電気部品の接続方法、この接続方法により接続された複合部品および電気部品の接続装置
【課題】電気部品への熱影響を排除した電気部品の接続方法および接続装置、並びに熱影響を排除した複合部品を提供する。
【解決手段】本発明の電気部品の接続方法は、基板ＷのパッドＰに電気部品ＥＰのリードＬを重ね合わせて配置し、重複配置されたパッドＰおよびリードＬの重複部を含む近傍領域に、ノズル３０から金属微粒子Ｇを気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下においてパッドＰにリードＬを接続固定するように構成される。
【解決手段】本発明の電気部品の接続方法は、基板ＷのパッドＰに電気部品ＥＰのリードＬを重ね合わせて配置し、重複配置されたパッドＰおよびリードＬの重複部を含む近傍領域に、ノズル３０から金属微粒子Ｇを気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下においてパッドＰにリードＬを接続固定するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続方法、この接続方法により接続された電気部品および電気部品の接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電気部品の接続部に、他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する接続方法として、「はんだ」や「ろう」を加熱溶融して接合する「はんだ付」や「ろう付」が広く利用されている。例えば、電気部品の代表例であるプリント配線基板の接続端子（パッドやランド）に、他の電気部品の代表例であるＩＣやトランジスタ、電気コネクタ等がはんだ付により実装され、プリント回路板が形成される。
【０００３】
プリント配線基板への電気部品のはんだ付は、プリント配線基板のパッド部にはんだペーストを印刷し、その上に電気部品をセットして加熱炉を通過させ、一括してはんだ付するリフロー方式の手法、電気部品への熱影響を避けるため、はんだごてを用いて各電気部品を個々にはんだ付する手法などが、広く用いられている（例えば、引用文献１、引用文献２を参照）。近年では、はんだごてを介してはんだを加熱溶融させる加熱方法に代えて、レーザ光を照射してはんだを加熱溶融させるレーザ加熱の加熱方法（例えば、引用文献３を参照）が用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８４５２号公報
【特許文献２】特開平７−２８３２７１号公報
【特許文献３】特開２００３−２０４１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の接続方法においては、はんだを融点以上の温度に加熱して溶融させる必要がある。リフロー方式では、電気部品全体が加熱され高温になるため、耐熱温度が低い電気部品はこの方法で接続することができない。はんだごてによる加熱方式、レーザ光による加熱方式は局所加熱のため、リフロー方式のように電気部品全体が高温にさらされることはない。しかし、はんだ接続される電気部品の接続部および被接続部を、共にはんだの溶融温度以上に上昇させて一定時間保持する必要がある。そのため、被接続部を介して電気部品に伝わる熱の影響、例えばリードを介してＩＣパッケージに伝わる熱の影響や、銅線を介して絶縁被覆に伝わる熱の影響等を、排除することができないという課題があった。
【０００６】
特に、環境保護問題の高まりに伴い、ＪＥＩＴＡ（社団法人電子情報技術産業協会）により使用が推奨されている「鉛フリーはんだ（Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ等）」は、永く用いられてきた鉛を含むはんだ（Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ）よりも溶融温度が高いため、耐熱保障温度が低い電気部品には使用できない場合があるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、電気部品への熱影響を排除して電気的に接続可能な電気部品の接続方法および接続装置、並びに熱影響を排除した複合部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明を例示する第１の態様は、電気部品の接続部（例えば、実施形態における基板のパッドＰ）に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部（例えば、実施形態における電気部品のリードＬ）を電気的に接続固定する電気部品の接続方法である。この電気部品の接続方法は、前記電気部品の接続部に前記他の電気部品の被接続部を重ね合わせて配置し、重複配置された接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域にノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において接続部に被接続部を接続固定するように構成される。
【０００９】
なお、前記金属微粒子は、平均粒径が１０μｍ以下の微粒子であることが好ましい。また、前記金属微粒子は、はんだ合金の微粒子であることが好ましく、成分に鉛を含まない組成のはんだ合金の微粒子であることが望ましい。
【００１０】
本発明を例示する第２の態様は、電気部品が接続された複合部品（例えば、実施形態における電気部品ＥＰが接続された基板Ｗ）である。この複合部品は、上記いずれかに記載の電気部品の接続方法により前記電気部品と前記他の電気部品とが接続固定されることにより構成される。
【００１１】
本発明を例示する第３の態様は、電気部品の接続部（例えば、実施形態における基板のパッドＰ）に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部（例えば、実施形態における電気部品のリードＬ）を電気的に接続固定する電気部品の接続装置である。この電気部品の接続装置は、前記電気部品の接続部に前記他の電気部品の被接続部を重ね合わせた状態で保持する部品保持装置と、ノズルに供給された金属微粒子をノズルの内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、この流路の下流端部に設けられた噴射口から気体とともに噴射する噴射装置とを備え、部品保持装置により重複状態で保持された接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域に、噴射口から金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において接続部に被接続部を接続固定するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域に、ノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて基板に噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下で接続部に被接続部が接続固定される。このため、電気部品への熱影響を排除して電気的に接続可能な電気部品の接続方法および接続装置、並びに熱影響を排除した複合部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気部品の接続装置の概要構成図である。
