としての一表面に設けられたアルミニウム回路としての金属部材３との間に錫を主成分とした接合材４を挟み、ＤＢＡ基板の上面としての一表面に設けられたアルミニウム回路としての金属部材３と銅板製の金属部材７との間に錫を主成分とした接合材８とを挟み、このように構成された接合対象部材１と接合対象部材１の上下に配置された弾性部材１１，１２とが加圧部１３と共振器１４の接合ツール部１５とで上下方向より加圧され、接合ツール部１５が共振器１４の一端部に結合された振動子１６から伝達された音波振動に共振し矢印１７で示した横方向に振動し、金属部材２，３間が接合材４で接合され、金属部材３，７間が接合材４で接合される。このＤＢＡ基板に接合された銅板製の一方の金属部材７の表面にバスバーと呼ばれる端子が図６，７に示した金属接合装置２１で弾性部材１１，１２を用いないで音波振動又は超音波振動により接合される。
【００２３】
図１乃至４に示した接合材４，８としては、シート状又はフィルム状又は板状又は箔状の固形になった金属又はペースト状の金属の何れかで構成される。上記シート状又はフィルム状又は板状又は箔状の固形になった接合材４，８としては、溶解温度が金属部材２，３の溶解温度以下の、例えば、錫、半田、アルミニウム等が適用可能である。接合材４，８が錫を主成分とする場合は、錫の純度が鉛フリー半田における錫の純度よりも高く、例えば、９９．９％以上の高純度であって、金属接合方法により接合された接合対象部材１をホットプレートで４００℃まで昇温させて強度を確認し、バーナーにおける１０００℃以上の火炎で炙った後に、ドライバー等の工具で接合対象部材１を突っついても、接合対象部材１がばらばらに剥がれないことが確認でき、ロー付けのような接合強度が得られていることが確認できた。例えば、図１乃至４に示した金属接合方法において、金属部材２，３の一方がニッケル、金属部材２，３の他方が銅であって、錫を主成分とした接合材４を挟んでニッケルと銅との接合対象部材１を作った場合、接合対象部材１の耐熱は７５０℃以上であることが確認できた。又、錫を主成分とする接合材４，８で接合される金属部材２，３，７としては、銅以外の金属部材及びニッケル以外の金属部材であっても適用可能であり、銅以外金属部材の表面に銅の層を設けた構成でも適用可能であり、ニッケル以外の金属部材の表面にニッケルの層を設けた構成でも適用可能である。
【００２４】
図１乃至４に示した接合材４，８が半田を主成分とした場合は、鉛フリー半田であって、例えば、錫と銀と銅からなる又は錫と銀と銅ニッケルからなるシート状又はフィルム状又は板状の固形に構成されている。図１乃至４に示した金属接合方法において、半田を主成分とした接合材４を挟んでニッケルと銅との接合対象部材１を作った場合、接合後の接合対象部材１をホットプレートで４００℃まで昇温させて強度を確認し、バーナーにおける１０００℃以上の火炎で炙った後に、ドライバー等の工具で接合対象部材１を突っついても、接合対象部材１がばらばらに剥がれないことが確認でき、ロー付けのような接合強度が得られていることが確認できた。半田とニッケルとの界面部分が加圧と振動エネルギーとを受けて拡散して合金になることで、ニッケルの半田の側に金の層が不要になり、銅を半田でフラックス無しの常温で接合できることが確認でき、銅とニッケルとを半田でフラックス無しの常温で接合できることが確認できた。
【００２５】
図１、２に示した金属接合方法において、半田ベーストを挟んで銅と銅との２層構造の接合対象部材１を作った場合、一般的に半田の溶解温度２２０℃であるに対し、上記作った接合対象部材１の耐熱は４００℃以上であることが確認できた。
【００２６】
上記ペースト状になった接合材４，８としては、分散剤や希釈剤等の有機材と金・銀・銅・アルミニウム等の電気抵抗率の小さな金属粒子とからなり、粘性を有する半溶融状の有機材の中に金属粒子を内蔵した、金属ナノペースト又は金属マイクロペースト又は半田ペースト等である。ペースト状に構成された接合材４，８の場合は、接合材４，８が上記加圧と上記横方向の振動による摩擦とを受け、接合材４，８中の分散剤や希釈剤等の有機材が蒸発し、接合材４，８中の金・銀・銅・アルミニウム又は半田等の電気抵抗率の小さな金属粒子がインゴット層に変化し、このインゴット層となった接合材４，８の原子に激しい自由運動が発生し、ついには接合材４，８の原子が励起状態となる。よって、金属部材２と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材４との界面部分、金属部材３と接合材８との界面部分、金属部材７と接合材８との界面部分のそれぞれが拡散して合金になり、接合材４が溶けて金属部材２，３間を接合し、接合材８が溶けて金属部材３，７間を接合する。
