JP2009173019A - 分割体の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉で剛性の低い板状素材でも欠けが生じることなく分割体を製造する。
【解決手段】板状素材１１を挟持するための弾性材料からなる一対の当て板部材２１と、板状素材１１を挟持した状態の当て板部材２１を挿通可能な挿通間隙部２２を有しその挿通方向に沿って離間して並べられた複数の台部材２３，２４と、これら台部材２３，２４の間で一方の当て板部材２１の背面側から両当て板部材２１を板状素材１１を挟持した状態で弾性変形させる圧下部材２５とを備え、当て板部材２１の挟持面に板状素材１１における分割溝１２の形成部位に当接する複数の凸条部３２が設けられ、台部材２３，２４は、圧下部材２５の圧下位置に当て板部材２１の凸条部３２が配置されたときに、その前後の凸条部３２の背面で当て板部材２１に接触可能な位置に配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を搭載するセラミックス基板などの脆性材料からなる板状素材を小片に分割して個々の分割体を製造する装置及び製造方法に関する。

半導体素子などの電子部品を搭載するための基板は、これら基板を複数形成可能な広い面積を有するセラミックス板等の板状素材の表面に、これを各基板毎に区画するように分割溝をあらかじめ設けておき、この分割溝によって区画される領域にそれぞれ回路を形成した後、その分割溝に沿って分割することにより製造される。

このような板状素材を分割する技術として、従来では、凹面、凸面を有する一組の型の間で板状素材を湾曲させる方法（特許文献１参照）、ベルトによって挟んだ状態でベルト毎曲げる方法（特許文献２参照）などがある。また、回路面を汚さないように、櫛歯状の型によって分割予定部を押圧して分割する方法（特許文献３参照）も提案されており、この方法は、回路面の清浄が保たれ、分割面の傾きが少なく、寸法精度の高い分割工法となっている。
特開平８−２０６９９９号公報 特開２００２−１８８３０号公報 特開２００６−２８１３２４号公報

ところで、電子部品として、半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは、発熱量の増大、接合部材の薄肉化のための剛性低下により、使用状況下でこれまで以上の熱応力にさらされ、相手部材の歪みにより絶縁基板が曲げ変形を受け、絶縁基板の割れを生じることがある。この割れは、これまで問題にならなかった分割時に発生する小さな欠け（チッピング）が起点となっていると考えられており、そのような欠けが生じないように分割することが望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、薄肉で剛性の低い板状素材でも欠けが生じることなく分割体を製造することができ、パワーモジュール用基板の製造に好適な製造装置及び製造方法の提供を目的とする。

従来方法による小さな欠けの発生の割合は、板状素材の中央部で多く見られており、本発明者は、その原因が分割の過程に関係すると推定し、分割の現象を詳細に検討した。図４に先端を凹面又は凸面とした一組の櫛歯状の型１，２を使用して板状素材３を分割する様子を（ａ）〜（ｄ）の順に模式的に示している。始めに（ａ）から（ｂ）に示すように板状素材３の中央から二つに分割され，次に分割された二つの板状素材３の中央部に（ｃ）で示すように分割が生じ、（ｄ）に示すように順次分割されて、個々の分割体４に細分化されていく。ただし、その順番は凹凸の型１，２の寸法等によって前後することがある。

各工程に着目すると、図４（ａ）から（ｂ）では、中央で分割されるまで板状素材３の全体が撓むため、中央の分割溝から分割されるために必要な力に加え、板状素材３を曲げるための力が付与される。この余剰なエネルギが、分割された板状素材３の「あばれ」となり、上下の櫛歯５による板状素材３の拘束が不充分な状況下、あるいは上下の櫛歯５と板状素材３との間で遊びのある状況下で分割が生じると考えられる。上下の櫛歯５による板状素材３の拘束が充分な場合は図５（ａ）に示すように板状素材３が左右均等に分割されるが、上下の櫛歯５による拘束が充分でない場合は、例えば図５（ｂ）に示すように板状素材３（あるいは分割体４）に舌状バリ６が発生して、そのバリの部分が他の分割体４では欠け７となり、あるいは図５（ｃ）に示すように分割後の板状素材３（分割体４）どうしの接触により欠け８が生じると推定された。この現象は図４（ｂ）の工程だけでなく、（ｃ）の工程でも同様であり、余剰エネルギの多い順番に欠けの頻度が多いと推定された。