【図２】図１におけるII−II矢視の平面図である。
【図３】噴射口近傍における金属微粒子の流れ、およびパッドおよびリードを覆ってこれらを電気的に接続固定する接続状態を説明するための模式図である。
【図４】基板にリードが接続固定された領域の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る電気部品の接続方法を実施するための装置（以下、「部品接続装置」という）ＢＳについて、好適な概要構成を略示する図１、および図１中にII−II矢視で示す平面図を参照しながら説明する。実施形態では、電気部品の接続部に他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する部品接続装置の一例として、回路パターンが形成された基板Ｗのパッド（銅箔パターンの接続端子）Ｐに、サーフェースマウント形式の電気部品ＥＰのリードＬを接続する形態の部品接続装置について説明する。
【００１５】
部品接続装置ＢＳは、大別的には、上面に電気部品ＥＰが位置決めされた基板Ｗを保持する部品保持装置１と、部品保持装置１に保持された基板Ｗとノズル３０とを相対移動させる移動機構２と、ノズル３０内部に金属微粒子を気体とともに流下させる流路を有し、流路の下流端部に開口する噴射口３５から気体の噴流に乗せて噴射する噴射装置３と、噴射装置３による金属微粒子の噴射を制御する噴射制御部８１および、移動機構２による基板Ｗとノズル３０との相対移動を制御する移動制御部８２を備えた制御装置８、などを備えて構成される。
【００１６】
基板ＷのパッドＰは、このパッド上に電気接続される電気部品のリードＬよりも投影面積が大きく、平面視においてリードＬの周囲にパッドＰが視認されるように形成される。例えばリードＬの幅を０．６[ｍｍ]（厚さを０．２[ｍｍ]）とした場合に、パッドＰの直径は１〜１．８[ｍｍ]程度に設定される。電気部品ＥＰは、この電気部品が実装される基板Ｗの所定位置に位置決めされ、各リードが対応する各パッドＰに重ね合わされた状態で、微量の接着剤や保持治具などの保持部材により基板に係止保持（仮止め）されており、移動機構２により基板Ｗを移動させたときにリードＬとパッドＰとがずれないようになっている。
【００１７】
部品保持装置１は、上記のように電気部品が保持された基板Ｗを、噴射装置３に対して位置決めした状態で固定保持可能に構成される。このような部品保持装置１の構成として、例えば、セラミックポーラスやメタルポーラス等のポーラス部材を利用し、テーブル１０の上面に基板Ｗを吸着して固定保持する構成が例示される。テーブル１０は、噴射装置３から噴射される金属微粒子と気体とからなる固気混相流の噴射力に対して十分な剛性を有して構成される。
【００１８】
図１におけるII−II矢視の平面図を図２に示すように、本構成形態では、テーブル１０に複数の位置決めピン１２を出没変位可能に設け、テーブル上に載置した基板Ｗの側縁を位置決めピン１２に付き当てることにより、基板Ｗがテーブル上の基準位置に位置決めされるようにした構成を示す。基板Ｗを支持する支持面（テーブル上面）１１は、基板Ｗに対して相対的に高い平面度で平坦に形成されており、真空発生器等によりテーブル内部の排気路が排気されたときに、ポーラス部材の微細な孔部を通して支持面近傍の空気が吸引され、基板Ｗが支持面１１に吸引されて強固に固定保持される。なお、このようなポーラス部材を用いた真空吸着手法に代えて、基板Ｗの周辺部を複数のクランプによりテーブル１０に機械的に固定するように構成してもよい。
【００１９】
移動機構２は、部品保持装置１に保持された基板Ｗとノズル３０とを相対移動させる。ここで、基板Ｗおよびノズル３０はいずれを移動させるように構成してもよいが、図示する構成形態では、上下に延びる噴射装置３の噴射軸CLに対し、これと直交する水平面内の二方向にテーブル１０を移動させるＸ−Ｙステージ２０を用いた構成例を示す。Ｘ−Ｙステージ２０は、テーブル１０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構２１、およびテーブル１０をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構２２から構成される。なるＸ−Ｙステージ形態の移動機構を示す。なお、基板Ｗとノズル３０との上下方向の相対移動については、詳細図示を省略するＺ軸駆移動機構により、テーブル１０に対してノズル３０を上下に移動させる構成になっている。
【００２０】
噴射装置３は、ノズル３０に供給された金属微粒子を、ノズル３０の内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、下流端部に設けられた噴射口３５から気体とともに噴射する。このような噴射装置として、例えば、本出願人に係る特開２０００−９４３３２号公報に開示したような噴射装置（単管タイプの噴射装置という）や、本出願人に係る特開２００６−２２４２０５号公報に開示したような噴射装置（複合管タイプの噴射装置という）がある。本発明は、上記いずれの形態の噴射装置でも適用可能であるが、図１は、噴射装置３として複合管タイプの噴射装置を適用した構成例を示す。なお、噴射方向は水平でもよい。
【００２１】
この噴射装置３は、金属微粒子を気体とともに噴射するノズル３０と、ノズル３０に金属微粒子Ｇを供給する微粒子供給ユニット４０と、ノズル３０に噴射用のガスを供給するガス供給ユニット４５と、噴射口３５から噴射されたが基板Ｗに固着されなかった金属微粒子を吸引する微粒子回収装置５５などを備えて構成される。
【００２２】
ノズル３０には、基体となるボディ３１の内部を上下に延びるパイプ状の供給ノズル３２が設けられ、この供給ノズル３２の上端部に接続されたガス供給パイプ４６を介して、ガス供給ユニット４５からガス（供給ガスという）が供給される。供給ノズル３２の上下中間部には、金属微粒子が通過可能な孔部３３が壁面を貫通して開口形成され、この孔部３３の周囲に形成された微粒子供給溝４３に微粒子導入路４２を通って微粒子タンク４１に貯留された金属微粒子Ｇが供給される。
【００２３】
金属微粒子Ｇは、接続部位に求められる電気的特性や機械的特性などに応じて適宜な組成のものを使用できる。例えば、平均粒径が１０[μｍ]以下の、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）の微粒子、有鉛・無鉛のはんだ合金の微粒子などが例示される。金属微粒子Ｇの平均粒径を１０[μｍ]以下とすることにより、金属微粒子Ｇの衝突による固着効率を向上させることができるとともに、微細な接続組織でリードＬを接続固定することができる。
【００２４】
上記平均粒径の金属微粒子として、銅、銀、金の微粒子を用いることにより、母材金属の高い導電率を利用した固着接続部を形成することができる。一方、金属微粒子として、低融点（１８０〜２３０℃）であるはんだ合金を用いることにより、衝突時の溶着性を高めることができ、金属密度が高い緻密な接続組織の固着接続部を形成することができる。さらに、鉛フリー組成（例えば、Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ、Ｓｎ−0.7Ｃｕ−0.3Ａｇ等）のはんだ合金を用いることにより、従来では使用が困難とされた保障温度の低い電気部品についても、鉛フリーはんだを用いて電気部品の接続を行うことができる。
