接合装置及び接合方法
【課題】 対象物の洗浄処理に係る構成を簡素化し、金属接合を容易に実現する。
【解決手段】 接合装置１０１は、電子部品１を保持する吸着ノズル１１、回路基板２を上記電子部品と対向させて保持する基板ステージ９、及び位置決めが施された状態の上記電子部品と上記回路基板との間の照射位置に配置可能なエキシマ紫外線ランプ２１を備える。このような上記接合装置において、上記電子部品の金バンプ及び上記回路基板の基板電極に対する紫外線の照射が上記エキシマ紫外線ランプにより同時に行われて両金属部の洗浄処理を行った後、両金属部を互いに接触させた状態で超音波振動を付与して、両金属部の金属接合を行う。
【解決手段】 接合装置１０１は、電子部品１を保持する吸着ノズル１１、回路基板２を上記電子部品と対向させて保持する基板ステージ９、及び位置決めが施された状態の上記電子部品と上記回路基板との間の照射位置に配置可能なエキシマ紫外線ランプ２１を備える。このような上記接合装置において、上記電子部品の金バンプ及び上記回路基板の基板電極に対する紫外線の照射が上記エキシマ紫外線ランプにより同時に行われて両金属部の洗浄処理を行った後、両金属部を互いに接触させた状態で超音波振動を付与して、両金属部の金属接合を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物同士を接合する接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物同士を接合する装置では様々な接合方法が利用されており、金属部を有する対象物同士を比較的低温にて接合する方法の１つとして、金属部にプラズマを照射し、吸着物質の除去、表面の活性化等の洗浄を施した上で金属部同士を接合する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、プリント基板等の回路基板に電子部品を実装する装置において、回路基板の電極にプラズマを照射して洗浄した上で電子部品の電極と接合する技術が提案されており、特許文献２では、２つのＩＣチップのアルミ電極上に形成された金スタッドバンプにプラズマによる洗浄処理を施し、バンプ表面の汚れを除去した後に互いのバンプ同士を加熱状態にて加圧して接合する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６０６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来におけるプラズマを用いて電子部品と回路基板との接合を行う装置では、減圧状態とされた処理空間において高周波電圧を印加することにより発生させたプラズマを、電子部品または回路基板に照射して電極の洗浄処理が行われる。このため、電極の洗浄処理に係る構成として、プラズマ処理用の処理空間を形成するチャンバやプラズマを発生させる機構等、高価かつ複雑な構成が必須となり、装置の構成を簡素化することが困難となるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、対象物同士の接合において、当該対象物の洗浄処理を行う構成を簡素化し、金属接合を容易に実現することができる接合装置及び接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００７】
本発明の第１態様によれば、第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合装置において、
上記第１の対象物を保持する第１保持部と、
上記第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持する第２保持部と、
上記第１保持部により保持された上記第１の対象物の上記第１金属部と、上記第２保持部により保持された上記第２の対象物の上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行う紫外線照射部と、
上記第１保持部と上記第２保持部とを相対的に近づけて、上記紫外線照射装置により上記接合阻害物質の除去が行われた上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行う金属接合部とを備えることを特徴とする接合装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２態様によれば、上記紫外線照射部は、紫外線発生源として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプを備える第１態様に記載の接合装置を提供する。
【０００９】
本発明の第３態様によれば、上記紫外線照射部は、上記第１保持部と上記第２保持部との間における紫外線照射位置と、当該第１保持部と当該第２保持部との間より退避された退避位置との間で、上記エキシマ紫外線ランプを移動させるランプ移動装置を備え、
当該ランプ移動装置により上記エキシマ紫外線ランプが上記退避位置に位置された状態にて、上記金属接合部による金属接合が行われる第２態様に記載の接合装置を提供する。
【００１０】
本発明の第４態様によれば、上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１１】
本発明の第５態様によれば、上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が酸素濃度１０％以下の低酸素雰囲気中において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１２】
本発明の第６態様によれば、上記第１保持部、上記第２保持部、上記紫外線照射部、及び上記金属接合部がその内部に配置され、当該内部空間を密閉可能なチャンバと、
当該チャンバ内空間を減圧する減圧装置とを備え、
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が減圧環境において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１３】
本発明の第７態様によれば、上記紫外線照射部は、上記紫外線の照射により、上記第１金属部及び上記第２金属部を加熱する機能を有している第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１４】
本発明の第８態様によれば、上記第１の対象物及び上記第２の対象物は、上記金属接合によりその内部に電子部品が収容される空間を形成する容器部材である第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１５】
本発明の第９態様によれば、上記第１の対象物が、上記第１金属部として電極部を有する電子部品であって、
上記第２の対象物が、上記第２金属部として基板電極を有する回路基板である第１態様から第８態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１６】
本発明の第１０態様によれば、第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合方法において、
上記第１の対象物を保持するとともに、当該第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持して、
上記第１金属部と上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行い、
その後、上記第１の対象物と上記第２の対象物とを近づけて、上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行うことを特徴とする接合方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、対象物の洗浄処理に係る構成を簡素化し、金属接合を容易に実現することができる。さらに、金属接合を行う前に、上記それぞれの対象物における金属部の表面に対して紫外線を照射し、接合阻害物質の除去を行うことで清浄面を露呈させた状態とさせ、その後両金属部を接触させて金属接合を行っているため、その接合強度を向上させることができる。また、洗浄処理に用いられる紫外線として、１６０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を用いることにより、上記接合阻害物質の除去を効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置１０１の模式構成図を図１に示す。接合装置１０１は、第１の対象物の一例である電子部品１を、第２の対象物一例である回路基板２における所定の位置に接合して、回路基板２への電子部品１の実装を行う装置である。
【００２０】
図１に示すように、接合装置１０１は、複数の電子部品１が供給可能に配置された部品トレイ３を複数収容する部品マガジン４と、部品マガジン４から選択的に取り出された部品トレイ３を装置架台５上に配置された部品供給ステージ６上に配置させるように搬送するトレイ搬送装置７とが備えられている。また、接合装置１０１は、それぞれの電子部品１が接合されて実装される回路基板２を複数収容する基板マガジン８と、回路基板２を解除可能に保持する第２保持部の一例である基板ステージ９と、基板マガジン８に収容されている回路基板２を基板ステージ９上に載置可能に搬送する基板搬送装置１０とを備えている。
【００２１】
さらに、図１に示すように、接合装置１０１には、電子部品１を解除可能に吸着保持する第１保持部の一例である吸着ノズル１１を備え、回路基板２に対する電子部品１の接合動作を行う接合ヘッド１２と、この接合ヘッド１２を回路基板２の大略表面沿いの方向である図示Ｙ軸方向に進退移動させるヘッド移動装置１３と、上記大略表面沿いの方向であってＹ軸方向と直交する方向であるＸ軸方向に基板ステージ９を進退移動させる基板移動装置１４とが備えられている。なお、ヘッド移動装置１３や基板移動装置１４は、ボールネジ軸機構等を用いて構成することができ、例えば、ヘッド移動装置１３は、接合ヘッド１２に固定された図示しないナット部と螺合され、接合ヘッド１２のＹ軸方向の移動を案内するヘッド移動ガイド１３ａと、このヘッド移動ガイド１３ａをその軸心回りに回転駆動させることで上記ナット部の移動を駆動するモータ１３ｂとを備えている。なお、吸着ノズル１１は、中心部に真空吸引用の吸引路を有しており、先端に形成された吸引口から吸引を行うことにより、電子部品１の吸着保持を行うことが可能となるとともに、当該吸引を停止することにより吸着保持の解除を行うことが可能となっている。
【００２２】
また、接合ヘッド１２は、図示Ｚ軸方向に沿って吸着ノズル１１を昇降させる昇降装置１５と、ホーン１６を介して吸着ノズル１１に超音波振動を付与する発振部である超音波振動子１７を備えている。
【００２３】
さらに、図１に示すように、接合装置１０１には、基板ステージ９により保持された回路基板２における電子部品１が接合される位置（接合位置）を認識する認識カメラ１８が備えられている。この認識カメラ１８は、図示しない移動装置により回路基板２の上方へ移動され、上記接合位置の画像を撮像することにより当該接合位置を認識することが可能となっている。また、上記画像の撮像を行わない場合には、上記移動装置により回路基板２の上方から退避された位置に移動される。
【００２４】
ここで、接合装置１０１において取り扱われる電子部品１及び回路基板２の構成について図２及び図３の模式断面図を用いて説明する。図２に示すように、電子部品１の図示下面には、複数の電極パターン１ａが形成されており、それぞれの電極パターン１ａには金属部の一例である電極部として金（Ａｕ）バンプ１ｂが形成されている。なお、この金バンプ１ｂは、ボールバンプやメッキバンプとして形成することができる。また、本第１実施形態においては、金バンプ１ｂが形成されているような場合について説明するが、その形成材料は金のみに限定されるものではなく、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）等の金属が用いられるような場合であってもよい。また、図３に示すように、回路基板２におけるそれぞれの電子部品１が接合される側の表面には、それぞれの電子部品１の電極パターン１ａの配置と合致するように、金属部の一例である複数の基板電極２ａが、例えば金（Ａｕ）により形成されている。なお、回路基板２の基板電極２ａの形成材料は、金により形成される場合のみならず、電子部品１と同様に様々な金属材料により形成することができる。また、このような電子部品１としては、比較的熱に弱いという特性を有する電子部品、例えば、ＬＥＤチップ、半導体ベアチップ部品、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ等の電子部品が用いられ、例えば、長さ２ｍｍ×幅２ｍｍ程度の大きさを有する比較的小型の電子部品が用いられる。
【００２５】
また、図１に示すように、接合装置１０１には、電子部品１の金バンプ１ｂと、回路基板２の基板電極２ａに対して、紫外線を照射することで、それぞれの金バンプ１ｂと基板電極２ａの表面に形成されている接合阻害物質の除去を行う紫外線照射装置２０が備えられている。紫外線照射装置２０は、上記紫外線として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長を有する紫外線、例えば１７２ｎｍの波長を有する紫外線を照射する紫外線発生源としてエキシマ紫外線ランプ２１と、回路基板２の上方に位置であって、回路基板２の上記接合位置と当該接合位置との位置合わせが行われた吸着ノズル１１により保持された電子部品１との間の位置であり、かつ、回路基板２及び電子部品１に対する紫外線の照射位置Ｐ１と、回路基板２の上方より退避された位置である退避位置Ｐ２との間で、このエキシマ紫外線ランプ２１を図示Ｙ軸方向に沿って進退移動させるランプ移動装置２２とを備えている。なお、このランプ移動装置２２は、例えば、ボールネジ軸部２２ａ、ナット部２２ｂ、及びモータ２２ｃにより構成されるボールネジ軸機構を用いて構成することができる。
【００２６】
また、エキシマ紫外線ランプ２１は、例えば、Ｘ軸方向に延在するように配置された直径約２０ｍｍの円柱形状を有しており、その円柱状の周面全体より放射状に上記波長を有する紫外線を出射する機能を有している。
