実装品およびその製造方法
【課題】反応性多層フォイルを用いて基板と部品とを接合する場合の、溶融金属の飛散やボイドの発生を低減し、性能の安定した実装品を得る。
【解決手段】実装基板１０の接合面に、複数の凸部１２を形成すると共に、被接合部材４０に、凸部１２に対応して開口４２を形成する。凸部１２を形成した基板１０の上に、溶融金属層を介して反応性多層フォイルを配置し、その上に溶融金属層を介して開口４２を設けた被接合部材４０を配置し、開口４２の直下に凸部１２が位置するようにする。その状態で被接合部材４０を押圧しながら反応性多層フォイルに点火し、部材と実装基板を接合する。開口４２が接合時に溶融して押し出される溶融金属及びボイドの逃げ道となり、溶融金属の飛散やボイドの残留が防止される。
【解決手段】実装基板１０の接合面に、複数の凸部１２を形成すると共に、被接合部材４０に、凸部１２に対応して開口４２を形成する。凸部１２を形成した基板１０の上に、溶融金属層を介して反応性多層フォイルを配置し、その上に溶融金属層を介して開口４２を設けた被接合部材４０を配置し、開口４２の直下に凸部１２が位置するようにする。その状態で被接合部材４０を押圧しながら反応性多層フォイルに点火し、部材と実装基板を接合する。開口４２が接合時に溶融して押し出される溶融金属及びボイドの逃げ道となり、溶融金属の飛散やボイドの残留が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、給電配線、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板、チップ部品、ＳＭＤ（表面実装品）等の部品や部材を実装する際の接合技術に関し、特に、基板と部品等との接合に反応性多層フォイルを利用した実装品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サブマウント基板からの給電配線の実装や、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板の金属基板やヒートシンクへの実装は、半田のリフローやろう付けによって行われているが、近年、反応性多層フォイルを用いて接合する方法が提案されている（特許文献１など）。反応性多層フォイルは、例えばＡｌとＮｉの極めて薄い層を交互に多数積層し全体として厚み数１０μｍ程度にしたフィルムであり、エネルギーを供給することによって点火され、瞬時に高温となる。接合すべき材料の間に可溶材料を介して反応性多層フォイルを挟み込み、点火することにより、その反応熱によって可溶材料が溶融し、二つの材料を接合することができる。
【０００３】
この反応性多層フォイルを使用した接合は、半田のリフローやろう付に比べて、熱の伝播速度、熱の局所化において優れている。熱の伝播速度が速いことにより、接合プロセスが非常に高速で可能となる。また加熱は極めて局所的であるため、接合される材料は、ほとんど熱を吸収せず、熱損傷なしに接合できる。また接合は強力であり、熱伝導性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように反応性多層フォイルを使用した接合は、従来の半田付けやろう付けでは得られない種々の利点があるが、これを実装基板に適用した場合に、次のような問題がある。
【０００６】
反応性多層フォイルを用いて給電配線や電子部品等（以下、被接合部材という）を接合する際に、被接合部材側から圧力が加えられると、反応性多層フォイルと被接合部材との間に介在する半田等の可溶材料が、反応性多層フォイルによって瞬時に溶融し、その一部が多層フォイルの側面から飛び出し飛散する。この飛散物が、実装基板上の二つの配線パターンにまたがって残留した場合には、配線の短絡を引き起こす。また実装基板上に付着した飛散物が、製品使用時に脱落した場合には、製品に不具合を起こす可能性がある。
【０００７】
また被接合部材を反応性多層フォイル及び可溶材料の上に積層した状態では、可溶性材料と被接合部材との間に空隙が存在しており、加圧下で可溶性材料が溶融したときに、一部はボイドとして端部より排出されるが、一部は接合部内に留まり、被接合部材の放熱性や接合信頼性を妨げることとなる。
【０００８】
さらに反応性多層フォイルは、スパーク後発熱しながら連鎖的に反応し合金化するが、その際多数に分断された状態となり、接合が完了した状態では、約１５〜２０％収縮する。この分断され収縮した箇所には、接合材が充填される必要があるが、接合材が充填されない場合には接合不良の原因となる。
【０００９】
本発明は、実装品製造プロセスにおいて反応性多層フォイルを使用した接合に生じうる上記問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、反応性多層フォイルによって接合される二つの被接合部材に、溶融した可溶性材料を吸収し且つボイドを逃がすための構造を設けることにより、上記課題を解決する。
【００１１】
即ち本発明の実装品は、実装基板と、当該実装基板に接合される部材と、前記実装基板と部材とを接合する接合層とを備え、前記接合層は、反応性多層フォイルの両面を金属材料で挟み込んだ構造を有し、前記部材の前記基板に接合される接合部に、外部に通じる開口部を備え、前記基板は、前記部材の開口部に対応する位置に、前記接合層側に突出する凸部を備える。
【００１２】
また本発明の実装品の製造方法は、実装基板に、金属材料からなる接合層を介して部材を接合してなる実装品の製造方法であって、接合部に開口または溝が形成された部材を用意するステップ（１）と、前記実装基板の接合部に、前記部材の開口または溝に対応する凸部を形成するステップ（２）と、前記凸部が形成された実装基板の上に、可溶性金属材料層を介して反応性多層フォイルを配置するステップ（３）と、前記実装基板の凸部と、前記部材の開口または溝が対応するように、前記反応性多層フォイルの上に、可溶性金属材料層を介して前記部材を配置するステップ（４）と、前記部材を前記実装基板に対し押圧した状態で、前記反応性多層フォイルに点火エネルギーを供給し、前記反応性多層フォイルの発熱とそれによる前記金属材料の溶融を利用して、前記部材を前記実装基板に接合するステップ（５）と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、実装基板と部材とを多層フォイルを用いて接合する際に、部材の接合部に開口部を設けたことにより、加圧によって溶融された金属材料を開口部で吸収できるので、側部に移動する金属材料を減らし、側部からの金属材料の飛散とそれによる悪影響をなくすことができる。また開口部の壁面に金属材料が付着することによって、接合面積を拡大し接合強度を向上させることができる。また開口部は、部材と接合層との間に存在した空隙に起因するボイドの逃げ道を提供し、これにより接合部内部に留まるボイドを大幅に低減し、接合不良や部品性能への影響をなくすことができる。
【００１４】
さらに接合層を挟んで、部材の開口のほぼ中央に、実装基板の凸部が位置する構造となるため、多層フォイルの収縮時の断裂を凸部が位置する開口の直下に誘発させることができる。これにより、開口を通じたボイドの排出経路を確保することができるとともに、開口の直下に集まる溶融金属の余剰分の流れを分断箇所に導くことができ、部品等と実装基板との平行性を保つことができ、良好な接合が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実装品の第一の実施形態を示す図。
【図２】図１の実装品の要部を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は基板のみを上から見た上面図である。
【図３】本発明の実装品に用いる接合シートを示す断面図。
【図４】第一の実施形態における接合時のメカニズムを説明する図。
【図５】本発明の実装品の第一の実施形態の変更例を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は基板のみを上から見た上面図である。
【図６】本発明の実装品の第一の実施形態の別の変更例を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図７】本発明の実装品の第二の実施形態を示す断面図。
