JP6351938B2 - 接合構造体の製造方法、接合構造体および装置 - Google Patents

Description

本発明は、接合構造体の製造方法、構造体およびその応用に関する。

特許文献１には、ペーストを用いて部材を接合する方法が開示されている。当該ペーストは分散媒を含み、分散媒には金属ナノ粒子（導電部材）が分散されている。特許文献１の接合方法は、スペーサを採用することによって、接合層の膜厚を必要なだけ厚くさせ、大きな加圧力で加圧することができ、焼結後の接合強度を高めている。

特開２０１１−７１３０１号公報

しかしながら、特許文献１の接合方法では、加熱炉で加熱することによって導電部材の焼結が行われるため、導電部材を焼結する際に長時間かかっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は短時間でベースと部品とを接合することができる接合構造体の製造方法、構造体および装置を提供することにある。

本発明による接合構造体の製造方法は、照射する光に対して少なくとも一方が透過性を有するベースおよび部品を備える接合構造体の製造方法であって、前記ベースおよび前記部品のうち少なくとも一方に導電部材を形成する工程と、前記ベースと前記部品とを前記導電部材を介して積層する工程と、前記透過性を有する前記ベースまたは前記部品の方向から前記導電部材に前記光を照射することによって前記ベースおよび前記部品を接合する工程とを包含する。

ある実施形態において、前記ベースは、前記照射する光に対し透過性を有し、前記ベースは、前記導電部材を介して前記部品と接合する接合面と、前記接合面と反対側の非接合面とを有し、前記ベースおよび前記部品を接合する工程において、前記非接合面の方向から前記導電部材に前記光を照射する。または、配線形成の場合は、配線上面からの光照射でもよい。

ある実施形態において、前記導電部材には、銀、銅またはニッケルの粒子が分散されている。

ある実施形態において、前記導電部材を形成する工程において、メッキ処理、蒸着処理またはエッチング箔膜処理によって前記導電部材を形成する。

ある実施形態において、前記導電部材を形成する工程は、前記部品と接合する接合領域に第１導電部材を形成する工程と、前記部品と接合しない非接合領域に第２導電部材を形成する工程とを含み、前記第１導電部材はポリマーまたはガラスを含有する。

ある実施形態において、前記ベースは、ポリエステル基板やポリイミド基板、ガラス基板またはシリカガラス基板である。

ある実施形態において、前記ベースは、シリコンカーバイドである。

ある実施形態において、前記部品は、シリコンである。

ある実施形態において、前記部品は、ガリウムナイトライドチップまたはＬＥＤチップである。

ある実施形態において、前記光は可視光、紫外光および赤外光のうち少なくとも１つを含む。

本発明による構造体は、ベースと、部品と、導電部材とを備え、前記ベースと前記部品の少なくとも一方は照射する光に対して透過性を有し、前記ベースと前記部品とは前記導電部材を介して積層しており、前記少なくとも一方の方向から前記導電部材に光を照射することによって前記ベースおよび前記部品は接合されている。

本発明による装置は、上記に記載の接合構造体を備え、前記部品はＬＥＤチップである。

本発明に係る接合構造体の製造方法は、ベースおよび部品のうち少なくとも一方に導電部材を形成する工程と、ベースと部品とを導電部材を介して積層する工程と、透過性を有するベースまたは部品の方向から導電部材に光を照射することによって記ベースおよび前記部品を接合する工程とを包含する。光を照射することによって導電部材を接合（焼結）するため、均一に接合（焼結）でき、かつ接合（焼結）にかかる時間が短い。したがって、短時間でベースに部品を実装することができる。

