JPH07100667A - 真空接合装置および真空接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の真空接合装置および真空接合方法は、
接合されるべき被接合物の個数に拘りなく、接合面の傷
付きを防止して、接合精度の向上と信頼性の向上を図
る。 【構成】真空雰囲気が保持され被接合物Ｓを収容する準
備室６と、この準備室に隣設され真空雰囲気が保持され
イオンビームまたはアトムビームを被接合物に放射して
クリーニングするクリーニング室７と、このクリーニン
グ室に隣設され真空雰囲気が保持され被接合物に対して
加熱コイル２４と加圧機構２２を備えた接合室８と、準
備室から被接合物を一個づつ取り出しクリーニング室で
反転してこの両面をビームガン２０に対向させ、かつ接
合室においてクリーニングされた複数の被接合物を順次
重ね合わせる搬送アーム機構５を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空雰囲気中で複数の
被接合物を重ね合わせて接合する、真空接合装置および
真空接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで用いられる接合方法は、被接合
物を極めて高温度に加熱し、かつ強大な加圧力を掛けな
がら行うようになっている。すなわち、材料表面の原子
を拡散させて接合することから、拡散接合とも呼ばれて
いる。

【０００３】この種の手段では、接合強度が大である反
面、接合状態で被接合物の変形も大きく、特に精密度を
要求される場合において、その変形量が許容範囲を越え
ることもある。

【０００４】そこで、近時、接合状態で変形が極く少な
い、固相接合が注目されている。たとえば、真空雰囲気
の中で、接合すべき被接合物の表面を極めて清浄にして
から、互いの表面相互を原子間距離まで近接させれば、
低温・低加圧力条件下でも、確実な接合が可能であるこ
とが知られている。

【０００５】被接合物の接合面を清浄になすための手段
として、イオンビームやアトムビームが用いられる。こ
の種のビームを接合面に放射して、接合面を覆う酸化被
膜や、水蒸気、油などの汚染吸着層を破壊し、材料内部
の清浄部を露出させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
接合手段においては、２個の被接合物を接合する場合に
都合がよい。すなわち、それぞれの被接合物の接合面
は、いずれか一つの面だけに限定され、その面だけを清
浄にすればよく、他の面（非接合面）までビームを放射
する必要がない。

【０００７】しかしながら、２個以上の被接合物を接合
する場合は、問題が残る。図７（Ａ）は、はじめ２個の
被接合物ａ，ｂを、それぞれ保持手段である上下部ホル
ダ１，２に保持し、かつそれぞれ露出する非保持面であ
る接合面に対して、対向するビームガン３，４からイオ
ンビームまたはアトムビームを放射し、被接合物ａ，ｂ
の接合面ａ₁ ，ｂ₁ を清浄化する状態を示している。

【０００８】各接合面ａ₁ ，ｂ₁ における汚染層をビー
ムで破壊し、材料内部の清浄部を露出させたら、少なく
とも一方のホルダ、たとえば上部ホルダ１００を駆動し
て、各被接合物の接合面を当接し、かつ加圧する。同時
に、図示しない加熱手段により、各被接合物ａ，ｂを加
熱すると、２個の被接合物の接合がなされる。

【０００９】同図（Ｂ）は、３個の被接合物ａ，ｂ，ｃ
を重ね合わせて、同様の手段で接合する状態を示す。た
とえば、先に接合した２個の被接合物ａ，ｂを下部ホル
ダ２００に保持し、新たに接合する被接合物ｃを上部ホ
ルダ１００に保持して、それぞれの露出する接合面ａ
₂ ，ｃ₁ に対して各ビームガン３００，４００からビー
ムを放射し、清浄化する。

【００１０】各接合面ａ₂ ，ｃ₁ に対する汚染層の破壊
をなし、材料内部の清浄部を露出させたら、上部ホルダ
１００を駆動して保持する被接合物ｃを下部の既に接合
された被接合物ａ，ｂに当接し、かつ加圧する。同時
に、加熱することは、言う迄もない。