【００２７】
また、図１に示すように、接合装置１０１には、それぞれの構成部の動作制御を、互いの動作を関連付けながら統括的に行う制御装置１９が備えられている。制御装置１９は、例えば、吸着ノズル１１により吸着保持される電子部品１のデータや、回路基板２におけるそれぞれの接合位置のデータ、さらに、電子部品１や回路基板２に対する紫外線の照射時間やその後の接合処理の時間などのデータが予め入力されており、これらのデータに基づいて、接合処理に対する統括的な制御を行うことが可能となっている。
【００２８】
次に、このような構成を有する接合装置１０１を用いて、回路基板２における所定の接合位置に電子部品１の接合を行う接合処理の具体的な手順について、図４に示すフローチャート及び図５〜図９に示す接合装置１０１の模式説明図を用いて以下に説明する。なお、以下に説明するそれぞれの動作は、接合装置１０１が備える制御装置１９により互いの動作が関連付けられながら統括的に制御されて行われる。
【００２９】
まず、図４のフローチャートのステップＳ１において、接合装置１０１にて、部品マガジン４から所定の部品トレイ３が取り出され、トレイ搬送装置７により搬送されて部品供給ステージ６の上方に配置される。それとともに、基板マガジン８から回路基板２が取り出され、基板搬送装置１０により搬送されて基板ステージ９の上方に配置され、基板ステージ９により回路基板２の保持が行われる。その後、ヘッド移動装置１３により接合ヘッド１２がＹ軸方向沿いに移動されて、部品供給ステージ６上に配置された部品トレイ３における１つの電子部品１と吸着ノズル１１との位置合わせが行われる。当該位置合わせの後、昇降装置１５により吸着ノズル１１が下降されて当該１つの電子部品１の吸着保持が行われ、その後、上昇されることで、部品トレイ３より電子部品１が取り出される。この状態が図１に示す状態である。なお、部品トレイ３においては、それぞれの電子部品１は金バンプ１ｂが形成されている側の表面を図示下向きとして収容配置されており（すなわち、フェースダウンセットされている）、金バンプ１ｂが形成されていない側の表面（図示上面）を吸着ノズル１１により吸着保持されることとなる。
【００３０】
次に、ステップＳ２において、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１と、基板ステージ９に保持された状態の回路基板２における接合位置との位置合わせが行われる。具体的には、図５に示すように、図示しない移動装置により認識カメラ１８を回路基板２の接合位置の上方に移動させ、当該接合位置の画像を撮像取得する。その後、当該画像の認識処理を行い、回路基板２における上記接合位置の位置認識を行う。さらにその後、当該認識結果に基づいて、ヘッド移動装置１３により接合ヘッド１２を図示Ｙ軸方向に移動させるとともに、基板移動装置１４により基板ステージ９を図示Ｘ軸方向に移動させて、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１と回路基板２の接合位置との位置合わせを行う。
【００３１】
当該位置合わせの完了後、認識カメラ１８を図示しない移動装置により回路基板２の上方より退避させるとともに、紫外線照射装置２０において、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１を退避位置Ｐ２から紫外線の照射位置Ｐ１へと移動させる。当該移動により図６に示すように、エキシマ紫外線ランプ２１が、上記位置合わせが行われた状態の電子部品１と回路基板２の接合位置との間に位置されることとなる。その後、ステップＳ３において、エキシマ紫外線ランプ２１より上記所定の波長の紫外線が出射され、電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂの表面及び回路基板２における上記接合位置のそれぞれの基板電極２ｂの表面に対する当該紫外線の照射が大気雰囲気中において同時的に行われる。
【００３２】
このような紫外線の照射が行われると、紫外線のエネルギにより、電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂの表面及び回路基板２のそれぞれの基板電極２ａの表面（以下金属部表面と総称する場合もある）に付着している有機物等の不要物質が除去され、さらに、両金属部表面の励起や表面極近傍における吸着物質の除去、すなわち接合阻害物質の除去等の改質が行われ、両金属部にいわゆる紫外線洗浄処理が行われる。両金属部表面の吸着物質は、例えば、表面から７〜１０ｎｍ程度の厚さで吸着している炭素（Ｃ）等の接合阻害物質（金属接合を阻害する物質である）であり、紫外線のエネルギにより原子同士の結合が切断され、あるいは、紫外線のエネルギにより生成された酸素ラジカルにより一酸化炭素や二酸化炭素等に酸化されてガス化されることにより除去される。
【００３３】
また、電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａは、エキシマ紫外線ランプ２１から放出される熱線の照射により加熱される。これにより、専用のヒータを設けることなく金バンプ１ｂ及び基板電極２ａをある程度加熱することができ、後述する両者の接合をより好適に行うことができる。なお、紫外線洗浄処理時におけるエキシマ紫外線ランプ２１と両金属部表面との間の距離は、紫外線の減衰を抑制して洗浄処理の質を向上させるという観点からは、１ｍｍ以下とすることが好ましい。例えば、当該距離が５０ｍｍ程度であるような場合にあっては、金属部表面に照射される紫外線エネルギは略完全に減衰されることになってしまう。
【００３４】
その後、エキシマ紫外線ランプ２１より電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａに対して所定の時間だけ紫外線の照射が行われると、この紫外線洗浄処理が完了する。具体的には、図７に示すように、紫外線照射位置Ｐ１に位置されていた状態のエキシマ紫外線ランプ２１が、ランプ移動装置２２により図示Ｙ軸方向に移動されて、退避位置Ｐ２へと移動される（ステップＳ４）。これにより、エキシマ紫外線ランプ２１が、回路基板２の上方より退避されたこととなる。
【００３５】
続いて、図８に示すように、接合ヘッド１２において、昇降装置１５により吸着ノズル１１が下降され、吸着ノズル１１に保持された電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂと、回路基板２の上記接合位置におけるそれぞれの基板電極２ａとが互いに接触され、さらに金バンプ１ｂが基板電極２ａに対して押圧される。次に、超音波振動子１７によりホーン１６及び吸着ノズル１１を介して、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１に対して超音波振動が付与される。これにより、それぞれの金バンプ１ｂと基板電極２ａとが、大気雰囲気中にて金属接合される（ステップＳ５）。
【００３６】
この接合装置１０１では、それぞれの金バンプ１ｂ及び基板電極２ａの表面に対して、上記金属接合が行われる直前に紫外線洗浄処理が施されていることから、両金属部表面において接合阻害物質が除去されて露呈された清浄面同士が接合されることとなる。従って、当該両金属部間において、金属原子同士の原子間力による強い結合が生じ、電子部品１が回路基板２に強固に接合されることとなる。
【００３７】
電子部品１の回路基板２への接合が完了すると、図９に示すように、吸着ノズル１１による電子部品１の吸着保持が解除され、昇降装置１５により吸着ノズル１１が上昇されて、回路基板２に接合された電子部品１より吸着ノズル１１が離間される。なお、回路基板２において、さらに別の電子部品１が接合されるような場合にあっては、上述のステップＳ１からＳ５までのそれぞれの動作が順次行われることにより、当該電子部品１が回路基板２における別の接合位置に接合されることとなる。その後、回路基板２への電子部品１の接合が完了すると、基板ステージ９による回路基板２の保持が解除されて、図示しない搬送装置等により電子部品１が接合された状態の回路基板２が、基板ステージ９上より搬出される。なお、本第１実施形態においては、超音波振動子１７、ホーン１６、及び昇降装置１５により、上記両金属部の金属接合を行う金属接合部が構成されている。
【００３８】
ここで、エキシマ紫外線ランプ２１よりの紫外線の照射による紫外線洗浄処理について、さらに詳細に説明する。当該説明にあたって、金バンプ１ｂや基板電極２ａ等の金属部表面（Ａｕ表面）の状態の原子レベルでの拡大模式図として、紫外線洗浄処理前の状態を図１０に示し、当該紫外線洗浄処理後の状態を図１１に示す。なお、図１０及び図１１においては、Ａｕ原子（原子半径＝０．１４４ｎｍ）をＡｕと示し、水素原子（原子半径＝０．０３７ｎｍ）をＨと示し、炭素原子（原子半径＝０．０７７ｎｍ）をＣと示し、酸素原子（原子半径＝０．０６１ｎｍ）をＯと示している。
【００３９】
図１０に示すように、Ａｕ表面には原子間力により、自然な状態にて接合阻害物質のコンタミネーションが存在している。具体的には、Ａｕ表面近傍においては、水素原子、炭素原子、及び酸素原子等の様々な原子が接合阻害物質として吸着されたり剥離されたりしており、原子間力（分子間力）が及ぶ範囲であるＡｕ表面より７〜１０ｎｍの範囲においては、吸着及び剥離が平衡状態となることにより、上記それぞれの原子（あるいは分子）が結合されて接合阻害物質として吸着された状態となっている。このような状態にＡｕ表面に対して、紫外線洗浄処理として紫外線を照射、例えば、波長１７２ｎｍ、エネルギ７２１ｋＪ／ｍｏｌの紫外線を照射することにより、原子間の結合を分解させて、Ａｕ表面より除去することができる。このように接合阻害物質が除去された状態が図１１に示す状態である。図１１に示すように、紫外線洗浄処理が行われることにより、Ａｕ表面においては、７〜１０ｎｍの範囲において存在していたほとんどの水素原子、炭素原子、及び酸素原子が除去されており、当該Ａｕ表面より部分的にＡｕ原子が露呈、あるいはより露呈に近い状態とされ、清浄面が露呈された状態となっている。このようにＡｕ表面より接合阻害物質が除去されて清浄面が露呈された状態においては、よりＡｕ原子同士の金属接合を強固に行い易い状態となっている。従って、当該清浄面同士を接触させることにより、より強固な金属接合を実現することが可能となる。
【００４０】
また、ここで紫外線洗浄処理の効果を示すデータとして、紫外線洗浄処理時間（紫外線照射時間、横軸）と、金属接合における接合強度（縦左軸）と、金属部表面に付着している炭素（Ｃ）量（縦右軸）との関係を示すグラフを図１２に示す。図１２に示すように、１０秒程度の紫外線洗浄処理によって、金属接合における接合強度が大幅に向上するとともに、金属部表面に付着している炭素濃度を大幅に低減させることができることが判る。
【００４１】
また、このような紫外線洗浄処理を実施後、そのまま洗浄された金属部表面を放置しておくと、時間の経過とともに接合阻害物質の再吸着が進行し、例えば、５〜１０分程度経過すれば、金属部表面の状態は洗浄前の状態へと戻ってしまうこととなる。従って、紫外線洗浄処理の実施後、３分程度以内に金属接合を実施することが好ましく、２分以内に実施することがより好ましい。このような観点より、本第１実施形態の接合装置１０１においては、吸着ノズル１１に吸着保持された電子部品１と回路基板２における接合位置との位置合わせの実施後、当該位置合わせが行われた状態においてエキシマ紫外線ランプ２１による紫外線洗浄処理を行い、当該処理の実施後直ぐに金属接合を実施できるような工程を採用している。
【００４２】
なお、上述の本第１実施形態の接合装置１０１における接合方法の説明においては、接合ヘッド１２に昇降装置１５が備えられ、昇降装置１５により吸着ノズル１１が上昇又は下降されることにより、基板ステージ９に対して吸着ノズル１１が相対的に近接又は離間されるような構成について説明したが、本第１実施形態はこのような構成についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、基板ステージ９を上昇又は下降させるような構成が採用されるような場合であってもよい。
【００４３】
また、接合ヘッド１２において超音波振動子１７が備えられるような構成について説明したが、このような構成についてのみ限定されるものではなく、例えば、基板ステージ９に超音波振動子が備えられ、基板ステージ９を介して超音波振動が回路基板２の基板電極２ａに付与されるような構成を採用することもできる。
【００４４】
また、紫外線照射装置２０において、エキシマ紫外線ランプ２１を照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で進退移動させるランプ移動装置２２が備えられているような構成について説明したが、このような構成に代えて、接合ヘッド１２及び基板ステージ９が図示Ｙ軸方向に一体的に移動することで、エキシマ紫外線ランプ２１を基板ステージ９の上方より退避させるような構成を採用することもできる。
【００４５】
以上に説明したように、接合装置１０１では、エキシマ紫外線ランプ２１により、電子部品１の金バンプ１ｂと回路基板２の基板電極２ａとに対して同時に紫外線を照射して洗浄処理を行うことにより、電子部品１と回路基板２の洗浄処理を行う構成を簡素化し、両金属部の金属接合を容易かつ高い接合強度でもって行うことができる。また、両金属部に対する紫外線洗浄処理が大気雰囲気中にて行われるため、従来の洗浄処理を行う構成と比して洗浄処理を行うためのチャンバ等の構成を省略して、接合装置１０１の構造をより簡素化することができる。
【００４６】
また、接合装置１０１では、紫外線発生源としてエキシマ紫外線ランプ２１が用いられていることにより、当該ランプ２１より非常に短い波長の紫外線（すなわち、エネルギが高い紫外線）を照射することができ、吸着物（接合阻害物質）の除去効率を低下させるオゾン（Ｏ３）の発生を抑制することができるとともに、酸素ラジカルを効率的に生成することができるため、両金属部表面に対する紫外線洗浄処理を効率的に行うことができる。さらに、このエキシマ紫外線ランプ２１により両金属部を加熱することができるため、当該加熱により金属接合を促進するという効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、接合装置１０１においては、電子部品１がプラズマ洗浄処理等の高エネルギの照射に不向きな種類（すなわち、紫外線洗浄処理に比べて強いエネルギの照射により損傷する恐れがある種類）であっても、電子部品１を損傷させることなく洗浄処理を行うことができる。