本発明に係る第１構造体を示す模式的な側面図である。 本発明の実施形態に係る第１構造体の製造方法を示す模式的な側面図である。 本発明に係る第２構造体を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る第２構造体の製造方法を示す模式的な側面図である。 本発明の実施形態に係る第３構造体の製造方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る第３構造体の製造方法を示す模式的な側面図である。 本発明に係る装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る第１構造体を示す写真である。 銀フレークペーストを用いた配線を示す写真である。 ＰＥＴ基板とダミーチップとを接合した本発明の第３実施形態に係る接合構造体を示す写真である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、ＰＥＴ基板とＬＥＤチップとを接合した本発明の第３実施形態に係る接合構造体を示す写真である。 本発明に係るに照射するパルス電圧（加速電圧）と配線抵抗率の関係を示すグラフである。 本発明に係る接合構造体への、波長（３００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の光の照射時間と接合構造体のせん断強度の関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明に係る接合構造体の製造方法によって製造した構造体の強度と接合面組織とを示す図である。（ｂ）は、第１構造体を示す図である。 （ａ）は、Ｐｕｌｓｅｆｏｒｇｅの光強度分布とＰＥＴフィルムの光吸収率の波長変化を示している。（ｂ）は、光照射に用いた光源Ｐｕｌｓｅｆｏｒｇｅの写真である。

以下、図面を参照して本発明による接合方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１を参照して本発明に係る第１構造体１００の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る第１構造体１００を示す模式図である。以下、ガラスとガラスとが接合されている第１構造体１００について説明する。

第１構造体１００は、ベース１０と部品３０と導電部材２０とを備える。本実施形態では、ベース１０と部品３０として、ガラスを用いる。あるいは、ベース１０と部品３０として、ガラスの他、シリカガラス、シリコンカーバイドまたはシリコン上に形成したガリウムナイトライドを用いる。

ベース１０は、照射する光に対して透過性を有する。ベース１０は、透明である。ベース１０は、接合面４１ａと非接合面４２ａとを有する。接合面４１ａは、部品３０と接合する面である。非接合面４２ａは接合面４１ａの反対側に位置する。

部品３０は、照射する光に対して透過性を有する。部品３０は、透明である。部品３０は、接合面４１ｂと非接合面４２ｂとを有する。接合面４１ｂは、ベース１０と接合する面である。非接合面４２ｂは接合面４１ｂの反対側に位置する。

導電部材２０は、めっき膜、蒸着処理、エッチング箔膜処理によって形成されている。

ベース１０と部品３０とは、導電部材２０を介して接合している。ベース１０と部品３０とは、透過性を有するベース１０または部品３０の方向から導電部材２０に光を照射し接合されている。

図２を参照して、本発明に係る第１構造体１００の製造方法の実施形態を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る第１構造体１００の製造方法を示す模式的な側面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、ベース１０および部品３０を用意する。

次に、図１（ｂ）に示すように、導電部材２０をベース１０および部品３０にそれぞれ形成する。ベース１０および部品３０のそれぞれの接合面（接合面４１ａおよび接合面４１ｂ）に導電部材２０のメッキ処理、蒸着処理、エッチング箔膜処理を施すことによって、導電部材２０は、ベース１０および部品３０に形成される。

次に、図１（ｃ）に示すように、ベース１０と部品３０とを導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂを介して積層する。すなわち、ベース１０の接合面４１ａと部品３０の接合面４１ｂが対向するように、部品３０をベース１０に載置する。この段階では、ベース１０と部品３０とは積層されているだけで、分離している。すなわち、ベース１０と部品３０とは接合していない。

次に、図１（ｄ）に示すように、光５０を照射する。光５０は、例えば、高出力のフラッシュ光源から照射される。光５０は、例えば、可視光である。光５０を照射する時間は、例えば、１分である。光５０の照射は、常温環境下で行われればよい。部品３０が照射される光に対して透過性を有するため、照射された光５０は、部品３０を通過し導電部材２０（導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂ）に到達する。導電部材２０に到達した光によって、導電部材２０は接合面間で焼結される。導電部材２０が焼結されると、ベース１０と部品３０とは接合される。

