(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガス供給部から供給された反応性ハロゲン系ガスを被接合材に接触させて表面処理を行なう表面処理部と、
この表面処理部の内部を排気する排気部と、
前記表面処理部の被接合材搬入側に隣接して設けられ、乾燥気体供給源から乾燥気体が供給されるドライ領域部と、
前記被接合材を前記ドライ領域部と前記表面処理部とを連続して通過させる搬送機構と、
前記表面処理部を通過した前記被接合材を固相状態で接合する接合部と、
を有することを特徴とする固相接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固相接合装置において、前記ドライ領域部と前記表面処理部とは、前記被接合材を加熱する加熱手段を有していることを特徴とする固相接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固相接合装置において、前記ドライ領域部に供給する乾燥気体は、加熱してあることを特徴とする固相接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固相接合装置において、前記処理ガス供給部と前記表面処理部とを結ぶ処理ガス供給管路に、前記表面処理部と前記排気部とを前記処理ガス供給部に切換え接続する切換弁が設けてあることを特徴とする固相接合装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の固相接合装置において、前記ドライ領域部の被接合材搬入側にドライ領域部に隣接して配置され、前記被接合材が通過する大気制限室が設けてあることを特徴とする固相接合装置。
【請求項６】
請求項５に記載の固相接合装置において、前記大気制限室は、内部が排気されていることを特徴とする固相接合装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の固相接合装置において、前記表面処理部の被接合材搬出側に表面処理部に隣接して配置され、乾燥気体が供給されて前記被接合材を乾燥雰囲気中で冷却する被接合材冷却部が設けてあることを特徴とする固相接合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固相接合装置において、前記被接合材冷却部の被接合材搬出側に被接合材冷却部に隣接して配置され、前記被接合材が通過する第２大気制限室を設けたことを特徴とする固相接合装置。
【請求項９】
請求項８に記載の固相接合装置において、前記第２大気制限室は、内部が排気されていることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の固相接合装置において、前記接合部は、乾燥気体供給部が接続してあり、乾燥気体中で前記被接合材を接合することを特徴とする固相接合装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の固体接合装置において、前記乾燥気体は、露点が−２０℃以下であることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の固相接合装置において、前記乾燥気体は、窒素またはドライエアであることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の固相接合装置において、前記ドライ領域部に供給する乾燥気体の量は、乾燥気体が窒素である場合に、ドライ領域部内に存在する大気と窒素とが置換された後におけるドライ領域部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量であることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１４】
請求項７ないし１３のいずれかに記載の固相接合装置において、前記被接合材冷却部に供給する乾燥気体の量は、乾燥気体が窒素である場合に、被接合材冷却部内に存在する大気と窒素とが置換された後における被接合部材冷却部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量であることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１５】
請求項１ないし６のいずれかに記載の固相接合装置において、前記搬送機構は前記被接合材を間欠的に移動させ、前記接合部は前記表面処理部の被接合材搬出側に隣接して設けられて前記搬送機構上の前記被接合材を接合することを特徴とする固相接合装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の固相接合装置において、前記表面処理部は、内部に前記反応性ハロゲン系ガスが供給されるとともに、前記被接合材を包囲、開放自在な処理フードを有することを特徴とする固相接合装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の固相接合装置において、前記接合部の被接合材搬出側に前記接合部に隣接して配置され、接合した前記被接合材が通過する第２大気制限室を設けたことを特徴とする固相接合装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の固相接合装置において、前記第２大気制限室は、内部が排気されていることを特徴とする固相接合装置。
【請求項１９】
請求項１５ないし１８のいずれかに記載の固相接合装置において、前記接合部は、乾燥気体供給部に接合してあり、乾燥気体中で被接合材を接合することを特徴とする固体接合装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の固体接合装置において、前記乾燥気体は、露点が−２０℃以下であることを特徴とする固相接合方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載の固相接合装置において、前記乾燥気体は、窒素またはドライエアであることを特徴とする固相接合方法。