【００４８】
（変形例）
なお、本第１実施形態の接合装置１０１においては、紫外線洗浄処理を施した後、回路基板２における接合位置に電子部品１が金属接合により接合されるような場合について説明したが、このような接合の対象物は、電子部品１や回路基板２に限定されるものではない。このような場合に代えて、第１の対象物の一例として第１容器部材、第２の対象物として第２容器部材が用いられるような場合を、本第１実施形態の変形例として以下に説明する。なお、本変形例にかかる接合方法は、上述した接合装置１０１において行うことができるため、接合装置の構成の説明については省略するものとする。
【００４９】
まず、接合装置１０１において、第１容器部材３１と第２容器部材３２に対して、エキシマ紫外線ランプ２１より出射された紫外線が照射されている状態を示す模式説明図を図１３に示す。なお、図１３では図示の都合上、接合ヘッド１２及び基板移動装置１４を他の構造と比べて大幅に縮小して示している。また、第１容器部材３１及び第２容器部材３２（以下、「両容器部材」と総称する場合もある。）、並びに、両容器部材とエキシマ紫外線ランプ２１との間隔を、エキシマ紫外線ランプ２１に比べて大きく描いている。
【００５０】
図１３に示すように、吸着ノズル１１に吸着保持される第１容器部材３１は、（−Ｚ）軸側に開口３１ｂを有する略直方体状の部材であり、開口３１ｂの周囲の（−Ｚ）軸側を向く面上には金（Ａｕ）で形成された第１金属部３１ａが設けられる。また、基板ステージ９に保持される第２容器部材３２は、第１容器部材３１と接合されて開口３１ｂを閉塞する平板状の部材である。第２容器部材３２の（＋Ｚ）軸側の主面上には、第１容器部材３１の第１金属部３１ａと対応する位置（すなわち、第２容器部材３２の周縁部近傍）に金で形成された第２金属部３２ａが設けられ、また、中央部近傍に電子部品３３が実装されている。なお、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａは、必ずしも金には限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）等の金属により形成されてもよい。また、両容器部材３１、３２の水平方向における形状は、長さ及び幅が２ｍｍ程度の矩形形状である。エキシマ紫外線ランプ２１の（＋Ｘ）軸側および（−Ｘ）軸側には、エキシマ紫外線ランプ２１を図１３中のＹ軸方向に移動するランプ移動装置２２が備えられている。
【００５１】
このような接合装置１０１において、第１容器部材３１と第２容器部材３２とが接合される際には、まず、エキシマ紫外線ランプ２１が吸着ノズル１１と基板ステージ９との間から予め退避した状態、すなわち退避位置Ｐ２に位置された状態において、部品トレイ３から第１容器部材３１が取り出されて吸着ノズル１１により吸着保持される。第１容器部材３１の保持動作に続いて、または、保持動作と並行して、図示省略の部品トレイから第２容器部材３２が取り出されて基板ステージ９により保持される。その後、ヘッド移動装置１３と基板移動装置１４とにより両者の相対的な位置合わせが行われ、第２金属部３２ａと第１金属部３１ａとの位置合わせが行われる。なお、図１３においては、第１容器部材３１の確実な吸着保持を実現するため、吸着ノズル１１は、棒状部分であるシャフト部１１ａと、このシャフト部１１ａに接続され、その下面に吸着用の開口が形成された板状部材である保持部１１ｂとにより構成されている。
【００５２】
第１容器部材３１及び第２容器部材３２の位置合わせが完了すると、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１がＹ軸方向に移動され、第１容器部材３１と第２容器部材３２との間の位置である照射位置Ｐ１に位置される。続いて、エキシマ紫外線ランプ２１から波長約１７２ｎｍの紫外線が出射され、エキシマ紫外線ランプ２１に近接して配置された第１容器部材３１（特に、第１金属部３１ａ）、および、第２容器部材３２（特に、第２金属部３２ａ）に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において同時に行われる。
【００５３】
この紫外線の照射により、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａの表面に吸着されている接合阻害物質の除去が行われ、清浄面が露呈された状態とされる（紫外線洗浄処理）。
【００５４】
第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに対する紫外線洗浄処理が完了すると、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１がＹ軸方向に移動して第１容器部材３１と第２容器部材３２との間から退避位置Ｐ２へと移動される。続いて、吸着ノズル１１が昇降装置１５により下降して基板ステージ９に近づき、吸着ノズル１１に吸着保持された第１容器部材３１の第１金属部３１ａと基板ステージ９に保持された第２容器部材３２の第２金属部３２ａとが互いに接触し、さらに、第１容器部材３１が第２容器部材３２に対して押圧される。次に、超音波振動子１７によりホーン１６及び吸着ノズル１１を介して第１容器部材３１及び第１金属部３１ａに超音波振動が付与されることにより、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａが大気雰囲気中にて金属接合される。
【００５５】
接合装置１０１では、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに紫外線洗浄処理が施されていることから、両金属部間において金属原子同士の原子間力による強い結合が生じ、第１容器部材３１が第２容器部材３２に強固に取り付けられ、内部に電子部品３３が収納される空間を有する電子部品パッケージが形成される。
【００５６】
第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合が完了すると、吸着ノズル１１による第１容器部材３１の吸着保持が解除され、吸着ノズル１１が第１容器部材３１から離れて上昇し、電子部品パッケージは図示省略の搬送装置により基板ステージ９上から搬出される。
【００５７】
このように、接合される対象物が電子部品や回路基板以外の対象物、例えば上述のように電子部品パッケージを形成するための容器部材であるような場合であっても、紫外線洗浄処理後の金属接合の効果を得ることができる。特に、第２容器部材３２に実装されている電子部品３３が、プラズマ洗浄処理等の高エネルギの照射に不向きな種類であっても、第２金属部３２ａに対する洗浄処理を行うことができる。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置２０１の部分的な構成を示す模式構成図を図１４に示す。この接合装置２０１は、上記第１実施形態と同様に回路基板２に対する電子部品１の装着および電気的接合（すなわち、実装）を行う装置である。図１４に示すように、接合装置２０１では、図１の接合装置１０１が備える超音波振動子１７及びホーン１６に代えて、吸着ノズル１１を加熱するヒータ４５がシャフト４１に設けられる。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。なお、図１４では、図１と同様に、接合ヘッド１２及び基板ステージ９を他の構造と比べて大幅に縮小して描いており、電子部品１及び回路基板２とエキシマ紫外線ランプ２１との間隔を、エキシマ紫外線ランプ２１に比べて大きく描いている。
【００５９】
接合装置２０１による電子部品１の回路基板２に対する実装動作は、上記第１実施形態の接合装置１０１による接合動作（図４参照）とほぼ同様である。以下、図４に示す接合手順のフローチャートを用いて、接合装置２０１の接合動作（実装動作）を説明する。
【００６０】
接合装置２０１では、まず、エキシマ紫外線ランプ２１が照射位置Ｐ１から退避位置Ｐ２に退避した状態で、吸着ノズル１１により電子部品１が吸着保持され、基板ステージ９により回路基板２が保持される（図４：ステップＳ１）。
【００６１】
吸着ノズル１１では、金属部である金バンプ１ｂを有する電子部品１が、金バンプ１ｂを下側に向けて吸着保持されており、基板ステージ９では、回路基板２が基板電極２ａを上側に向けて保持されている。
【００６２】
また、接合ヘッド１２においては、吸着ノズル１１に保持される電子部品１が、予め加熱されているヒータ４５により継続的に加熱される。また、ヘッド移動装置１３及び基板移動装置１４により、電子部品１の金バンプと回路基板２の基板電極２ａとの位置合わせが行われる（図４のステップＳ２）。続いて、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１が電子部品１と回路基板２との間に移動し、エキシマ紫外線ランプ２１から紫外線が出射されて金バンプ１ｂ及び基板電極２ａに対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われ、両電極部に対する紫外線洗浄処理が行われる（ステップＳ３）。なお、エキシマ紫外線ランプ２１から放出される熱線により、回路基板２もある程度加熱される。
【００６３】
両電極部に対する紫外線洗浄処理が完了すると、エキシマ紫外線ランプ２１が電子部品１と回路基板２との間から退避し（ステップＳ４）、吸着ノズル１１が下降して基板ステージ９に近づき、ヒータ４５により予め熱が付与されている電子部品１の金バンプ１ｂを回路基板２上の基板電極２ａに接触させた状態で電子部品１が回路基板２に対して押圧される。これにより、電子部品１及び回路基板２の両電極部が大気雰囲気中にて金属接合され、電子部品１の回路基板２に対する実装（金属接合）が完了する（ステップＳ５）。
【００６４】
なお、接合装置２０１では、吸着ノズル１１により回路基板２が保持され、基板ステージ９により電子部品１が保持されてもよく、また、回路基板２の基板電極２ａがヒータ４５により予め加熱されていてもよい。
【００６５】
以上に説明したように、接合装置２０１では、エキシマ紫外線ランプ２１により電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａに同時に紫外線を照射して洗浄処理を施すことにより、電子部品１及び回路基板２の洗浄処理に係る構成を簡素化し、両電極部の金属接合を容易に実現することができる。また、両金属部に対する紫外線洗浄処理が大気雰囲気中にて行われるため、接合装置２０１の構造をより簡素化することができる。
【００６６】
また、接合装置２０１では、回路基板２の加熱用のヒータを設けることなく、エキシマ紫外線ランプ２１により回路基板２の基板電極２ａをある程度加熱することができる。その結果、金バンプ１ｂと基板電極２ａとのより適切な接合が実現される。なお、電子部品１の金バンプ１ｂの加熱が、エキシマ紫外線ランプ２１からの熱線の照射のみにより行われてもよく、この場合、ヒータ４５を省略して接合装置２０１の構成をさらに簡素化することができる。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置３０１の構成を示す模式構成図を図１５に示し、図１５の接合装置３０１の構成を（−Ｘ）軸側から（＋Ｘ）軸方向を向いて見た更なる模式図を図１６に示す。
【００６８】
接合装置３０１は、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、第１容器部材３１と第２容器部材３２とを接合して、内部に電子部品３３を収容する電子部品パッケージを形成する装置である。図１５及び図１６に示すように、接合装置３０１では、吸着ノズル１１及び基板ステージ９に保持される第１容器部材３１及び第２容器部材３２に対して不活性ガスの一例として窒素（Ｎ２）ガスを供給するガス供給装置５３が、エキシマ紫外線ランプ２１の（＋Ｙ）軸側に備えられている。ガス供給装置５３の（−Ｙ）軸側には、Ｚ軸方向の幅がエキシマ紫外線ランプ２１の直径よりも大きい供給口５３ａが形成されている。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００６９】
また、接合装置３０１による第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合動作は、上記第１実施形態の接合装置１０１とほぼ同様であり、エキシマ紫外線ランプ２１により第１容器部材３１及び第２容器部材３２に紫外線が照射される際に、ガス供給装置５３の供給口５３ａから両容器部材の周囲に窒素ガスが供給され、両容器部材の周囲の酸素濃度を低下させる点のみが異なる。
【００７０】
また、接合装置３０１では、ガス供給装置５３から供給される窒素ガスにより、エキシマ紫外線ランプ２１の上方および下方に位置する第１容器部材３１及び第２容器部材３２の周囲が酸素濃度１０％以下（より好ましくは１％以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下）の低酸素雰囲気とされた状態で、エキシマ紫外線ランプ２１による第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａへの紫外線の照射、すなわち、紫外線洗浄処理が同時に行われる。このため、両容器部材の周囲においてオゾンの発生が抑制されて酸素ラジカルが効率的に生成され、簡素な構造で紫外線の照射による両金属部に対する洗浄処理の質をより向上することができる。その結果、第１容器部材３１及び第２容器部材３２を金属接合により強固かつ高い質にて容易に接合することができる。また、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、両容器部材の洗浄処理に係る構成を簡素化することができる。なお、このような酸素濃度を確実に保持した状態にて紫外線の照射を行うために、接合装置３０１においては、酸素濃度検出センサ５４が備えられており、当該酸素濃度センサ５４により所定の酸素濃度が確保された状態にて、上記紫外線洗浄処理が行われる。