以上、図１および図２を参照して説明したように、本発明に係る第１構造体１００の製造方法は、導電部材２０（導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂ）をベース１０および部品３０の少なくとも一方に形成する工程と、ベース１０と部品３０とを導電部材２０を介して積層する工程と、透過性を有するベース１０または部品３０の方向から導電部材２０に光５０を照射することによってベース１０および部品３０を接合する工程とを包含する。光５０を照射することによって導電部材２０を接合（焼結）するため、接合（焼結）にかかる時間が短い。したがって、短時間でベース１０に部品３０を実装することができる。

また、光５０を照射することによって導電部材２０を焼結するため、広い範囲を一度に焼結を行うことができる。したがって、均一に焼結でき効率よくベース１０と部品３０とを接合することができる。

また、一般的な加熱炉で加熱することによって導電部材２０を焼結する方法では、２００℃以上の高温化での熱処理が必要であったが、本発明に係る接合方法では、常温環境下で導電部材２０の焼結を行うことができる。したがって、ベース１０または部品３０が耐熱温度の低い場合であっても、ベース１０と部品３０とを接合することができる。

また、本発明に係る第１構造体１００の製造方法では、光５０を照射することによって導電部材２０を焼結するため、加熱炉などの大掛かりな装置を必要としない。したがって、低コストでベース１０と部品３０とを接合することができる。

（第２実施形態）
図３を参照して、本発明に係る第２構造体２００の実施形態を説明する。図３は、本発明に係る第２構造体２００を示す模式図である。以下、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ：ＰＥＴ）基板（以下、ＰＥＴ基板と記載する）（ベース１０）と半導体チップ（部品３０）とが接合されている第２構造体２００について説明する。

第２構造体２００は、ベース１０と部品３０と導電部材（導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂ）とを備える。本実施形態では、ベース１０はＰＥＴ基板である。部品３０は半導体チップである。

ベース１０は、透光性を有する。ベース１０は、透明である。ベース１０は、接合面４１と非接合面４２とを有する。接合面４１は、部品３０と接合する面である。非接合面４２は接合面４１の反対側に位置する。

導電部材２０には、銀、銅またはニッケルの金属粒子が分散されている。粒子分散の導電部材２０は、金属粒子とアルコール等の溶媒とを混合してペースト化することによって作製される。

導電部材２０ａは、導電部材２０ｂと短絡しないように間隔をあけてベース１０に形成されている。導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂの一端は、電極（図示せず）または他の部品の端子（図示せず）に接続されている。

部品３０は、一端が導電部材２０ａと接触している。一方、部品３０は、他端が導電部材２０ｂと接触している。

図４を参照して、本発明に係る第２構造体２００の製造方法の実施形態を説明する。図４は、本発明の実施形態に係る第２構造体２００の製造方法を示す模式的な側面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ベース１０を用意する。

次に、図４（ｂ）に示すように、導電部材２０（導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂ）をベース１０に形成する。導電部材２０は、所定のパターンを描くようにベース１０に形成（塗布）される。所定のパターンを描くように導電部材２０をベース１０に形成するため、導電部材２０は、例えば、スクリーン印刷などの印刷法でベース１０に形成（塗布）されることが好ましい。

次に、図４（ｃ）に示すように、ベース１０と部品３０とを導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂを介して積層する。すなわち、部品３０は、一端が導電部材２０ａと接触するように載置される。一方、部品３０は、他端が導電部材２０ｂと接触するように載置される。この段階では、ベース１０と部品３０とは積層されているだけで、分離している。すなわち、ベースと１０と部品３０とは接合していない。

次に、図４（ｄ）に示すように、光５０を照射する。本実施形態では、部品３０が透光性を有さない場合、照射される光に対して透過性を有するベース１０側（図４（ｄ）の下側）から光５０が照射される。ベース１０が照射される光に対して透過性を有するため、照射された光５０は、ベース１０を通過し導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂに到達する。導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂに到達した光によって、導電部材２０は接合（焼結）される。導電部材２０が焼結されると、ベース１０と部品３０とは接合される。同時に、導電部材２０ａおよび導電部材２０ｂの部品３０と接触していない部分（配線部分）に対してキュア（硬化）を行うことができる。