【図８】図７の実装品のリフレクタを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。
【図９】本発明の実装品の製造工程（ａ）〜（ｊ）を示す図。
【図１０】本発明の実装品の製造方法において、溶融金属層の形成方法の異なる実施例（ａ）〜（ｄ）を示す図。
【図１１】本発明の実装品の製造の実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一の実施形態＞
本発明の実装品の一例として、サブマウント基板に形成された電極パッドに給電配線が接続された実装品の実施形態を図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の実装品を上から見た図であり、左上と右下の２か所に基板と接続端子の接合部がある。右下の接合部については、接合前の要素を別々に示している。図２は、図１の実装品の電極パッドと接続端子の接合部の構造を示し、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は、（ａ）の基板のみを上から見た上面図である。
【００１７】
本実施形態の実装品は、図１に示すように、実装基板１０の上にＬＥＤチップ等の電子部品２０が実装されるとともに、電子部品２０に給電するための電極パッド１１が形成されており、この電極パッド１１に接続端子４０が接合された構造を有している。電極パッド１１は、反応性多層フォイル３５を用いた接合層３０によって接続端子４０に接合されており、この接合構造に特徴を有する。
【００１８】
実装基板１０は、ガラスエポキシ（ＦＲ−４）、セラミック、アルミニウム等の金属などの耐熱材料からなり、電子部品２０と接続端子４０とを電気的に接続する配線パターン（図示せず）が形成されている。電極パッド１１は、Ａｕ/Ｓｎなどの導電性金属材料を蒸着等によって基板１０上に形成したものであり、図２（ｃ）に示すように、その表面に凸部（凸条）１２が形成されている。なお図２（ｃ）において、後述する接続端子４０の開口４２の位置を点線で示している。
【００１９】
凸部１２の高さは、その形状や接合層３０に用いる反応性多層フォイルの厚みによっても異なるが、反応性多層フォイルと基板１０との間に設けられる溶融金属層の厚みと同じかそれより低く、溶融金属層の厚みとほぼ同等であることが好ましく、下限は約５０％、上限は約１００％である。上述した範囲より高さが高すぎると、接合前に反応性多層フォイルを積層したときに、多層フォイルを分断してしまう可能性がある。また高さが低すぎると、反応時に凸部の位置で効果的に分断させることができない。
凸部１２の幅は、後述する接続端子４０の開口４２の幅より狭く、好適には開口４２の幅の１／２以下である。
【００２０】
凸部１２は、電極パッド１１とともに、電解メッキ等により形成することができる。例えば、タングステン等の材料で基板上に電極パッド１１と凸部１２を形成し、その上に電解メッキを施す。凸部１２の形状が図示するような凸状の場合には、Ａｌワイヤ等を電極パッド１１上に接着して形成することも可能である。
【００２１】
接続端子４０は、電極パッド１１の形状に合わせた形状を持つ平板状の部材で、接合層３０を構成する材料に対し濡れ性の良い材料、例えばＣｕ、Ｆｅなどを基材としたものや合金などから構成されている。或いは、Ａｌなどを基材とし、接合層の材料に対し濡れ性を高める表面処理を施したり、Ｎｉ、Ｓｎ膜などを形成したものであってもよい。
【００２２】
接続端子４０は、電極パッド１１の凸部１２に対応する位置に、接続端子４０の厚み方向に貫通する開口４２が形成されている。開口４２は、接合面（接続端子４０の基板側底面）と直交する方向に接続端子４０を貫通している。開口４２と凸部１２の位置が一致することにより、図２（ｂ）に示す断面図で見たときに、電極パッド１１と接続端子４０との間の接合層３０を、開口４２の両側の部分（開口の縁）と凸部１２とで三点支持する構造になっている。後述する図４における矢印の方向から三点支持する構造になっている。
【００２３】
開口４２の高さ即ち接続端子４０の厚みは、接合面（接続端子４０の基板側底面）と直交する方向の高さ（接続端子の厚み）が、図３に示す多層フォイル３０’の接続端子４０側の溶融金属層３１の厚みより大きいことが好ましい。特に、開口４２の高さ即ち接続端子４０の厚みは、接続端子４０側の溶融金属層３１の厚みの２倍から２０倍とすることが好ましい。それにより、接続端子４０と実装基板（電極パッド１１）を接合したときに、溶融した接合層３０の金属材料が開口から上にはみ出すことなく、余剰の金属材料を開口部分で吸収することができる。開口の大きさ（面積）や幅は、開口が余剰の金属材料を吸収することができ、且つ開口を除く接続端子４０の面積が、接合の作業性を妨げず且つ必要な接合強度を得られる面積を有していればよい。具体的には、開口と開口との間隙が、開口幅の２倍以下であることが好ましい。
【００２４】
接合層３０は、図３に示すように、反応性多層フォイル３５（以下、多層フォイルともいう）の両面を溶融金属層３１、３３で挟んだ構造の接合部材３０’から形成されている。反応性多層フォイル３５は、２種の異なる金属薄膜を蒸着やスパッタリングにより交互に数千積層した構造を有し、自己伝播発熱反応を行うフィルムで、電気パルスの印加などのエネルギー供給により点火して（微小スパーク）、発熱する。発熱反応は極めて短い時間で伝播し、局所的に最高反応温度１３５０℃〜１５００まで達する。多層フォイルには、Ａｌ/Ｎｉ、Ａｌ/Ｔｉ、Ｎｉ/Ｓｉ、Ｎｂ/Ｓｉなどがあり、また厚みは４０μｍ〜８０μｍ程度である。溶融金属層３１、３３や実装基板１０の材料の種類に応じて適切な材料、厚みのものを選択して用いることができる。
【００２５】
反応性多層フォイル３５は、部材、ここでは接続端子４０の接合面積よりも、若干面積が小さいものを用いることが好ましい。本実施の形態では、反応性多層フォイル３５への点火を、接続端子４０の開口４２から行うことができるので、点火のために反応性多層フォイル３５を側面から覗かせる必要がなく、小さい外形サイズのものを用いることができる。
【００２６】
溶融金属層３１、３３は、反応性多層フォイル３５の発熱前までは、固体として存在し、反応性多層フォイルの発熱により溶融する金属層である。溶融金属層３１、３３は、はんだ、鉛フリーはんだ、Ｓｎなどの金属からなり、多層フォイル３５の両面に、上述した金属の薄膜をめっき等によって形成しておくことができる。或いは、基板１０の電極パッド１１の表面及び／または接続端子４０の表面に、設けることも可能である。その場合には、反応性多層フォイル３５は溶融金属層を設けないもの、或いは片面のみに溶融金属層を設けたものを使用することができる。いずれの場合にも、電極パッド１１及び接続端子４０と多層フォイル３５との間に介在する金属薄膜を多層フォイル３５の発熱反応により溶融させることにより、接合層３０を形成することができる。溶融金属層３１、３３の厚みは、限定されるものではないが、約５μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２７】
本実施形態の実装品は、電極パッド１１と接続端子４０とが多層フォイル３５によって接合されているため、電極パッド１１と接続端子４０とが接合時の熱をほとんど受けていないので熱損傷がなく、強力に接合されている。
【００２８】
本実施形態の実装品において、開口４２と凸部１２の構造によってもたらされる効果を、図４を参照して説明する。図４に示すように、本実施形態の実装品は、接合層３０を接続端子４０の開口４２の両側の部分と、電極パッド１１の凸部１２とで挟み込む構造を有しているので、接合時に接続端子４０側から圧力をかけた場合に、凸部１２の直上即ち開口４２が設けられた位置で反応性多層フォイル３５が分断されるように誘導することができる。圧力によって溶融した金属は移動するが、開口４２はその逃げ場として機能し、開口４２に吸収される。同時に開口４２の直下で反応性多層フォイルが分断されるので、集まった溶融金属は、その分断箇所にも流れ、分断箇所を充填する。このように開口４２と分断箇所が溶融金属の受け皿となり、接合部の側面への溶融金属の流れを低減することができる。また接続端子４０と電極パッド１１との平行性が保たれる。さらに分断箇所では多層フォイルが途切れているため、基板１０と多層フォイルとの間の空隙に存在した空気（ボイド）も移動しやすくなり、開口４２側に移動し、接続端子４０と多層フォイルとの間に存在した空気とともに開口４２から逃がすことができる。これによりボイドに起因する接続不良を防止することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、強固に接合され、信頼性の高い実装品が提供される。