【００２７】
図１乃至４で示した弾性部材１１，１２は、テフロン（登録商標）又はシリコーン樹脂等からなるシート状又はフィルム状又は板状に構成されている。弾性部材１１，１２としては、接合時の熱に対する耐熱性を有すれば、テフロン（登録商標）やシリコーン樹脂以外の合成樹脂又はエラストマー等の弾性部材でも適用可能である。又、弾性部材１１，１２は互いに同じ材料により構成されても又は異なる材料により構成されても適用可能である。弾性部材１１，１２は、接合対象部材１と加圧部１３と接合ツール部１５とから分離された構成、接合対象部材１又は加圧部１３と接合ツール部１５とに固定された構成のいずれでも適用可能である。又、接合対象部材１が接合ツール部１５の上に搭載された弾性部材１１の上に重ね合わされ、その接合対象部材１の上に弾性部材１２が重ね合わされても、又は、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とからなる積層状になった物体が接合ツール部１５の上に搭載されても適用可能である。弾性部材１１，１２の一方を使用しなくても適用可能であるが、加圧により変形する可能性の有る側に弾性部材を配置すれば好適である。
【００２８】
図１乃至４で示した金属接合方法を１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの範囲中の或る１つの周波数に固定された音波振動で実験し、接合された接合対象部材１を調べたところ、接合対象部材１に、熱による反りや歪みが無いこと、残留応力及びウィスカも無いこと、ボイドも無いこと、接合材４の厚みは数μｍであること、金属部材２，３，７としてのアルミニウム、銅、金、銀、ニッケルの接合が可能であること、接合時間は数秒の短時間であること、接合対象部材１への荷重も低くでき、接合材４，８の大気中での常温接合が数秒で可能になること等を確認できた。それは、音波振動による音エネルギーが、金属部材２と接合材４との界面部分からなる接合部分、金属部材３と接合材４との界面部分からなる接合部分、金属部材３と接合材８との界面部分からなる接合部分、金属部材７と接合材８との界面部分からなる接合部分のそれぞれの狭い薄い領域で瞬間的に、原子が励起し熱を発生させながら何かの反応が促進されているからと考えられる。又、競合各社の仕上りは熱が全体に発生して焼けているが、上記音波振動による音エネルギーを利用した接合では焼けが発生せず、奇麗な仕上がりであった。又、超音波振動を利用した場合は、音波振動よりも接合時間が長くなるものの、金属部材２，３，７としてのアルミニウム、銅、金、銀、ニッケルの接合が可能であること、接合対象部材１への荷重も低くでき、その結果、残留応力の発生も防げることも確認できた。
【００２９】
又、図４に示した金属部材２，３，７の大きさは、次の数値に限定されるものではないが、図４に示した発明を実施するための形態４に係る金属接合方法に使用した大きさを例示すると、金属部材２は１辺が３０ｍｍで別の１辺が４０ｍｍの方形で厚みが２ｍｍ、金属部材３は１辺が１５ｍｍの方形で厚みが５００μｍ、金属部材７は１辺が６ｍｍの方形で厚みが１００μｍであった。又、１個のヒートシンクとしての金属部材２に対し複数個の回路基板５を接合し、１個の回路基板５に対し複数個の半導体装置６を接合しても適用可能である。
【００３０】
図５を参照し、発明を実施するための形態５に係る金属接合方法について説明する。図５に示した金属接合方法は、ステップ５０１に示した音波振動又は超音波振動による接合ステップと、ステップ５０２に示した接合後による加熱ステップとから構成される。ステップ５０１に示した音波振動又は超音波振動による接合ステップは、図１乃至４に示した音波振動又は超音波振動による金属接合方法で接合されて金属接合構造体となった接合対象部材１を使用可能であるが、図１に示した音波振動又は超音波振動による金属接合方法で接合されて金属接合構造体となった接合対象部材１を例示した。ステップ５０２に示した接合後による加熱ステップおいて、金属部材２，３と錫を主成分とした接合材３とから金属接合構造体となった接合対象部材１に対し、常温と２６０℃とを数回繰り返したヒートサイクル処理と、７００℃以上に加速加熱処理とを行う。このステップ５０２に示した加熱ステップでのヒートサイクル処理が終了した接合対象部材１を調べたところ、ドライバー等の工具で金属部材２，３の一方又は両方を突っついても、金属部材２，３と錫を主成分とした接合材４とが互いに剥がれないことを確認でき、ロー付けのような接合強度が得られていることが確認できた。
【００３１】