【請求項２２】
請求項１９ないし２１のいずれかに記載の固相接合装置において、前記接合部に供給する乾燥気体の量は、乾燥気体が窒素である場合に、接合部内に存在する大気と窒素とが置換された後における接合部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量であることを特徴とする固相接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液相を介さずに母材（被接合材）を接合する方法を実施するための装置に係り、特に被接合材を反応性ハロゲン系ガスによって表面処理をしたのちに接合する固相接合方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅や錫などの金属は、空気に晒されると、空気中の酸素や水分と反応して酸化され、表面に自然酸化膜が形成される。このため、従来は、金属を半田などによって接合する場合、一般にフラックスを用いて自然酸化膜を除去することが行なわれている。しかし、フラックスを用いた半田による接合（半田付け）は、精密電子機器などの場合、接合後に残存するフラックスによる影響を避けるため、フラックスを洗浄して除去する必要がある。また、通常の半田は、有害な鉛を含んでおり、環境への影響が懸念されるため、鉛を含まない半田で接合する技術の開発が望まれていた。そして、本発明者等は、鉛フリー半田を含む金属などの被接合材をフッ素ガスやフッ化水素ガスなどの反応性ハロゲン系ガスによって表面処理したのち、被接合材をその融点以下に保持して固相接合する固相接合方法を開発して特許出願した。図５は、その固相接合方法を説明する図である。
【０００３】
図５において、表面処理部１０は、放電発生手段１２が処理ガス供給部を構成していて、後述するように、放電発生手段１２において生成した反応性ハロゲン系ガスを、処理ガス供給配管１４を介して処理室１６に処理ガスとして供給する。そして、放電発生手段１２は、ガス流入側が原料配管１８を介して原料ガス供給源２０に接続してあって、例えばＣＦ4 などの安定なハロゲン系ガスが原料ガス供給源２０から供給される。この原料ガス供給源２０が供給するＣＦ4 の量は、原料配管１８に設けた流量制御弁２２によって調整できるようにしてある。
【０００４】
原料配管１８には、流量制御弁２２の上流側と下流側とに一端を接続した分岐配管２４、２６を介して水蒸気供給部２８が接続してある。この水蒸気供給部２８は、水槽３０中の水３２をヒータ３４によって加熱して水蒸気を発生させるようになっていて、ＣＦ4 を水３２の上部を通過させることにより、水蒸気をＣＦ4 とともに放電発生手段１２に供給できるようにしてある。そして、分岐配管２４には、水蒸気供給部２８に流入させるＣＦ4 の量を調節するための流量制御弁３６が設けてある。
【０００５】
放電発生手段１２は、ＣＦ4 と水蒸気との混合ガスを介した沿面放電やコロナ放電などの気体放電によってこれらを反応させ、ＦやＦ2 、ＨＦなどの反応性ハロゲン系ガス（反応性フッ素系ガス）生成し、処理ガス供給配管１４に送り出す。この処理ガス供給配管１４には、流量制御弁３８を備えた希釈ガス配管４０が接続してあって、希釈ガス配管４０を介して窒素ガス供給源４２から希釈ガスである窒素ガスが流入するようになっている。また、窒素ガス供給源４２と処理室１６との間には、流量制御弁４４を有するパージガス配管４６が設けてあって、処理室１６に窒素ガスを供給して処理室１６内を窒素ガスによって置換できるようにしている。
【０００６】
処理室１６は、ヒータ４８が設けてあって、内部に配置した金属板や半導体チップなどの被接合材（ワーク）５０を所定の温度に加熱できるようにしてある。また、処理室１６には、排気配管５２を介して排気部５４が接続してある。排気部５４は、例えば除害手段５６と排気ブロワ５８とによって構成してあって、処理室１６に供給された表面処理用の処理ガスを無害化して大気中に放出できるようになっている。なお、分岐配管２６と、原料配管１８の分岐配管２６との接続部から放電発生手段１２までの間、および処理ガス供給配管１４には、配管ヒータ６０が周囲に配設してあって、これらの配管内における水蒸気やフッ化水素（ＨＦ）の結露を防止している。
【０００７】
このようになっている表面処理部１０は、処理室１６に被接合部材５０を配置したのち、ヒータ４８によって被接合材５０を所望の温度に加熱するとともに、パージガス配管４６を介して窒素ガス供給源４２から窒素ガスを処理室１６に導入し、処理室１６内を窒素ガスにより置換する。そして、所定時間の窒素ガスによる置換が終了したならば、放電発生手段１２において生成した反応性フッ素系ガスを、処理ガス供給配管１４を介して処理室１６に供給し、被接合材５０の表面処理を行なう。この際、希釈ガス配管４０を介して窒素ガス供給源４２から窒素ガスを処理ガス供給配管１４に導入し、処理ガス中の反応性ハロゲン系ガスの濃度を所定の濃度に希釈する。所定時間被接合材５０の表面処理が終了したならば、処理室１６への処理ガスの供給を停止するとともに、再び処理室１６内を窒素ガスによって置換し、表面処理にばらつきが生じないようにする。
【０００８】