【００２５】
供給ノズル３２の先端側には、供給ノズル３２よりも大径の加速ノズル３４が下方（噴射方向）に延びて同軸上に設けられ、この加速ノズル３４の先端に噴射口３５が形成される。供給ノズル３２の先端部と加速ノズル３４の基端部は一部重なって配設されており、この重複部に、幅が狭い円環状の加速ガス噴流路３６が形成される。加速ノズル３４の基端部には、加速ガス噴流路３６と繋がる加速ガス導入路３７が形成され、この加速ガス導入路３７に接続された加速ガス供給配管４７を介して、ガス供給ユニット４５からガス（加速ガスという）が供給される。供給ガスおよび加速ガスは、キャリアガスとして一般的に用いられる窒素（Ｎ2）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、乾燥空気（Ａｉｒ）などが、単体または組み合わされて使用され、ガスの種別および各供給圧力が制御装置８の噴射制御部８１により制御される。
【００２６】
加速ノズル３４の先端側には、加速ノズルよりも大径の外筒部材５０が上下に延びて同軸上に設けられ、噴射口３５の外周側に金属微粒子の噴射領域ＪＡを囲むように配設される。外筒部材５０の内径は、基板Ｗに噴射される金属微粒子の噴射領域ＪＡの基板面における外径（噴射径）よりも幾分大きい程度に設定される。
【００２７】
図示する噴射装置３では、外筒部材５０は、加速ノズル３４の外周側に不図示のシール部材を介して上下に摺動自在に支持させ、外筒部材５０を上下に移動させる外筒移動機構２５により加速ノズル３４に対して上下に相対移動可能に構成した態様を示す。外筒移動機構２５は、例えば、ノズルのボディ３１と外筒部材５０との間に設けたスプリングと電磁石または直動ソレノイド、ラックとピニオン、リードスクリューなどを利用して構成することができる。外筒移動機構２５による外筒部材５０の上下移動は、噴射制御部８１により制御され、外筒部材５０の下端が加速ノズル３４の噴射口よりも０．５[ｍｍ]程度低い高さ位置を基準位置として、接続される電気部品ＥＰの形状寸法と外筒部材５０との位置関係や噴射条件等に応じて制御される。
【００２８】
外筒部材５０には、壁面を貫通する排気ポート５３が形成され、排気チューブ５４を介して微粒子回収装置５５が接続されている。微粒子回収装置５５は、外筒部材内周側の固気混相流体（気体および金属微粒子）を吸引するバキュームブロワ、固気混相粒体から金属微粒子を分離して回収する微粒子回収器などから構成され、噴射口３５から噴射室５２に噴射されたが基板Ｗに固着されなかった金属微粒子を吸引して回収する。微粒子回収装置５５の作動は制御装置８により制御される。
【００２９】
このような構成の部品接続装置ＢＳでは、基板Ｗが吸着保持されたテーブル１０をＸ軸移動機構２１およびＹ軸移動機構２２により移動させ、基板ＷのパッドＰと、電気部品のリードＬの重複部（接続部位）が、噴射装置３の噴射軸CL上に位置するように位置決めする。次いで、Ｚ軸移動機構によりノズル３０を下動させ、加速ノズル下端の噴射口３５とリードＬの上面との距離ｈ、すなわちノズルギャップを所定高さに設定する。ノズルギャップｈは、通常では０．５〜２[ｍｍ]程度の高さ位置に設定される。
【００３０】
このとき、電気部品ＥＰの本体から側方に突出するリードＬの突出量が大きく、電気部品ＥＰに外筒部材５０が干渉するおそれがない場合には、原則的には、外筒部材５０を基準位置のままとする。但し、設定されたノズルギャップにおいて外筒部材５０の下端とリードＬの上面との間に所定以上（例えば０．５[ｍｍ]以上）の隙間が生じるような場合や、噴射条件により固着率が低いと想定されるような場合に、外筒移動機構２５により外筒部材５０を下動させて隙間が所定寸法となるように制御してもよい。
【００３１】
これにより、噴射領域ＪＡの外周側に、周囲が外筒部材５０で囲まれた噴射室５２が形成される。そして、微粒子回収装置５５を起動して噴射室５２を排気し、噴射装置３による噴射加工を行う。なお、リードＬの突出量が小さく電気部品ＥＰに外筒部材５０が干渉するおそれがあるような場合には、外筒移動機構２５により外筒部材５０を上動させて干渉が生じない高さ位置に退避させる。
【００３２】
噴射加工は、ガス供給ユニット４５からノズルにガスを供給することにより行われる。金属微粒子Ｇの噴射形態には、供給ガスの供給のみによる噴射、加速ガスの供給のみによる噴射、両者を組み合わせた噴射などがあり、制御装置８により制御されるが、ここでは、両者を組み合わせで噴射する場合の作用を説明する。制御装置８は、ガス供給ユニット４５からガス供給パイプ４６を介して供給ノズル３２の基端側に供給ガスを供給させ、ガス供給ユニット４５から加速ガス供給配管４７および加速ガス導入路３７を介して加速ノズル３４の基端側に加速ガスを供給させる。
【００３３】
供給ノズル３２の基端側に供給ガスが供給されると、供給ノズル３２内を流れるガス流のエジェクター効果、およびガス供給パイプ４６と供給ノズル３２との段差部に生じる乱流の効果により、微粒子供給溝４３に位置する金属微粒子Ｇが孔部３３を通って供給ノズル３２内に吸い出され、ガス流によって分散されながら供給ノズル内を下方に流下する。
【００３４】
このとき、加速ガス導入路３７に供給された加速ガスが円環状の加速ガス噴流路３６を通って加速ノズル内に高速で噴出しており、供給ノズル３２の出口領域では、加速ガス噴流路３６から噴出する高速のガス流によって大きな負圧が発生し、また両流路とも流路断面積が急拡大するため大きな乱流が発生する。そのため，供給ノズル３２を流下してきた金属微粒子Ｇが加速ノズル内に吸引されるとともに、乱流に巻き込まれて加速ガス中に分散され、加速ガスの噴流により加速されて下流端の噴射口３５から噴射される。
【００３５】
金属微粒子Ｇの噴射速度は、ノズル３０に供給する供給ガス、加速ガスの種類および圧力を制御することにより設定され、使用するガスの音速未満の速度（例えば、供給ガスおよび加速ガスが空気の場合には３００[ｍ／sec]以下の速度）で噴射される。また、ノズル内径（噴射径）とリードＬの幅との関係に応じて、移動機構２により基板Ｗとノズル３０とが相対移動され、リードＬの左右の側縁を挟むパッドＰにも金属微粒子が噴射されるように制御される。
【００３６】
そのため、噴射領域近傍の様子を図３に模式的に示すように、ノズル３０から噴射された金属微粒子は、パッドＰとリードＬの重複部を含む近傍領域に衝突して固着し、接続部位を覆うように順次堆積して噴射金属組成の固着接続部Ｆを形成する。これにより、電気部品のリードＬが基板のパッドＰに電気的に接続されると同時に、機械的に固定される。接続部位に固着しなかった金属微粒子は、噴射領域ＪＡの外周を囲む外筒部材５０により放射方向への拡散が抑制され、排気ポート５３に接続された排気チューブ５４を介して微粒子回収装置５５に回収される。これにより、金属微粒子が周囲に拡散したり電気部品に付着したりすることを抑制できる。
【００３７】