【００３０】
なお、以上の実施形態では、電極パッド１１の凸部１２及び接続端子４０の開口４２が、それぞれ、３つ設けられ且つ細長い形状を有する場合を示しているが、開口の形状や数は、上述した三点支持構造が得られるものであれば、図示するものに限定されない。
【００３１】
開口と凸部の形状の変更例を図５に示す。図５（ａ）は、接合部を上から見た上面図、（ｂ）は、（ａ）の基板のみを上から見た上面図である。この変更例では、接続端子４０に四角形の開口４４を多数（図では１２個）形成し、基板１０の接合部１１には対応する位置に同数の円形の凸部１４を形成している。これら基板１０と接続端子４０は接合層３０によって接合されており、その際、凸部１４がほぼ開口４４の中心に位置するように配置されている。
【００３２】
開口４４の幅や凸部１４の幅、高さは、図２に示す実施形態と同様である。典型的な例として、溶融金属層の厚みをａ、凸部の高さをｂとするとき、ａ≒ｂであり、開口の高さをｅとするとき、ｅ≧ａ×０．１である。また開口の幅をｃ、凸部の幅をｄとするとき、好ましくはｄ≦ｃ／２であり、また開口と開口との間隙ｆは、ｆ≦ｃ×２である。
このような開口４４と凸部１４の組合せによって、接合時に溶融した接合層３０の溶融金属が開口４４に吸収されているので、結合部側面からの溶融金属のはみ出しが極めて少なく且つ開口４４を除く接続端子４０の面積が少なくとも強固な結合が得られる。またボイドが開口４４から排出されているので、ボイドに起因する結合不良がない。
【００３３】
また図２では、平板状の部材に細長い開口が形成された接続端子４０を示したが、開口は接合面方向の一方に開放していてもよい。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、先端を複数の線材で構成した接続端子４０についても、各線材４６の間に電極パッド１１の凸部１２が位置するように、接合層３０及び電極パッド１１を重ねた構造とすることにより、ボイドや溶融金属材料飛散の問題がなく、線材４６と電極パッド１１との接合が強固な実装品とすることができる。
【００３４】
＜第二の実施形態＞
第一の実施形態は、電極パッドと接続端子との接合部に本発明を適用した実施形態であるが、第二の実施形態は、実装基板と部品、特にリフレクタ等の傾斜した構造体に本発明を適用したものである。
【００３５】
図７及び図８に本実施形態の実装品の一例を示す。図７は、実装品の全体図、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、リフレクタの正面図、底面図および側面図である。
本実施形態においても、実装基板１０の接合部（接合用のパターンが形成された部分）１５とリフレクタ６０とが反応性多層フォイルからなる接合層３０で接合された構造を有することは、第一の実施形態と同じである。また基板１０の接合部１５には、複数の凸部（凸条）１６が形成されている。凸部１６の高さは、第一の実施形態における凸部１２の高さと同様であり、接合層３０を構成する溶融金属層の厚みとほぼ同じ程度の高さであることが好ましい。
【００３６】
リフレクタ６０は、図８（ｂ）に示すように、一端から他端に向かって高さが変化し、その傾斜した上面が光を反射するリフレクタとして機能する。リフレクタ６０の底面には、基板１０の接合部１５に形成された凸部１６に対応して、複数の溝６２が形成されている。複数の溝６２は、接合面の方向に沿って形成されている。溝６２は、両端で外部に開放しており、接合部１５との接合時に接合層３０の溶融金属を吸収する空隙を構成すると共に、溶融金属からボイドを逃がす逃げ道を提供する。特に、図示の実施形態では、溝６２の形状をリフレクタ６０の傾斜面に併せて、一端から他端にかけて高さ（溝の深さ）が大きくなるようにしているため、高さが一定の溝に比べ溶融金属やボイドを逃がしやすい。
【００３７】
つまり、部品側の接合部に形成される開口は、第一の実施形態に示すように接合部の上面まで貫通しているものに限られず、外部まで通じるものであれば、接合部材の底面に形成された溝として形成することができる。
また、溝６２の接合面（リフレクタ６０の実装基板１０側底面を含む平面）と直交する方向の高さは、少なくとも、最も高い端部が、溶融金属層で埋まらない高さとする。溝６２の接合面と直交する方向の高さは、少なくとも両端部（最も高い部分）において、多層フォイル３０’のリフレクタ６０側の溶融金属層３１の厚みより大きいことが好ましく、両端部における高さは、リフレクタ６０側の溶融金属層３１の２倍から２０倍とすることが好ましい。
【００３８】
＜製造方法の実施形態＞
次に本発明の実装品の製造方法を説明する。図９に工程の一例を示す。
図９に示す工程（ａ）〜（ｆ）により、被接合部材４０を接続するための接合部（電極パッド部分）１１をベース基板１０に形成する。具体的には、まず、ベース基板１０を洗浄した後（ａ）、ベース基板１０にタングステンペーストをパターン印刷し（ｂ）、硬化させる（ｃ）。さらにその上にタングステンペーストをリブ状に印刷し（ｄ）、硬化させる（ｅ）。タングステンのパターン及びリブが形成された部分に、ニッケル、金等の良導性の金属の薄膜を電解メッキで設ける（ｆ）。なお金属薄膜は、電解メッキの他、スパッタや蒸着により設けることもできる。これにより、凸部１２を有する接合部１１が形成されたベース基板１０を得る。
【００３９】
次に、図９に示す工程（ｇ）〜（ｊ）により、ベース基板１０と被接合部材４０とを接合部材３０’により接合する。そのため、まず凸部１２と同じ間隔で開口４２が形成された被接合部材例えば接続端子４０を用意する。また反応性多層フォイルとして、被接合部材より大きさが一回り小さい多層フォイルを用意する。図示する実施形態では、反応性多層フォイル３５の両面に、溶融金属層３１、３３をメッキ等によって形成したものを接合部材３０’として用いている。上記のベース基板１０と被接合部材４０との間に、接合部材３０’を挟んで、被接合４０とベース基板１０とを積層する（ｇ）。この際、ベース基板１０の凸部１２と被接合部材４０の開口４２とが一致するように配置する。
【００４０】
次いで、被接合部材４０の上から加圧する（ｈ）。加圧の圧力は、特に限定されないが、例えば０．３５Ｎ/ｍｍ2程度とする。この状態で多層フォイル３５に点火する（ｉ）。点火の方法には、電気パルスの印加や抵抗熱などの電気的方法や、レーザー照射などの光学的方法、熱的方法、機械的方法などがあり、いずれを採用することも可能である。点火エネルギーの供給は、被接合部材４０の開口４２を通して行うことができる。例えば電圧印加の場合、プローブを用いて数Ｖの電圧を瞬間的に印加することにより点火する。
【００４１】
多層フォイル３５は、点火後直ちに発熱し、その上下に積層された溶融金属層３１、３３の金属を溶融させる。溶融金属層３１、３３が溶融することによって、溶融金属層３３と実装基板（接合部１１）１０、溶融金属層３１と被接合部材４０とがそれぞれ接合し、結果として実装基板１０と被接合部材４０が接合する（ｊ）。溶融金属層３１、３３が溶融する際に、所定の圧力が加えられているため、多層フォイル３５はその厚みと直交する方向に分断されるが、図４に示したように、圧力は被接合部材４０の開口４２の端部では下側に、基板１０の凸部１２では上側に働くことになり、分断は凸部１２の直上で起こるように誘導される。多層フォイル３５が分断された箇所には、溶融した金属が流れ込みやすくなるため、接合部材３０’が溶融収縮する場合の体積変化をこの分断箇所で吸収することができる。またこの分断箇所の直上は、開口４２が位置するため、基板１０と接合部材３０’との間の空隙や接合部材３０’と被接合部材４０との間の空隙に存在した空気を、この分断箇所及び開口４２を通って外部に逃がすことができ、接合層３０内や層間に留まるボイドを大幅に低減することができる。
【００４２】