図４を参照して説明したように、本発明に係る接合構造体の製造方法は、ベース１０と部品３０とを接合する工程と同時に、配線部分に対してキュアを行うことができる。したがって、部品の実装にかかる工程を削減することができる。その結果、部品の実装にかかる時間を短縮することができる。

また、図２を参照して上述したように、本発明に係る接合構造体の製造方法では、常温環境下で導電部材２０の焼結を行うことができる。したがって、図４で示したように、ベース１０が耐熱温度の低いＰＥＴ基板であっても、部品３０を接合することができる。その結果、ＰＥＴ基板のようなフレキシブルなベース１０に部品３０を実装することが可能となる。

また、図４を参照して説明したように、ベース１０および部品３０を接合する工程において、 非接合面の方向から導電部材に光を照射する。したがって、部品３０が照射される光に対して透過性を有さない場合でも、導電部材２０の焼結を行うことができる。

（第３実施形態）
図５を参照して、本発明に係る第３構造体３００の実施形態を説明する。図５は、本発明の実施形態に係る第３構造体３００の製造方法を示す模式的な側面図である。以下、パッド（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）を介してＰＥＴ基板と半導体チップとが接合されている第３構造体３００について説明する。

第３構造体３００は、ベース１０と部品３０と第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）と第２導電部材（第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ）とを備える。本実施形態では、ベース１０はＰＥＴ基板である。部品３０はＬＥＤチップである。

ベース１０は、照射する光に対して透過性を有する。ベース１０は、透明である。ベース１０は、接合面４１と非接合面４２とを有する。接合面４１は、部品３０と接合する面である。非接合面４２は接合面４１の反対側に位置する。

第１導電部材２１ａは、第１導電部材２１ｂと短絡しないように間隔をあけてベース１０に形成されている。第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂは、パッドを形成する。

第２導電部材２２ａは、第１導電部材２１ａと接続している。また、第２導電部材２２ｂは、第１導電部材２１ｂと接続している。第１導電部材は、ポリマーを含有する。ポリマーは、例えばポリエチレン、エポキシ、フェノール、アクリル、ウレタン、ポリカーボネートおよびシリコーンの中から少なくとも１種選ばれる。ポリマーの体積含有量は、３％〜６０％である。

部品３０は、一端が第１導電部材２１ａと接触している。一方、部品３０は、他端が第１導電部材２１ｂと接触している。

図６を参照して本発明に係る第３構造体３００の製造方法の実施形態を説明する。図６は、本発明の実施形態に係る第３構造体３００の製造方法を示す模式図である。

まず、図６（ａ）に示すように、ベース１０を用意する。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）をベース１０に形成する。第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂは、部品と接合する領域を示す部品接合領域Ａ１に形成される。第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂは、間隔をあけてベース１０に形成されている。

次に、図６（ｃ）に示すように、第２導電部材（第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ）をベース１０に形成する。第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂは、部品と接合しない領域を示す部品非接合領域Ａ２に形成される。第２導電部材２２ａは、第１導電部材２１ａと接続するように形成される。また、第２導電部材２２ｂは、第１導電部材２１ｂと接続するように形成される。

次に、図６（ｄ）に示すように、ベース１０と部品３０とを導電部材２１ａおよび導電部材２１ｂを介して積層する。すなわち、部品３０は、一端が第１導電部材２１ａと接触するように載置される。一方、部品３０は、他端が第１導電部材２１ｂと接触するように載置される。この段階では、ベース１０と部品３０とは積層されているだけで、分離している。すなわち、ベースと１０と部品３０とは接合していない。

次に、図６（ｅ）に示すように、光５０を照射する。本実施形態においては、部品３０が照射される光に対して透過性を有さない場合、照射される光に対して透過性を有するベース１０側（図６（ｅ）の下側）から光５０が照射する。ベース１０が照射される光に対して透過性を有するため、照射された光５０は、ベース１０を通過し第１導電部材２１ａ、第１導電部材２１ｂ、第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂに到達する。第１導電部材２１ａ、第１導電部材２１ｂ、第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂに到達した光によって、導電部材２０は焼結される。導電部材２０が焼結されると、ベース１０と部品３０とは接合される。同時に、第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ（配線部分）に対してキュア（硬化）を行うことができる。