表面処理を終了した被接合部材５０は、接合処理部７０に移送され、同様にして表面処理をした、または表面処理をしていない他方の被接合材５０ａと接合される。接合処理部７０は、被接合材５０、５０ａを配置するヒータを内蔵した下側加熱治具７２と、下側加熱治具７２の上方に配置したヒータを内蔵した上側加熱治具７４とを有し、上側加熱治具７４がプレスなどの加圧手段７６に装着してある。そして、加圧手段７６を作動させて上側加熱治具７４を下降させ、上側加熱治具７４と下側加熱治具７２とによって被接合材５０、５０ａを加圧することにより、被接合材５０、５０ａを所定の温度に加熱しつつ固相状態で接合するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した反応性ハロゲン系ガスによって表面処理をしたのちに接合する固相接合方法においては、大気中の水分の影響による表面処理のばらつきを避けるために、被接合材５０の表面処理の前後において処理室１６内を窒素ガスによる置換を行ない、ヒータ４８によって処理室１６および被処理材５０を加熱するようにしている。ところが、処理室１６内を表面処理の前後に窒素ガスによって置換する場合、それぞれの置換に数分から数１０分の時間を必要とする。この時間は、接合処理部７０における接合時間（例えば半導体チップの実装工程などでは約１０秒／ワーク以下）に比較して非常に長く、接合処理が表面処理の工程に律速される。すなわち、上記の技術は、基礎実験レベルのものであって、生産性を考慮しておらず、接合の安定化、再現性を図るために処理時間、接合上がりまでの時間が長く、量産に適用するには不向きである。そして、表面処理した被接合材５０を貯めてまとめて接合処理をする場合、表面処理をした被接合材５０を大気に晒すと、大気中の水分の影響により表面処理の効果が低下するため、表面処理をした被接合材５０を保管するのに、窒素などの不活性ガス中で保管しなければならないなど、取扱いが面倒でコストもかかる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてみてなされたもので、表面処理から接合処理までを、量産化に適した短いタクトで、しかも安定した接合が得られるようにすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に関連する固相接合方法は、接合する被接合材の少なくとも一方を搬送しつつ乾燥気体の存在するドライ領域と、前記被接合材に反応性ハロゲン系ガスを接触させて表面処理を行なう表面処理領域とを連続して通過させたのち、前記被接合材を固相状態で接合することを特徴としている。
【００１２】
このようにした技術では、被接合材を搬送しつつドライ領域を通過させることにより大気中の水分の影響をなくせ、表面処理領域において安定したむらのない表面処理を行なうことができ、固相接合において安定したばらつきのない固相接合を行なうことができる。しかも、被接合材を搬送しながらドライ領域を通過させるようにしているため、従来のような窒素ガスによる置換工程を必要とせず、短時間で表面処理をすることが可能となり、表面処理の時間を固相接合処理の時間に合わせることができ、量産化が可能となる。そして、本発明の固相接合は、半導体実装の分野などにおける金属と金属との固相接合、または金属と非金属との固相接合、さらには例えばシリコン（Ｓｉ）系材料同士、マイクロマシンや半導体接合の分野等の非金属と非金属との接合などに適用可能である。
【００１３】
反応性ハロゲン系ガスは、フッ素やフッ化水素などの反応性フッ素系ガスであってよく、材質によっては塩化水素などを用いることができる。そして、被接合材を加熱してドライ領域を通過させると、一層大気中の水分の影響を避けることができ、表面処理の安定化を図ることができる。また、加熱して表面処理領域を通過させると、被接合材と反応性ハロゲン系ガスとの反応を促進することができ、表面処理の時間を短縮することが可能で、表面処理の困難な被接合材であっても、短時間で表面処理をすることができる。また、ドライ領域に加熱した乾燥気体を供給すると、加熱するドライ領域の温度を安定させることができ、被接合材の加熱温度が安定して表面処理のばらつきを防ぐことができる。
【００１４】
既存の接合装置に上記のような接合方法を適用する場合、被接合材を既存の接合装置まで移送する必要がある。そこで、被接合材は、表面処理領域を通過した直後に、乾燥気体が供給される乾いた雰囲気中で冷却するとよい。被接合材を高温状態で大気に接触させると、大気中の水分が被接合材の表面に存在しているフッ素と反応して表面処理の効果を減殺する。従って、被接合材を乾燥した雰囲気中で冷却することにより、表面処理の効果を維持したまま既存の接合装置に供給することができる。
【００１５】
接合は、表面処理領域を通過した直後に行なうようにすると、被接合材が加熱されて高温となっているため、接合が容易に、短時間で行なえて接合に好都合であるばかりでなく、被接合材が大気に触れるのを避けることができ、大気中の水分の影響を防止できてより安定した接合を行なえる。被接合材の搬送は、被接合材を間欠的に移動させて行なうようにすると、加圧しつつ接合を行なう場合に、被接合材の加圧を容易に行なえる。また、接合は、乾燥気体が供給される乾いた雰囲気中で行なうことにより、大気中の水分の影響をなくすことができ、接合の安定性を高めることができる。
【００１６】
乾燥気体は、露点が−２０℃以下であることが望ましい。露点が−２０℃であれば、水分の影響をほとんど受けることがない。そして、乾燥気体は、窒素またはドライエアであってよい。これらは、比較的安価で、容易に入手することが可能である。ただし、被接合材が酸化しやすいものである場合、ドライエアでなく窒素を用いるようにする。また、接合は、被接合材を加熱して行なうようにするとよい。被接合材を加熱しながら接合すると、被接合材の表面に存在するフッ素などのハロゲンが容易に被接合材（相手も含む）に中に拡散するため、接合時間を短くすることができる。さらに、接合は、被接合材の接合面を相互に加圧して行なうとよい。加圧することにより、接合面における接触面積が増大し、接合時間を短縮できるとともに、接合強度を高めることができる。
【００１７】
上記の固相接合方法を実施するための固相接合装置は、処理ガス供給部から供給された反応性ハロゲン系ガスを被接合材に接触させて表面処理を行なう表面処理部と、この表面処理部の内部を排気する排気部と、前記表面処理部の被接合材搬入側に隣接して設けられ、乾燥気体供給源から乾燥気体が供給されるドライ領域部と、前記被接合材を前記ドライ領域部と前記表面処理部とを連続して通過させる搬送機構と、前記表面処理部を通過した前記被接合材を固相状態で接合する接合部と、を有する構成となっている。