次に、以上説明した部品接続装置ＢＳを持いて実施される電気部品の接続方法について、具体例を説明する。実施例においては、パッドＰを想定した厚さ１〜２[μｍ]程度の銅の薄膜が形成されたアルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）の基板Ｗの表面に、リードＬを想定した幅０．６[ｍｍ]×厚さ０．２[ｍｍ]の銅片を密着して配置し、その上方から噴射装置３により金属微粒子Ｇを噴射した。加速ノズル３４は、内径がφ１[ｍｍ]のものを用い、ノズルギャップｈは１[ｍｍ]に設定し、加速ノズル３４とリード（銅片）Ｌとをリードの中心を基準として幅方向に±０．３[ｍｍ]相対搖動させながら噴射した。
【００３８】
金属微粒子Ｇは、平均粒径が４．７[μｍ]、合金組成がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだ合金（鉛フリーはんだ）の微粒子を用いた。また、キャリアガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を用い、供給ガス圧力は０[ＭＰａ]すなわち供給せず、加速ガス圧力を０．５[ＭＰａ]に設定して、加速ガスのみによりはんだ合金の微粒子を吸引して噴射した。
【００３９】
以上の接続条件により、リードＬが接続固定された接続部位近傍の拡大写真を図４に示す。この拡大写真から明らかなように、基板ＷとリードＬの接続部位に噴射されたはんだ合金の微粒子が順次衝突固着して堆積し、重複部を覆って上方に盛り上がる固着接続部Ｆが形成されてリードＬが接続固定されている。なお、このときの噴射時間は約１３秒であった。
【００４０】
噴射加工による金属微粒子の固着メカニズムについては、必ずしも明確に解明されていないが、微粒子の衝突シミュレーションでは、ミクロ観察した衝突部の局所的な圧力が瞬間的に数ギガパスカルにも達し、微粒子の変形や破砕により生成される新鮮な界面同士が高圧力で圧接されて強固に結合すると考えられている。
【００４１】
特に、金属微粒子がはんだ合金の場合には、銅や銀等の他の金属に比べて融点が低く、微粒子衝突部における局所的な衝突温度は、はんだ合金の融点（１８０〜２３０℃）を超えると考えられる。このことは、接続部位の拡大写真にも表れており、固着接続部Ｆにおいて、はんだ合金の微粒子が一部溶融して溶着している様子が観察される。このため、はんだ合金のような低融点の金属微粒子を用いることにより、緻密な接続組織の固着接続部を形成することができる。
【００４２】
このように、金属微粒子の衝突部をミクロ観察した場合に、金属微粒子は局所的に高温高圧になると推定されるが、接続部位を含む近傍領域はノズルから噴射される加速ガスによって常時冷却されており、マクロ的に見た固着接続部の温度はほとんど上昇しない。このため、リードＬが加熱されて電気部品が高温になるようなことがなく、従来では使用が困難とされた保障温度の低い電気部品についても、加熱プロセスを含まない簡明な工程で電気部品の接続を行うことができる。従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだ合金を利用可能なことは言うまでもない。
【００４３】
以上では、加速ノズル３４の内径が噴射口３５においてφ１[ｍｍ]のものを用いた場合の実施例について説明したが、加速ノズル３４の内径は０．５〜２[ｍｍ]程度の範囲で適宜なものを用いることができる。また、金属微粒子の例として、鉛フリーのはんだ合金を例示したが、接続部位の仕様に応じて銅、銀、金などのような電気伝導率の高い金属微粒子、銀ろうや銅ろうなどのような比較的融点が低く機械的強度が高い合金の微粒子など、他の組成の金属微粒子を使用して固着接続部を形成することもできる。さらに、接続固定される電気部品および接続部位の一例として、基板ＷのパッドＰと電気部品ＥＰのリードＬを例示したが、これらに限られるものでないことは明らかであり、複数の電気部品を接続固定する部位であればよい。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、加熱工程を含まない新規な接続手法により、常温・常圧下で複数の電気部品を接続固定することができ、これにより、加熱に起因する問題を生じない電気部品の接続方法、および接続装置を提供できるとともに、熱影響を排除した複合部品を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 部品保持装置
２ 移動機構
３ 噴射装置
８ 制御装置
３０ ノズル（３２ 供給ノズル、３４ 加速ノズル）
３５ 噴射口
４０ 微粒子供給ユニット
４５ ガス供給ユニット
５０ 外筒部材
５５ 微粒子回収装置（吸引装置）
ＢＳ 部品接続装置
ＥＰ 電気部品（他の電気部品）
Ｇ 金属微粒子
Ｐ パッド（接続部）
Ｌ リード（被接続部）
Ｗ 基板（電気部品）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続方法、この接続方法により接続された電気部品および電気部品の接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電気部品の接続部に、他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する接続方法として、「はんだ」や「ろう」を加熱溶融して接合する「はんだ付」や「ろう付」が広く利用されている。例えば、電気部品の代表例であるプリント配線基板の接続端子（パッドやランド）に、他の電気部品の代表例であるＩＣやトランジスタ、電気コネクタ等がはんだ付により実装され、プリント回路板が形成される。
【０００３】
プリント配線基板への電気部品のはんだ付は、プリント配線基板のパッド部にはんだペーストを印刷し、その上に電気部品をセットして加熱炉を通過させ、一括してはんだ付するリフロー方式の手法、電気部品への熱影響を避けるため、はんだごてを用いて各電気部品を個々にはんだ付する手法などが、広く用いられている（例えば、引用文献１、引用文献２を参照）。近年では、はんだごてを介してはんだを加熱溶融させる加熱方法に代えて、レーザ光を照射してはんだを加熱溶融させるレーザ加熱の加熱方法（例えば、引用文献３を参照）が用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８４５２号公報
【特許文献２】特開平７−２８３２７１号公報
【特許文献３】特開２００３−２０４１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の接続方法においては、はんだを融点以上の温度に加熱して溶融させる必要がある。リフロー方式では、電気部品全体が加熱され高温になるため、耐熱温度が低い電気部品はこの方法で接続することができない。はんだごてによる加熱方式、レーザ光による加熱方式は局所加熱のため、リフロー方式のように電気部品全体が高温にさらされることはない。しかし、はんだ接続される電気部品の接続部および被接続部を、共にはんだの溶融温度以上に上昇させて一定時間保持する必要がある。そのため、被接続部を介して電気部品に伝わる熱の影響、例えばリードを介してＩＣパッケージに伝わる熱の影響や、銅線を介して絶縁被覆に伝わる熱の影響等を、排除することができないという課題があった。
【０００６】