図５および図６を参照して説明したように、本発明に係る接合構造体の製造方法は、導電部材をベースに塗布する工程において、部品と接合する領域に第１導電部材を形成する工程と、部品と接合しない非接合領域に第２導電部材を形成する工程とを含む。第１導電部材はポリマーを含有する。したがって、ベース１０と部品３０との接合性が高まる。

（装置）
図７を参照して本発明に係る装置４００の実施形態を説明する。図７は、本発明に係る装置４００を示す模式図である。

装置４００は、図５を参照して説明した構造体を備える。具体的には、装置４００は、ベース１０と第１導電部材（第１導電部材２１ａ、第１導電部材２１ｂ、第１導電部材２１ｃ、第１導電部材２１ｄ、第１導電部材２１ｅおよび第１導電部材２１ｆ）と第２導電部材（第２導電部材２２ａ、第２導電部材２２ｂ、第２導電部材２２ｃおよび第２導電部材２２ｄ）と部品（部品３０ａ、部品３０ｂおよび部品３０ｃ）とを備える。装置４００は、例えば、照明装置として用いられる。

部品（部品３０ａ、部品３０ｂおよび部品３０ｃ）は、ＬＥＤチップである。第１導電部材２１ａ、第１導電部材２１ｃおよび第１導電部材２１ｅはパッドを形成しており、それぞれ部品３０ａ、部品３０ａおよび部品３０ｃのアノード（正極）と接触している。第１導電部材２１ｂ、第１導電部材２１ｄおよび第１導電部材２１ｆはパッドを形成しており、それぞれ部品３０ａ、部品３０ａおよび部品３０ｃのカソード（負極）と接触している。

第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂは短絡しないように間隔をあけてベース１０に形成されている。第１導電部材２１ｃおよび第１導電部材２１ｄは短絡しないように間隔をあけてベース１０に形成されている。第１導電部材２１ｅおよび第１導電部材２１ｆは短絡しないように間隔をあけてベース１０に形成されている。

第２導電部材２２ａは、第１導電部材２１ａと接続している。また、第２導電部材２２ｂは、第１導電部材２１ｂおよび第１導電部材２１ｃと接続している。また、第２導電部材２２ｃは、第１導電部材２１ｄおよび第１導電部材２１ｅと接続している。また、第２導電部材２２ｄは、第１導電部材２１ｆと接続している。

第２導電部材２２ａの一端を電極（図示せず）に接続し、第２導電部材２２ｄの一端をグランド（図示せず）に接続し、電極に電圧をかけることによって、装置４００は点灯する。

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図８を参照して、本発明に係る第１構造体１００の製造方法の実施例を説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係る第１構造体１００を示す写真である。

まず、２枚のガラスにＡｇ／Ｔｉをスパッタメタライズし、ガラスに膜を形成する。次に、スパッタメタライズされた２枚のガラスを接着する。２２０Ｖ、１４００ｕｓ、５００回、１．５Ｈｚの条件で光を照射する。光が照射されることによって、Ａｇは焼結され、ガラスが接合する。光源として、ＮｏｖａＣｅｎｔｒｉｘ社製のＰｕｌｓｅＦｏｒｇｅを用いた。

［実施例２］
図９および図１０を参照して、本発明に係る第２構造体２００の製造方法の実施例を説明する。図９は、銀フレークペーストを用いた配線を示す写真である。図１０は、ＰＥＴ基板とダミーチップとを接合した本発明の第３実施形態に係る第３構造体３００を示す写真である。