次に、図６，７を参照し、図１乃至４に示した発明を実施するための形態１乃至４に係る金属接合方法に用いられる金属接合装置２１について説明する。
【００３２】
図６に示した発明を実施するための形態６としての金属接合装置２１の装置躯体部２２には、作業空間部２３が設けられる。装置躯体部２２の作業空間部２３よりも下部には、支持具２４が設けられる。支持具２４は前後及び下方に貫通する支持空間部２５の左右両側に支持部２６を備えている。支持具２４には共振器２７が設置される。共振器２７は、接合ツール部２８と被支持部２９とを備えた構成である。共振器２７は、一端から他端までの長さが振動子３０から伝達された音波振動又は超音波振動の共振周波数の少なくとも１波長を有する直線的な棒状になっている。共振器２７の長さ方向の両端部及び中央部には、最大振動振幅点が位置する。共振器２７の長さ方向の中央部おける最大振動振幅点の位置する外面部には、接合ツール部２８が設けられる。
【００３３】
接合ツール部２８は、共振器２７の外側面より突出して設けられた場合又は共振器２７の外側面と同一面に設けられた場合又は共振器２７の外側面より窪んで設けられた場合のいずれでも適用可能である。共振器２７の接合ツール部２８より長さ方向の両側に存在する最小振動振幅点に位置する外面部には、被支持部２９が設けられる。
【００３４】
共振器２７の一端部には、振動子３０が取り付けられる。共振器２７と振動子３０との間には、図示のされていないブースターを設けることも適用可能である。支持具２４には共振器２７の長さ方向が矢印１７で示した左右方向に向けられ、共振器２７の被支持部２９以外の部分が支持具２４に接触しないように支持空間部２５に配置され、被支持部２９が支持部２６に支持されることにより、共振器２７が支持具２４に設置される。
【００３５】
装置躯体部２２の作業空間部２３よりも上部には、加圧機構３１が設けられる。加圧機構３１の出力部材３２は、装置躯体部２２の上部から作業空間部２３に配置される。出力部材３２の作業空間部２３に配置された下部は、加圧機構３１の駆動によって、作業空間部２３の内部を直線的に昇降する。出力部材３２の作業空間部２３に配置された下部には、受止部４０が設けられる。
【００３６】
図６に示した金属接合装置２１では、加圧機構３１と出力部材３２と受止部４０とが図１乃至４に示した加圧部１３に相当し、共振器２７が図１乃至４に示した共振器１４に相当し、接合ツール部２８が図１乃至４に示した接合ツール部１５に相当し、振動子３０が図１乃至４に示した振動子１６に相当する。接合対象部材１を音波振動で接合する場合には、接合対象部材１を超音波振動で接合する場合よりも、共振器１４が大型で重くなるが、図５に示した金属接合装置２１は、大型で重い共振器２７を上下方向に移動しない構造になっているとともに、接合ツール部２８の上面の面積を接合対象部材１を超音波振動で接合する場合よりも広く形成することができ、接合ツール部２８の上面の面積を広く形成することにより、接合対象部材１を音波振動で接合する装置として好適である。
【００３７】
図６に示した金属接合装置２１を用いた金属接合方法について説明する。先ず、出力部材３２が上昇位置に停止し、接合ツール部２８と受止部４０とが互いに接合対象部材１と弾性部材１１，１２とからなる積層状になった物体の挿入可能な空間を形成して上下方向で対向した状態になっている。その状態において、接合ツール部２８の上には、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とからなる積層状になった物体が搭載され後、加圧機構３１が駆動し、出力部材３２が下降するのに伴って、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが接合ツール部２８と接合ツール部３７とで上下から挟まれて加圧され、共振器２７が振動子３０から伝達された音波振動に共振し、接合ツール部２８が矢印１７で示した横方向に振動し、接合対象部材１における複数個の金属部材と接合材とが上記加圧と上記横方向の振動による振動エネルギーを受けて互いに接合される。
【００３８】
その後、加圧機構３１が駆動し、出力部材３２が上昇するのに伴って、受止部４０が弾性部材１２から離れ、弾性部材１１，１２と接合構造体となった接合対象部材１とが接合ツール部２８の上に残される。この接合ツール部２８の上に残された弾性部材１１，１２と接合対象部材１とが接合ツール部２８から取り出され、弾性部材１１，１２と接合対象部材１とが互いに分離され、金属接合装置２１による接合対象部材１に対する１回の接合動作が終了する。
【００３９】