【００１１】したがって、ここでは３個の被接合物ａ，
ｂ，ｃの接合がなされる。これ以上の数の被接合物を積
み重ねて接合する場合も、上部ホルダ１００に新たに接
合すべき被接合物を保持して、上述したような作業をな
す。

【００１２】このように従来においても、３個もしく
は、それ以上の数の被接合物を積み重ねた接合が可能で
ある。基本的には、はじめ２個の被接合物を接合してか
ら、それ以上の数の被接合物を順次重ねながら接合して
いくこととなる。

【００１３】しかるに、上下両端部を除く、中間に接合
される被接合物は、最終的に上下両面が接合面になり、
その前の工程において、いずれか一方の面が上記ホルダ
１００に当接保持される。このときホルダ保持面は、ホ
ルダ１００から直接加圧力を受けて傷付き易く、大きな
凹凸が生じ、この奥まで汚れが侵入してしまう。

【００１４】次の工程で、この面にビームを放射して清
浄化しようとしても、ビームが凹凸最深部内部まで浸透
せず、汚れを除去できないことが多く、したがって確実
な接合が不可能になる。

【００１５】またこの方法で、３個以上の被接合物を接
合する場合、３個目に接合する被接合物を接合装置に設
定する必要があるが、装置内を真空にするにはある程度
の時間が必要になるため、効率が悪い。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、接合されるべき被接合
物の個数に拘りなく、接合面の傷付きを防止して、接合
精度の向上と信頼性の向上を図れるとともに効率よく接
合できる真空接合装置および真空接合方法を提供しよう
とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の真空接合装置
は、真空雰囲気が保持されるとともに被接合物を収容す
る準備室と、この準備室に隣設され真空雰囲気が保持さ
れるとともにイオンビームまたはアトムビームを上記被
接合物に放射してクリーニングするクリーニング室と、
このクリーニング室に隣設され真空雰囲気が保持される
とともに上記被接合物に対して加熱かつ加圧する加熱加
圧手段を備えた接合室と、上記準備室から上記被接合物
を一個づつ取り出し上記クリーニング室で反転してこの
両面をビーム放射手段に対向させかつ上記接合室におい
て上記クリーニングされた複数の被接合物を順次重ね合
わせる搬送手段とを具備した。

【００１８】上記被接合物は、所定肉厚を有する金属片
であって、上記準備室は、上記被接合物を上下方向に所
定間隔を存して収容保持するマガジンを配備した。上記
クリーニング用放射ビームは、イオンビームまたはアト
ムビームである。

【００１９】上記接合室における上記加熱手段は、被接
合物の周囲から加熱する加熱する加熱コイルであり、上
記接合室における上記加圧手段は、被接合物を支持する
支持台と、この支持台を昇降駆動する昇降機構と、上昇
する被接合物の上端部を衝止して支持台との間に被接合
物を介在させ加圧する受け台とからなる。

【００２０】上記搬送手段は、進退自在でかつ反転自在
な移載アームと、この移載アームの先端に設けられ上記
被接合物の肉厚部分を掛止する二股状のホルダ部からな
る。また、本発明の真空接合方法は、被接合物の両面に
イオンビームまたはアトムビームを放射しクリーニング
する工程と、上記両面がクリーニングされた被接合物を
真空雰囲気中にて順次重ね合わせる工程と、上記複数の
被接合物を加熱かつ加圧して被接合物相互を接合する工
程とからなる。

【００２１】

【作用】被接合物の両面にビームを放射し、この両面を
クリーニングしてから、順次重ね合わせて接合するた
め、中間の被接合物における接合面を傷付けることな
く、この両面の汚れを完全に除去し、接合をなし、接合
効率を高めることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図１は、真空接合装置を示す。図において、
幅方向と比較して横方向に極く長い架台１内に、真空装
置２が配備される。この真空装置２は、真空源である真
空ポンプ３と、この真空ポンプ３から後述する各室に分
岐して接続されるダクト４とからなる。