【００７１】
また、接合装置３０１では、第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合時にも、両容器部材の周囲に窒素ガスが供給されて低酸素雰囲気とされる。その結果、紫外線洗浄処理後の第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに対する接合阻害物質の再吸着を抑制して、両容器部材をより確実に接合することができる。なお、ガス供給装置５３により供給されるガスは窒素ガスには限定されず、アルゴン等の他の不活性ガスが用いられてもよい。
【００７２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかる接合装置４０１の構成を示す模式構成図を図１７〜図１９に示す。接合装置４０１は、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、電子部品１を回路基板２に接合する装置である。なお、以下においては説明しないが、上記第１実施形態の変形例と同様に、接合装置４０１においては、第１容器部材３１と第２容器部材３２とを接合して電子部品パッケージを形成するような接合動作も行うことができる。
【００７３】
図１７に示すように、接合装置４０１では、吸着ノズル１１、基板ステージ９、エキシマ紫外線ランプ２１等の各構成を内部に収容するチャンバ６０が設けられ、チャンバ６０には部品トレイ３及び回路基板２をチャンバ６０に搬出入する開口６１、６２が形成されている。また、開口６１、６２は、ゲート６３、６４により開閉可能とされており、それぞれのゲート６３、６４を閉止することにより、チャンバ６０内の空間を密閉することができる。さらに、チャンバ６０にはチャンバ６０内の空間を減圧するための減圧装置の一例である真空ポンプ６５が接続されており、チャンバ６０内空間を減圧環境とすることが可能となっている。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００７４】
なお、接合装置４０１による電子部品１の回路基板２への接合動作は、両金属部に対する紫外線洗浄処理がチャンバ６０の内部の減圧環境下において行われる点を除いては、上記第１実施形態に係る接合装置１０１の接合動作とほぼ同様である。
【００７５】
接合装置４０１により電子部品１の回路基板２への接合が行われる際には、まず、トレイ搬送装置７により部品トレイ３が開口６１を通してチャンバ６０の内部に搬入されるとともに、基板搬送装置１０により回路基板２が開口６２を通してチャンバ６０の内部に搬入される。当該搬入が行われると、それぞれのゲート６３、６４が閉止されてチャンバ６０内の空間が密閉されるとともに、真空ポンプ６５による真空排気が開始され、チャンバ６０内の減圧が開始される。この状態が図１７に示す状態である。
【００７６】
次に、吸着ノズル１１により部品トレイ３から電子部品１が吸着取り出しされ、回路基板２が基板ステージ９により保持される。その後、図示しないヘッド移動装置１３及び基板移動装置１４により電子部品１と回路基板２の接合位置の位置合わせが行われる。それとともにチャンバ６０内の空間が、所定の減圧環境に保たれる。
【００７７】
その後、減圧環境とされたチャンバ６０の内部では、上記第１実施形態と同様に、エキシマ紫外線ランプ２１が吸着ノズル１１と基板ステージ９との間に移動され、減圧環境下において電子部品１の金バンプ１ｂと回路基板２の基板電極２ａに紫外線が照射されて両金属部の紫外線洗浄処理が行われる。この状態が図１８に示す状態である。
【００７８】
紫外線洗浄処理が完了すると、エキシマ紫外線ランプ２１が退避位置Ｐ２へ移動され、その後、吸着ノズル１１が下降されて電子部品１の金バンプ１ｂが回路基板２の基板電極２ａに対して押圧される。さらに、両金属部に超音波振動が付与されることにより、減圧環境下にて金属接合されて、電子部品１が回路基板２に接合される。この状態が図１９に示す状態である。
【００７９】
この金属接合が完了すると、吸着ノズル１１が基板ステージ９から離れて上昇するとともにチャンバ６０の処理空間にエアが供給されて大気圧へと戻され、開口６１、６２が開放されて、電子部品１が接合された回路基板２が図示省略の搬送装置により搬出される。
【００８０】
以上に説明したように、接合装置４０１では、チャンバ６０内部の減圧環境下において、エキシマ紫外線ランプ２１により両金属部表面に対する紫外線洗浄処理が同時に行われるため、両金属部の周囲においてオゾンの生成を防止することができるとともに、エキシマ紫外線ランプ２１からの紫外線の大気中への吸収による減衰（大気中において８ｍｍ伝播する間に約９０％が吸収される。）を防止することができる。その結果、紫外線の照射による両金属部に対する洗浄処理の質をより向上することができる。また、プラズマ処理用のチャンバやプラズマ発生機構等の高価かつ複雑な構成を設ける必要もないため、両金属部の洗浄処理を行う構成を簡素化し、両金属部を金属接合により強固かつ高い質にて容易に接合することができる。さらには、両金属部の接合が減圧環境下において行われることにより、紫外線洗浄処理後においてそれぞれの金属部表面に対する接合阻害物質の再吸着を防止することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記それぞれの実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００８２】
例えば、エキシマ紫外線ランプ２１による対象物の金属部（第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａ、並びに、金バンプ１ｂ及び基板電極２ａ等）の加熱が必要ない場合には、エキシマ紫外線ランプ２１を冷却する冷却装置が設けられてもよい。また、対象物の金属部に対する紫外線の照射は、洗浄処理の効率向上という観点からは、短波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプ２１により行われることが好ましいが、他の紫外線ランプや紫外線照射デバイス等の紫外線発生源により行われてもよい。
【００８３】
また、上記第３及び第４実施形態に係る接合装置３０１、４０１では、上記第２実施形態と同様に、それぞれの金属部がヒータにより加熱されて金属接合が促進されてもよい。
【００８４】
上述のように、本発明に係る接合装置は、高エネルギの照射に不向きな種類の電子部品を収容する電子部品パッケージの形成や、ＬＥＤチップ等の実装に特に適しているが、それ以外の様々な種類の電子部品、例えば、半導体のベアチップ部品やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ等を収容する電子部品パッケージの形成や、これら電子部品の実装にも利用されてよい。
【００８５】
また、接合装置は、第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合や電子部品１の回路基板２に対する実装以外にも様々な対象物同士の金属接合に利用されてよい。なお、対象物に対する紫外線洗浄処理は、処理の質に対する要求レベルが比較的高くない場合には、装置の簡素化の観点から大気雰囲気中において行われることが好ましく、また、高品質な紫外線洗浄処理が要求される場合には、低酸素雰囲気中や減圧環境下において行われることが好ましい。
【００８６】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、様々な対象物同士を金属接合する接合装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図である。
【図２】図１の接合装置において取り扱われる電子部品の構造を示す模式断面図である。
【図３】図１の接合装置において取り扱われる回路基板の構造を示す模式断面図である。
【図４】上記第１実施形態の接合方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の接合装置において、電子部品と回路基板の位置決めが行われている状態を示す模式説明図である。
【図６】図１の接合装置において、電子部品と回路基板のそれぞれの金属部に対する紫外線洗浄処理が行われている状態を示す模式説明図である。
【図７】図１の接合装置において、エキシマ紫外線ランプが退避位置に位置された状態を示す模式説明図である。
【図８】図１の接合装置において、電子部品が回路基板に接合されている状態を示す模式説明図である。
【図９】図１の接合装置において、電子部品の回路基板への接合動作が完了した状態を示す模式説明図である。
【図１０】紫外線洗浄処理を実施する前の金属部の表面状態を示す原子レベルの模式拡大図である。
【図１１】図１０の金属部の表面に対して紫外線洗浄処理が施された状態を示し原子レベルの模式拡大図である。
【図１２】紫外線洗浄処理における処理時間と接合強度及び炭素量との関係を示すグラフ形式の図である。
【図１３】上記第１実施形態の変形例にかかる接合装置の部分的な構成を示す模式構成図であって、それぞれの容器部材に対して紫外線洗浄処理が行われている状態を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる接合装置の部分的な構成を示す模式構成図である。
【図１５】本発明の第３実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図である。
【図１６】図１５の接合装置の部分拡大模式説明図である。
【図１７】本発明の第４実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図であり、チャンバ内に電子部品と回路基板が搬入された状態を示す図である。
【図１８】上記第４実施形態の接合装置において、減圧雰囲気内にて紫外線洗浄処理が行われている状態を示す模式構成図である。
【図１９】上記第４実施形態の接合装置において、減圧雰囲気内にて電子部品が回路基板に接合されている状態を示す模式構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 電子部品
１ａ 電極パッド
１ｂ 金バンプ
２ 回路基板
２ａ 基板電極
３ 部品トレイ
４ 部品マガジン
５ 装置架台
６ 部品供給ステージ
７ トレイ搬送装置
８ 基板マガジン
９ 基板ステージ
１０ 基板搬送装置
１１ 吸着ノズル
１２ 接合ヘッド
１３ ヘッド移動装置
１４ 基板移動装置
１５ 昇降装置
１６ ホーン
１７ 超音波振動子
１８ 認識カメラ
１９ 制御装置
２０ 紫外線照射装置
２１ エキシマ紫外線ランプ
２２ ランプ移動装置
３１ 第１容器部材
３１ａ 第１金属部
３２ 第２容器部材
３２ａ 第２金属部
３３ 電子部品
１０１ 接合装置
Ｐ１ 照射位置
Ｐ２ 退避位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物同士を接合する接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物同士を接合する装置では様々な接合方法が利用されており、金属部を有する対象物同士を比較的低温にて接合する方法の１つとして、金属部にプラズマを照射し、吸着物質の除去、表面の活性化等の洗浄を施した上で金属部同士を接合する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、プリント基板等の回路基板に電子部品を実装する装置において、回路基板の電極にプラズマを照射して洗浄した上で電子部品の電極と接合する技術が提案されており、特許文献２では、２つのＩＣチップのアルミ電極上に形成された金スタッドバンプにプラズマによる洗浄処理を施し、バンプ表面の汚れを除去した後に互いのバンプ同士を加熱状態にて加圧して接合する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６０６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来におけるプラズマを用いて電子部品と回路基板との接合を行う装置では、減圧状態とされた処理空間において高周波電圧を印加することにより発生させたプラズマを、電子部品または回路基板に照射して電極の洗浄処理が行われる。このため、電極の洗浄処理に係る構成として、プラズマ処理用の処理空間を形成するチャンバやプラズマを発生させる機構等、高価かつ複雑な構成が必須となり、装置の構成を簡素化することが困難となるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、対象物同士の接合において、当該対象物の洗浄処理を行う構成を簡素化し、金属接合を容易に実現することができる接合装置及び接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００７】
本発明の第１態様によれば、第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合装置において、
上記第１の対象物を保持する第１保持部と、
上記第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持する第２保持部と、
上記第１保持部により保持された上記第１の対象物の上記第１金属部と、上記第２保持部により保持された上記第２の対象物の上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行う紫外線照射部と、
上記第１保持部と上記第２保持部とを相対的に近づけて、上記紫外線照射装置により上記接合阻害物質の除去が行われた上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行う金属接合部とを備えることを特徴とする接合装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２態様によれば、上記紫外線照射部は、紫外線発生源として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプを備える第１態様に記載の接合装置を提供する。