まず、導電性接着剤（ＸＡ９１０：藤倉化成（株）製）を使用し、ＰＥＴ基板にギャップ１．５ｍｍで２ｍｍ×２ｍｍのパッドを２つ作製した。次に、パッドの上にブリッジするようにダミーチップを配置した。ダミーチップを配置した後、ＰＥＴ基板の裏面から電圧：１９０Ｖ、パルス時間：１８００ｕｓ、パルス回数：１００回、パルス周波数：１．５Ｈｚ条件で光照射しダミーチップを接合した。次に、銀フレーク（Ｃ２３９：福田金属（株）製）をエチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ：ＥＧ）に分散しペースト化させた。ペースト化したインクを２ｍｍ×３００ｍｍ、膜厚０．０５ｍｍでＰＥＴ基板上にスクリーン印刷をし、チップ接合部の導電性接着剤から配線し、電圧：２１０Ｖ、パルス時間：１６００μｓ、パルス回数：１５０回、パルス周波数：１．５Ｈｚの条件で光照射し、ダミーチップ接合配線を作製した。本実施例のせん断強度は、４５．６７Ｎを示した。図１０に示すようにＰＥＴ基板を折り曲げても、ダミーチップの接合がはがれることはなかった。

［実施例３］
図１１を参照して、本発明に係る第３構造体３００の製造方法の実施例を説明する。図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、ＰＥＴ基板とＬＥＤチップとを接合した本発明の第３実施形態に係る第３構造体３００を示す写真である。

まず、導電性接着剤（ＸＡ９１０：藤倉化成（株）製）を使用し、ＰＥＴ基板にそれぞれギャップ１．５ｍｍで２ｍｍ×２ｍｍのパッドをそれぞれ２つずつ作製した。次に、パッドの上にブリッジするようにダミーチップを配置した。ダミーチップを配置した後、ＰＥＴ基板の裏面から電圧：１９０Ｖ、パルス時間：１８００ｕｓ、パルス回数：１００回、パルス周波数：１．５Ｈｚ条件で光照射しダミーチップを接合した。次に、銀フレーク（Ｃ２３９：福田金属（株）製）をエチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ：ＥＧ）に分散しペースト化させた。ペースト化したインクを２ｍｍ×３００ｍｍ、膜厚０．０５ｍｍでＰＥＴ基板上にスクリーン印刷をし、チップ接合部の導電性接着剤から配線し、電圧：２１０Ｖ、パルス時間：１６００μｓ、パルス回数：１５０回、パルス周波数：１．５Ｈｚの条件で光照射しダミーチップ接合配線を作製した。図１１（ａ）に示すようにＰＥＴ基板を折り曲げても、ＬＥＤチップの接合がはがれることはなかった。さらに図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すようにＰＥＴ基板を折り曲げた状態であっても、ＬＥＤを点灯させることができた。

［光の波長と配線抵抗率の関係］
図１２は、本発明に係る接合構造体に照射するパルス電圧（加速電圧）と配線抵抗率の関係を示すグラフである。Ｘ軸はパルス発生電圧を示す。Ｙ軸は配線抵抗率（体積抵抗率）を示す。パルス電圧により波形は変化し、電圧が高いほど全照射量は多くなる。光の波長は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましい。また、Ｃｕ配線およびＮｉ配線よりもＡｇ配線の方が配線抵抗率を小さくすることができるので、導電部材２０にＡｇ配線を用いることが好ましい。また、照射する光のパルス時間は長い方が配線抵抗率を小さくすることができるので、基板にダメージを与えない程度に照射する光のパルス時間は長い方が好ましい。

［照射時間と接合強度の関係］
図１３は、本発明に係る接合構造体への、波長（３００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の光の照射時間と接合構造体のせん断強度の関係を示すグラフである。Ｘ軸は波長（３００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の光の照射時間を示す。何れの条件でも、加速電圧に対して接合強度が最大となる最適値が存在する。例えば、パルス時間が１２００μ秒の場合、加速電圧が１８０Ｖの際、接合強度が最大となる。また、パルス時間が１４００μ秒の場合、加速電圧が１９０Ｖの際、接合強度が最大となる。また、パルス時間が１６００μ秒の場合、加速電圧が２２０Ｖの際、接合強度が最大となる。Ｙ軸はせん断強度を示す。光の波長が（３００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の光の照射時間は、１０００μ秒から１６００μ秒が好ましいが、加速電圧とも関係し、１５０Ｖから３００Ｖが望ましい。