【００１８】
ドライ領域部と表面処理部とは、被接合材を加熱する加熱手段を設けることができる。また、ドライ領域部に供給する乾燥気体は、加熱することが望ましい。そして、処理ガス供給部と表面処理部とを結ぶ処理ガス供給管路に、表面処理部と排気部とを処理ガス供給部に切換え接続する切換弁が設けるとよい。このようにすることにより、処理ガス供給部を放電ユニットなどによって構成した場合、放電ユニットを常時運転して放電を安定させて反応性ハロゲン系ガスの生成を安定して行なうようにし、被接合材の表面処理のときにだけ、表面処理部に反応性ハロゲン系ガスを含む処理ガスを供給することにより、表面処理のばらつきをなくすことができる。
【００１９】
ドライ領域部の被接合材搬入側にドライ領域部に隣接して配置され、被接合材が通過する大気制限室が設けることができる。ドライ領域部の被接合材の搬入側に大気制限室を設けることにより、ドライ領域部に大気が直接進入するのを防止でき、ドライ領域部における大気中の水分による影響を防ぐことができる。また、大気制限室の内部を排気することにより、ドライ領域部における大気の影響をより確実に防止できる。
【００２０】
表面処理部の被接合材搬出側に表面処理部に隣接して配置され、乾燥気体が供給されて前記被接合材を乾燥雰囲気中で冷却する被接合材冷却部が設けてよい。このように被接合材冷却部を設けて表面処理の終了直後に被接合材を冷却すると、既存の接合装置に大気の水分による影響の少ない、表面処理した被接合材を容易に供給することが可能となる。そして、被接合材冷却部の被接合材搬出側に被接合材冷却部に隣接し被接合材が通過する第２大気外気制限室を設けることにより、被接合材冷却部への大気の侵入を阻止することができる。この第２大気制限室は、ドライ領域部の被処理材搬入側と同様に内部を排気することが望ましい。
【００２１】
接合部に乾燥気体供給部を接続し、乾燥気体中で被接合材を接合することにより、より安定した接合が可能となる。乾燥気体は、露点が−２０℃以下であることが望ましい。乾燥気体は、窒素またはドライエアであってよい。そして、ドライ領域部に供給する乾燥気体の量は、乾燥気体が窒素である場合に、ドライ領域部内に存在する大気と窒素とが置換された後におけるドライ領域部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量であることが望ましい。このような流量を確保することにより、大気の影響を確実に避けることができる。また、被接合材冷却部に供給する乾燥気体の量は、前記と同様に、乾燥気体が窒素である場合に、被接合材冷却部内に存在する大気と窒素とが置換された後における被接合部材冷却部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量であることが望ましい。
【００２２】
さらに、搬送機構は被接合材を間欠的に移動させ、接合部は表面処理部の被接合材搬出側に隣接して設けられて搬送機構上の被接合材を接合するように構成すると、表面処理部で加熱された被接合材が冷却されない内に接合でき、接合に好都合で、被接合材の加熱エネルギーも節減できる。そして、表面処理部は、内部に前記反応性ハロゲン系ガスが供給されるとともに、被接合材を包囲、開放自在な処理フードを有するようにすると、表面処理のときにだけ処理フード内に表面処理用のガスを供給することにより、処理ガスが周囲に漏れるのを防ぐことが容易で、安全性を向上することができる。また、接合部の被接合材搬出側に前記接合部に隣接して配置され、接合した前記被接合材が通過する第２大気制限室を設け、接合部に大気の影響を与えないようにすることができる。この場合においても、第２大気制限室は、内部を排気するとよい。さらに、接合部は、乾燥気体供給部に接合して乾燥気体中で被接合材を接合するとよい。乾燥気体は、露点が−２０℃以下が望ましい。乾燥気体は、窒素またはドライエアであってよい。また、接合部に供給する乾燥気体の量は、乾燥気体が窒素である場合に、接合部内に存在する大気と窒素とが置換された後における接合部内の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となる量に相当する量とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る固相接合装置の好ましい実施の形態を、添付図面にしたがって詳細に説明する。なお、前記従来技術において説明した部分に相当する部分に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る固相接合装置の説明図である。図１において、接合装置８０は、表面処理工程部９０と、従来技術において説明した接合処理部（接合部）７０とから構成してある。表面処理工程部９０は、処理ガス供給配管１４が接続してある処理ユニット９２を有ている。この処理ユニット９２は、ワークである被接合材５０を矢印９４のように搬送する搬送機構９６に沿って設けてある。そして、搬送機構９６は、実施形態の場合、チェーンコンベヤによって構成してあって、被接合材５０を図示しないトレーに載せて搬送するようになっている。また、搬送機構９６は、実施形態の場合、所定の時間間隔で被接合材５０を間欠的に移動するようにしてある。
【００２５】
処理ユニット９２は、搬送機構９６に沿った中央部が表面処理部（表面処理領域）９８となっている。そして、表面処理部９８には、下部に被接合材５０を加熱するための加熱手段であるヒータ９９が設けてある。このヒータ９９は、被接合材５０を配置したトレーが停止する位置に設けてあって、トレーの下面と接触するようになっている。また、ヒータ９９の上方には、処理ガス供給管１４に接続した処理フード１００が昇降自在に配設してある。
【００２６】