【０００９】
本発明の第３態様によれば、上記紫外線照射部は、上記第１保持部と上記第２保持部との間における紫外線照射位置と、当該第１保持部と当該第２保持部との間より退避された退避位置との間で、上記エキシマ紫外線ランプを移動させるランプ移動装置を備え、
当該ランプ移動装置により上記エキシマ紫外線ランプが上記退避位置に位置された状態にて、上記金属接合部による金属接合が行われる第２態様に記載の接合装置を提供する。
【００１０】
本発明の第４態様によれば、上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１１】
本発明の第５態様によれば、上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が酸素濃度１０％以下の低酸素雰囲気中において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１２】
本発明の第６態様によれば、上記第１保持部、上記第２保持部、上記紫外線照射部、及び上記金属接合部がその内部に配置され、当該内部空間を密閉可能なチャンバと、
当該チャンバ内空間を減圧する減圧装置とを備え、
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が減圧環境において行われる第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１３】
本発明の第７態様によれば、上記紫外線照射部は、上記紫外線の照射により、上記第１金属部及び上記第２金属部を加熱する機能を有している第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１４】
本発明の第８態様によれば、上記第１の対象物及び上記第２の対象物は、上記金属接合によりその内部に電子部品が収容される空間を形成する容器部材である第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１５】
本発明の第９態様によれば、上記第１の対象物が、上記第１金属部として電極部を有する電子部品であって、
上記第２の対象物が、上記第２金属部として基板電極を有する回路基板である第１態様から第８態様のいずれか１つに記載の接合装置を提供する。
【００１６】
本発明の第１０態様によれば、第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合方法において、
上記第１の対象物を保持するとともに、当該第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持して、
上記第１金属部と上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行い、
その後、上記第１の対象物と上記第２の対象物とを近づけて、上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行うことを特徴とする接合方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、対象物の洗浄処理に係る構成を簡素化し、金属接合を容易に実現することができる。さらに、金属接合を行う前に、上記それぞれの対象物における金属部の表面に対して紫外線を照射し、接合阻害物質の除去を行うことで清浄面を露呈させた状態とさせ、その後両金属部を接触させて金属接合を行っているため、その接合強度を向上させることができる。また、洗浄処理に用いられる紫外線として、１６０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を用いることにより、上記接合阻害物質の除去を効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置１０１の模式構成図を図１に示す。接合装置１０１は、第１の対象物の一例である電子部品１を、第２の対象物一例である回路基板２における所定の位置に接合して、回路基板２への電子部品１の実装を行う装置である。
【００２０】
図１に示すように、接合装置１０１は、複数の電子部品１が供給可能に配置された部品トレイ３を複数収容する部品マガジン４と、部品マガジン４から選択的に取り出された部品トレイ３を装置架台５上に配置された部品供給ステージ６上に配置させるように搬送するトレイ搬送装置７とが備えられている。また、接合装置１０１は、それぞれの電子部品１が接合されて実装される回路基板２を複数収容する基板マガジン８と、回路基板２を解除可能に保持する第２保持部の一例である基板ステージ９と、基板マガジン８に収容されている回路基板２を基板ステージ９上に載置可能に搬送する基板搬送装置１０とを備えている。
【００２１】
さらに、図１に示すように、接合装置１０１には、電子部品１を解除可能に吸着保持する第１保持部の一例である吸着ノズル１１を備え、回路基板２に対する電子部品１の接合動作を行う接合ヘッド１２と、この接合ヘッド１２を回路基板２の大略表面沿いの方向である図示Ｙ軸方向に進退移動させるヘッド移動装置１３と、上記大略表面沿いの方向であってＹ軸方向と直交する方向であるＸ軸方向に基板ステージ９を進退移動させる基板移動装置１４とが備えられている。なお、ヘッド移動装置１３や基板移動装置１４は、ボールネジ軸機構等を用いて構成することができ、例えば、ヘッド移動装置１３は、接合ヘッド１２に固定された図示しないナット部と螺合され、接合ヘッド１２のＹ軸方向の移動を案内するヘッド移動ガイド１３ａと、このヘッド移動ガイド１３ａをその軸心回りに回転駆動させることで上記ナット部の移動を駆動するモータ１３ｂとを備えている。なお、吸着ノズル１１は、中心部に真空吸引用の吸引路を有しており、先端に形成された吸引口から吸引を行うことにより、電子部品１の吸着保持を行うことが可能となるとともに、当該吸引を停止することにより吸着保持の解除を行うことが可能となっている。
【００２２】
また、接合ヘッド１２は、図示Ｚ軸方向に沿って吸着ノズル１１を昇降させる昇降装置１５と、ホーン１６を介して吸着ノズル１１に超音波振動を付与する発振部である超音波振動子１７を備えている。
【００２３】
さらに、図１に示すように、接合装置１０１には、基板ステージ９により保持された回路基板２における電子部品１が接合される位置（接合位置）を認識する認識カメラ１８が備えられている。この認識カメラ１８は、図示しない移動装置により回路基板２の上方へ移動され、上記接合位置の画像を撮像することにより当該接合位置を認識することが可能となっている。また、上記画像の撮像を行わない場合には、上記移動装置により回路基板２の上方から退避された位置に移動される。
【００２４】
ここで、接合装置１０１において取り扱われる電子部品１及び回路基板２の構成について図２及び図３の模式断面図を用いて説明する。図２に示すように、電子部品１の図示下面には、複数の電極パターン１ａが形成されており、それぞれの電極パターン１ａには金属部の一例である電極部として金（Ａｕ）バンプ１ｂが形成されている。なお、この金バンプ１ｂは、ボールバンプやメッキバンプとして形成することができる。また、本第１実施形態においては、金バンプ１ｂが形成されているような場合について説明するが、その形成材料は金のみに限定されるものではなく、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）等の金属が用いられるような場合であってもよい。また、図３に示すように、回路基板２におけるそれぞれの電子部品１が接合される側の表面には、それぞれの電子部品１の電極パターン１ａの配置と合致するように、金属部の一例である複数の基板電極２ａが、例えば金（Ａｕ）により形成されている。なお、回路基板２の基板電極２ａの形成材料は、金により形成される場合のみならず、電子部品１と同様に様々な金属材料により形成することができる。また、このような電子部品１としては、比較的熱に弱いという特性を有する電子部品、例えば、ＬＥＤチップ、半導体ベアチップ部品、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ等の電子部品が用いられ、例えば、長さ２ｍｍ×幅２ｍｍ程度の大きさを有する比較的小型の電子部品が用いられる。
【００２５】
また、図１に示すように、接合装置１０１には、電子部品１の金バンプ１ｂと、回路基板２の基板電極２ａに対して、紫外線を照射することで、それぞれの金バンプ１ｂと基板電極２ａの表面に形成されている接合阻害物質の除去を行う紫外線照射装置２０が備えられている。紫外線照射装置２０は、上記紫外線として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長を有する紫外線、例えば１７２ｎｍの波長を有する紫外線を照射する紫外線発生源としてエキシマ紫外線ランプ２１と、回路基板２の上方に位置であって、回路基板２の上記接合位置と当該接合位置との位置合わせが行われた吸着ノズル１１により保持された電子部品１との間の位置であり、かつ、回路基板２及び電子部品１に対する紫外線の照射位置Ｐ１と、回路基板２の上方より退避された位置である退避位置Ｐ２との間で、このエキシマ紫外線ランプ２１を図示Ｙ軸方向に沿って進退移動させるランプ移動装置２２とを備えている。なお、このランプ移動装置２２は、例えば、ボールネジ軸部２２ａ、ナット部２２ｂ、及びモータ２２ｃにより構成されるボールネジ軸機構を用いて構成することができる。
【００２６】
また、エキシマ紫外線ランプ２１は、例えば、Ｘ軸方向に延在するように配置された直径約２０ｍｍの円柱形状を有しており、その円柱状の周面全体より放射状に上記波長を有する紫外線を出射する機能を有している。
【００２７】
また、図１に示すように、接合装置１０１には、それぞれの構成部の動作制御を、互いの動作を関連付けながら統括的に行う制御装置１９が備えられている。制御装置１９は、例えば、吸着ノズル１１により吸着保持される電子部品１のデータや、回路基板２におけるそれぞれの接合位置のデータ、さらに、電子部品１や回路基板２に対する紫外線の照射時間やその後の接合処理の時間などのデータが予め入力されており、これらのデータに基づいて、接合処理に対する統括的な制御を行うことが可能となっている。
【００２８】
次に、このような構成を有する接合装置１０１を用いて、回路基板２における所定の接合位置に電子部品１の接合を行う接合処理の具体的な手順について、図４に示すフローチャート及び図５〜図９に示す接合装置１０１の模式説明図を用いて以下に説明する。なお、以下に説明するそれぞれの動作は、接合装置１０１が備える制御装置１９により互いの動作が関連付けられながら統括的に制御されて行われる。
【００２９】
まず、図４のフローチャートのステップＳ１において、接合装置１０１にて、部品マガジン４から所定の部品トレイ３が取り出され、トレイ搬送装置７により搬送されて部品供給ステージ６の上方に配置される。それとともに、基板マガジン８から回路基板２が取り出され、基板搬送装置１０により搬送されて基板ステージ９の上方に配置され、基板ステージ９により回路基板２の保持が行われる。その後、ヘッド移動装置１３により接合ヘッド１２がＹ軸方向沿いに移動されて、部品供給ステージ６上に配置された部品トレイ３における１つの電子部品１と吸着ノズル１１との位置合わせが行われる。当該位置合わせの後、昇降装置１５により吸着ノズル１１が下降されて当該１つの電子部品１の吸着保持が行われ、その後、上昇されることで、部品トレイ３より電子部品１が取り出される。この状態が図１に示す状態である。なお、部品トレイ３においては、それぞれの電子部品１は金バンプ１ｂが形成されている側の表面を図示下向きとして収容配置されており（すなわち、フェースダウンセットされている）、金バンプ１ｂが形成されていない側の表面（図示上面）を吸着ノズル１１により吸着保持されることとなる。
【００３０】
次に、ステップＳ２において、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１と、基板ステージ９に保持された状態の回路基板２における接合位置との位置合わせが行われる。具体的には、図５に示すように、図示しない移動装置により認識カメラ１８を回路基板２の接合位置の上方に移動させ、当該接合位置の画像を撮像取得する。その後、当該画像の認識処理を行い、回路基板２における上記接合位置の位置認識を行う。さらにその後、当該認識結果に基づいて、ヘッド移動装置１３により接合ヘッド１２を図示Ｙ軸方向に移動させるとともに、基板移動装置１４により基板ステージ９を図示Ｘ軸方向に移動させて、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１と回路基板２の接合位置との位置合わせを行う。
【００３１】
当該位置合わせの完了後、認識カメラ１８を図示しない移動装置により回路基板２の上方より退避させるとともに、紫外線照射装置２０において、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１を退避位置Ｐ２から紫外線の照射位置Ｐ１へと移動させる。当該移動により図６に示すように、エキシマ紫外線ランプ２１が、上記位置合わせが行われた状態の電子部品１と回路基板２の接合位置との間に位置されることとなる。その後、ステップＳ３において、エキシマ紫外線ランプ２１より上記所定の波長の紫外線が出射され、電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂの表面及び回路基板２における上記接合位置のそれぞれの基板電極２ｂの表面に対する当該紫外線の照射が大気雰囲気中において同時的に行われる。
【００３２】
このような紫外線の照射が行われると、紫外線のエネルギにより、電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂの表面及び回路基板２のそれぞれの基板電極２ａの表面（以下金属部表面と総称する場合もある）に付着している有機物等の不要物質が除去され、さらに、両金属部表面の励起や表面極近傍における吸着物質の除去、すなわち接合阻害物質の除去等の改質が行われ、両金属部にいわゆる紫外線洗浄処理が行われる。両金属部表面の吸着物質は、例えば、表面から７〜１０ｎｍ程度の厚さで吸着している炭素（Ｃ）等の接合阻害物質（金属接合を阻害する物質である）であり、紫外線のエネルギにより原子同士の結合が切断され、あるいは、紫外線のエネルギにより生成された酸素ラジカルにより一酸化炭素や二酸化炭素等に酸化されてガス化されることにより除去される。