このような知見の下、本発明の分割体製造装置は、あらかじめ分割溝が形成された脆性材料からなる板状素材を湾曲させることにより前記分割溝から分割して複数の分割体を製造する分割体製造装置であって、前記板状素材を挟持するための弾性材料からなる一対の当て板部材と、前記板状素材を挟持した状態の当て板部材を挿通可能な挿通間隙部を有しその挿通方向に沿って離間して並べられた複数の台部材と、これら台部材の間で一方の当て板部材の背面側から両当て板部材を前記板状素材を挟持した状態で弾性変形させる圧下部材とを備え、前記当て板部材の挟持面に前記板状素材における前記分割溝の形成部位に当接する複数の凸条部が設けられ、前記台部材は、前記圧下部材の圧下位置に前記当て板部材の凸条部が配置されたときに、その前後の凸条部の背面で当て板部材に接触可能な位置に配設されていることを特徴とする。

すなわち、弾性材料からなる当て板部材を板状素材の両面に配置して、これら当て板部材を弾性変形させることにより、脆性材料からなる板状素材を当て板部材に両面から支持された状態で一緒に変形させ、分割された後も両面からの支持を維持して「あばれ」が生じることを防止するのである。この場合、当て板部材に凸条部が設けられていることにより、該凸条部が板状素材の分割溝形成部位を両面から拘束し、圧下部材によって凸条部の部分が圧下されて板状素材が分割される。そして、この圧下部材によって凸条部の部分を圧下する際には、その前後の凸条部の背面で当て板部材に台部材が接触しているから、圧下によって当て板部材が湾曲させられる際にも前後の分割溝は凸条部によって拘束されることになり、「あばれ」現象を確実に防止することができる。

１個の分割溝が分割されたら、分割溝の間隔の分、当て板部材を送って次の分割溝を同様にして分割する。このようにして、分割溝の間隔分ずつ当て板部材を間欠的に送りながら、分割溝を１個ずつ分割していくことができる。なお、板状素材には、この凸条部が分割溝形成部位のみに接触することになるので、電子部品搭載基板として使用する場合にも、その搭載面は清浄のまま保持することができる。

本発明に係る分割体製造装置において、前記当て板部材は無端ベルトとされ、これら無端ベルトを巻回したプーリに、両無端ベルトを走行させる駆動部が設けられていることを特徴とする。当て板部材を無端ベルトとすることにより、そのプーリを間欠回転させて無端ベルトを走行させながら、複数の板状素材を連続的に分割することができる。

また、その当て板部材を無端ベルトとした分割体製造装置において、前記無端ベルトは上下に対向配置され、その下側無端ベルトは、上側無端ベルトよりも走行方向の上流方向に突出して形成され、その突出部の上面が板状素材供給部とされていることを特徴とする。複数の板状素材を連続的に分割する際に、板状素材供給部に板状素材を順次載置していくことにより、連続的に供給することができる。

また、本発明に係る分割体の製造方法は、あらかじめ分割溝が形成された脆性材料からなる板状素材を湾曲させることにより前記分割溝から分割して複数の分割体を製造する方法であって、前記板状素材の両面に弾性材料からなる一対の当て板部材を配置するとともに、これら当て板部材の挟持面に形成した複数の凸条部を前記板状素材における前記分割溝の形成部位に当接した状態とし、これら当て板部材を長さ方向に間隔をあけて配置した複数の台部材により支持し、これら台部材の間で一方の当て板部材の凸条部の背面側を圧下部材により圧下して両当て板部材を弾性変形させることにより、前記板状素材を分割する工程を有し、前記台部材は、前記圧下部材が前記当て板部材の凸条部の背面側を圧下するときに、その前後の凸条部の背面で両当て板部材に接触することを特徴とする。