さらに、溶融した金属の殆どを、分断箇所と開口４２とで吸収することができるので、接合層３０の側面から押し出される溶融金属の量を大幅に低減することができ、金属飛散物の発生を防止することができる。特に、接合部材３０’のサイズを被接合部材４０のサイズより一回り小さくすることにより、側面からのはみ出しを効果的に防止することができる。
【００４３】
なお、図９に示す製造例では、接合部材３０’として、両面に溶融金属層３１、３３を設けた反応性多層フォイル３５を用いているが、溶融金属層を基板側或いは被接合部材側に設けることにより、接合部材３０’に設ける溶融金属層を省略することも可能である。図１０（ａ）〜（ｄ）に、溶融金属層の形成方法が異なる実施例を示す。図１０（ａ）は、反応性多層フォイル３５の両面に溶融金属層３１、３３を設けて、基板１０側及び被接合部材４０側には金属層を設けない場合、（ｂ）は、被接合部材４０側に金属層３１’を設けて、反応性多層フォイル３５の被接合部材側の面には金属層を設けない場合、（ｃ）は、基板１０側に金属層３３’を設けて、反応性多層フォイル３５の基板側の面には金属層を設けない場合、（ｄ）は、反応性多層フォイルの両面に溶融金属層３１、３３を設けるとともに、基板１０側と被接合部材４０側の両方に金属層３１’、３３’を設ける場合である。接合をより強固にするためには、（ｄ）が最も好適である。
【００４４】
上記の場合において、溶融金属層と開口の高さとの関係は、いずれも、開口の高さが、反応性多層フォイルと被接合部材４０との間に設けられた金属材料層の総厚み（（ａ）および（ｃ）の場合は３１の厚み、（ｂ）の場合は、３１’の厚み、（ｄ）の場合は３１と３１’の合計厚み）より大きいことが好ましく、反応性多層フォイルと被接合部材４０との間に設けられた金属層の総厚みの２倍から２０倍とすることが好ましい。
【００４５】
また、上記の場合において、溶融金属層と凸部の高さとの関係は、いずれも、凸部の高さが、反応性多層フォイルとベース基板１０との間に設けられた金属材料層の総厚み（（ａ）および（ｂ）の場合は３３の厚み、（ｃ）の場合は、３３’の厚み、（ｄ）の場合は３３と３３’の合計厚み）と同じかそれより低く、反応性多層フォイルとベース基板１０との間に設けられた金属材料層の総厚みとほぼ同等であることが好ましい。
【００４６】
なお、基板側や被接合部材側に金属層を設ける場合も、反応性多層フォイルに金属層を設ける場合と同様であり、めっき等によって０．０１〜０．１μｍ程度の金属層を形成する。
【００４７】
本実施形態の実装品の製造方法によれば、実装基板１０の、部材接合部の上面に、予め反応性多層フォイル３５の分断箇所を誘導する凸部を設けると共に、部材側にこの凸部に対応する開口を形成しておくことにより、多層フォイル３５による接合時に、溶融金属の飛散や接合層中にボイドが残留する問題を防止することができる。接合時の接合層の体積変化を開口が吸収することができるので、基板に対する部材の平行性を保つことができ、強固な接合を図ることができる。
【００４８】
なお、本発明の製造方法において、多層フォイル３５の側面からの溶融金属の飛散を防止するための他の手段、例えば、多層フォイルの側面を覆う樹脂シートを配置すること、などを併用してもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００４９】
本発明の実装品の製造方法を図１に示すサブマウント基材への給電配線実装に適用した実装例を図１１に示す。なお、図１１は、接合直前の状態を示している。この実装例では、厚み０．５ｍｍのサブマウント基板１０の上に、タングステンペーストの印刷によって、厚み０．２ｍｍの給電パッド１１を形成し、さらにその上に厚み０．２ｍｍ、幅０．５ｍｍ、長さ６ｍｍのリブ１２を形成した。タングステン部に、電解メッキで、下地Ｎｉ膜とＳｎ膜を順次形成した。なおＮｉ膜の厚みは好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは４〜８μｍである。またＳｎ膜の厚みは好ましくは１〜４０μｍ、より好ましくは５〜１０μｍである。
【００５０】
一方、サイズ４ｍｍ×８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの接続端子４０の３か所の穴加工を行い、約０．５ｍｍ×６ｍｍの開口を作成し、端子全体にＳｎメッキを施した。また厚み０．０２ｍｍの多層フォイルの両面に、厚み０．０２ｍｍの接合材メッキを施した接合部材（サイズ：約３．２ｍｍ×７．２ｍｍ、厚み０．０６ｍｍ）を用意し、上述の給電パッド１１に載せ、その上に接続端子４０を載せた。
【００５１】
接続端子４０の上から０．３２ｋｇの荷重をかけ、開口４２から覗いている反応性多層フォイルにプローブを当てて、約９Ｖの電圧をかけた。これにより瞬時に反応性多層フォイルが反応し、接続端子４０は基板１０に接合された。
【００５２】
目視により観察したところ、接続端子４０の端部からの接合材のはみ出しや飛散は見られなかった。また、接続端子４０を破断しない限度の力（２０Ｎ以下）で基板１０から引き剥がそうとしても引き剥がすことができず、強固な接合が保たれていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の実装品とその製造方法は、サブマウント基板からの給電配線の実装、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板の金属基板やヒートシンクへの実装、チップ部品のガラスエポキシ基板や金属基板への実装、ＳＭＤ（Surface Mount Device）リード部のガラスエポキシ基板や金属基板への実装など、種々の部品の実装に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０・・・実装基板、１１・・・電極パッド（接合部）、１２、１４・・・凸部、３０・・・接合層、３１、３３・・・溶融金属層、３５・・・反応性多層フォイル、４０・・・被接合部材、４２、４４・・・開口、４６・・・線材、６０・・・リフレクタ、６２・・・溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、給電配線、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板、チップ部品、ＳＭＤ（表面実装品）等の部品や部材を実装する際の接合技術に関し、特に、基板と部品等との接合に反応性多層フォイルを利用した実装品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サブマウント基板からの給電配線の実装や、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板の金属基板やヒートシンクへの実装は、半田のリフローやろう付けによって行われているが、近年、反応性多層フォイルを用いて接合する方法が提案されている（特許文献１など）。反応性多層フォイルは、例えばＡｌとＮｉの極めて薄い層を交互に多数積層し全体として厚み数１０μｍ程度にしたフィルムであり、エネルギーを供給することによって点火され、瞬時に高温となる。接合すべき材料の間に可溶材料を介して反応性多層フォイルを挟み込み、点火することにより、その反応熱によって可溶材料が溶融し、二つの材料を接合することができる。
【０００３】
この反応性多層フォイルを使用した接合は、半田のリフローやろう付に比べて、熱の伝播速度、熱の局所化において優れている。熱の伝播速度が速いことにより、接合プロセスが非常に高速で可能となる。また加熱は極めて局所的であるため、接合される材料は、ほとんど熱を吸収せず、熱損傷なしに接合できる。また接合は強力であり、熱伝導性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように反応性多層フォイルを使用した接合は、従来の半田付けやろう付けでは得られない種々の利点があるが、これを実装基板に適用した場合に、次のような問題がある。
【０００６】
反応性多層フォイルを用いて給電配線や電子部品等（以下、被接合部材という）を接合する際に、被接合部材側から圧力が加えられると、反応性多層フォイルと被接合部材との間に介在する半田等の可溶材料が、反応性多層フォイルによって瞬時に溶融し、その一部が多層フォイルの側面から飛び出し飛散する。この飛散物が、実装基板上の二つの配線パターンにまたがって残留した場合には、配線の短絡を引き起こす。また実装基板上に付着した飛散物が、製品使用時に脱落した場合には、製品に不具合を起こす可能性がある。