【００２３】架台１上には、その一側部から搬送手段を
構成する移載アーム機構５と、準備室６と、クリーニン
グ室７および接合室８が順次配置されていて、各室６，
７，８に上記ダクト４が接続される。

【００２４】なお、準備室５とクリーニング室７との間
には第１のゲートバルブ９が介設され、クリーニング室
７と接合室８との間には、第２のゲートバルブ１０が介
設される。

【００２５】上記移載アーム機構５は、ハンドル１１に
連結するボールねじ１２を介して、架台１の長手方向に
沿って移動自在な移載アーム１３を備えている。すなわ
ち移載アーム１３は、その先端部が上記準備室６の手前
位置から、準備室６と、クリーニング室７と、接合室８
とに亘って延出可能である。

【００２６】また、この移載アーム１３は回転自在に枢
支されていて、所望位置で周方向の回転ができるように
なっている。特に、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、
移載アーム１３の先端部は、二股状のホルダ部１３ａと
なっている。

【００２７】これに対して、後述するようにして接合さ
れる被接合物Ｓは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、
ここでは円板状をなし、かつその周面に沿う中央部のみ
直径が小さくなっている。断面上から言えば、肉厚部分
に凹陥部１５が形成されることになる。

【００２８】この凹陥部１５の直径は、上記移載アーム
１３のホルダ部１３ａ開口寸法と一致しており、ホルダ
部を凹陥部１５に差し込むことにより、その被接合物Ｓ
を掛止して移載ができる。

【００２９】上記準備室６には、図４に示すようなマガ
ジン１６がステージ１７上に載置され収容される。上記
マガジン１６は、上記移載アーム１３のホルダ部１３ａ
に対向する両側面が開口しており、多数個の被接合物Ｓ
…を上下方向に所定間隔を存して収容保持する。

【００３０】マガジン１６を支持するステージ１７は、
図示しない昇降機構に連結されていて、常にマガジン内
の最上部の被接合物Ｓが上記移載アームホルダ部１３ａ
に対向するよう駆動する。

【００３１】再び図１に示すように、準備室６とクリー
ニング室７との間、およびクリーニング室７と接合室８
との間に介設される上記第１，第２のゲートバルブ９，
１０は、そのゲート体９ａ，１０ａが各室相互を連通す
るダクト１８，１９に収容される。

【００３２】この上端部に連結されるハンドル９ｂ，１
０ｂを正逆方向に回転することにより、シャフトを介し
て連結される上記ゲート体９ａ，１０ａが昇降移動して
ダクト１８，１９を完全開閉するようになっている。

【００３３】すなわち、ゲート体９ａ，１０ａがダクト
１８，１９を完全閉成したとき、各室６，７，８は独立
して閉塞される。上記クリーニング室７は、被接合物Ｓ
の挿入部位が空間室になっており、その上方部位にはイ
オンビームまたはアトムビームを放射するビームガン２
０が設けられている。したがって、被接合物Ｓの室内へ
の挿入を阻害せず、しかもビームを放射できるようにな
っている。

【００３４】上記接合室８は、下部室８Ａと上部室８Ｂ
とからなっていて、下部室内に支持ステージ２１が昇降
自在に収容される。下部室８Ａの外底部には、エアーシ
リンダなどからなる加圧機構２２が設けられていて、上
記支持ステージ２１を下部室８Ａから上部室８Ｂまで昇
降駆動するとともに所定の加圧力を付勢するようになっ
ている。

【００３５】上部室８Ｂ内には、その上端部に受け台２
３が設けられる。この受け台２３の受け面は、下部室８
Ａに対向する。受け台２３の下部側に、加熱体である加
熱コイル２４が設けられる。この加熱コイル２４は、受
け台２３の周縁直径よりも大なる直径をもって巻装され
ていて、巻装内部に上記支持ステージ２１の挿脱が自在
である。