すなわち、処理フード１００は、図２に示したように、上部が表面処理部９８の天井部に設置したシリンダなどの昇降機１０２に連結してあって、昇降自在となっている。また、処理フード１００は、中央下部に被接合材５０を受入れ可能な処理凹部１０４が形成してある。さらに、処理フード１００は、処理凹部１０４の両側にガス導入路１０６とガス排出路１０８とが形成してあって、ガス導入路１０６から流入した表面処理用の処理ガス１１０が処理凹部１０４を通過し、ガス排出路１０８を介して排気配管５２に排気ガス１２０として流出するようにしてある。そして、処理フード１００は、周縁部の下端にＯリングなどからなるシール部材１１２が設けてあって、被接合材５０を配置したトレー上に処理フード１００を降ろしたときに、その内部を外部から遮断し、処理ガス１１０が外部に漏れないようにしてある。また、処理フード１００は、ガス導入路１０６とガス排出路１０８との上端と、表面処理部９８の天井部との間に伸縮管１１４、１１６が接続してあって、ガス導入路１０６とガス排出路１０８とがこれらの伸縮管１１４、１１６を介して処理ガス供給配管１４と排気配管５２とに接続してあって、昇降機１０２による昇降動作に支障を生じないようになっている。
【００２７】
なお、処理フード１００に代えて図３に示した処理ガン１３０を用いてもよい。この処理ガン１３０は、中央部にパイプ状のガス流入路１３２が形成してあり、その周囲にガス排出路１３４が設けてあって、ガス排出路１３４が排気配管５２を介して排気部５４に接続される。このように形成した処理ガン１３０は、被接合材５０の一部を表面処理するのに好適である。また、ガス流入路１３２を図３の紙面に直交した方向に延在させて帯状の流路とするとともに、ガス排出路１３４をそれに対応して帯状にし、ガス流入路１３２の両側に配置することにより、被接合材５０の一部を線状に表面処理することができる。
【００２８】
処理ユニット９２は、表面処理部９８の被接合材搬入側（以下、ワーク搬入側という）にドライ領域部１３６が隣接して設けてある。このドライ領域部１３６は、下部に被接合材５０の搬送方向に沿って、被接合部材を加熱するための加熱手段である２つの第１ヒータ１３８と第２ヒータ１４０とが配設してある。これらのヒータ１３８、１４０は、搬送機構９６によって搬送される被接合材５０の停止位置に対応して設けてあって、上部が被接合材５０を配置した図示しないトレーの下面と接触するようになっている。また、ドライ領域部１３６の天井面には、第１ヒータ１３８、第２ヒータ１４０に対応して赤外線ヒータ１４２、１４４が設けてあって、被接合材５０を上方からも加熱できるようにしている。
【００２９】
ドライ領域部１３６は、隔壁１４５によって表面処理部９８と区画され、天井部にドライガス配管１４６を介して、ドライガス供給部となる窒素ガス源１４８が接続してある。そして、ドライガス配管１４６には、配管ヒータ６０が取り付けてあって、窒素ガス源１４８からの窒素ガスを所定の温度に加熱してドライ領域部１３６に供給できるようになっているとともに、流量制御弁１５０が設けてあり、ドライ領域部１３６に供給する窒素ガスの流量を制御できるようにしてある。また、ドライガス配管１４６は、ドライ領域部１３６の表面処理部９８に近い位置に接続してあって、後述するように、窒素ガスがドライ領域部１３６のワーク搬入側に隣接して設けた第１大気制限室１５４側に流れるようにしてある。
【００３０】
第１大気制限室１５４は、隔壁１５２によってドライ領域部１３６と区画されている。この第１大気制限室１５４は、ドライ領域部１３６や表面処理部９８に大気が侵入するのを防ぐためのもので、天井部に接続した排気管１５６を介して内部を排気できるようになっている。そして、排気管１５６には、ダンパ１５８が取り付けてあって、排気風量を調節できるようになっていてる。また、第１大気制限室１５４は、ワーク搬入側の外壁１６０の下部に、被接合材５０を受け入れるワーク入口１６２が形成してある。このワーク入口１６２は、被接合材５０が通過できる程度の大きさとなっていて、例えば被接合材５０より高さで１ｍｍ、左右方向１〜２ｍ程度大きくしてある。
【００３１】
表面処理部９８のワーク搬出側（被接合材搬出側）には、ワーク冷却部１６４が設けてある。ワーク冷却部１６４は、隔壁１６６を介して表面処理部９８に隣接している。そして、ワーク冷却部１６４には、天井部の表面処理部９８に近い位置にドライガス配管１６８の先端部が接続してある。このドライガス配管１６８の基端側は、流量制御弁１７１を介して窒素ガス源１４８に接続してあって、窒素ガス源１４８から窒素ガスが流入するようになっている。ただし、ワーク冷却部１６４に接続したドライガス配管１６８は、配管ヒータが設けられておらず、冷たい窒素ガスが流入し、表面処理を終了した被接合材５０を効率よく冷却できるようにしている。また、ワーク冷却部１６４の下部には、搬送機構９６に沿って第１冷却板１６７と第２冷却板１６９との２つが配設してあって、被接合材５０を冷却できるようになっている。これらの冷却板１６７、１６９は、上面が被接合材５０を配置したトレーの下面と接触するようにしてある。
【００３２】
ワーク冷却部１６４のワーク搬出側には、隔壁１７０を介して第２大気制限室１７２が設けてある。この第２大気制限室１７２は、ワーク冷却部１６４、表面処理部９８に大気が侵入するのを防止するためのもので、排気管１７４を介して内部が排気され、ワーク冷却部１６４側から窒素ガスが流入する。また、排気管１７４には、ダンパ１７６が設けてあって、排気量を調節できるようにしてある。そして、第２大気制限室１７２を形成している外壁１７８の下部には、第１大気制限室１５４に設けたワーク入口１６２と同様のワーク出口１８０が形成してある。
【００３３】
表面処理部９８に接続した排気配管５２には、排気部５４が設けてあって、表面処理を終了した処理ガスを図２に示した排気ガス１２０として除害手段５６に導入できるようにしてある。また、処理ガス供給配管１４には、切換弁１８２が設けてある。この切換弁１８２には、バイパス１８４を介して排気配管５２が接続してあり、切換弁１８２を操作することにより、放電発生手段１２を表面処理部９８と排気配管５２とに切り換えて接続できるようになっている。そして、処理ガス供給部を構成している放電発生手段１２には、ヒータ１８６が設けてあって、放電発生手段１２内における水蒸気の結露を防止して放電を容易に発生させられるようにするとともに、安定した放電が得られるようにしてある。
