JP2010090027A

JP2010090027A - セラミックろう付け用黒鉛治具

Info

Publication number: JP2010090027A
Application number: JP2009263380A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Tokuno; 知雄徳野; Yoshinori Yonemoto; 善則米本; Sokan Miki; 相煥三木
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】熱膨張率をセラミック基板等と合わせるとともに、硬度を高め、耐摩耗性を向上させ、さらには耐酸化性に優れたセラミックろう付け用黒鉛治具を提供する。
【解決手段】セラミックろう付け用黒鉛治具は、かさ密度が１．８０Ｍｇ／ｍ^３以上であり、６２３〜７２３Ｋでの熱膨張係数が７．０〜７．５×１０^−６／Ｋであり、１０７３〜１１２３Ｋでの熱膨張係数が７．５〜８．５×１０^−６／Ｋであり、且つ、室温での熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ) 以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体のセラミックパッケージの位置決めやリードピン、リードフレームのろう付等に使用されるセラミックろう付け用黒鉛治具に関する。

電子工業部品の多様化と短小軽薄化に伴い、電子工業部品の製作に使用される耐熱性治具の形状は複雑多岐となり、特に黒鉛治具は耐熱性や加工性などが優れているため、その要請に応じて需要が増々高まりつつある。特に半導体のセラミックパッケージのろう付け用黒鉛治具はその性質上、セラミック基板、リードピン、リードフレームなどの多くの電子部品を黒鉛治具本体の表面に精度よく位置決めして載置する必要があるものである。

そのため、従来は黒鉛治具の所定の位置に電子部品の位置決めをするための金属ピンが打ち込まれたり、黒鉛治具本体が精密に機械加工されていた。

しかしながら、従来の黒鉛治具を用いてセラミックパッケージの位置決めやリードピン、リードフレームのろう付けを行った場合、出来上がったセラミックパッケージの製品は寸法不良、特にリードピン、リードフレームのピッチ間隔の不良やリードピン、リードフレームのろう付け部近傍にカーボン粉の付着等が発生したり、極端な場合は、セラミックパッケージと黒鉛製治具とがかみ合って抜き取ることができないなどのトラブルが発生し、生産収率を上げることが出来なかった。

そこで、これらの問題を解決するために、下記特許文献１には、室温〜１２７３Ｋまでの平均熱膨張係数が４．５×１０^−６／Ｋ〜８．０×１０^−６／Ｋの範囲で、異方比が１．２５以下の黒鉛材をセラミックパッケージのろう付け用黒鉛治具として使用することが開示されている。

特許第２６０８２８７号

しかしながら、この黒鉛材であっても、熱膨張係数の一致性が十分だとはいえず、ろう付け時に黒鉛治具とリードピン等が接触することがあり、そのため、黒鉛治具の摩耗等が発生していた。また、一般的に、これらセラミックパッケージのろう付けは空気中で行われるため、黒鉛治具が、酸化消耗し、リードピン等の位置決め精度が悪くなるという問題もあった。

そこで、本発明は、熱膨張率をセラミック基板等と合わせるとともに、硬度を高め、耐摩耗性を向上させ、さらには耐酸化性に優れたセラミックろう付け用黒鉛治具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明のセラミックろう付け用黒鉛治具は、かさ密度が１．８０Ｍｇ／ｍ³以上であり、６２３〜７２３Ｋでの熱膨張係数が７．０〜７．５×１０^−６／Ｋであり、１０７３〜１１２３Ｋでの熱膨張係数が７．５〜８．５×１０^−６／Ｋであり、且つ、室温での熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。また、本発明のセラミックろう付け用黒鉛治具は、ショア硬度が８５以上であることが好ましい。

セラミックろう付け用黒鉛治具を、かさ密度を１．８０Ｍｇ／ｍ^３以上、６２３〜７２３Ｋでの熱膨張係数が７．０〜７．５×１０^−６／Ｋ、１０７３〜１１２３Ｋでの熱膨張係数が７．５〜８．５×１０^−６／Ｋ、室温での熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ) 以上となるような黒鉛材料で形成することで、ろう付け後にリードピンが抜けなくなるということもなく、また、ピンピッチ等の寸法精度の低下もなくなり、製造効率が大幅に向上する効果を奏する。