特に、環境保護問題の高まりに伴い、ＪＥＩＴＡ（社団法人電子情報技術産業協会）により使用が推奨されている「鉛フリーはんだ（Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ等）」は、永く用いられてきた鉛を含むはんだ（Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ）よりも溶融温度が高いため、耐熱保障温度が低い電気部品には使用できない場合があるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、電気部品への熱影響を排除して電気的に接続可能な電気部品の接続方法および接続装置、並びに熱影響を排除した複合部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明を例示する第１の態様は、電気部品の接続部（例えば、実施形態における基板のパッドＰ）に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部（例えば、実施形態における電気部品のリードＬ）を電気的に接続固定する電気部品の接続方法である。この電気部品の接続方法は、前記電気部品の接続部に前記他の電気部品の被接続部を重ね合わせて配置し、重複配置された接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域にノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において接続部に被接続部を接続固定するように構成される。
【０００９】
なお、前記金属微粒子は、平均粒径が１０μｍ以下の微粒子であることが好ましい。また、前記金属微粒子は、はんだ合金の微粒子であることが好ましく、成分に鉛を含まない組成のはんだ合金の微粒子であることが望ましい。
【００１０】
本発明を例示する第２の態様は、電気部品が接続された複合部品（例えば、実施形態における電気部品ＥＰが接続された基板Ｗ）である。この複合部品は、上記いずれかに記載の電気部品の接続方法により前記電気部品と前記他の電気部品とが接続固定されることにより構成される。
【００１１】
本発明を例示する第３の態様は、電気部品の接続部（例えば、実施形態における基板のパッドＰ）に、被接続部の投影面積が接続部よりも小さい他の電気部品の被接続部（例えば、実施形態における電気部品のリードＬ）を電気的に接続固定する電気部品の接続装置である。この電気部品の接続装置は、前記電気部品の接続部に前記他の電気部品の被接続部を重ね合わせた状態で保持する部品保持装置と、ノズルに供給された金属微粒子をノズルの内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、この流路の下流端部に設けられた噴射口から気体とともに噴射する噴射装置とを備え、部品保持装置により重複状態で保持された接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域に、噴射口から金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において接続部に被接続部を接続固定するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、接続部および被接続部の重複部を含む近傍領域に、ノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて基板に噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下で接続部に被接続部が接続固定される。このため、電気部品への熱影響を排除して電気的に接続可能な電気部品の接続方法および接続装置、並びに熱影響を排除した複合部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気部品の接続装置の概要構成図である。
【図２】図１におけるII−II矢視の平面図である。
【図３】噴射口近傍における金属微粒子の流れ、およびパッドおよびリードを覆ってこれらを電気的に接続固定する接続状態を説明するための模式図である。
【図４】基板にリードが接続固定された領域の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る電気部品の接続方法を実施するための装置（以下、「部品接続装置」という）ＢＳについて、好適な概要構成を略示する図１、および図１中にII−II矢視で示す平面図を参照しながら説明する。実施形態では、電気部品の接続部に他の電気部品の被接続部を電気的に接続固定する部品接続装置の一例として、回路パターンが形成された基板Ｗのパッド（銅箔パターンの接続端子）Ｐに、サーフェースマウント形式の電気部品ＥＰのリードＬを接続する形態の部品接続装置について説明する。
【００１５】
部品接続装置ＢＳは、大別的には、上面に電気部品ＥＰが位置決めされた基板Ｗを保持する部品保持装置１と、部品保持装置１に保持された基板Ｗとノズル３０とを相対移動させる移動機構２と、ノズル３０内部に金属微粒子を気体とともに流下させる流路を有し、流路の下流端部に開口する噴射口３５から気体の噴流に乗せて噴射する噴射装置３と、噴射装置３による金属微粒子の噴射を制御する噴射制御部８１および、移動機構２による基板Ｗとノズル３０との相対移動を制御する移動制御部８２を備えた制御装置８、などを備えて構成される。
【００１６】
基板ＷのパッドＰは、このパッド上に電気接続される電気部品のリードＬよりも投影面積が大きく、平面視においてリードＬの周囲にパッドＰが視認されるように形成される。例えばリードＬの幅を０．６[ｍｍ]（厚さを０．２[ｍｍ]）とした場合に、パッドＰの直径は１〜１．８[ｍｍ]程度に設定される。電気部品ＥＰは、この電気部品が実装される基板Ｗの所定位置に位置決めされ、各リードが対応する各パッドＰに重ね合わされた状態で、微量の接着剤や保持治具などの保持部材により基板に係止保持（仮止め）されており、移動機構２により基板Ｗを移動させたときにリードＬとパッドＰとがずれないようになっている。
【００１７】
部品保持装置１は、上記のように電気部品が保持された基板Ｗを、噴射装置３に対して位置決めした状態で固定保持可能に構成される。このような部品保持装置１の構成として、例えば、セラミックポーラスやメタルポーラス等のポーラス部材を利用し、テーブル１０の上面に基板Ｗを吸着して固定保持する構成が例示される。テーブル１０は、噴射装置３から噴射される金属微粒子と気体とからなる固気混相流の噴射力に対して十分な剛性を有して構成される。
【００１８】
図１におけるII−II矢視の平面図を図２に示すように、本構成形態では、テーブル１０に複数の位置決めピン１２を出没変位可能に設け、テーブル上に載置した基板Ｗの側縁を位置決めピン１２に付き当てることにより、基板Ｗがテーブル上の基準位置に位置決めされるようにした構成を示す。基板Ｗを支持する支持面（テーブル上面）１１は、基板Ｗに対して相対的に高い平面度で平坦に形成されており、真空発生器等によりテーブル内部の排気路が排気されたときに、ポーラス部材の微細な孔部を通して支持面近傍の空気が吸引され、基板Ｗが支持面１１に吸引されて強固に固定保持される。なお、このようなポーラス部材を用いた真空吸着手法に代えて、基板Ｗの周辺部を複数のクランプによりテーブル１０に機械的に固定するように構成してもよい。
【００１９】