【００３６】上記加熱コイル２４の外周部に沿って遮蔽
板２５が設けられていて、外周部への放熱を阻止し、内
周部へ反射して放熱効率をより向上させる。なお、接合
室８の特に下部室８Ａ側面に取出し口２６が設けられ、
開閉蓋２７により開閉自在となっている。閉成時には、
当然、接合室８内の密閉を保持する気密構造をなす。

【００３７】このようにして構成される真空接合装置で
あり、上記準備室６には、先に説明したマガジン１６内
に所定数の被接合物Ｓ…が収納され、待機する。このと
き、第１，第２のゲートバルブ９，１０を降下して、準
備室６、クリーニング室７および接合室８を互いに独立
状態に保持するとともに真空機構２を作動して、各室を
完全真空状態（１０^-5torr前後）に保持する。

【００３８】真空接合をなすには、移載アーム１３の先
端ホルダ部１３ａを準備室６内に進出させる。すなわ
ち、図５（Ａ）に示すように、ホルダ部１３ａは最上部
に支持される被接合物Ｓの凹陥部１５に掛止して、その
まま準備室６から出てダクト１８内に移載する。

【００３９】このとき、準備室６とクリーニング室７と
を仕切る第１のゲートバルブ９を開放する。移載アーム
１３のホルダ部１３ａは、被接合物Ｓを移載したまま開
放されたダクト１８からクリーニング室７へ進出する。
当然、上記マガジン１６の位置は変わらない。

【００４０】同図（Ｂ）に示すように、被接合物Ｓをク
リーニング室７に挿入したところで、移載アーム１３の
移動を停止し、かつここに設けられるビームガン２０か
らレーザビームもしくはアトムビームを放射する。

【００４１】ビームガン２０はクリーニング室７の上部
に設けられているところから、ビームは保持される被接
合物Ｓの上面Ｓａを照射して、この面を覆う酸化被膜
や、水蒸気、油などの汚染吸着層を破壊し、材料内部の
清浄部を露出させる。

【００４２】このとき、被接合物Ｓの下面Ｓｂは何らの
接触物もなく、したがって傷付き要因の発生がない。図
６（Ｃ）に示すように、片面（上面）Ｓａのクリーニン
グが終了したら、今度は同図（Ｄ）に示すように、移載
アーム１３をその位置で１８０°回転して、被接合物Ｓ
を反転させる。

【００４３】したがって、クリーニングが終了した面Ｓ
ａが下面に変り、新たな面Ｓｂがビームガン２０と対向
する上面になる。上記ビームガン２０のビーム放射が引
き続いて行われ、対向する面Ｓｂの汚染吸着層が破壊さ
れて、内部の清浄部が露出する。

【００４４】被接合物両面Ｓａ，Ｓｂのクリーニングが
終了したら、第２のゲートバルブ１０を開放して移載ア
ーム１３を移動し、ホルダ部１３ａと被接合物Ｓをダク
ト１９を介して接合室８に進入させる。

【００４５】この状態で、下部室８Ａ内の支持ステージ
２１は、ホルダ部１３ａと被接合物Ｓの進入を阻害しな
いよう、わずか下方部位に位置する。ホルダ部１３ａお
よび被接合物Ｓが下部室８Ｂの所定位置まで進出したと
ころで移載アーム１３の移動を停止し、加圧機構２２は
支持ステージ２１をわずかに上昇して停止させる。すな
わち、支持ステージ２１に被接合物Ｓが載る。

【００４６】今度は、移載アーム１３を退却移動させ
る。支持ステージ２１上に両面をクリーニングされた被
接合物Ｓが残り、ホルダ部１３ａは接合室８から抜け出
る。そして、ダクト１９を介してクリーニング室７から
抜け出て、ダクト１８を介して準備室６に戻り、ついに
はマガジン１６から抜け出て、元の位置まで戻る。