【０００７】
また被接合部材を反応性多層フォイル及び可溶材料の上に積層した状態では、可溶性材料と被接合部材との間に空隙が存在しており、加圧下で可溶性材料が溶融したときに、一部はボイドとして端部より排出されるが、一部は接合部内に留まり、被接合部材の放熱性や接合信頼性を妨げることとなる。
【０００８】
さらに反応性多層フォイルは、スパーク後発熱しながら連鎖的に反応し合金化するが、その際多数に分断された状態となり、接合が完了した状態では、約１５〜２０％収縮する。この分断され収縮した箇所には、接合材が充填される必要があるが、接合材が充填されない場合には接合不良の原因となる。
【０００９】
本発明は、実装品製造プロセスにおいて反応性多層フォイルを使用した接合に生じうる上記問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、反応性多層フォイルによって接合される二つの被接合部材に、溶融した可溶性材料を吸収し且つボイドを逃がすための構造を設けることにより、上記課題を解決する。
【００１１】
即ち本発明の実装品は、実装基板と、当該実装基板に接合される部材と、前記実装基板と部材とを接合する接合層とを備え、前記接合層は、反応性多層フォイルの両面を金属材料で挟み込んだ構造を有し、前記部材の前記基板に接合される接合部に、外部に通じる開口部を備え、前記基板は、前記部材の開口部に対応する位置に、前記接合層側に突出する凸部を備える。
【００１２】
また本発明の実装品の製造方法は、実装基板に、金属材料からなる接合層を介して部材を接合してなる実装品の製造方法であって、接合部に開口または溝が形成された部材を用意するステップ（１）と、前記実装基板の接合部に、前記部材の開口または溝に対応する凸部を形成するステップ（２）と、前記凸部が形成された実装基板の上に、可溶性金属材料層を介して反応性多層フォイルを配置するステップ（３）と、前記実装基板の凸部と、前記部材の開口または溝が対応するように、前記反応性多層フォイルの上に、可溶性金属材料層を介して前記部材を配置するステップ（４）と、前記部材を前記実装基板に対し押圧した状態で、前記反応性多層フォイルに点火エネルギーを供給し、前記反応性多層フォイルの発熱とそれによる前記金属材料の溶融を利用して、前記部材を前記実装基板に接合するステップ（５）と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、実装基板と部材とを多層フォイルを用いて接合する際に、部材の接合部に開口部を設けたことにより、加圧によって溶融された金属材料を開口部で吸収できるので、側部に移動する金属材料を減らし、側部からの金属材料の飛散とそれによる悪影響をなくすことができる。また開口部の壁面に金属材料が付着することによって、接合面積を拡大し接合強度を向上させることができる。また開口部は、部材と接合層との間に存在した空隙に起因するボイドの逃げ道を提供し、これにより接合部内部に留まるボイドを大幅に低減し、接合不良や部品性能への影響をなくすことができる。
【００１４】
さらに接合層を挟んで、部材の開口のほぼ中央に、実装基板の凸部が位置する構造となるため、多層フォイルの収縮時の断裂を凸部が位置する開口の直下に誘発させることができる。これにより、開口を通じたボイドの排出経路を確保することができるとともに、開口の直下に集まる溶融金属の余剰分の流れを分断箇所に導くことができ、部品等と実装基板との平行性を保つことができ、良好な接合が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実装品の第一の実施形態を示す図。
【図２】図１の実装品の要部を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は基板のみを上から見た上面図である。
【図３】本発明の実装品に用いる接合シートを示す断面図。
【図４】第一の実施形態における接合時のメカニズムを説明する図。
【図５】本発明の実装品の第一の実施形態の変更例を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は基板のみを上から見た上面図である。
【図６】本発明の実装品の第一の実施形態の別の変更例を示す図で、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図７】本発明の実装品の第二の実施形態を示す断面図。
【図８】図７の実装品のリフレクタを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。
【図９】本発明の実装品の製造工程（ａ）〜（ｊ）を示す図。
【図１０】本発明の実装品の製造方法において、溶融金属層の形成方法の異なる実施例（ａ）〜（ｄ）を示す図。
【図１１】本発明の実装品の製造の実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一の実施形態＞
本発明の実装品の一例として、サブマウント基板に形成された電極パッドに給電配線が接続された実装品の実施形態を図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の実装品を上から見た図であり、左上と右下の２か所に基板と接続端子の接合部がある。右下の接合部については、接合前の要素を別々に示している。図２は、図１の実装品の電極パッドと接続端子の接合部の構造を示し、（ａ）は接合部を上から見た上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は、（ａ）の基板のみを上から見た上面図である。
【００１７】
本実施形態の実装品は、図１に示すように、実装基板１０の上にＬＥＤチップ等の電子部品２０が実装されるとともに、電子部品２０に給電するための電極パッド１１が形成されており、この電極パッド１１に接続端子４０が接合された構造を有している。電極パッド１１は、反応性多層フォイル３５を用いた接合層３０によって接続端子４０に接合されており、この接合構造に特徴を有する。
【００１８】
実装基板１０は、ガラスエポキシ（ＦＲ−４）、セラミック、アルミニウム等の金属などの耐熱材料からなり、電子部品２０と接続端子４０とを電気的に接続する配線パターン（図示せず）が形成されている。電極パッド１１は、Ａｕ/Ｓｎなどの導電性金属材料を蒸着等によって基板１０上に形成したものであり、図２（ｃ）に示すように、その表面に凸部（凸条）１２が形成されている。なお図２（ｃ）において、後述する接続端子４０の開口４２の位置を点線で示している。
【００１９】
凸部１２の高さは、その形状や接合層３０に用いる反応性多層フォイルの厚みによっても異なるが、反応性多層フォイルと基板１０との間に設けられる溶融金属層の厚みと同じかそれより低く、溶融金属層の厚みとほぼ同等であることが好ましく、下限は約５０％、上限は約１００％である。上述した範囲より高さが高すぎると、接合前に反応性多層フォイルを積層したときに、多層フォイルを分断してしまう可能性がある。また高さが低すぎると、反応時に凸部の位置で効果的に分断させることができない。
凸部１２の幅は、後述する接続端子４０の開口４２の幅より狭く、好適には開口４２の幅の１／２以下である。
【００２０】
凸部１２は、電極パッド１１とともに、電解メッキ等により形成することができる。例えば、タングステン等の材料で基板上に電極パッド１１と凸部１２を形成し、その上に電解メッキを施す。凸部１２の形状が図示するような凸状の場合には、Ａｌワイヤ等を電極パッド１１上に接着して形成することも可能である。
【００２１】
接続端子４０は、電極パッド１１の形状に合わせた形状を持つ平板状の部材で、接合層３０を構成する材料に対し濡れ性の良い材料、例えばＣｕ、Ｆｅなどを基材としたものや合金などから構成されている。或いは、Ａｌなどを基材とし、接合層の材料に対し濡れ性を高める表面処理を施したり、Ｎｉ、Ｓｎ膜などを形成したものであってもよい。
【００２２】