図７に示した発明を実施するための形態７に係る金属接合装置２１について説明する。図７に示した金属接合装置２１は、加圧機構３１の作業空間部２３に配置された下部に支持具３３、支持空間部３４、支持部３５、共振器３６、接合ツール部３７、被支持部３８，振動子３９が設けられ、装置躯体部２２の作業空間部２３よりも下部に受止部４０が設けられる。図７に示した金属接合装置２１では、加圧機構３１と出力部材３２と受止部４０とが図１乃至４に示した加圧部１３に相当し、共振器２７が図１，２に示した共振器１４に相当し、接合ツール部３７が図１乃至４に示した接合ツール部１５に相当し、振動子３９が図１乃至４に示した振動子１６に相当する。又、接合対象部材１を超音波振動で接合する場合には、接合対象部材１を音波振動で接合する場合よりも、共振器１４が小型で軽くなるが、図７に示した金属接合装置２１は、小型で軽い共振器３６を上下方向に移動する構造になっているので、接合対象部材１を超音波振動で接合する装置に適している。
【００４０】
図７に示した金属接合装置２１を用いた金属接合方法について説明する。先ず、出力部材３２が上昇位置に停止し、接合ツール部３７と受止部４０とが互いに接合対象部材１と弾性部材１１，１２とからなる積層状になった物体の挿入可能な空間を形成して上下方向で対向した状態になっている。その状態において、受止部４０の上には、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とからなる積層状になった物体が搭載され後、加圧機構３１が駆動し、出力部材３２が下降するのに伴って、接合対象部材１と弾性部材１１，１２とが接合ツール部３７と受止部４０とで上下から挟まれて加圧され、共振器３６が振動子３９から伝達された音波振動又は超音波振動に共振し、接合ツール部３７が矢印１７で示した横方向に振動し、接合対象部材１における複数個の金属部材が上記加圧と上記横方向の振動による振動エネルギーを受けて互いに接合される。
【００４１】
その後、加圧機構３１が駆動し、出力部材３２が上昇するのに伴って、接合ツール部３７が弾性部材１２から離れ、弾性部材１１，１２と接合構造体となった接合対象部材１とが受止部４０の上に残される。この受止部４０の上に残された弾性部材１１，１２と接合対象部材１とが受止部４０から取り出され、弾性部材１１，１２と接合対象部材１とが互いに分離され、金属接合装置２１による接合対象部材１に対する１回の接合動作が終了する。
【符号の説明】
【００４２】
１    接合対象部材
２    金属部材
３    金属部材
４    接合材
５    回路基板
６    半導体装置
７    金属部材
８    接合材
１１  弾性部材
１２  弾性部材
１３  加圧部
１４  共振器
１５  接合ルーツ部
１６  振動子
１７  振動方向を示した矢印
２１  金属接合装置
２２  装置躯体
２３  作業空間部
２４  支持具
２５  支持空間部
２６  支持部
２７  共振器
２８  接合ツール部
２９  被支持部
３０  振動子
３１  加圧機構
３２  出力部材
３３  支持具
３４  支持空間部
３５  支持部
３６  共振器
３７  接合ツール部
３８  被支持部
３９  振動子
４０  受止部
【図１】
2016203251.tif 000003
【図２】
2016203251.tif 000004
【図３】
2016203251.tif 000005
【図４】
2016203251.tif 000006
【図５】
2016203251.tif 000007
【図６】
2016203251.tif 000008
【図７】
2016203251.tif 000009
【図８】
2016203251.tif 000010
【図９】
2016203251.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月12日(2016.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】発明を実施するための形態１に係る金属接合装置を示した正面図。
【図２】発明を実施するための形態２に係る金属接合方法を示した正面図。
【図３】発明を実施するための形態３に係る金属接合方法を示した正面図。
【図４】発明を実施するための形態４に係る金属接合方法を示した正面図。
【図５】発明を実施するための形態５に係る金属接合方法を示したフロチャート。
【図６】発明を実施するための形態６に係る金属接合装置を示した正面図。
【図７】発明を実施するための形態７に係る金属接合装置を示した正面図。
【図８】特許文献１で開示された金属接合方法を示した模式図。
【図９】特許文献１で開示された金属接合方法を利用した別の金属接合方法を示した模式図。