移動機構２は、部品保持装置１に保持された基板Ｗとノズル３０とを相対移動させる。ここで、基板Ｗおよびノズル３０はいずれを移動させるように構成してもよいが、図示する構成形態では、上下に延びる噴射装置３の噴射軸CLに対し、これと直交する水平面内の二方向にテーブル１０を移動させるＸ−Ｙステージ２０を用いた構成例を示す。Ｘ−Ｙステージ２０は、テーブル１０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構２１、およびテーブル１０をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構２２から構成される。なるＸ−Ｙステージ形態の移動機構を示す。なお、基板Ｗとノズル３０との上下方向の相対移動については、詳細図示を省略するＺ軸駆移動機構により、テーブル１０に対してノズル３０を上下に移動させる構成になっている。
【００２０】
噴射装置３は、ノズル３０に供給された金属微粒子を、ノズル３０の内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、下流端部に設けられた噴射口３５から気体とともに噴射する。このような噴射装置として、例えば、本出願人に係る特開２０００−９４３３２号公報に開示したような噴射装置（単管タイプの噴射装置という）や、本出願人に係る特開２００６−２２４２０５号公報に開示したような噴射装置（複合管タイプの噴射装置という）がある。本発明は、上記いずれの形態の噴射装置でも適用可能であるが、図１は、噴射装置３として複合管タイプの噴射装置を適用した構成例を示す。なお、噴射方向は水平でもよい。
【００２１】
この噴射装置３は、金属微粒子を気体とともに噴射するノズル３０と、ノズル３０に金属微粒子Ｇを供給する微粒子供給ユニット４０と、ノズル３０に噴射用のガスを供給するガス供給ユニット４５と、噴射口３５から噴射されたが基板Ｗに固着されなかった金属微粒子を吸引する微粒子回収装置５５などを備えて構成される。
【００２２】
ノズル３０には、基体となるボディ３１の内部を上下に延びるパイプ状の供給ノズル３２が設けられ、この供給ノズル３２の上端部に接続されたガス供給パイプ４６を介して、ガス供給ユニット４５からガス（供給ガスという）が供給される。供給ノズル３２の上下中間部には、金属微粒子が通過可能な孔部３３が壁面を貫通して開口形成され、この孔部３３の周囲に形成された微粒子供給溝４３に微粒子導入路４２を通って微粒子タンク４１に貯留された金属微粒子Ｇが供給される。
【００２３】
金属微粒子Ｇは、接続部位に求められる電気的特性や機械的特性などに応じて適宜な組成のものを使用できる。例えば、平均粒径が１０[μｍ]以下の、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）の微粒子、有鉛・無鉛のはんだ合金の微粒子などが例示される。金属微粒子Ｇの平均粒径を１０[μｍ]以下とすることにより、金属微粒子Ｇの衝突による固着効率を向上させることができるとともに、微細な接続組織でリードＬを接続固定することができる。
【００２４】
上記平均粒径の金属微粒子として、銅、銀、金の微粒子を用いることにより、母材金属の高い導電率を利用した固着接続部を形成することができる。一方、金属微粒子として、低融点（１８０〜２３０℃）であるはんだ合金を用いることにより、衝突時の溶着性を高めることができ、金属密度が高い緻密な接続組織の固着接続部を形成することができる。さらに、鉛フリー組成（例えば、Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ、Ｓｎ−0.7Ｃｕ−0.3Ａｇ等）のはんだ合金を用いることにより、従来では使用が困難とされた保障温度の低い電気部品についても、鉛フリーはんだを用いて電気部品の接続を行うことができる。
【００２５】
供給ノズル３２の先端側には、供給ノズル３２よりも大径の加速ノズル３４が下方（噴射方向）に延びて同軸上に設けられ、この加速ノズル３４の先端に噴射口３５が形成される。供給ノズル３２の先端部と加速ノズル３４の基端部は一部重なって配設されており、この重複部に、幅が狭い円環状の加速ガス噴流路３６が形成される。加速ノズル３４の基端部には、加速ガス噴流路３６と繋がる加速ガス導入路３７が形成され、この加速ガス導入路３７に接続された加速ガス供給配管４７を介して、ガス供給ユニット４５からガス（加速ガスという）が供給される。供給ガスおよび加速ガスは、キャリアガスとして一般的に用いられる窒素（Ｎ2）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、乾燥空気（Ａｉｒ）などが、単体または組み合わされて使用され、ガスの種別および各供給圧力が制御装置８の噴射制御部８１により制御される。
【００２６】
加速ノズル３４の先端側には、加速ノズルよりも大径の外筒部材５０が上下に延びて同軸上に設けられ、噴射口３５の外周側に金属微粒子の噴射領域ＪＡを囲むように配設される。外筒部材５０の内径は、基板Ｗに噴射される金属微粒子の噴射領域ＪＡの基板面における外径（噴射径）よりも幾分大きい程度に設定される。
【００２７】
図示する噴射装置３では、外筒部材５０は、加速ノズル３４の外周側に不図示のシール部材を介して上下に摺動自在に支持させ、外筒部材５０を上下に移動させる外筒移動機構２５により加速ノズル３４に対して上下に相対移動可能に構成した態様を示す。外筒移動機構２５は、例えば、ノズルのボディ３１と外筒部材５０との間に設けたスプリングと電磁石または直動ソレノイド、ラックとピニオン、リードスクリューなどを利用して構成することができる。外筒移動機構２５による外筒部材５０の上下移動は、噴射制御部８１により制御され、外筒部材５０の下端が加速ノズル３４の噴射口よりも０．５[ｍｍ]程度低い高さ位置を基準位置として、接続される電気部品ＥＰの形状寸法と外筒部材５０との位置関係や噴射条件等に応じて制御される。
【００２８】
外筒部材５０には、壁面を貫通する排気ポート５３が形成され、排気チューブ５４を介して微粒子回収装置５５が接続されている。微粒子回収装置５５は、外筒部材内周側の固気混相流体（気体および金属微粒子）を吸引するバキュームブロワ、固気混相粒体から金属微粒子を分離して回収する微粒子回収器などから構成され、噴射口３５から噴射室５２に噴射されたが基板Ｗに固着されなかった金属微粒子を吸引して回収する。微粒子回収装置５５の作動は制御装置８により制御される。
【００２９】
このような構成の部品接続装置ＢＳでは、基板Ｗが吸着保持されたテーブル１０をＸ軸移動機構２１およびＹ軸移動機構２２により移動させ、基板ＷのパッドＰと、電気部品のリードＬの重複部（接続部位）が、噴射装置３の噴射軸CL上に位置するように位置決めする。次いで、Ｚ軸移動機構によりノズル３０を下動させ、加速ノズル下端の噴射口３５とリードＬの上面との距離ｈ、すなわちノズルギャップを所定高さに設定する。ノズルギャップｈは、通常では０．５〜２[ｍｍ]程度の高さ位置に設定される。
【００３０】
このとき、電気部品ＥＰの本体から側方に突出するリードＬの突出量が大きく、電気部品ＥＰに外筒部材５０が干渉するおそれがない場合には、原則的には、外筒部材５０を基準位置のままとする。但し、設定されたノズルギャップにおいて外筒部材５０の下端とリードＬの上面との間に所定以上（例えば０．５[ｍｍ]以上）の隙間が生じるような場合や、噴射条件により固着率が低いと想定されるような場合に、外筒移動機構２５により外筒部材５０を下動させて隙間が所定寸法となるように制御してもよい。