【００４７】ホルダ部１３ａの通過を確認したら、第２
のゲートバルブ１０を閉成し、かつ第１のゲートバルブ
９を閉成する。結局、マガジン１６から１個の被接合物
Ｓが取り出され、この両面Ｓａ，Ｓｂをクリーニング室
７でクリーニングして、接合室８の支持ステージ２１上
に載置する。

【００４８】ついで、ステージ１７を駆動してマガジン
１６を被接合物Ｓ１個分だけ上昇させ停止する。再び移
載アーム１３を準備室６に進入させる。ホルダ部１３ａ
は、新たに対向する被接合物Ｓを掛止してクリーニング
室７に位置し、先に説明したように、被接合物両面Ｓ
ａ，Ｓｂのクリーニングをなす。

【００４９】このクリーニングが終了した後、接合室８
に導いて、先に支持ステージ２１上に支持された被接合
物Ｓの上に積み重ねる。図６（Ｅ）に示すように、両面
をクリーニングした所定数の上記被接合物Ｓ（ここで
は、３個）を支持ステージ２１に積み重ねたら、加圧機
構２２を作動させて、支持ステージ２１および支持する
被接合物Ｓ…を上部室８Ｂ内に上昇移動する。

【００５０】この接合上部室８Ｂにおいては、同図
（Ｆ）に示すように、最上部にある被接合物Ｓの上面が
受け台２３面に当接してもなお、支持ステージ２１の上
昇を継続し、かつ被接合物Ｓに所定圧を掛ける。

【００５１】同時に、加熱コイル２４の発熱をなし、コ
イル内に挿入された状態の被接合物Ｓ…を所定温度に加
熱する。したがって、支持ステージ２１上に積み重ねら
れた複数の被接合物Ｓ…は、そのままの状態で接合され
る。

【００５２】ついで、支持ステージ２１を下部室８Ａま
で戻してから取出し口２６を開放して、接合した被接合
物Ｓ…を取出せばよい。特に中間の被接合物Ｓにおいて
は、その両面が接合面となるが、ハウジング１６に収容
された状態からクリーニング工程に至るまで何らの接触
物もないので、両面とも完全なクリーニングがなされ、
内部清浄面が露出した状態での完全接合が得られる。

【００５３】再度の接合作業は、取出し口２６を閉塞す
るとともに各ゲートバルブ９，１０の閉成により、特に
準備室６が所定真空圧に復帰するのを待ってから、上述
した工程を繰り返せばよい。

【００５４】このように、本真空接合装置においては、
準備室６を設けることによって、複数個の被接合物Ｓ…
を一回の真空排気工程で真空状態にできるため、１個目
の被接合物Ｓの両面クリーニングをなし、つぎの被接合
物Ｓを積み重ねるまでの時間を大幅に短縮でき、クリー
ニング後の再汚染を確実に防止する。

【００５５】上記移載アーム１３は、被接合物Ｓの周端
部である非接合面を保持するので、クリーニング工程に
おいて接合面に対する傷付きなどのダメージを与えずに
すみ、両面の材料内部である清浄面を露出した状態で接
合工程に至ることとなる。

【００５６】また、複数個の被接合物Ｓ…を真空状態を
保持した状態で積み重ねるため、再汚染や酸化を発生さ
せることなく接合工程を進められる。なお、上記実施例
においては、上下端部に位置する被接合物の両面をクリ
ーニングするようにしたが、仕様によっては、少なくと
も別の被接合物との接合面のみをクリーニングすればよ
い場合もある。

【００５７】さらに、ここでは３個の被接合物の接合を
なす場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく、それ以上の数の被接合物を接合することも可能
であり、しかも中間の被接合物における接合面の汚染層
を確実に破壊してからの接合となる。さらに、本発明の
要旨を越えない範囲内で種々の変形実施が可能なこと
は、勿論である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の真空接合装
置によれば、被接合物を収容する準備室、ビームを放射
するクリーニング室、加熱加圧手段を備えた接合室を順
次隣設するとともに真空雰囲気を保持し、搬送手段によ
り準備室から被接合物を一個づつ取り出し、クリーニン
グ室で反転してこの両面をビーム放射手段に対向させ、
接合室においてクリーニングされた複数の被接合物を順
次重ね合わせて加圧加熱する。