【００３４】
なお、この実施形態の場合、処理ガス供給配管１４には、希釈ガス供給部が接続されておらず、処理ガスを希釈しないような構造となっているが、従来と同様に窒素などによって放電発生手段１２において生成した処理ガスを希釈するようにしてもよい。そして、この実施形態においては、放電発生手段１２のガス導入側は、図５において説明した従来技術と同様に構成してある。さらに、処理ユニット９２は、搬送機構９６に沿った両側部と下部とに、搬送機構９６を覆うように図示しない側壁と底板とが設けてあって、側部や底部から大気が流入したり、処理ガスが周囲に漏れるのを防止している。また、各隔壁１４５、１５２、１６６、１７０の下部は、トレーに配置した被接合材５０が通過可能に形成してある。
【００３５】
このように構成した第１実施形態においては、表面処理の処理ガスとしてフッ素ガス（Ｆ2 ）を使用する場合、水蒸気供給部２８にＣＦ4 を供給せず、原料配管１８に設けた流量制御弁２２を通過させたＣＦ4 のみを放電発生手段１２に供給する。これにより、放電発生手段１２に供給されたＣＦ4 は、放電発生手段１２における気体放電によって、
【化１】
0004164727.tif 000002
のように反応して反応性ハロゲン系ガスであるＦ2 を生成する。
【００３６】
また、反応性ハロゲン系ガスがＨＦである場合、原料ガス供給源２０からのＣＦ4 の一部を水蒸気供給部２８に導入し、放電発生手段１２に水蒸気を添加したＣＦ4 を供給する。そして、ＣＦ4 と水蒸気との混合ガスを介した気体放電を発生させると、
【化２】
0004164727.tif 000003
のように反応してＨＦが生成される。これらの反応性ハロゲン系ガス（反応性フッ素系ガス）は、処理ガス供給配管１４を介して表面処理部９８に設けた処理フード１００に供給される。
【００３７】
なお、放電発生手段１２にＣＦ4 と水蒸気との混合ガスを供給する場合、分岐配管２６、原料配管１８および処理ガス供給配管１４に設けた配管ヒータ６０に通電し、これらの配管を適宜の温度に加熱してこれらの配管中に結露を生じないようにする。放電発生手段１２に水蒸気を供給しない場合、これらの配管を加熱しなくともよい。ただし、処理ガス供給配管１４を加熱して加熱した処理ガス１１０を処理フード１００に供給すると、表面処理を促進することができる。そして、第１大気制限室１５４と第２大気制限室１７２との内部を吸引、排気し、ドライ領域部１３６から矢印１８３のように第１大気制限室１５４に窒素ガスが流入し、矢印１８５のようにワーク冷却部１６４から第２大気制限室１７２に窒素ガスが流入するようにするとともに、ドライ領域部１３６、ワーク冷却部１６４に大気が侵入しないようにする。実施形態の場合、ドライ領域１３６とワーク冷却部１６４とに供給する窒素ガスの量は、これらの上部における酸素濃度が５００ｐｐｍ以下となるようにしている。
【００３８】
被接合材５０が図示しないワーク供給ロボットによって搬送機構９６に設けたトレー上に配置され、搬送機構９６によって一定の時間間隔で間欠的（ステップ状）に矢印９４のように搬送される。実施形態の場合、搬送機構９６は、被接合材５０を所定距離だけ移動させると、約１０秒間停止し、その後再び被接合材５０を所定距離だけ移動させるようになっている。そして、被接合材５０は、第１大気制限室１５４を通過し、ドライガス配管１４６によって加熱した窒素ガスが供給されているドライ領域部１３６に導入され、第１ヒータ１３８の上にトレーごと停止し、第１ヒータ１３８と赤外線ヒータ１４２とによって約１０秒間加熱される。１０秒が経過すると、搬送機構９６は、被接合材５０を配置したトレーを第２ヒータ１４０の上に搬送して停止する。被接合材５０は、第２ヒータ１４０と赤外線ヒータ１４４とによって約１０秒間加熱され、所定の温度になる。このように、ドライ領域部１３６において被接合材５０を２段階に分けて加熱することにより、第１ヒータ１３８、第２ヒータ１４０の出力が比較的小さくても、被接合材５０を確実に所定の温度まで加熱することができる。
【００３９】
第２ヒータ１４０によって１０秒間加熱された被接合材５０は、搬送機構９６によって表面処理部９８のヒータ９９の上に搬入される。ヒータ９９は、ドライ領域１３６において加熱された被接合材５０の温度が低下するのを防止する。そして、被接合材５０が表面処理部９８に搬入されると、図示しない制御装置が図２に示した昇降機１０２を作動し、処理フード１００を下降させて被接合材５０を処理フード１００によって包囲するとともに、切換弁１８２を切り換えて放電発生手段１２と処理フード１００とを処理ガス供給配管１４を介して連通する。これにより、前記したＦ2 またはＨＦを含んだ処理ガスが処理フード１００に供給され、被接合材５０の表面処理が行なわれる。
【００４０】
表面処理部９８における所定時間（この実施形態においては１０秒未満）の表面処理が終了すると、制御装置は、切換弁１８２を切り換えて放電発生手段１２を排気配管５２にバイパス１８４を介して接続し、放電発生手段１２において生成した処理ガス１１０を排気部５４の除害装置に導くとともに、昇降機１０２を作動して処理フード１００を上昇させる。そして、搬送機構９６は、被接合材５０を表面処理部９８に搬入してから１０秒が経過すると、被接合材５０をワーク冷却部１６４の第１冷却板１６７の上に移送する。被接合材５０は、第１冷却板１６７によって１０秒間冷却される。その後、被接合材５０は、、搬送機構９６によって第２冷却板１６９に移され、第２冷却板１６９によってさらに１０秒間冷却されてほぼ室温となる。このように、被接合材５０を２段階によって冷却するため、被接合材５０の冷却を迅速、確実に行なうことができる。また、被接合材５０は、ほぼ室温まで冷却されるため、短時間大気に晒されたとしても、大気中の水分によって表面処理の効果が低下するようなことがない。
【００４１】