【００３１】
これにより、噴射領域ＪＡの外周側に、周囲が外筒部材５０で囲まれた噴射室５２が形成される。そして、微粒子回収装置５５を起動して噴射室５２を排気し、噴射装置３による噴射加工を行う。なお、リードＬの突出量が小さく電気部品ＥＰに外筒部材５０が干渉するおそれがあるような場合には、外筒移動機構２５により外筒部材５０を上動させて干渉が生じない高さ位置に退避させる。
【００３２】
噴射加工は、ガス供給ユニット４５からノズルにガスを供給することにより行われる。金属微粒子Ｇの噴射形態には、供給ガスの供給のみによる噴射、加速ガスの供給のみによる噴射、両者を組み合わせた噴射などがあり、制御装置８により制御されるが、ここでは、両者を組み合わせで噴射する場合の作用を説明する。制御装置８は、ガス供給ユニット４５からガス供給パイプ４６を介して供給ノズル３２の基端側に供給ガスを供給させ、ガス供給ユニット４５から加速ガス供給配管４７および加速ガス導入路３７を介して加速ノズル３４の基端側に加速ガスを供給させる。
【００３３】
供給ノズル３２の基端側に供給ガスが供給されると、供給ノズル３２内を流れるガス流のエジェクター効果、およびガス供給パイプ４６と供給ノズル３２との段差部に生じる乱流の効果により、微粒子供給溝４３に位置する金属微粒子Ｇが孔部３３を通って供給ノズル３２内に吸い出され、ガス流によって分散されながら供給ノズル内を下方に流下する。
【００３４】
このとき、加速ガス導入路３７に供給された加速ガスが円環状の加速ガス噴流路３６を通って加速ノズル内に高速で噴出しており、供給ノズル３２の出口領域では、加速ガス噴流路３６から噴出する高速のガス流によって大きな負圧が発生し、また両流路とも流路断面積が急拡大するため大きな乱流が発生する。そのため，供給ノズル３２を流下してきた金属微粒子Ｇが加速ノズル内に吸引されるとともに、乱流に巻き込まれて加速ガス中に分散され、加速ガスの噴流により加速されて下流端の噴射口３５から噴射される。
【００３５】
金属微粒子Ｇの噴射速度は、ノズル３０に供給する供給ガス、加速ガスの種類および圧力を制御することにより設定され、使用するガスの音速未満の速度（例えば、供給ガスおよび加速ガスが空気の場合には３００[ｍ／sec]以下の速度）で噴射される。また、ノズル内径（噴射径）とリードＬの幅との関係に応じて、移動機構２により基板Ｗとノズル３０とが相対移動され、リードＬの左右の側縁を挟むパッドＰにも金属微粒子が噴射されるように制御される。
【００３６】
そのため、噴射領域近傍の様子を図３に模式的に示すように、ノズル３０から噴射された金属微粒子は、パッドＰとリードＬの重複部を含む近傍領域に衝突して固着し、接続部位を覆うように順次堆積して噴射金属組成の固着接続部Ｆを形成する。これにより、電気部品のリードＬが基板のパッドＰに電気的に接続されると同時に、機械的に固定される。接続部位に固着しなかった金属微粒子は、噴射領域ＪＡの外周を囲む外筒部材５０により放射方向への拡散が抑制され、排気ポート５３に接続された排気チューブ５４を介して微粒子回収装置５５に回収される。これにより、金属微粒子が周囲に拡散したり電気部品に付着したりすることを抑制できる。
【００３７】
次に、以上説明した部品接続装置ＢＳを持いて実施される電気部品の接続方法について、具体例を説明する。実施例においては、パッドＰを想定した厚さ１〜２[μｍ]程度の銅の薄膜が形成されたアルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）の基板Ｗの表面に、リードＬを想定した幅０．６[ｍｍ]×厚さ０．２[ｍｍ]の銅片を密着して配置し、その上方から噴射装置３により金属微粒子Ｇを噴射した。加速ノズル３４は、内径がφ１[ｍｍ]のものを用い、ノズルギャップｈは１[ｍｍ]に設定し、加速ノズル３４とリード（銅片）Ｌとをリードの中心を基準として幅方向に±０．３[ｍｍ]相対搖動させながら噴射した。
【００３８】
金属微粒子Ｇは、平均粒径が４．７[μｍ]、合金組成がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだ合金（鉛フリーはんだ）の微粒子を用いた。また、キャリアガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を用い、供給ガス圧力は０[ＭＰａ]すなわち供給せず、加速ガス圧力を０．５[ＭＰａ]に設定して、加速ガスのみによりはんだ合金の微粒子を吸引して噴射した。
【００３９】
以上の接続条件により、リードＬが接続固定された接続部位近傍の拡大写真を図４に示す。この拡大写真から明らかなように、基板ＷとリードＬの接続部位に噴射されたはんだ合金の微粒子が順次衝突固着して堆積し、重複部を覆って上方に盛り上がる固着接続部Ｆが形成されてリードＬが接続固定されている。なお、このときの噴射時間は約１３秒であった。
【００４０】
噴射加工による金属微粒子の固着メカニズムについては、必ずしも明確に解明されていないが、微粒子の衝突シミュレーションでは、ミクロ観察した衝突部の局所的な圧力が瞬間的に数ギガパスカルにも達し、微粒子の変形や破砕により生成される新鮮な界面同士が高圧力で圧接されて強固に結合すると考えられている。
【００４１】
特に、金属微粒子がはんだ合金の場合には、銅や銀等の他の金属に比べて融点が低く、微粒子衝突部における局所的な衝突温度は、はんだ合金の融点（１８０〜２３０℃）を超えると考えられる。このことは、接続部位の拡大写真にも表れており、固着接続部Ｆにおいて、はんだ合金の微粒子が一部溶融して溶着している様子が観察される。このため、はんだ合金のような低融点の金属微粒子を用いることにより、緻密な接続組織の固着接続部を形成することができる。
【００４２】
このように、金属微粒子の衝突部をミクロ観察した場合に、金属微粒子は局所的に高温高圧になると推定されるが、接続部位を含む近傍領域はノズルから噴射される加速ガスによって常時冷却されており、マクロ的に見た固着接続部の温度はほとんど上昇しない。このため、リードＬが加熱されて電気部品が高温になるようなことがなく、従来では使用が困難とされた保障温度の低い電気部品についても、加熱プロセスを含まない簡明な工程で電気部品の接続を行うことができる。従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだ合金を利用可能なことは言うまでもない。
【００４３】
以上では、加速ノズル３４の内径が噴射口３５においてφ１[ｍｍ]のものを用いた場合の実施例について説明したが、加速ノズル３４の内径は０．５〜２[ｍｍ]程度の範囲で適宜なものを用いることができる。また、金属微粒子の例として、鉛フリーのはんだ合金を例示したが、接続部位の仕様に応じて銅、銀、金などのような電気伝導率の高い金属微粒子、銀ろうや銅ろうなどのような比較的融点が低く機械的強度が高い合金の微粒子など、他の組成の金属微粒子を使用して固着接続部を形成することもできる。さらに、接続固定される電気部品および接続部位の一例として、基板ＷのパッドＰと電気部品ＥＰのリードＬを例示したが、これらに限られるものでないことは明らかであり、複数の電気部品を接続固定する部位であればよい。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、加熱工程を含まない新規な接続手法により、常温・常圧下で複数の電気部品を接続固定することができ、これにより、加熱に起因する問題を生じない電気部品の接続方法、および接続装置を提供できるとともに、熱影響を排除した複合部品を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 部品保持装置