【００５９】また、本発明の真空接合方法によれば、被
接合物の両面にイオンビームまたはアトムビームを放射
しクリーニングする工程、両面がクリーニングされた被
接合物を真空雰囲気中にて順次重ね合わせる工程、重ね
られる複数の被接合物を加熱加圧して被接合物相互を接
合する工程とからなる。

【００６０】したがって、被接合物の接合面の傷付きが
生じることなく、ビーム放射による接合面の清浄化を完
全かつ確実に行うことができ、接合すべき被接合物の個
数に拘りなく、複数の被接合物に対して接合精度の向上
を得られ、信頼性の向上を図れるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、真空接合装置の概略
の正面図。

【図２】（Ａ）は、同実施例の、被接合物の平面図。
（Ｂ）は、被接合物の一部切断した正面図。

【図３】（Ａ）は、同実施例の、移載アームの一部正面
図。（Ｂ）は、移載アームの一部平面図。

【図４】同実施例の、ステージに支持されるマガジンの
一部省略した正面図。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、同実施例の、真空接合
方法を接合工程順に示す図。

【図６】図５に続く工程図。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の従来例の、真空接
合方法を示す図。

【符号の説明】 Ｓ…被接合物、６…準備室、７…クリーニング室、２４
…加熱コイル、２２…加圧機構、７…接合室、５…移載
アーム機構。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空雰囲気が保持されるとともに被接合物
   を収容する準備室と、 この準備室に隣設され真空雰囲気が保持されるとともに
   クリーニング用放射ビームを上記被接合物に放射してク
   リーニングするクリーニング室と、 このクリーニング室に隣設され真空雰囲気が保持される
   とともに上記被接合物に対して加熱かつ加圧する加熱・
   加圧手段を備えた接合室と、 上記準備室から上記被接合物を一個づつ取り出し上記ク
   リーニング室で反転してこの両面をビーム放射手段に対
   向させかつ上記接合室において上記クリーニングされた
   複数の被接合物を順次重ね合わせる搬送手段とを具備し
   たことを特徴とする真空接合装置。
2. 【請求項２】上記被接合物は、所定肉厚を有する金属片
   であって、上記準備室は、上記被接合物を上下方向に所
   定間隔を存して収容保持するマガジンを配備したことを
   特徴とする請求項１記載の真空接合装置。
3. 【請求項３】上記クリーニング用放射ビームは、イオン
   ビームまたはアトムビームであることを特徴とする請求
   項１記載の真空接合装置。
4. 【請求項４】上記接合室における上記加熱手段は、被接
   合物の周囲から加熱する加熱する加熱コイルであり、 上記接合室における上記加圧手段は、被接合物を支持す
   る支持台と、この支持台を昇降駆動する昇降機構と、上
   昇する被接合物の上端部を衝止して支持台との間に被接
   合物を介在させ加圧する受け台とからなることを特徴と
   する請求項１記載の真空接合装置。
5. 【請求項５】上記搬送手段は、進退自在でかつ反転自在
   な移載アームと、この移載アームの先端に設けられ上記
   被接合物の肉厚部分を掛止する二股状のホルダ部からな
   ることを特徴とする請求項１記載の真空接合装置。
6. 【請求項６】被接合物の両面にクリーニング用放射ビー
   ムを放射してクリーニングする工程と、 上記両面がクリーニングされた被接合物を真空雰囲気中
   にて順次重ね合わせる工程と、 上記複数の被接合物を加熱かつ加圧して被接合物相互を
   接合する工程とからなることを特徴とする真空接合方
   法。