【００３３】
また、電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａは、エキシマ紫外線ランプ２１から放出される熱線の照射により加熱される。これにより、専用のヒータを設けることなく金バンプ１ｂ及び基板電極２ａをある程度加熱することができ、後述する両者の接合をより好適に行うことができる。なお、紫外線洗浄処理時におけるエキシマ紫外線ランプ２１と両金属部表面との間の距離は、紫外線の減衰を抑制して洗浄処理の質を向上させるという観点からは、１ｍｍ以下とすることが好ましい。例えば、当該距離が５０ｍｍ程度であるような場合にあっては、金属部表面に照射される紫外線エネルギは略完全に減衰されることになってしまう。
【００３４】
その後、エキシマ紫外線ランプ２１より電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａに対して所定の時間だけ紫外線の照射が行われると、この紫外線洗浄処理が完了する。具体的には、図７に示すように、紫外線照射位置Ｐ１に位置されていた状態のエキシマ紫外線ランプ２１が、ランプ移動装置２２により図示Ｙ軸方向に移動されて、退避位置Ｐ２へと移動される（ステップＳ４）。これにより、エキシマ紫外線ランプ２１が、回路基板２の上方より退避されたこととなる。
【００３５】
続いて、図８に示すように、接合ヘッド１２において、昇降装置１５により吸着ノズル１１が下降され、吸着ノズル１１に保持された電子部品１のそれぞれの金バンプ１ｂと、回路基板２の上記接合位置におけるそれぞれの基板電極２ａとが互いに接触され、さらに金バンプ１ｂが基板電極２ａに対して押圧される。次に、超音波振動子１７によりホーン１６及び吸着ノズル１１を介して、吸着ノズル１１により吸着保持された状態の電子部品１に対して超音波振動が付与される。これにより、それぞれの金バンプ１ｂと基板電極２ａとが、大気雰囲気中にて金属接合される（ステップＳ５）。
【００３６】
この接合装置１０１では、それぞれの金バンプ１ｂ及び基板電極２ａの表面に対して、上記金属接合が行われる直前に紫外線洗浄処理が施されていることから、両金属部表面において接合阻害物質が除去されて露呈された清浄面同士が接合されることとなる。従って、当該両金属部間において、金属原子同士の原子間力による強い結合が生じ、電子部品１が回路基板２に強固に接合されることとなる。
【００３７】
電子部品１の回路基板２への接合が完了すると、図９に示すように、吸着ノズル１１による電子部品１の吸着保持が解除され、昇降装置１５により吸着ノズル１１が上昇されて、回路基板２に接合された電子部品１より吸着ノズル１１が離間される。なお、回路基板２において、さらに別の電子部品１が接合されるような場合にあっては、上述のステップＳ１からＳ５までのそれぞれの動作が順次行われることにより、当該電子部品１が回路基板２における別の接合位置に接合されることとなる。その後、回路基板２への電子部品１の接合が完了すると、基板ステージ９による回路基板２の保持が解除されて、図示しない搬送装置等により電子部品１が接合された状態の回路基板２が、基板ステージ９上より搬出される。なお、本第１実施形態においては、超音波振動子１７、ホーン１６、及び昇降装置１５により、上記両金属部の金属接合を行う金属接合部が構成されている。
【００３８】
ここで、エキシマ紫外線ランプ２１よりの紫外線の照射による紫外線洗浄処理について、さらに詳細に説明する。当該説明にあたって、金バンプ１ｂや基板電極２ａ等の金属部表面（Ａｕ表面）の状態の原子レベルでの拡大模式図として、紫外線洗浄処理前の状態を図１０に示し、当該紫外線洗浄処理後の状態を図１１に示す。なお、図１０及び図１１においては、Ａｕ原子（原子半径＝０．１４４ｎｍ）をＡｕと示し、水素原子（原子半径＝０．０３７ｎｍ）をＨと示し、炭素原子（原子半径＝０．０７７ｎｍ）をＣと示し、酸素原子（原子半径＝０．０６１ｎｍ）をＯと示している。
【００３９】
図１０に示すように、Ａｕ表面には原子間力により、自然な状態にて接合阻害物質のコンタミネーションが存在している。具体的には、Ａｕ表面近傍においては、水素原子、炭素原子、及び酸素原子等の様々な原子が接合阻害物質として吸着されたり剥離されたりしており、原子間力（分子間力）が及ぶ範囲であるＡｕ表面より７〜１０ｎｍの範囲においては、吸着及び剥離が平衡状態となることにより、上記それぞれの原子（あるいは分子）が結合されて接合阻害物質として吸着された状態となっている。このような状態にＡｕ表面に対して、紫外線洗浄処理として紫外線を照射、例えば、波長１７２ｎｍ、エネルギ７２１ｋＪ／ｍｏｌの紫外線を照射することにより、原子間の結合を分解させて、Ａｕ表面より除去することができる。このように接合阻害物質が除去された状態が図１１に示す状態である。図１１に示すように、紫外線洗浄処理が行われることにより、Ａｕ表面においては、７〜１０ｎｍの範囲において存在していたほとんどの水素原子、炭素原子、及び酸素原子が除去されており、当該Ａｕ表面より部分的にＡｕ原子が露呈、あるいはより露呈に近い状態とされ、清浄面が露呈された状態となっている。このようにＡｕ表面より接合阻害物質が除去されて清浄面が露呈された状態においては、よりＡｕ原子同士の金属接合を強固に行い易い状態となっている。従って、当該清浄面同士を接触させることにより、より強固な金属接合を実現することが可能となる。
【００４０】
また、ここで紫外線洗浄処理の効果を示すデータとして、紫外線洗浄処理時間（紫外線照射時間、横軸）と、金属接合における接合強度（縦左軸）と、金属部表面に付着している炭素（Ｃ）量（縦右軸）との関係を示すグラフを図１２に示す。図１２に示すように、１０秒程度の紫外線洗浄処理によって、金属接合における接合強度が大幅に向上するとともに、金属部表面に付着している炭素濃度を大幅に低減させることができることが判る。
【００４１】
また、このような紫外線洗浄処理を実施後、そのまま洗浄された金属部表面を放置しておくと、時間の経過とともに接合阻害物質の再吸着が進行し、例えば、５〜１０分程度経過すれば、金属部表面の状態は洗浄前の状態へと戻ってしまうこととなる。従って、紫外線洗浄処理の実施後、３分程度以内に金属接合を実施することが好ましく、２分以内に実施することがより好ましい。このような観点より、本第１実施形態の接合装置１０１においては、吸着ノズル１１に吸着保持された電子部品１と回路基板２における接合位置との位置合わせの実施後、当該位置合わせが行われた状態においてエキシマ紫外線ランプ２１による紫外線洗浄処理を行い、当該処理の実施後直ぐに金属接合を実施できるような工程を採用している。
【００４２】
なお、上述の本第１実施形態の接合装置１０１における接合方法の説明においては、接合ヘッド１２に昇降装置１５が備えられ、昇降装置１５により吸着ノズル１１が上昇又は下降されることにより、基板ステージ９に対して吸着ノズル１１が相対的に近接又は離間されるような構成について説明したが、本第１実施形態はこのような構成についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、基板ステージ９を上昇又は下降させるような構成が採用されるような場合であってもよい。
【００４３】
また、接合ヘッド１２において超音波振動子１７が備えられるような構成について説明したが、このような構成についてのみ限定されるものではなく、例えば、基板ステージ９に超音波振動子が備えられ、基板ステージ９を介して超音波振動が回路基板２の基板電極２ａに付与されるような構成を採用することもできる。
【００４４】
また、紫外線照射装置２０において、エキシマ紫外線ランプ２１を照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で進退移動させるランプ移動装置２２が備えられているような構成について説明したが、このような構成に代えて、接合ヘッド１２及び基板ステージ９が図示Ｙ軸方向に一体的に移動することで、エキシマ紫外線ランプ２１を基板ステージ９の上方より退避させるような構成を採用することもできる。
【００４５】
以上に説明したように、接合装置１０１では、エキシマ紫外線ランプ２１により、電子部品１の金バンプ１ｂと回路基板２の基板電極２ａとに対して同時に紫外線を照射して洗浄処理を行うことにより、電子部品１と回路基板２の洗浄処理を行う構成を簡素化し、両金属部の金属接合を容易かつ高い接合強度でもって行うことができる。また、両金属部に対する紫外線洗浄処理が大気雰囲気中にて行われるため、従来の洗浄処理を行う構成と比して洗浄処理を行うためのチャンバ等の構成を省略して、接合装置１０１の構造をより簡素化することができる。
【００４６】
また、接合装置１０１では、紫外線発生源としてエキシマ紫外線ランプ２１が用いられていることにより、当該ランプ２１より非常に短い波長の紫外線（すなわち、エネルギが高い紫外線）を照射することができ、吸着物（接合阻害物質）の除去効率を低下させるオゾン（Ｏ３）の発生を抑制することができるとともに、酸素ラジカルを効率的に生成することができるため、両金属部表面に対する紫外線洗浄処理を効率的に行うことができる。さらに、このエキシマ紫外線ランプ２１により両金属部を加熱することができるため、当該加熱により金属接合を促進するという効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、接合装置１０１においては、電子部品１がプラズマ洗浄処理等の高エネルギの照射に不向きな種類（すなわち、紫外線洗浄処理に比べて強いエネルギの照射により損傷する恐れがある種類）であっても、電子部品１を損傷させることなく洗浄処理を行うことができる。
【００４８】
（変形例）
なお、本第１実施形態の接合装置１０１においては、紫外線洗浄処理を施した後、回路基板２における接合位置に電子部品１が金属接合により接合されるような場合について説明したが、このような接合の対象物は、電子部品１や回路基板２に限定されるものではない。このような場合に代えて、第１の対象物の一例として第１容器部材、第２の対象物として第２容器部材が用いられるような場合を、本第１実施形態の変形例として以下に説明する。なお、本変形例にかかる接合方法は、上述した接合装置１０１において行うことができるため、接合装置の構成の説明については省略するものとする。
【００４９】
まず、接合装置１０１において、第１容器部材３１と第２容器部材３２に対して、エキシマ紫外線ランプ２１より出射された紫外線が照射されている状態を示す模式説明図を図１３に示す。なお、図１３では図示の都合上、接合ヘッド１２及び基板移動装置１４を他の構造と比べて大幅に縮小して示している。また、第１容器部材３１及び第２容器部材３２（以下、「両容器部材」と総称する場合もある。）、並びに、両容器部材とエキシマ紫外線ランプ２１との間隔を、エキシマ紫外線ランプ２１に比べて大きく描いている。
【００５０】
図１３に示すように、吸着ノズル１１に吸着保持される第１容器部材３１は、（−Ｚ）軸側に開口３１ｂを有する略直方体状の部材であり、開口３１ｂの周囲の（−Ｚ）軸側を向く面上には金（Ａｕ）で形成された第１金属部３１ａが設けられる。また、基板ステージ９に保持される第２容器部材３２は、第１容器部材３１と接合されて開口３１ｂを閉塞する平板状の部材である。第２容器部材３２の（＋Ｚ）軸側の主面上には、第１容器部材３１の第１金属部３１ａと対応する位置（すなわち、第２容器部材３２の周縁部近傍）に金で形成された第２金属部３２ａが設けられ、また、中央部近傍に電子部品３３が実装されている。なお、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａは、必ずしも金には限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）等の金属により形成されてもよい。また、両容器部材３１、３２の水平方向における形状は、長さ及び幅が２ｍｍ程度の矩形形状である。エキシマ紫外線ランプ２１の（＋Ｘ）軸側および（−Ｘ）軸側には、エキシマ紫外線ランプ２１を図１３中のＹ軸方向に移動するランプ移動装置２２が備えられている。
【００５１】
このような接合装置１０１において、第１容器部材３１と第２容器部材３２とが接合される際には、まず、エキシマ紫外線ランプ２１が吸着ノズル１１と基板ステージ９との間から予め退避した状態、すなわち退避位置Ｐ２に位置された状態において、部品トレイ３から第１容器部材３１が取り出されて吸着ノズル１１により吸着保持される。第１容器部材３１の保持動作に続いて、または、保持動作と並行して、図示省略の部品トレイから第２容器部材３２が取り出されて基板ステージ９により保持される。その後、ヘッド移動装置１３と基板移動装置１４とにより両者の相対的な位置合わせが行われ、第２金属部３２ａと第１金属部３１ａとの位置合わせが行われる。なお、図１３においては、第１容器部材３１の確実な吸着保持を実現するため、吸着ノズル１１は、棒状部分であるシャフト部１１ａと、このシャフト部１１ａに接続され、その下面に吸着用の開口が形成された板状部材である保持部１１ｂとにより構成されている。
【００５２】
第１容器部材３１及び第２容器部材３２の位置合わせが完了すると、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１がＹ軸方向に移動され、第１容器部材３１と第２容器部材３２との間の位置である照射位置Ｐ１に位置される。続いて、エキシマ紫外線ランプ２１から波長約１７２ｎｍの紫外線が出射され、エキシマ紫外線ランプ２１に近接して配置された第１容器部材３１（特に、第１金属部３１ａ）、および、第２容器部材３２（特に、第２金属部３２ａ）に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において同時に行われる。
【００５３】
この紫外線の照射により、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａの表面に吸着されている接合阻害物質の除去が行われ、清浄面が露呈された状態とされる（紫外線洗浄処理）。
【００５４】