図１４（ａ）は、本発明に係る接合構造体の製造方法によって製造した構造体の強度と接合面組織とを示す図である。図１４（ｂ）は、第１構造体１００を示す図である。構造体がＳｉＣ／Ｃｕである場合、接合強度は２０ＭＰａであった。また、構造体がＧａＮ／Ｓｉ／Ｃｕである場合、接合強度は１０ＭＰａであった。また、構造体がシリコンガラス／シリコンガラスである場合、接合強度は２５ＭＰａであった。また、構造体がガラス／ガラスである場合、接合強度は２５ＭＰａであった。本発明に係る接合構造体の製造方法によって製造した構造体（ＳｉＣ／Ｃｕ、ＧａＮ／Ｓｉ／Ｃｕ、シリカガラス／シリカガラスおよびガラス／ガラス）からは、いずれも良好な接合強度の測定結果が得られた。

従来の接合や配線技術では、加熱により金属粒子を焼結するために、銀および金などの基金属粒子で、ナノ粒子では常温で焼結も出来るが、通常は１５０℃以上の温度範囲で焼結が進み、１０^-6Ωｃｍオーダーの低抵抗率が得られる。銀のマイクロメーターサイズのフレーク粒子では、特異的に２００℃前後で焼結が進行できる場合もあるが、一般的では無い。しかし銅の場合は、焼結時に酸化するために、２００℃以上の温度で真空や還元雰囲気を要し、ニッケルはさらに抵抗値が高いという欠点があった。いずれにしても、ＰＥＴなどは１５０℃以上の温度には保たないので、単純な加熱による配線形成が困難であった。

これに対して本技術の光焼結では、強い光がパルスで照射され、光を吸収する部位だけが短時間で昇温し、光を透過するＰＥＴ、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート：ｐｏｌｙｅｔｈｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）およびＰＩ（ポリイミド：Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などのポリマー、ガラス、シリコンカーバイド並びにガリウムナイトライドなどは、ほとんど３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の光をあまり吸収しないのでほとんど加熱されない。図１５（ａ）は、Ｐｕｌｓｅｆｏｒｇｅの光強度分布とＰＥＴフィルムの光吸収率の波長変化を示している。図１５（ｂ）は、光照射に用いた光源Ｐｕｌｓｅｆｏｒｇｅの写真である。Ｐｕｌｓｅｆｏｒｇｅによる光照射では、３８０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の範囲で強い光が発生しているが、ＰＥＴは３００ｎｍ以上の波長の光の吸収が急激に減少している。このため、基材となるＰＥＴは加熱されず、所望の部位のみが短時間加熱され、粒子間や接合面間で焼結が進行し、銅およびニッケルの場合も溶剤の蒸発と雰囲気形成により著しくは酸化が進まない。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば、以下のような変形も可能である。

（１）図１〜図７を参照して説明した接合方法では、可視光を照射して導電部材２０を焼結していたが、導電部材２０に照射する光は可視光に限定されない。例えば、紫外光および赤外光であってもよい（図１２参照）。例えば、ベース１０がシリコンである場合、シリコンを透過しやすい赤外光を導電部材に照射する光に用いることが好ましい。

（２）図１を参照して説明した接合方法では、ベース１０、部品３０としてガラスを用いていたが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）や、シリコンやサファイア上に形成したガリウムナイトライド（ＧａＮ）を用いることができる。シリコンカーバイドなどは、透光性を有するため本発明による接合構造体の製造方法を好適に適用し得る。

（３）図６を参照して説明した接合方法では、第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）をベース１０に形成した後に、第２導電部材（第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ）をベース１０に形成していたが、これに限定されない。例えば、第２導電部材（第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ）をベース１０に形成した後に、第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）をベース１０に形成してもよい。