ワーク冷却部１６４において冷却された被接合材５０は、搬送機構９６によって第２大気制限室１７２に搬送され、さらに出口１８０から処理ユニット９２の外部に搬出される。処理ユニット９２の外部に搬出された被接合材５０は、比較的短時間（例えば、３０分以内）に接合処理部７０に搬入され、図示しないロボットによって下側加熱治具７２の上に配置される。そして、被接合材５０の上に、前記と同様にして表面処理をした、または表面処理をしていない他方の被接合材５０ａが配置され、上下の加熱治具７２、７４によって加熱されつつ加圧され、相互に接合される。
【００４２】
なお、被接合部材５０、５０ａの周囲を窒素ガス雰囲気とすることにより、被接合材５０、５０ａを加熱したときに、大気中の水分による影響を防ぐことができ、安定した接合を行なうことができる。そして、実施形態においては、加熱した状態で接合するため、被接合材５０の表面に存在するフッ素が被接合材５０、５０ａの内部に迅速に拡散し、接合時間を短縮できるとともに、接合強度を向上することができる。また、加圧して接合するため、両者の接触面積が増大して接合強度を大きくすることができる。
【００４３】
このように、実施の形態においては、被接合部材５０を搬送機構９６によってドライ領域部１３６を通過させたのち、表面処理部９８に導入して表面処理を行なうようにしているため、従来の窒素による置換工程を必要とせず、接合処理部７０における接合時間に合わせた表面処理を行なうことができ、量産化に適したタクトを持って表面処理と接合処理とを行なうことができる。しかも、ドライ領域部１３６と表面処理部９８とを連続して通過させているため、大気中の水分の影響を受けることなく表面処理を行なえ、表面処理を安定してむらを生ずることなく行なえ、接合処理の安定性を向上することができる。また、実施形態においては、処理フード１００を降下させて被接合材５０を包囲したときにだけ処理ガスを供給するようにしているため、表面処理のばらつきをなくすことができる。
【００４４】
なお、前記実施の形態においては、搬送機構９６が間欠的に被接合材５０を移動させる場合について説明したが、連続的に移動させるようにしてもよい。この場合、処理フード１００は、被接合材５０を配置したトレーには接触させないで被接合材の表面処理を行なう。あるいは、図３に示したような処理ガンを用いてもよい。また、ヒータ１３８、１４０、９９や冷却板１６７、１６９は、連続的に形成してよい。そして、前記実施形態においては、反応性ハロゲン系ガスがフッ素系ガスである場合について説明したが、塩化水素などであってもよい。さらに、前記実施形態においては、乾燥気体として窒素ガスを用いた場合について説明したが、露点が−２０℃以下の乾燥空気であってもよい。また、被接合材５０が錫やシリコンなどの表面処理を容易に行なえるような物質である場合には、ドライ領域部１３６におけるヒータ１３８、１４０、赤外線ヒータ１４２、１４４、表面処理部９８におけるヒータ９９を必要としない。そして、前記実施の形態においては、被接合材５０、５０ａを接合する際に、ヒータを内蔵した加熱治具７２、７４によって加熱する場合について説明したが、超音波等を併用してもよい。
【００４５】
図４は、第２実施形態を示したものである。この第２実施形態に係る接合装置１９０は、表面処理工程部１９２と接合処理部７０とが一体化してある。すなわち、処理ユニット９２は、表面処理部９８のワーク搬出側に、図１に示したワーク冷却部１６４に代えて接合処理部７０が配置してある。この接合処理部７０は、ワーク搬入側が隔壁１６６によって表面処理部９８と区画されており、ワーク搬出側が隔壁１７０によって第２大気制限室１７２と区画されている。そして、接合処理部７０は、天井部に窒素ガス源１４８に接続したドライガス配管１６８が取り付けてあって、窒素ガスの雰囲気中で被接合材５０、５０ａの接合を行なえるようになっている。他の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。
【００４６】
このように構成した第２実施形態においては、搬送機構９６によって被接合材５０を間欠的に移動させ、表面処理部９８において前記と同様にして表面処理を行なう。そして、表面処理を終了した被接合材５０は、搬送機構９６によってそのまま接合処理部７０の下側加熱治具７２の上に搬入され、図示しないロボットなどによって搬入されて被接合材５０の上に配置された被接合材５０ａと接合される。
【００４７】
この第２実施形態においては、被接合材５０を表面処理部９８において表面処理した直後に接合するようになっており、加熱状態状態で搬入された被接合材５０を接合するため、接合の際の加熱エネルギーを節減することができる。また、被接合材５０は、表面処理の直後に接合されるため、大気に触れることがなく、接合を安定して行なえ、大きな接合強度を得ることができる。しかも、窒素ガス中で接合されるため、接合をより安定して行なうことができる。
【００４８】
【実施例】
図１に示した接合装置８０を用いて錫（Ｓｎ）と金（Ａｕ）との固相接合を行なった。錫は直径２ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットであって、金は一辺が１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの正方形の銅板にニッケルメッキをし、その上に金を０．１μｍメッキしたものを使用した。また、処理フード１００の内部の容積は約２０ｍＬであり、ドライ領域部１３６、ワーク冷却部１６４の容積は約３０００ｍＬ、第１大気制限室１５４、第２大気制限室１７２の容積は約８５０ｍＬである。そして、第１大気制限室１５４に設けたワーク入口１６２と、第２大気制限室１７２に設けたワーク出口１８の大きさは、錫ペレットの上方に１ｍｍ、左右にそれぞれ１ｍｍ程度の間隙を有する程度の大きさである。
【００４９】
