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ここでは、接合とはどのようなメカニズムで起 こるのか、そして超音波接合はどのようなプ ロセスを通して実現されているのかを解説し、 アドウェルズの超音波接合プロセスの取り組 みについてご紹介します。

超音波接合:接合メカニズム

接合原理物体同士を“原子間隔”まで近づけることによって接合します。

ここに上げる三つの方法で物体を原子間隔レベルに近づけることができます。

●金属に限らず、物体に“荷重”や“熱”をかけることによって物体を変形させ、原子間隔まで近づけることができます。荷重や熱は物体に単独でかけても複合しても構いません。
●更に効率的な変形の方法として“超音波”をかける方法があります。これが“超音波接合法”です。
接合時に超音波を印加すると荷重や熱の条件を緩和することができます。

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原子間の結合力を使って物体間の接合を行うことができます。

●化学結合・金属結合:自由電子を共有
●共有結合:電子対を共有
●イオン結合:電気的結合で化合物を形成
●物理的結合:原子核間の力が働く
         (ファンデルワールス力)
●機械的結合:機械的なはめあい

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接合するためには下記の阻害要因を取り除く必要があります。
超音波エネルギー印加やフラックス(半田付け時)使用などの方法をとります。

●金属表面の吸着層
空気中の有機物などが表面に吸着(数ナノメータ程度)
●金属表面の酸化物
殆どの金属が空気中の酸素で酸化物を形成(材料によって性質が異なる)

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超音波接合は、以下の様な過程で接合材料を溶融させずに強固な接合を得るプロセスです。

●STEP1 接合材料を加圧し、超音波を印加します。


●STEP2 摩擦で界面のコンタミネーションが排斥され、清浄な界面が形成されます。

●STEP3 この界面が接合起点となります。



●STEP4圧力で界面が変形しますが、更に超音波の印加で変形が促進され、接合起点を中心に接合面積が広がって行き、非加熱で強固な接合を得ることができます。

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超音波接合:Cool Bondプロセス

超音波を応用した常温接合技術を九州大学と共同開発中です。

アドウェルズの超音波接合技術と九州大学の先鋭マイクロバンプ技術を融合。

●アドウェルズの超音波接合技術では印加する接合荷重、超音波パワーのプロファイルをデジタル設定で適切にコントロールすることで良好な接合を得ることができます。

●九州大学の先鋭マイクロバンプ技術では、約10μmサイズの微小なバンプでありながら超音波接合に適切なバンプ先端が尖った形状を形成することができます。

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三次元半導体やフレキシブルエレクトロニクスなどに応用可能です。

●異種材料半導体の3D化(赤外線イメージセンサーetc.)

●有機基板への半導体実装

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超音波接合:ABB工法(adwelds bind bonding process)

アドウェルズでは超音波技術をもっと幅広く使って頂けるように新しいプロセスを提案。

バインダー材を介して接合する技術を開発いたしました。

●メリット1:プリント基板にCu端子を半田レスで接合

【従来工法】
プリント基板上へのCu電極接続は、通常半田を使用して行われますが、高温時の信頼性向上などの理由から半田レスのダイレクト接合が要望されています。しかし、電極の下地が樹脂のため柔らかく、Cu電極を接合すると、右図のようにCu箔にダメージが入ります。

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【ABB工法】
ABB工法では界面が変形しにくい材料間にAlなどの変形が容易なバインダー金属を供給し、接合することで電極ダメージを発生させることなく、プリント基板の電極にも安定してリード接合をおこなうことができます。

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●メリット2:材料を突き合わせて接合

【従来工法】
通常の超音波工法では、被接合材料を重ねて接合するため接合部は厚くなってしまいます。厚みに厳しいアプリケーションでは、何らかの対策を行う必要があります。

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【ABB工法】
そこで、アドウェルズでは、このようなアプリケーションに対してABB工法を提案します。この工法ではAl箔の厚み分しか厚くならないため、超音波接合の適用範囲を広げることができます。

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