第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに対する紫外線洗浄処理が完了すると、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１がＹ軸方向に移動して第１容器部材３１と第２容器部材３２との間から退避位置Ｐ２へと移動される。続いて、吸着ノズル１１が昇降装置１５により下降して基板ステージ９に近づき、吸着ノズル１１に吸着保持された第１容器部材３１の第１金属部３１ａと基板ステージ９に保持された第２容器部材３２の第２金属部３２ａとが互いに接触し、さらに、第１容器部材３１が第２容器部材３２に対して押圧される。次に、超音波振動子１７によりホーン１６及び吸着ノズル１１を介して第１容器部材３１及び第１金属部３１ａに超音波振動が付与されることにより、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａが大気雰囲気中にて金属接合される。
【００５５】
接合装置１０１では、第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに紫外線洗浄処理が施されていることから、両金属部間において金属原子同士の原子間力による強い結合が生じ、第１容器部材３１が第２容器部材３２に強固に取り付けられ、内部に電子部品３３が収納される空間を有する電子部品パッケージが形成される。
【００５６】
第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合が完了すると、吸着ノズル１１による第１容器部材３１の吸着保持が解除され、吸着ノズル１１が第１容器部材３１から離れて上昇し、電子部品パッケージは図示省略の搬送装置により基板ステージ９上から搬出される。
【００５７】
このように、接合される対象物が電子部品や回路基板以外の対象物、例えば上述のように電子部品パッケージを形成するための容器部材であるような場合であっても、紫外線洗浄処理後の金属接合の効果を得ることができる。特に、第２容器部材３２に実装されている電子部品３３が、プラズマ洗浄処理等の高エネルギの照射に不向きな種類であっても、第２金属部３２ａに対する洗浄処理を行うことができる。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置２０１の部分的な構成を示す模式構成図を図１４に示す。この接合装置２０１は、上記第１実施形態と同様に回路基板２に対する電子部品１の装着および電気的接合（すなわち、実装）を行う装置である。図１４に示すように、接合装置２０１では、図１の接合装置１０１が備える超音波振動子１７及びホーン１６に代えて、吸着ノズル１１を加熱するヒータ４５がシャフト４１に設けられる。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。なお、図１４では、図１と同様に、接合ヘッド１２及び基板ステージ９を他の構造と比べて大幅に縮小して描いており、電子部品１及び回路基板２とエキシマ紫外線ランプ２１との間隔を、エキシマ紫外線ランプ２１に比べて大きく描いている。
【００５９】
接合装置２０１による電子部品１の回路基板２に対する実装動作は、上記第１実施形態の接合装置１０１による接合動作（図４参照）とほぼ同様である。以下、図４に示す接合手順のフローチャートを用いて、接合装置２０１の接合動作（実装動作）を説明する。
【００６０】
接合装置２０１では、まず、エキシマ紫外線ランプ２１が照射位置Ｐ１から退避位置Ｐ２に退避した状態で、吸着ノズル１１により電子部品１が吸着保持され、基板ステージ９により回路基板２が保持される（図４：ステップＳ１）。
【００６１】
吸着ノズル１１では、金属部である金バンプ１ｂを有する電子部品１が、金バンプ１ｂを下側に向けて吸着保持されており、基板ステージ９では、回路基板２が基板電極２ａを上側に向けて保持されている。
【００６２】
また、接合ヘッド１２においては、吸着ノズル１１に保持される電子部品１が、予め加熱されているヒータ４５により継続的に加熱される。また、ヘッド移動装置１３及び基板移動装置１４により、電子部品１の金バンプと回路基板２の基板電極２ａとの位置合わせが行われる（図４のステップＳ２）。続いて、ランプ移動装置２２によりエキシマ紫外線ランプ２１が電子部品１と回路基板２との間に移動し、エキシマ紫外線ランプ２１から紫外線が出射されて金バンプ１ｂ及び基板電極２ａに対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われ、両電極部に対する紫外線洗浄処理が行われる（ステップＳ３）。なお、エキシマ紫外線ランプ２１から放出される熱線により、回路基板２もある程度加熱される。
【００６３】
両電極部に対する紫外線洗浄処理が完了すると、エキシマ紫外線ランプ２１が電子部品１と回路基板２との間から退避し（ステップＳ４）、吸着ノズル１１が下降して基板ステージ９に近づき、ヒータ４５により予め熱が付与されている電子部品１の金バンプ１ｂを回路基板２上の基板電極２ａに接触させた状態で電子部品１が回路基板２に対して押圧される。これにより、電子部品１及び回路基板２の両電極部が大気雰囲気中にて金属接合され、電子部品１の回路基板２に対する実装（金属接合）が完了する（ステップＳ５）。
【００６４】
なお、接合装置２０１では、吸着ノズル１１により回路基板２が保持され、基板ステージ９により電子部品１が保持されてもよく、また、回路基板２の基板電極２ａがヒータ４５により予め加熱されていてもよい。
【００６５】
以上に説明したように、接合装置２０１では、エキシマ紫外線ランプ２１により電子部品１の金バンプ１ｂ及び回路基板２の基板電極２ａに同時に紫外線を照射して洗浄処理を施すことにより、電子部品１及び回路基板２の洗浄処理に係る構成を簡素化し、両電極部の金属接合を容易に実現することができる。また、両金属部に対する紫外線洗浄処理が大気雰囲気中にて行われるため、接合装置２０１の構造をより簡素化することができる。
【００６６】
また、接合装置２０１では、回路基板２の加熱用のヒータを設けることなく、エキシマ紫外線ランプ２１により回路基板２の基板電極２ａをある程度加熱することができる。その結果、金バンプ１ｂと基板電極２ａとのより適切な接合が実現される。なお、電子部品１の金バンプ１ｂの加熱が、エキシマ紫外線ランプ２１からの熱線の照射のみにより行われてもよく、この場合、ヒータ４５を省略して接合装置２０１の構成をさらに簡素化することができる。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる接合装置の一例である接合装置３０１の構成を示す模式構成図を図１５に示し、図１５の接合装置３０１の構成を（−Ｘ）軸側から（＋Ｘ）軸方向を向いて見た更なる模式図を図１６に示す。
【００６８】
接合装置３０１は、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、第１容器部材３１と第２容器部材３２とを接合して、内部に電子部品３３を収容する電子部品パッケージを形成する装置である。図１５及び図１６に示すように、接合装置３０１では、吸着ノズル１１及び基板ステージ９に保持される第１容器部材３１及び第２容器部材３２に対して不活性ガスの一例として窒素（Ｎ２）ガスを供給するガス供給装置５３が、エキシマ紫外線ランプ２１の（＋Ｙ）軸側に備えられている。ガス供給装置５３の（−Ｙ）軸側には、Ｚ軸方向の幅がエキシマ紫外線ランプ２１の直径よりも大きい供給口５３ａが形成されている。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００６９】
また、接合装置３０１による第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合動作は、上記第１実施形態の接合装置１０１とほぼ同様であり、エキシマ紫外線ランプ２１により第１容器部材３１及び第２容器部材３２に紫外線が照射される際に、ガス供給装置５３の供給口５３ａから両容器部材の周囲に窒素ガスが供給され、両容器部材の周囲の酸素濃度を低下させる点のみが異なる。
【００７０】
また、接合装置３０１では、ガス供給装置５３から供給される窒素ガスにより、エキシマ紫外線ランプ２１の上方および下方に位置する第１容器部材３１及び第２容器部材３２の周囲が酸素濃度１０％以下（より好ましくは１％以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下）の低酸素雰囲気とされた状態で、エキシマ紫外線ランプ２１による第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａへの紫外線の照射、すなわち、紫外線洗浄処理が同時に行われる。このため、両容器部材の周囲においてオゾンの発生が抑制されて酸素ラジカルが効率的に生成され、簡素な構造で紫外線の照射による両金属部に対する洗浄処理の質をより向上することができる。その結果、第１容器部材３１及び第２容器部材３２を金属接合により強固かつ高い質にて容易に接合することができる。また、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、両容器部材の洗浄処理に係る構成を簡素化することができる。なお、このような酸素濃度を確実に保持した状態にて紫外線の照射を行うために、接合装置３０１においては、酸素濃度検出センサ５４が備えられており、当該酸素濃度センサ５４により所定の酸素濃度が確保された状態にて、上記紫外線洗浄処理が行われる。
【００７１】
また、接合装置３０１では、第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合時にも、両容器部材の周囲に窒素ガスが供給されて低酸素雰囲気とされる。その結果、紫外線洗浄処理後の第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａに対する接合阻害物質の再吸着を抑制して、両容器部材をより確実に接合することができる。なお、ガス供給装置５３により供給されるガスは窒素ガスには限定されず、アルゴン等の他の不活性ガスが用いられてもよい。
【００７２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかる接合装置４０１の構成を示す模式構成図を図１７〜図１９に示す。接合装置４０１は、上記第１実施形態の接合装置１０１と同様に、電子部品１を回路基板２に接合する装置である。なお、以下においては説明しないが、上記第１実施形態の変形例と同様に、接合装置４０１においては、第１容器部材３１と第２容器部材３２とを接合して電子部品パッケージを形成するような接合動作も行うことができる。
【００７３】
図１７に示すように、接合装置４０１では、吸着ノズル１１、基板ステージ９、エキシマ紫外線ランプ２１等の各構成を内部に収容するチャンバ６０が設けられ、チャンバ６０には部品トレイ３及び回路基板２をチャンバ６０に搬出入する開口６１、６２が形成されている。また、開口６１、６２は、ゲート６３、６４により開閉可能とされており、それぞれのゲート６３、６４を閉止することにより、チャンバ６０内の空間を密閉することができる。さらに、チャンバ６０にはチャンバ６０内の空間を減圧するための減圧装置の一例である真空ポンプ６５が接続されており、チャンバ６０内空間を減圧環境とすることが可能となっている。その他の構成は図１の接合装置１０１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００７４】
なお、接合装置４０１による電子部品１の回路基板２への接合動作は、両金属部に対する紫外線洗浄処理がチャンバ６０の内部の減圧環境下において行われる点を除いては、上記第１実施形態に係る接合装置１０１の接合動作とほぼ同様である。
【００７５】
接合装置４０１により電子部品１の回路基板２への接合が行われる際には、まず、トレイ搬送装置７により部品トレイ３が開口６１を通してチャンバ６０の内部に搬入されるとともに、基板搬送装置１０により回路基板２が開口６２を通してチャンバ６０の内部に搬入される。当該搬入が行われると、それぞれのゲート６３、６４が閉止されてチャンバ６０内の空間が密閉されるとともに、真空ポンプ６５による真空排気が開始され、チャンバ６０内の減圧が開始される。この状態が図１７に示す状態である。
【００７６】
次に、吸着ノズル１１により部品トレイ３から電子部品１が吸着取り出しされ、回路基板２が基板ステージ９により保持される。その後、図示しないヘッド移動装置１３及び基板移動装置１４により電子部品１と回路基板２の接合位置の位置合わせが行われる。それとともにチャンバ６０内の空間が、所定の減圧環境に保たれる。
【００７７】
その後、減圧環境とされたチャンバ６０の内部では、上記第１実施形態と同様に、エキシマ紫外線ランプ２１が吸着ノズル１１と基板ステージ９との間に移動され、減圧環境下において電子部品１の金バンプ１ｂと回路基板２の基板電極２ａに紫外線が照射されて両金属部の紫外線洗浄処理が行われる。この状態が図１８に示す状態である。
【００７８】
紫外線洗浄処理が完了すると、エキシマ紫外線ランプ２１が退避位置Ｐ２へ移動され、その後、吸着ノズル１１が下降されて電子部品１の金バンプ１ｂが回路基板２の基板電極２ａに対して押圧される。さらに、両金属部に超音波振動が付与されることにより、減圧環境下にて金属接合されて、電子部品１が回路基板２に接合される。この状態が図１９に示す状態である。
【００７９】
この金属接合が完了すると、吸着ノズル１１が基板ステージ９から離れて上昇するとともにチャンバ６０の処理空間にエアが供給されて大気圧へと戻され、開口６１、６２が開放されて、電子部品１が接合された回路基板２が図示省略の搬送装置により搬出される。
【００８０】
以上に説明したように、接合装置４０１では、チャンバ６０内部の減圧環境下において、エキシマ紫外線ランプ２１により両金属部表面に対する紫外線洗浄処理が同時に行われるため、両金属部の周囲においてオゾンの生成を防止することができるとともに、エキシマ紫外線ランプ２１からの紫外線の大気中への吸収による減衰（大気中において８ｍｍ伝播する間に約９０％が吸収される。）を防止することができる。その結果、紫外線の照射による両金属部に対する洗浄処理の質をより向上することができる。また、プラズマ処理用のチャンバやプラズマ発生機構等の高価かつ複雑な構成を設ける必要もないため、両金属部の洗浄処理を行う構成を簡素化し、両金属部を金属接合により強固かつ高い質にて容易に接合することができる。さらには、両金属部の接合が減圧環境下において行われることにより、紫外線洗浄処理後においてそれぞれの金属部表面に対する接合阻害物質の再吸着を防止することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記それぞれの実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００８２】