本発明に係る分割体製造装置及び製造方法によれば、弾性材料からなる当て板部材の間に板状素材を挟持した状態で湾曲させるから、板状素材を両面から支持した状態で一緒に変形させることができるとともに、このときに凸条部によって板状素材の分割溝形成部位を拘束し、その拘束状態で圧下部材によって圧下され、その前後の凸条部は台部材によって背面から支持されるので、板状素材が分割されるまで板状素材の拘束状態が維持され、分割時の板状素材の「あばれ」の発生を防止して、欠けのない分割体を製造することができる。したがって、薄肉で剛性の低いパワーモジュール用基板の製造に適用することにより、高品質の基板を製造することができる。

以下、本発明に係る分割体製造装置及び製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
この実施形態の製造装置によって分割される板状素材は、パワーモジュール用の絶縁基板となるものであり、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）のセラミックスによって形成されている。その板状素材１１には、分割予定部の片面に、レーザ加工やダイヤモンドホイールによる切削加工等によって分割溝１２が形成されている。この分割溝１２は、例えば、分割によって矩形の絶縁基板（分割体）１３を複数形成するために、縦方向及び横方向にそれぞれ一定の間隔で配置されることにより全体として格子状に形成されている。また、分割溝１２によって区画された領域内には、その両面にアルミニウム等の金属板１４がろう付け等によって貼り付けられており、その一方の金属板１４の表面が、パワーモジュールの電子部品の搭載面とされ、他方の金属板１４はヒートシンク等への伝熱体とされる構成である。なお、この板状素材１２は一例であり、設計に応じて適宜変更可能である。

図１は第１実施形態の製造装置を示している。この第１実施形態の製造装置は、板状素材１１の両面に配置される一対の当て板部材２１と、板状素材１１を挟持した状態の当て板部材２１を挿通可能な挿通間隙部２２を有する複数の台部材２３、２４と、これら台部材２３，２４の間で当て板部材２１を弾性変形させる圧下部材２５とを備えた構成とされている。

当て板部材２１は、脆性材料である板状素材１１に対して弾性変形可能な材料、例えば硬質ゴムにより構成され、板状素材１１とほぼ同じか若干幅の広い帯状で板状素材１１よりも大きい長さに形成された帯板状部３１と、この帯板状部３１の片面に櫛歯状に形成された複数の凸条部３２とを備える構成とされている。

また、凸条部３２は、当て板部材２１を板状素材１１の表面に配置させたときに板状素材１１における分割溝１２の形成部位に、該分割溝１２の長さ方向に沿って当接させられるものであり、帯板状部３１の表面に、一定の幅で垂直に立ち上がるように形成されている。凸条部３２の先端の幅は分割溝１２の幅とほぼ同じ寸法に設定されている。なお、分割溝１２は格子状に形成されているが、この凸条部３２は、格子の縦方向又は横方向のいずれか一方向のみ、例えば縦方向に沿って形成され、その縦方向に沿う分割溝１２と同じ相互間隔で平行に形成されている。

そして、この当て板部材２１は、板状素材１１を両面から挟むように一対設けられ、その場合に、両当て板部材２１の凸条部３２を対向させ、これら凸条部３２によって板状素材１１における分割溝１２の形成部位を挟むように保持する構成とされている。したがって、これら二つの当て板部材２１は、板状素材１１の表面側と裏面側とにそれぞれ配置され、全く同じ材料により同じ形状、同じ寸法に形成される。