２ 移動機構
３ 噴射装置
８ 制御装置
３０ ノズル（３２ 供給ノズル、３４ 加速ノズル）
３５ 噴射口
４０ 微粒子供給ユニット
４５ ガス供給ユニット
５０ 外筒部材
５５ 微粒子回収装置（吸引装置）
ＢＳ 部品接続装置
ＥＰ 電気部品（他の電気部品）
Ｇ 金属微粒子
Ｐ パッド（接続部）
Ｌ リード（被接続部）
Ｗ 基板（電気部品）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が前記接続部よりも小さい他の電気部品の前記被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続方法であって、
前記電気部品の前記接続部に前記他の電気部品の前記被接続部を重ね合わせて配置し、
重複配置された前記接続部および前記被接続部の重複部を含む近傍領域に、ノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、
常温かつ常圧下において前記接続部に前記被接続部を接続固定することを特徴とする電気部品の接続方法。
【請求項２】
前記金属微粒子は、平均粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の電気部品の接続方法。
【請求項３】
前記金属微粒子は、はんだ合金の微粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気部品の接続方法。
【請求項４】
前記金属微粒子は、成分に鉛を含まない組成のはんだ合金の微粒子であることを特徴とする請求項３に記載の電気部品の接続方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電気部品の接続方法により前記電気部品と前記他の電気部品とが接続固定された複合部品。
【請求項６】
電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が前記接続部よりも小さい他の電気部品の前記被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続装置であって、
前記電気部品の前記接続部に前記他の電気部品の前記被接続部を重ね合わせた状態で保持する部品保持装置と、
ノズルに供給された金属微粒子を前記ノズルの内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、前記流路の下流端部に設けられた噴射口から気体とともに噴射する噴射装置とを備え、
前記部品保持装置により重複状態で保持された前記接続部および前記被接続部の重複部を含む近傍領域に、前記噴射口から前記金属微粒子を前記気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において前記接続部に前記被接続部を接続固定するように構成したことを特徴とする電気部品の接続装置。
【請求項７】
前記噴射口の外周側に金属微粒子の噴射領域を囲んで配設された外筒部材と、
前記噴射口の外周と前記外筒部材の内周との間に形成される間隙部を排気し、前記噴射口から噴射されたが前記接続部および前記被接続部に固着されなかった金属微粒子を吸引する吸引装置とを備え、
前記外筒部材の内周側が前記吸引装置により排気された状態で、前記噴射口から前記金属微粒子が噴射されるように構成したことを特徴とする請求項６に記載の電気部品の接続装置。
【請求項１】
電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が前記接続部よりも小さい他の電気部品の前記被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続方法であって、
前記電気部品の前記接続部に前記他の電気部品の前記被接続部を重ね合わせて配置し、
重複配置された前記接続部および前記被接続部の重複部を含む近傍領域に、ノズルから金属微粒子を気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、
常温かつ常圧下において前記接続部に前記被接続部を接続固定することを特徴とする電気部品の接続方法。
【請求項２】
前記金属微粒子は、平均粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の電気部品の接続方法。
【請求項３】
前記金属微粒子は、はんだ合金の微粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気部品の接続方法。
【請求項４】
前記金属微粒子は、成分に鉛を含まない組成のはんだ合金の微粒子であることを特徴とする請求項３に記載の電気部品の接続方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電気部品の接続方法により前記電気部品と前記他の電気部品とが接続固定された複合部品。
【請求項６】
電気部品の接続部に、被接続部の投影面積が前記接続部よりも小さい他の電気部品の前記被接続部を電気的に接続固定する電気部品の接続装置であって、
前記電気部品の前記接続部に前記他の電気部品の前記被接続部を重ね合わせた状態で保持する部品保持装置と、
ノズルに供給された金属微粒子を前記ノズルの内部に設けられた流路を流れる気体に分散させて流下させ、前記流路の下流端部に設けられた噴射口から気体とともに噴射する噴射装置とを備え、
前記部品保持装置により重複状態で保持された前記接続部および前記被接続部の重複部を含む近傍領域に、前記噴射口から前記金属微粒子を前記気体の噴流に乗せて噴射して衝突固着させ、常温かつ常圧下において前記接続部に前記被接続部を接続固定するように構成したことを特徴とする電気部品の接続装置。
【請求項７】
前記噴射口の外周側に金属微粒子の噴射領域を囲んで配設された外筒部材と、
前記噴射口の外周と前記外筒部材の内周との間に形成される間隙部を排気し、前記噴射口から噴射されたが前記接続部および前記被接続部に固着されなかった金属微粒子を吸引する吸引装置とを備え、
前記外筒部材の内周側が前記吸引装置により排気された状態で、前記噴射口から前記金属微粒子が噴射されるように構成したことを特徴とする請求項６に記載の電気部品の接続装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２４５３５４（Ｐ２０１０−２４５３５４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３４５７（Ｐ２００９−９３４５７）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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