接続端子４０は、電極パッド１１の凸部１２に対応する位置に、接続端子４０の厚み方向に貫通する開口４２が形成されている。開口４２は、接合面（接続端子４０の基板側底面）と直交する方向に接続端子４０を貫通している。開口４２と凸部１２の位置が一致することにより、図２（ｂ）に示す断面図で見たときに、電極パッド１１と接続端子４０との間の接合層３０を、開口４２の両側の部分（開口の縁）と凸部１２とで三点支持する構造になっている。後述する図４における矢印の方向から三点支持する構造になっている。
【００２３】
開口４２の高さ即ち接続端子４０の厚みは、接合面（接続端子４０の基板側底面）と直交する方向の高さ（接続端子の厚み）が、図３に示す多層フォイル３０’の接続端子４０側の溶融金属層３１の厚みより大きいことが好ましい。特に、開口４２の高さ即ち接続端子４０の厚みは、接続端子４０側の溶融金属層３１の厚みの２倍から２０倍とすることが好ましい。それにより、接続端子４０と実装基板（電極パッド１１）を接合したときに、溶融した接合層３０の金属材料が開口から上にはみ出すことなく、余剰の金属材料を開口部分で吸収することができる。開口の大きさ（面積）や幅は、開口が余剰の金属材料を吸収することができ、且つ開口を除く接続端子４０の面積が、接合の作業性を妨げず且つ必要な接合強度を得られる面積を有していればよい。具体的には、開口と開口との間隙が、開口幅の２倍以下であることが好ましい。
【００２４】
接合層３０は、図３に示すように、反応性多層フォイル３５（以下、多層フォイルともいう）の両面を溶融金属層３１、３３で挟んだ構造の接合部材３０’から形成されている。反応性多層フォイル３５は、２種の異なる金属薄膜を蒸着やスパッタリングにより交互に数千積層した構造を有し、自己伝播発熱反応を行うフィルムで、電気パルスの印加などのエネルギー供給により点火して（微小スパーク）、発熱する。発熱反応は極めて短い時間で伝播し、局所的に最高反応温度１３５０℃〜１５００まで達する。多層フォイルには、Ａｌ/Ｎｉ、Ａｌ/Ｔｉ、Ｎｉ/Ｓｉ、Ｎｂ/Ｓｉなどがあり、また厚みは４０μｍ〜８０μｍ程度である。溶融金属層３１、３３や実装基板１０の材料の種類に応じて適切な材料、厚みのものを選択して用いることができる。
【００２５】
反応性多層フォイル３５は、部材、ここでは接続端子４０の接合面積よりも、若干面積が小さいものを用いることが好ましい。本実施の形態では、反応性多層フォイル３５への点火を、接続端子４０の開口４２から行うことができるので、点火のために反応性多層フォイル３５を側面から覗かせる必要がなく、小さい外形サイズのものを用いることができる。
【００２６】
溶融金属層３１、３３は、反応性多層フォイル３５の発熱前までは、固体として存在し、反応性多層フォイルの発熱により溶融する金属層である。溶融金属層３１、３３は、はんだ、鉛フリーはんだ、Ｓｎなどの金属からなり、多層フォイル３５の両面に、上述した金属の薄膜をめっき等によって形成しておくことができる。或いは、基板１０の電極パッド１１の表面及び／または接続端子４０の表面に、設けることも可能である。その場合には、反応性多層フォイル３５は溶融金属層を設けないもの、或いは片面のみに溶融金属層を設けたものを使用することができる。いずれの場合にも、電極パッド１１及び接続端子４０と多層フォイル３５との間に介在する金属薄膜を多層フォイル３５の発熱反応により溶融させることにより、接合層３０を形成することができる。溶融金属層３１、３３の厚みは、限定されるものではないが、約５μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００２７】
本実施形態の実装品は、電極パッド１１と接続端子４０とが多層フォイル３５によって接合されているため、電極パッド１１と接続端子４０とが接合時の熱をほとんど受けていないので熱損傷がなく、強力に接合されている。
【００２８】
本実施形態の実装品において、開口４２と凸部１２の構造によってもたらされる効果を、図４を参照して説明する。図４に示すように、本実施形態の実装品は、接合層３０を接続端子４０の開口４２の両側の部分と、電極パッド１１の凸部１２とで挟み込む構造を有しているので、接合時に接続端子４０側から圧力をかけた場合に、凸部１２の直上即ち開口４２が設けられた位置で反応性多層フォイル３５が分断されるように誘導することができる。圧力によって溶融した金属は移動するが、開口４２はその逃げ場として機能し、開口４２に吸収される。同時に開口４２の直下で反応性多層フォイルが分断されるので、集まった溶融金属は、その分断箇所にも流れ、分断箇所を充填する。このように開口４２と分断箇所が溶融金属の受け皿となり、接合部の側面への溶融金属の流れを低減することができる。また接続端子４０と電極パッド１１との平行性が保たれる。さらに分断箇所では多層フォイルが途切れているため、基板１０と多層フォイルとの間の空隙に存在した空気（ボイド）も移動しやすくなり、開口４２側に移動し、接続端子４０と多層フォイルとの間に存在した空気とともに開口４２から逃がすことができる。これによりボイドに起因する接続不良を防止することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、強固に接合され、信頼性の高い実装品が提供される。
【００３０】
なお、以上の実施形態では、電極パッド１１の凸部１２及び接続端子４０の開口４２が、それぞれ、３つ設けられ且つ細長い形状を有する場合を示しているが、開口の形状や数は、上述した三点支持構造が得られるものであれば、図示するものに限定されない。
【００３１】
開口と凸部の形状の変更例を図５に示す。図５（ａ）は、接合部を上から見た上面図、（ｂ）は、（ａ）の基板のみを上から見た上面図である。この変更例では、接続端子４０に四角形の開口４４を多数（図では１２個）形成し、基板１０の接合部１１には対応する位置に同数の円形の凸部１４を形成している。これら基板１０と接続端子４０は接合層３０によって接合されており、その際、凸部１４がほぼ開口４４の中心に位置するように配置されている。
【００３２】
開口４４の幅や凸部１４の幅、高さは、図２に示す実施形態と同様である。典型的な例として、溶融金属層の厚みをａ、凸部の高さをｂとするとき、ａ≒ｂであり、開口の高さをｅとするとき、ｅ≧ａ×０．１である。また開口の幅をｃ、凸部の幅をｄとするとき、好ましくはｄ≦ｃ／２であり、また開口と開口との間隙ｆは、ｆ≦ｃ×２である。
このような開口４４と凸部１４の組合せによって、接合時に溶融した接合層３０の溶融金属が開口４４に吸収されているので、結合部側面からの溶融金属のはみ出しが極めて少なく且つ開口４４を除く接続端子４０の面積が少なくとも強固な結合が得られる。またボイドが開口４４から排出されているので、ボイドに起因する結合不良がない。
【００３３】
また図２では、平板状の部材に細長い開口が形成された接続端子４０を示したが、開口は接合面方向の一方に開放していてもよい。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、先端を複数の線材で構成した接続端子４０についても、各線材４６の間に電極パッド１１の凸部１２が位置するように、接合層３０及び電極パッド１１を重ねた構造とすることにより、ボイドや溶融金属材料飛散の問題がなく、線材４６と電極パッド１１との接合が強固な実装品とすることができる。
【００３４】
＜第二の実施形態＞
第一の実施形態は、電極パッドと接続端子との接合部に本発明を適用した実施形態であるが、第二の実施形態は、実装基板と部品、特にリフレクタ等の傾斜した構造体に本発明を適用したものである。
【００３５】
図７及び図８に本実施形態の実装品の一例を示す。図７は、実装品の全体図、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、リフレクタの正面図、底面図および側面図である。
本実施形態においても、実装基板１０の接合部（接合用のパターンが形成された部分）１５とリフレクタ６０とが反応性多層フォイルからなる接合層３０で接合された構造を有することは、第一の実施形態と同じである。また基板１０の接合部１５には、複数の凸部（凸条）１６が形成されている。凸部１６の高さは、第一の実施形態における凸部１２の高さと同様であり、接合層３０を構成する溶融金属層の厚みとほぼ同じ程度の高さであることが好ましい。
【００３６】