一方、台部材２３，２４は、当て板部材２１の長さ方向に沿って離間して二組並べられており、それぞれの台部材２３，２４は、上下一対の上部材２３Ａ，２４Ａ及び下部材２３Ｂ，２４Ｂから構成され、各台部材２３，２４の上部材２３Ａ，２４Ａ及び下部材２３Ｂ，２４Ｂの間に、板状素材１１を挟持した状態の両当て板部材２１を挿通可能な挿通間隙部２２が形成されている。また、二組の台部材２３，２４は、当て板部材２１における凸条部３２のピッチの２倍より小さい間隔で並べられており、それぞれの挿通間隙部２２を一直線上に一致させた状態とし、これら挿通間隙部２２の間に、板状素材１１を挟持した状態の両当て板部材２１が掛け渡されるようにして挿通される構成である。

そして、この台部材２３，２４の挿通間隙部２２間に、当て板部材２１を掛け渡した際に、当て板部材２１の凸条部３２の１個を両台部材２３，２４の間に配置すると、その前後の凸条部３２は台部材２３，２４のいずれかの挿通間隙部２２内に配置される位置関係とされ、その凸条部３２の背面で当て板部材２１に台部材２３，２４が接触していることになる。

圧下部材２５は、ロール状に形成され、両台部材２３，２４の間の中間位置に、これらの挿通間隙部２２を結ぶ当て板部材２１の通過経路よりも若干ずれた位置、図示例では上方にずれた位置に設けられており、図示略の駆動部によって当て板部材２１の通過経路を横切るように往復移動させられるようになっている。この場合、圧下部材２５は、板状素材１１の分割溝１２が広がる方向、つまり図１では下方向に向けて矢印で示すように、板状素材１１における分割溝１２が設けられている面を凸状に変形させる方向に圧下するようになっている。その駆動部としては、機械的構成としては、電動機にカム機構、リンク機構等を備える構成とすることが可能であり、電気的な制御としてもよい。

次に、このように構成した製造装置を使用して、分割体１３としてパワーモジュール用基板を製造する方法について説明する。
あらかじめ板状素材１１の片面に格子状に分割溝１２を形成し、この分割溝１２により囲まれた領域の両面に金属板１４をろう付けにより貼り付けておく。

そして、この板状素材１１の両面に当て板部材２１を接触させる。このとき、前述したように、当て板部材２１の凸条部３２が板状素材１１の分割溝１２の部分に当接するように配置する。その板状素材１１を挟持した状態で、一方の台部材２３の挿通間隙部２２から両台部材２３，２４の間に掛け渡すようにして当て板部材２１を配置する。このとき、板状素材１１の分割溝１２が形成されている面を圧下部材２５とは反対側に向けて配置する。図１の例では分割溝１２を下方に向けて配置する。また、両当て板部材２１の間の板状素材１１において、先端から数えて１番目の分割溝１２が圧下部材２５の下方に配置されるようにする。

そして、この状態で圧下部材２５を矢印で示すように下方に駆動すると、当て板部材２１及び板状素材１１のうち、当て板部材２１は弾性材料によって形成されているから、圧下部材２５の圧下によって両台部材２３，２４の間で大きく湾曲変形可能であるのに対して、板状素材１１は、脆性材料であり、当て板部材２１の湾曲変形にある程度までは追従して変形するが、そのうち追従できずに弾性限界を超えると図２に示すように分割溝１２から分割させられることになる。

この場合、板状素材１１は、圧下部材２５によって分割される分割溝１２の前後で両当て板部材２１の凸条部３２によって拘束され、その当て板部材２１の背面が台部材２３，２４に接触しているから、板状素材１１が分割に至る際にも、図２に示すように、分割される分割溝１２を除いて他の分割溝１２は台部材２３，２４の間で動かないように固定されている。したがって、分割溝１２が分割される際の「あばれ」の現象が発生せず、チッピング等の欠けの発生も抑制されるものである。

また、分割部分においても、凸条部３２の間に分割体１３の縁部が保持され、その両面に設けられている金属板１４には当て板部材２１が接触しないので、これら金属板１４の表面は清浄のまま維持することができる。
このように、当て板部材２１の帯板状部３１による弾性変形と、凸条部３２による板状素材１１への拘束機能との両方の作用が相俟って、板状素材１１を「あばれ」を生じさせることなく分割し、かつ、分割状態に保持することができるものである。