ドライ領域部１３６とワーク冷却部１６４とに供給した窒素ガスの流量は、２２Ｌ／ｍｉｎである。そして、第１大気制限室１５４と第２大気制限室１７２との内部は、吸引して排気し、大気がドライ領域部１３６とワーク冷却部１６４とに流入しないようにした。これらの大気制限室１５４、１７２の排気量は、ダンパ１５８、１７６によって調節し、ワーク入口１６２、ワーク出口１８０から大気制限室１５４、１７２の内部側に流入する方向の風速が０．５ｍ／ｓｅｃ以下となるようにした。このとき、ドライ領域部１３６、ワーク冷却部１６４、および表面処理部９８内の上部における酸素濃度（置換度合）は約５００ｐｐｍであって、流入方向の風速をさらに小さくしても酸素濃度は変わらなかった。
【００５０】
放電発生手段１２には、水蒸気供給部２８を通さないドライなＣＦ4 を１００ｍＬ／ｍｉｎ、水蒸気供給部２８を通して水蒸気を添加したＣＦ4 を５０ｍＬ／ｍｉｎ供給した。ただし、水蒸気供給部２８の水３２の温度は、ヒータ３４によって２５℃に加熱した。そして、放電発生手段１２は、ヒータ１８６をによって内部を約１００℃に加熱した。また、放電発生手段１２は、電源電極とアース電極との間に、周波数が約２５ｋＨｚ、ピーク−ピークで約３ｋＶの電圧を印加して放電を気体発生させた。これによって生成された処理ガスの反応性フッ素系ガスの濃度は、ＨＦ濃度換算で約６５０００ｐｐｍであった。
【００５１】
第１ヒータ１３８、第２ヒータ１４０および赤外線ヒータ１４２、１４４は、設定値で１３０℃にした。また、表面処理部９８のヒータ９９も設定値で１３０℃にした。そして、ワーク冷却部１６４の第１冷却板１６７と第２冷却板１６９は、表面温度が約５℃となるように調整した。なお、前記ヒータ、前記冷却板は、装置の立ち上げ時に加熱、冷却操作を行なって安定化させた。
被接合材となる錫ペレットは、金属製のトレーに載せて搬送機構（チェーンコンベヤ）９６によって間欠的に移動させて表面処理部９８で表面処理を行なった。停止した位置における滞在時間は１０秒間である。そして、錫ペレットを２ステップでドライ領域部１３６を通過させ、第１、第２ヒータ１３８、１４０のそれぞれによって１０秒間ずつ加熱したところ、錫ペレットは１００℃まで加熱された。この加熱された錫ペレットを表面処理部９８に搬入し、設定温度１３０℃に設定してあるヒータ９９によって加熱し、錫ペレットを１００℃に維持した状態で表面処理を行なった。表面処理は、錫ペレットが搬入されてから処理フード１００を下降して錫ペレットの周囲を密閉し、切換弁１８２を切り換えて放電発生手段１２から処理ガスを処理フード１００内に供給し、表面処理を行なった。
【００５２】
表面処理部９８に搬入してから１０秒が経過したのち、搬送機構９６によって錫ペレットをワーク冷却部１６４に搬入し、第１冷却板１６７と第２冷却板１６９との上に１０秒間ずつ滞在させ、ワーク冷却部１６４を２ステップで通過させたところ、錫ペレットの温度が約３０℃まで低下した。そして、処理ユニット９２の外部に搬出された錫ペレットを、表面処理をしていない銅板に金メッキをした前記した金試料と固相状態で接合した。
【００５３】
接合は、ヒータを備えた下側加熱治具７２の上に金試料を配置し、その上に錫ペレットを配置して上下の加熱治具７２、７４によって両者を挟み、両者を大気中で加熱しつつ加圧して接合した。加熱温度は、加熱治具７２、７４に内蔵させたヒータにより接合面の温度が１５０℃になるようにした。接合圧力は、約６．３Ｎ／ｍｍ2 であって、接合時間は５秒間である。
【００５４】
このようにして行なった表面処理した錫ペレットと、表面処理をしていない金試料との固相接合は良好に行なわれ、せん断強度を測定したところ、錫ペレットが破壊される程度の強度を得ることができた。また、複数回実験を行なったところ、再現性も良好であった。
【００５５】
なお、図４に示した第２実施形態に係る接合装置１９０において、接合処理部７０に金試料を搬入し、上記と同様に表面処理した錫ペレットと窒素ガス中で接合したところ、同様の結果を得ることができた。
【００５６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、被接合材を搬送しつつドライ領域を通過させることにより大気中の水分の影響をなくせ、表面処理領域において安定したむらのない表面処理を行なうことができ、固相接合において安定したばらつきのない固相接合を行なうことができる。しかも、被接合材を搬送しながらドライ領域を通過させるようにしているため、処理室における窒素ガスによる置換を必要とせず、短時間で表面処理をすることが可能となり、表面処理の時間を固相接合処理の時間に合わせることができ、量産化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る固相接合装置の説明図である。
【図２】実施の形態に係る処理フードの詳細説明図である。
【図３】実施の形態に係る処理ガンの説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る固相接合装置の説明図である。
【図５】従来の固相接合方法を説明する図である。
【符号の説明】
１２………処理ガス供給部（放電発生手段）、１４………処理ガス供給配管、２０………原料ガス供給源、２８………水蒸気供給部、５０………被接合材、５２………排気配管、５４………排気部、６０………配管ヒータ、７０………接合部（接合処理部）、８０、１９０………接合装置、９０、１９２………表面処理工程部、９８………表面処理部、９９、１３８、１４０、１４２、１４４………加熱手段（ヒータ、第１ヒータ、第２ヒータ、赤外線ヒータ）、１００………処理フード、１３０………処理ガン、１３６………ドライ領域部、１５４………第１大気制限室、１６４………ワーク冷却部、１７２………第２大気制限室、１８２………切換弁。
【図１】
0004164727.tif 000004
【図２】
0004164727.tif 000005
【図３】
0004164727.tif 000006
【図４】
0004164727.tif 000007
【図５】
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