リフレクタ６０は、図８（ｂ）に示すように、一端から他端に向かって高さが変化し、その傾斜した上面が光を反射するリフレクタとして機能する。リフレクタ６０の底面には、基板１０の接合部１５に形成された凸部１６に対応して、複数の溝６２が形成されている。複数の溝６２は、接合面の方向に沿って形成されている。溝６２は、両端で外部に開放しており、接合部１５との接合時に接合層３０の溶融金属を吸収する空隙を構成すると共に、溶融金属からボイドを逃がす逃げ道を提供する。特に、図示の実施形態では、溝６２の形状をリフレクタ６０の傾斜面に併せて、一端から他端にかけて高さ（溝の深さ）が大きくなるようにしているため、高さが一定の溝に比べ溶融金属やボイドを逃がしやすい。
【００３７】
つまり、部品側の接合部に形成される開口は、第一の実施形態に示すように接合部の上面まで貫通しているものに限られず、外部まで通じるものであれば、接合部材の底面に形成された溝として形成することができる。
また、溝６２の接合面（リフレクタ６０の実装基板１０側底面を含む平面）と直交する方向の高さは、少なくとも、最も高い端部が、溶融金属層で埋まらない高さとする。溝６２の接合面と直交する方向の高さは、少なくとも両端部（最も高い部分）において、多層フォイル３０’のリフレクタ６０側の溶融金属層３１の厚みより大きいことが好ましく、両端部における高さは、リフレクタ６０側の溶融金属層３１の２倍から２０倍とすることが好ましい。
【００３８】
＜製造方法の実施形態＞
次に本発明の実装品の製造方法を説明する。図９に工程の一例を示す。
図９に示す工程（ａ）〜（ｆ）により、被接合部材４０を接続するための接合部（電極パッド部分）１１をベース基板１０に形成する。具体的には、まず、ベース基板１０を洗浄した後（ａ）、ベース基板１０にタングステンペーストをパターン印刷し（ｂ）、硬化させる（ｃ）。さらにその上にタングステンペーストをリブ状に印刷し（ｄ）、硬化させる（ｅ）。タングステンのパターン及びリブが形成された部分に、ニッケル、金等の良導性の金属の薄膜を電解メッキで設ける（ｆ）。なお金属薄膜は、電解メッキの他、スパッタや蒸着により設けることもできる。これにより、凸部１２を有する接合部１１が形成されたベース基板１０を得る。
【００３９】
次に、図９に示す工程（ｇ）〜（ｊ）により、ベース基板１０と被接合部材４０とを接合部材３０’により接合する。そのため、まず凸部１２と同じ間隔で開口４２が形成された被接合部材例えば接続端子４０を用意する。また反応性多層フォイルとして、被接合部材より大きさが一回り小さい多層フォイルを用意する。図示する実施形態では、反応性多層フォイル３５の両面に、溶融金属層３１、３３をメッキ等によって形成したものを接合部材３０’として用いている。上記のベース基板１０と被接合部材４０との間に、接合部材３０’を挟んで、被接合４０とベース基板１０とを積層する（ｇ）。この際、ベース基板１０の凸部１２と被接合部材４０の開口４２とが一致するように配置する。
【００４０】
次いで、被接合部材４０の上から加圧する（ｈ）。加圧の圧力は、特に限定されないが、例えば０．３５Ｎ/ｍｍ2程度とする。この状態で多層フォイル３５に点火する（ｉ）。点火の方法には、電気パルスの印加や抵抗熱などの電気的方法や、レーザー照射などの光学的方法、熱的方法、機械的方法などがあり、いずれを採用することも可能である。点火エネルギーの供給は、被接合部材４０の開口４２を通して行うことができる。例えば電圧印加の場合、プローブを用いて数Ｖの電圧を瞬間的に印加することにより点火する。
【００４１】
多層フォイル３５は、点火後直ちに発熱し、その上下に積層された溶融金属層３１、３３の金属を溶融させる。溶融金属層３１、３３が溶融することによって、溶融金属層３３と実装基板（接合部１１）１０、溶融金属層３１と被接合部材４０とがそれぞれ接合し、結果として実装基板１０と被接合部材４０が接合する（ｊ）。溶融金属層３１、３３が溶融する際に、所定の圧力が加えられているため、多層フォイル３５はその厚みと直交する方向に分断されるが、図４に示したように、圧力は被接合部材４０の開口４２の端部では下側に、基板１０の凸部１２では上側に働くことになり、分断は凸部１２の直上で起こるように誘導される。多層フォイル３５が分断された箇所には、溶融した金属が流れ込みやすくなるため、接合部材３０’が溶融収縮する場合の体積変化をこの分断箇所で吸収することができる。またこの分断箇所の直上は、開口４２が位置するため、基板１０と接合部材３０’との間の空隙や接合部材３０’と被接合部材４０との間の空隙に存在した空気を、この分断箇所及び開口４２を通って外部に逃がすことができ、接合層３０内や層間に留まるボイドを大幅に低減することができる。
【００４２】
さらに、溶融した金属の殆どを、分断箇所と開口４２とで吸収することができるので、接合層３０の側面から押し出される溶融金属の量を大幅に低減することができ、金属飛散物の発生を防止することができる。特に、接合部材３０’のサイズを被接合部材４０のサイズより一回り小さくすることにより、側面からのはみ出しを効果的に防止することができる。
【００４３】
なお、図９に示す製造例では、接合部材３０’として、両面に溶融金属層３１、３３を設けた反応性多層フォイル３５を用いているが、溶融金属層を基板側或いは被接合部材側に設けることにより、接合部材３０’に設ける溶融金属層を省略することも可能である。図１０（ａ）〜（ｄ）に、溶融金属層の形成方法が異なる実施例を示す。図１０（ａ）は、反応性多層フォイル３５の両面に溶融金属層３１、３３を設けて、基板１０側及び被接合部材４０側には金属層を設けない場合、（ｂ）は、被接合部材４０側に金属層３１’を設けて、反応性多層フォイル３５の被接合部材側の面には金属層を設けない場合、（ｃ）は、基板１０側に金属層３３’を設けて、反応性多層フォイル３５の基板側の面には金属層を設けない場合、（ｄ）は、反応性多層フォイルの両面に溶融金属層３１、３３を設けるとともに、基板１０側と被接合部材４０側の両方に金属層３１’、３３’を設ける場合である。接合をより強固にするためには、（ｄ）が最も好適である。
【００４４】
上記の場合において、溶融金属層と開口の高さとの関係は、いずれも、開口の高さが、反応性多層フォイルと被接合部材４０との間に設けられた金属材料層の総厚み（（ａ）および（ｃ）の場合は３１の厚み、（ｂ）の場合は、３１’の厚み、（ｄ）の場合は３１と３１’の合計厚み）より大きいことが好ましく、反応性多層フォイルと被接合部材４０との間に設けられた金属層の総厚みの２倍から２０倍とすることが好ましい。
【００４５】
また、上記の場合において、溶融金属層と凸部の高さとの関係は、いずれも、凸部の高さが、反応性多層フォイルとベース基板１０との間に設けられた金属材料層の総厚み（（ａ）および（ｂ）の場合は３３の厚み、（ｃ）の場合は、３３’の厚み、（ｄ）の場合は３３と３３’の合計厚み）と同じかそれより低く、反応性多層フォイルとベース基板１０との間に設けられた金属材料層の総厚みとほぼ同等であることが好ましい。
【００４６】
なお、基板側や被接合部材側に金属層を設ける場合も、反応性多層フォイルに金属層を設ける場合と同様であり、めっき等によって０．０１〜０．１μｍ程度の金属層を形成する。
【００４７】
本実施形態の実装品の製造方法によれば、実装基板１０の、部材接合部の上面に、予め反応性多層フォイル３５の分断箇所を誘導する凸部を設けると共に、部材側にこの凸部に対応する開口を形成しておくことにより、多層フォイル３５による接合時に、溶融金属の飛散や接合層中にボイドが残留する問題を防止することができる。接合時の接合層の体積変化を開口が吸収することができるので、基板に対する部材の平行性を保つことができ、強固な接合を図ることができる。
【００４８】
なお、本発明の製造方法において、多層フォイル３５の側面からの溶融金属の飛散を防止するための他の手段、例えば、多層フォイルの側面を覆う樹脂シートを配置すること、などを併用してもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００４９】