そして、１個の分割溝１２を分割したら、当て板部材２１を凸条部３２の間隔分（分割溝１２の間隔分）ずつ間欠送りしながら、両台部材２３，２４の間に露出している部分で圧下部材２５によって分割溝１２の部分を圧下して湾曲させることにより、分割溝１２の部分を１個ずつ順次分割していくものである。1枚の板状素材１１の分割が終わったら、
当て板部材２１を台部材２４の間から抜き取って、両当て板部材２１の間に別の板状素材１１を挟持し、同様にして台部材２３の挿通間隙部２２に通して間欠送りしながら分割溝１２の部分から1個ずつ分割する作業を繰り返すことが行われる。

また、図３は、本発明の製造装置の第２実施形態を示している。この実施形態の製造装置は、当て板部材４１，４２が無端帯状に形成され、その帯板状部４３の表面に上記各実施形態と同様の凸条部３２が形成されており、プーリ４４によって凸条部３２を外側に向けた状態に巻回され、上下に板状素材１１を挟持可能な間隔を開けて配置されている。また、これら当て板部材４１，４２が相互に平行に配置される部分には、第１実施形態のものと同様の台部材２３，２４と、ロール状の圧下部材２５とが設けられており、前側の台部材２３と後側の台部材２４との間に露出する当て板部材４１，４２を上方から圧下部材２５によって押圧することにより、当て板部材４１，４２を弾性変形させる構成とされている。この第２実施形態においても、前後の台部材２３，２４の間隔は、当て板部材４１，４２の凸条部３２の間隔の２倍より短い寸法に設定される。

また、下側の当て板部材４２の方が上側の当て板部材４１よりも長く形成され、上側の当て板部材４１よりも送り方向の手前側に突出しており、その突出部分が板状素材１１を載置する板状素材供給部４５とされている。
なお、その他の第１実施形態の構成と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。

そして、プーリ４４を間欠的に回転駆動して、当て板部材４１，４２を凸条部３２の隔ずつ間欠走行させることにより、両当て板部材４１，４２の間に挟持した板状素材１１を分割溝１２の間隔ごとに移動させ、途中の圧下部材２５により上方から圧下することにより当て板部材４１，４２を弾性変形させて、その間の板状素材１１を分割するようになっている。そして、下側の当て板部材４２における板状素材供給部４５の上に板状素材１１を連続的に供給しながら、順次分割することができるものである。
なお、この第２実施形態においても、当て板部材４１，４２は弾性変形可能な材料によって形成されるが、プーリ４４に巻回されることにより張力が付与されるので、第１実施形態の当て板部材２１よりも弾性率が小さいものも適用可能である。

以上の実施形態による分割方法では、板状素材１１の欠けの発生が極めて少なくなり、分割面の真直度が増し,分割面の粗さが改善される。
また、この欠けの発生とともに分割時の微粉の発生も抑制され、表面の清浄度が著しく改善される。さらに、両面から拘束された状態で分割されるため、分割面の真直度も増し、寸法精度が向上する。このため、この製造装置によって製造された分割体１３は、使用中における割れの発生が極めて少なくなり、高い信頼性を維持することができる。

なお、以上の各実施形態では、格子状に形成した分割溝１２のうち、縦方向に沿う分割溝１２に沿って板状素材１１を分割する方法を述べたが、横方向に沿う分割溝に対しては、その横方向に沿って凸条部を形成した別の当て板部材を用意し、縦方向に沿う分割溝１２からの分割によって形成された短冊状の板状素材に対して同様の方法で分割することができる。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、二つの当て板部材を硬質ゴムで形成したが、分割対象の板状素材より大きい弾性を有するものであれば、他の材料で形成してもよい。また、各実施形態では二つの当て板部材とも同じ材料によって同じ程度の弾性のものとされているが、板状素材が変形して分割されるまでの間、及び分割後においても両当て板部材の間に板状素材又は分割体を保持できるものであれば、必ずしも両方が同じ特性でなくてもよい。さらに、当て板部材の帯板状部と凸条部との材料を変えてもよく、帯板状部は弾性を有する材料により構成し、凸条部は板状素材に当接するため耐摩耗性材料として硬質プラスチック等により構成するようにしてもよい。また、板状素材の片面にのみ分割溝を形成した例を示したが、両面に分割溝を形成したものに適用してもよい。また、本発明は、パワーモジュール用基板以外にも、各種半導体基板等を分割して製造する場合に適用することができる。