（４）図６を参照して説明した接合方法では、第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）および第２導電部材（第２導電部材２２ａおよび第２導電部材２２ｂ）をベース１０に形成した後に、部品３０を積層し、光を照射して接合をしていたが、これに限定されない。例えば、第２導電部材をベース１０に形成した後に光照射する。その後、第１導電部材（第１導電部材２１ａおよび第１導電部材２１ｂ）をベース１０に形成した後に部品３０を積層する。そして光を照射して接合を行ってもよい。なお、第２導電部材に光を照射する際、第２導電部材の上面から光を照射してもよい。

（５）図２を参照して説明した接合方法では、ベース１０と部品３０とを接合したが、これに限定されない。ベース１０とベース１０とを接合してもよい。

本発明の接合構造体の製造方法によれば、短時間でベースと部品とを接合することができる。

１０ ベース
２０、２０ａ、２０ｂ 導電部材
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ 第１導電部材
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 第２導電部材
３０ 部品
４１ 接合面
４２ 非接合面
５０ 光
１００ 第１接合体
２００ 第２接合体
３００ 第３接合体
４００ 装置

Claims (11)

1. 照射する光に対して少なくとも一方が透過性を有するベースおよび部品を備える接合構造体の製造方法であって、
   前記ベースおよび前記部品のうち少なくとも一方に導電部材を形成する工程であって、
   前記部品と接合する接合領域に、前記ベースに接触し、ポリマーまたはガラスを含有する第１導電部材を形成する工程と、
   前記部品と接合しない非接合領域に、前記ベースに接触し、前記第１導電部材と接続する第２導電部材を形成する工程と
   を含む、工程と、
   前記ベースと前記部品とを前記導電部材を介して積層する工程と、
   前記透過性を有する前記ベースまたは前記部品の方向から前記導電部材に前記光を照射して前記第２導電部材に金属焼結体を形成し、形成された前記金属焼結体を含む前記導電部材を介して前記ベースおよび前記部品を接合する工程と
   を包含する、接合構造体の製造方法。
2. 前記ベースは、前記照射する光に対して透過性を有し、
   前記ベースは、前記導電部材を介して前記部品と接合する接合面と、前記接合面と反対側の非接合面とを有し、
   前記ベースおよび前記部品を接合する工程において、
   前記非接合面の方向から前記導電部材に前記光を照射する、請求項１に記載の接合構造体の製造方法。
3. 前記導電部材には、銀、銅またはニッケルの粒子が分散されている、請求項１または請求項２に記載の接合構造体の製造方法。
4. 前記導電部材を形成する工程において、
   メッキ処理、蒸着処理またはエッチング箔膜処理によって前記導電部材を形成する、請求項１または請求項２に記載の接合構造体の製造方法。
5. 前記ベースは、ポリエステル基板、ポリイミド基板、ガラス基板またはシリカガラス基板である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
6. 前記ベースは、シリコンカーバイドである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
7. 前記部品は、シリコンである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
8. 前記部品は、ガリウムナイトライドチップまたはＬＥＤチップである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
9. 前記光は可視光、紫外光および赤外光のうち少なくとも１つを含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の接合構造体の製造方法。
10. ベースと、部品と、導電部材とを備え、
    前記ベースと前記部品の少なくとも一方は照射する光に対して透過性を有し、
    前記ベースと前記部品とは前記導電部材を介して積層しており、
    前記導電部材は、
    前記ベースに接触し、前記部品と接合する接合領域に形成され、ポリマーまたはガラスを含有する第１導電部材と、
    前記ベースに接触し、前記部品と接合しない非接合領域に形成され、前記第１導電部材と接続する第２導電部材と
    を含み、
    前記少なくとも一方の方向から前記導電部材に光を照射して前記第２導電部材に金属焼結体を形成し、形成された前記金属焼結体を含む前記導電部材を介して前記ベースおよび前記部品は接合されている、接合構造体。
11. 請求項１０に記載の接合構造体を備え、
    前記部品はＬＥＤチップである、装置。