本発明の実装品の製造方法を図１に示すサブマウント基材への給電配線実装に適用した実装例を図１１に示す。なお、図１１は、接合直前の状態を示している。この実装例では、厚み０．５ｍｍのサブマウント基板１０の上に、タングステンペーストの印刷によって、厚み０．２ｍｍの給電パッド１１を形成し、さらにその上に厚み０．２ｍｍ、幅０．５ｍｍ、長さ６ｍｍのリブ１２を形成した。タングステン部に、電解メッキで、下地Ｎｉ膜とＳｎ膜を順次形成した。なおＮｉ膜の厚みは好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは４〜８μｍである。またＳｎ膜の厚みは好ましくは１〜４０μｍ、より好ましくは５〜１０μｍである。
【００５０】
一方、サイズ４ｍｍ×８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの接続端子４０の３か所の穴加工を行い、約０．５ｍｍ×６ｍｍの開口を作成し、端子全体にＳｎメッキを施した。また厚み０．０２ｍｍの多層フォイルの両面に、厚み０．０２ｍｍの接合材メッキを施した接合部材（サイズ：約３．２ｍｍ×７．２ｍｍ、厚み０．０６ｍｍ）を用意し、上述の給電パッド１１に載せ、その上に接続端子４０を載せた。
【００５１】
接続端子４０の上から０．３２ｋｇの荷重をかけ、開口４２から覗いている反応性多層フォイルにプローブを当てて、約９Ｖの電圧をかけた。これにより瞬時に反応性多層フォイルが反応し、接続端子４０は基板１０に接合された。
【００５２】
目視により観察したところ、接続端子４０の端部からの接合材のはみ出しや飛散は見られなかった。また、接続端子４０を破断しない限度の力（２０Ｎ以下）で基板１０から引き剥がそうとしても引き剥がすことができず、強固な接合が保たれていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の実装品とその製造方法は、サブマウント基板からの給電配線の実装、ＬＥＤチップ付きサブマウント基板の金属基板やヒートシンクへの実装、チップ部品のガラスエポキシ基板や金属基板への実装、ＳＭＤ（Surface Mount Device）リード部のガラスエポキシ基板や金属基板への実装など、種々の部品の実装に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０・・・実装基板、１１・・・電極パッド（接合部）、１２、１４・・・凸部、３０・・・接合層、３１、３３・・・溶融金属層、３５・・・反応性多層フォイル、４０・・・被接合部材、４２、４４・・・開口、４６・・・線材、６０・・・リフレクタ、６２・・・溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、当該実装基板に搭載された部材と、前記実装基板と部材とを接合する接合層とを備えた実装品であって
前記接合層は、反応性多層フォイルの両面を金属材料で挟み込んだ構造を有し、
前記部材の前記基板に接合される接合部に、外部に通じる開口部を備え、
前記基板は、前記部材の開口部に対応する位置に、前記接合層側に突出する凸部を備えたことを特徴とする実装品。
【請求項２】
請求項１に記載の実装品において、
前記開口部は、接合面と直交する方向に前記接合部を貫通する開口であることを特徴とする実装品。
【請求項３】
請求項１に記載の実装品において、
前記開口部は、接合面の方向に沿って形成された溝であることを特徴とする実装品。
【請求項４】
請求項１に記載の実装品において、
前記部材の接合部は、先端が複数の線材で構成され、前記開口部は各線材との間の空間であることを特徴とする実装品。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の実装品において、
前記開口部の前記接合面と直交する方向の高さが、前記接合層を形成する前記部材側の金属材料層の厚みより大きいことを特徴とする実装品。
【請求項６】
実装基板に、金属材料からなる接合層を介して部材を接合してなる実装品の製造方法であって、接合部に開口または溝が形成された部材を用意するステップ（１）と、前記実装基板の接合部に、前記部材の開口または溝に対応する凸部を形成するステップ（２）と、前記凸部が形成された実装基板の上に、可溶性金属材料層を介して反応性多層フォイルを配置するステップ（３）と、前記実装基板の凸部と、前記部材の開口または溝が対応するように、前記反応性多層フォイルの上に、可溶性金属材料層を介して前記部材を配置するステップ（４）と、前記部材を前記実装基板に対し押圧した状態で、前記反応性多層フォイルに点火エネルギーを供給し、前記反応性多層フォイルの発熱とそれによる前記金属材料の溶融を利用して、前記部材を前記実装基板に接合するステップ（５）と、を含むことを特徴とする実装品の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の実装品の製造方法であって、
前記可溶性金属材料層の少なくとも一方は、予め前記反応性多層フォイルに形成された層であることを特徴とする実装品の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の実装品の製造方法であって、
前記反応性多層フォイルの接合面積は、前記部材の接合部または前記実装基板の接合部の外形サイズよりも小さいことを特徴とする実装品の製造方法。
【請求項１】
実装基板と、当該実装基板に搭載された部材と、前記実装基板と部材とを接合する接合層とを備えた実装品であって
前記接合層は、反応性多層フォイルの両面を金属材料で挟み込んだ構造を有し、
前記部材の前記基板に接合される接合部に、外部に通じる開口部を備え、
前記基板は、前記部材の開口部に対応する位置に、前記接合層側に突出する凸部を備えたことを特徴とする実装品。
【請求項２】
請求項１に記載の実装品において、
前記開口部は、接合面と直交する方向に前記接合部を貫通する開口であることを特徴とする実装品。
【請求項３】
請求項１に記載の実装品において、
前記開口部は、接合面の方向に沿って形成された溝であることを特徴とする実装品。
【請求項４】
請求項１に記載の実装品において、
前記部材の接合部は、先端が複数の線材で構成され、前記開口部は各線材との間の空間であることを特徴とする実装品。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の実装品において、
前記開口部の前記接合面と直交する方向の高さが、前記接合層を形成する前記部材側の金属材料層の厚みより大きいことを特徴とする実装品。
【請求項６】
実装基板に、金属材料からなる接合層を介して部材を接合してなる実装品の製造方法であって、接合部に開口または溝が形成された部材を用意するステップ（１）と、前記実装基板の接合部に、前記部材の開口または溝に対応する凸部を形成するステップ（２）と、前記凸部が形成された実装基板の上に、可溶性金属材料層を介して反応性多層フォイルを配置するステップ（３）と、前記実装基板の凸部と、前記部材の開口または溝が対応するように、前記反応性多層フォイルの上に、可溶性金属材料層を介して前記部材を配置するステップ（４）と、前記部材を前記実装基板に対し押圧した状態で、前記反応性多層フォイルに点火エネルギーを供給し、前記反応性多層フォイルの発熱とそれによる前記金属材料の溶融を利用して、前記部材を前記実装基板に接合するステップ（５）と、を含むことを特徴とする実装品の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の実装品の製造方法であって、
前記可溶性金属材料層の少なくとも一方は、予め前記反応性多層フォイルに形成された層であることを特徴とする実装品の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の実装品の製造方法であって、
前記反応性多層フォイルの接合面積は、前記部材の接合部または前記実装基板の接合部の外形サイズよりも小さいことを特徴とする実装品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８６２１４（Ｐ２０１２−１８６２１４Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６６３９（Ｐ２０１１−４６６３９）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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