本発明に係る分割体製造装置の第１実施形態を示す正面図である。 図１の装置によって板状素材を分割した状態を示す要部の拡大図である。 本発明に係る分割体の製造装置の第２実施形態を示す正面図である。 従来の製造装置により板状素材を分割している様子を順に示した正面図である。 板状素材が分割された直後の状態について、種々の条件の場合を想定して模式的に示した正面図である。

符号の説明

１１ 板状素材
１２ 分割溝
１３ 絶縁基板（分割体）
１４ 金属板
２１ 当て板部材
２２ 挿通間隙部
２３，２４ 台部材
２３Ａ，２４Ａ 上部材
２３Ｂ，２４Ｂ 下部材
２５ 圧下部材
３１ 帯板状部
３２ 凸条部
４１，４２ 当て板部材
４３ 帯板状部
４４ プーリ
４５ 板状素材供給部

Claims (5)

1. あらかじめ分割溝が形成された脆性材料からなる板状素材を湾曲させることにより前記分割溝から分割して複数の分割体を製造する分割体製造装置であって、
   前記板状素材を挟持するための弾性材料からなる一対の当て板部材と、前記板状素材を挟持した状態の当て板部材を挿通可能な挿通間隙部を有しその挿通方向に沿って離間して並べられた複数の台部材と、これら台部材の間で一方の当て板部材の背面側から両当て板部材を前記板状素材を挟持した状態で弾性変形させる圧下部材とを備え、
   前記当て板部材の挟持面に前記板状素材における前記分割溝の形成部位に当接する複数の凸条部が設けられ、前記台部材は、前記圧下部材の圧下位置に前記当て板部材の凸条部が配置されたときに、その前後の凸条部の背面で当て板部材に接触可能な位置に配設されていることを特徴とする分割体製造装置。
2. 前記当て板部材は無端ベルトとされ、これら無端ベルトを巻回したプーリに、両無端ベルトを走行させる駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の分割体製造装置。
3. 前記無端ベルトは上下に対向配置され、その下側無端ベルトは、上側無端ベルトよりも走行方向の上流方向に突出して形成され、その突出部の上面が板状素材供給部とされていることを特徴とする請求項２記載の分割体製造装置。
4. あらかじめ分割溝が形成された脆性材料からなる板状素材を湾曲させることにより前記分割溝から分割して複数の分割体を製造する方法であって、
   前記板状素材の両面に弾性材料からなる一対の当て板部材を配置するとともに、これら当て板部材の挟持面に形成した複数の凸条部を前記板状素材における前記分割溝の形成部位に当接した状態とし、これら当て板部材を長さ方向に間隔をあけて配置した複数の台部材により支持し、これら台部材の間で一方の当て板部材の凸条部の背面側を圧下部材により圧下して両当て板部材を弾性変形させることにより、前記板状素材を分割する工程を有し、
   前記台部材は、前記圧下部材が前記当て板部材の凸条部の背面側を圧下するときに、その前後の凸条部の背面で両当て板部材に接触することを特徴とする分割体の製造方法。
5. あらかじめ分割溝が形成された脆性材料からなる板状素材を請求項１から３のいずれか一項に記載の分割体製造装置を用いて湾曲させることにより、前記分割溝から分割して複数の分割体を製造することを特徴とする分割体の製造方法。

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