例えば、エキシマ紫外線ランプ２１による対象物の金属部（第１金属部３１ａ及び第２金属部３２ａ、並びに、金バンプ１ｂ及び基板電極２ａ等）の加熱が必要ない場合には、エキシマ紫外線ランプ２１を冷却する冷却装置が設けられてもよい。また、対象物の金属部に対する紫外線の照射は、洗浄処理の効率向上という観点からは、短波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプ２１により行われることが好ましいが、他の紫外線ランプや紫外線照射デバイス等の紫外線発生源により行われてもよい。
【００８３】
また、上記第３及び第４実施形態に係る接合装置３０１、４０１では、上記第２実施形態と同様に、それぞれの金属部がヒータにより加熱されて金属接合が促進されてもよい。
【００８４】
上述のように、本発明に係る接合装置は、高エネルギの照射に不向きな種類の電子部品を収容する電子部品パッケージの形成や、ＬＥＤチップ等の実装に特に適しているが、それ以外の様々な種類の電子部品、例えば、半導体のベアチップ部品やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ等を収容する電子部品パッケージの形成や、これら電子部品の実装にも利用されてよい。
【００８５】
また、接合装置は、第１容器部材３１及び第２容器部材３２の接合や電子部品１の回路基板２に対する実装以外にも様々な対象物同士の金属接合に利用されてよい。なお、対象物に対する紫外線洗浄処理は、処理の質に対する要求レベルが比較的高くない場合には、装置の簡素化の観点から大気雰囲気中において行われることが好ましく、また、高品質な紫外線洗浄処理が要求される場合には、低酸素雰囲気中や減圧環境下において行われることが好ましい。
【００８６】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、様々な対象物同士を金属接合する接合装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図である。
【図２】図１の接合装置において取り扱われる電子部品の構造を示す模式断面図である。
【図３】図１の接合装置において取り扱われる回路基板の構造を示す模式断面図である。
【図４】上記第１実施形態の接合方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の接合装置において、電子部品と回路基板の位置決めが行われている状態を示す模式説明図である。
【図６】図１の接合装置において、電子部品と回路基板のそれぞれの金属部に対する紫外線洗浄処理が行われている状態を示す模式説明図である。
【図７】図１の接合装置において、エキシマ紫外線ランプが退避位置に位置された状態を示す模式説明図である。
【図８】図１の接合装置において、電子部品が回路基板に接合されている状態を示す模式説明図である。
【図９】図１の接合装置において、電子部品の回路基板への接合動作が完了した状態を示す模式説明図である。
【図１０】紫外線洗浄処理を実施する前の金属部の表面状態を示す原子レベルの模式拡大図である。
【図１１】図１０の金属部の表面に対して紫外線洗浄処理が施された状態を示し原子レベルの模式拡大図である。
【図１２】紫外線洗浄処理における処理時間と接合強度及び炭素量との関係を示すグラフ形式の図である。
【図１３】上記第１実施形態の変形例にかかる接合装置の部分的な構成を示す模式構成図であって、それぞれの容器部材に対して紫外線洗浄処理が行われている状態を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる接合装置の部分的な構成を示す模式構成図である。
【図１５】本発明の第３実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図である。
【図１６】図１５の接合装置の部分拡大模式説明図である。
【図１７】本発明の第４実施形態にかかる接合装置の構成を示す模式構成図であり、チャンバ内に電子部品と回路基板が搬入された状態を示す図である。
【図１８】上記第４実施形態の接合装置において、減圧雰囲気内にて紫外線洗浄処理が行われている状態を示す模式構成図である。
【図１９】上記第４実施形態の接合装置において、減圧雰囲気内にて電子部品が回路基板に接合されている状態を示す模式構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 電子部品
１ａ 電極パッド
１ｂ 金バンプ
２ 回路基板
２ａ 基板電極
３ 部品トレイ
４ 部品マガジン
５ 装置架台
６ 部品供給ステージ
７ トレイ搬送装置
８ 基板マガジン
９ 基板ステージ
１０ 基板搬送装置
１１ 吸着ノズル
１２ 接合ヘッド
１３ ヘッド移動装置
１４ 基板移動装置
１５ 昇降装置
１６ ホーン
１７ 超音波振動子
１８ 認識カメラ
１９ 制御装置
２０ 紫外線照射装置
２１ エキシマ紫外線ランプ
２２ ランプ移動装置
３１ 第１容器部材
３１ａ 第１金属部
３２ 第２容器部材
３２ａ 第２金属部
３３ 電子部品
１０１ 接合装置
Ｐ１ 照射位置
Ｐ２ 退避位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合装置において、
上記第１の対象物を保持する第１保持部と、
上記第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持する第２保持部と、
上記第１保持部により保持された上記第１の対象物の上記第１金属部と、上記第２保持部により保持された上記第２の対象物の上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行う紫外線照射部と、
上記第１保持部と上記第２保持部とを相対的に近づけて、上記紫外線照射装置により上記接合阻害物質の除去が行われた上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行う金属接合部とを備えることを特徴とする接合装置。
【請求項２】
上記紫外線照射部は、紫外線発生源として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプを備える請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
上記紫外線照射部は、上記第１保持部と上記第２保持部との間における紫外線照射位置と、当該第１保持部と当該第２保持部との間より退避された退避位置との間で、上記エキシマ紫外線ランプを移動させるランプ移動装置を備え、
当該ランプ移動装置により上記エキシマ紫外線ランプが上記退避位置に位置された状態にて、上記金属接合部による金属接合が行われる請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項５】
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が酸素濃度１０％以下の低酸素雰囲気中において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項６】
上記第１保持部、上記第２保持部、上記紫外線照射部、及び上記金属接合部がその内部に配置され、当該内部空間を密閉可能なチャンバと、
当該チャンバ内空間を減圧する減圧装置とを備え、
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が減圧環境において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項７】
上記紫外線照射部は、上記紫外線の照射により、上記第１金属部及び上記第２金属部を加熱する機能を有している請求項１から６のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項８】
上記第１の対象物及び上記第２の対象物は、上記金属接合によりその内部に電子部品が収容される空間を形成する容器部材である請求項１から７のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項９】
上記第１の対象物が、上記第１金属部として電極部を有する電子部品であって、
上記第２の対象物が、上記第２金属部として基板電極を有する回路基板である請求項１から８のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項１０】
第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合方法において、
上記第１の対象物を保持するとともに、当該第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持して、
上記第１金属部と上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行い、
その後、上記第１の対象物と上記第２の対象物とを近づけて、上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項１】
第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合装置において、
上記第１の対象物を保持する第１保持部と、
上記第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持する第２保持部と、
上記第１保持部により保持された上記第１の対象物の上記第１金属部と、上記第２保持部により保持された上記第２の対象物の上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行う紫外線照射部と、
上記第１保持部と上記第２保持部とを相対的に近づけて、上記紫外線照射装置により上記接合阻害物質の除去が行われた上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行う金属接合部とを備えることを特徴とする接合装置。
【請求項２】
上記紫外線照射部は、紫外線発生源として、１６０〜１８０ｎｍの範囲の波長の紫外線を照射するエキシマ紫外線ランプを備える請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
上記紫外線照射部は、上記第１保持部と上記第２保持部との間における紫外線照射位置と、当該第１保持部と当該第２保持部との間より退避された退避位置との間で、上記エキシマ紫外線ランプを移動させるランプ移動装置を備え、
当該ランプ移動装置により上記エキシマ紫外線ランプが上記退避位置に位置された状態にて、上記金属接合部による金属接合が行われる請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が大気雰囲気中において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項５】
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が酸素濃度１０％以下の低酸素雰囲気中において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項６】
上記第１保持部、上記第２保持部、上記紫外線照射部、及び上記金属接合部がその内部に配置され、当該内部空間を密閉可能なチャンバと、
当該チャンバ内空間を減圧する減圧装置とを備え、
上記紫外線照射部による上記第１金属部及び上記第２金属部に対する紫外線の照射が減圧環境において行われる請求項１から３のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項７】
上記紫外線照射部は、上記紫外線の照射により、上記第１金属部及び上記第２金属部を加熱する機能を有している請求項１から６のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項８】
上記第１の対象物及び上記第２の対象物は、上記金属接合によりその内部に電子部品が収容される空間を形成する容器部材である請求項１から７のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項９】
上記第１の対象物が、上記第１金属部として電極部を有する電子部品であって、
上記第２の対象物が、上記第２金属部として基板電極を有する回路基板である請求項１から８のいずれか１つに記載の接合装置。
【請求項１０】
第１の対象物の第１金属部と第２の対象物の第２金属部とを接合する接合方法において、
上記第１の対象物を保持するとともに、当該第１の対象物の上記第１金属部に上記第２金属部が対向するように上記第２の対象物を保持して、
上記第１金属部と上記第２金属部とに紫外線を照射して、当該第１金属部及び第２金属部のそれぞれの表面より接合阻害物質の除去を行い、
その後、上記第１の対象物と上記第２の対象物とを近づけて、上記第１金属部と上記第２金属部とを互いに接触させながら、当該第１金属部又は当該第２金属部に超音波振動又は熱を付与して金属接合を行うことを特徴とする接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−７３２１（Ｐ２００６−７３２１Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５４２１３（Ｐ２００５−１５４２１３）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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