本発明における黒鉛治具は、コークス等のフィラー（骨材）と、ピッチ等のバインダー（結合材）とを混合し、これを所定の形状に成形したのち、熱処理によってバインダーを炭素化固結させて形成された黒鉛材より所定の形状に加工されて得られる。そして、骨材の熱的性質及び物理的性質について適切なものを選定することにより酸化消耗率、かさ密度、ショア硬度、熱膨張係数、熱伝導率を所定範囲に収めることができる。

酸化消耗率は、予め質量を測定しておいた黒鉛を、空気中で９７３Ｋで５時間熱処理した時の質量変化から算出したものである。一般に、セラミックのろう付けは、セラミック基板を１０７３〜１２７３Ｋに加熱して行われており、このセラミック基板を載置する黒鉛治具の温度はこの温度より高くなることはない。したがって、空気中で９７３Ｋで５時間熱処理した時の酸化消耗率が１０質量％以下、好ましくは５質量％以下であれば、例えば、１０７３〜１２７３Ｋの温度範囲で処理された場合と同等と考えることができ、ろう付け処理後の寸法精度の低下を抑制することができる。

また、かさ密度を１．８０Ｍｇ／ｍ^３以上、好ましくは１．８５Ｍｇ／ｍ^３以上とし、ショア硬度を８５以上、好ましくは９０以上とする。かさ密度を１．８０Ｍｇ／ｍ³以上、好ましくは１．８５Ｍｇ／ｍ^３以上とすることで、酸化活性点を減少させることができ、耐酸化性を向上させることができる。また、ショア硬度を８５以上、好ましくは９０以上とすることで、耐摩耗性が向上し、セラミックろう付け時にリードピン等と接触した場合であっても、摩耗することがなく、ピンピッチ等の寸法精度が低下することがない。

６２３〜７２３Ｋでの熱膨張係数が７．０〜７．５×１０^−６／Ｋで、且つ、１０７３〜１１２３Ｋでの熱膨張係数が７．５〜８．５×１０^−６／Ｋ、好ましくは７. ８〜８．２×１０^−６／Ｋとする。これによって、セラミック基板との熱膨張係数を合わせることができる。ここで、熱膨張係数については、理学電機株式会社製の熱機械分析装置（ＴＭＡ８３１０）で求めた。

また、室温での熱伝導率を６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とする。これによって、加熱時及び冷却時において、セラミック基板と黒鉛治具との温度差をなくすことで、前述のように、熱膨張係数を合わせているため、加熱時及び冷却時に黒鉛治具とセラミック基板との温度による伸縮を略同等とすることが可能となる。ここで、熱伝導率については、ＪＩＳＲ１６１１−１９９１に準じて求めた。

以上のように、酸化消耗率、かさ密度、ショア硬度、熱膨張係数、熱伝導率を所定範囲に収めるようにして黒鉛材を形成し、この黒鉛材より任意の形状に加工することで、長時間使用しても寸法精度に変化のないセラミックろう付け用黒鉛治具として使用することが可能となる。また、セラミックろう付け用黒鉛治具以外にも、優れた酸化消耗率や、高い熱膨張係数、高い熱伝導率等の特性を活かし、セラミック焼成用トレイ等としても使用することが可能である。

骨材の熱的性質及び物理的性質について適切なものを選定することにより実施例１〜５、比較例１〜４の物理特性を有するセラミックろう付け用黒鉛治具を作製した。この治具を用いて、Ａｌ_２Ｏ_３からなる基板にリードピンのろう付け作業を行った。黒鉛治具の物理特性とろう付け作業の結果を表１に示す。その結果、実施例１〜５の黒鉛治具は特に問題もなく使用できた。

Claims

かさ密度が１．８０Ｍｇ／ｍ^３以上であり、
６２３〜７２３Ｋでの熱膨張係数が７．０〜７．５×１０^−６／Ｋであり、
１０７３〜１１２３Ｋでの熱膨張係数が７．５〜８．５×１０^−６／Ｋであり、且つ、
室温での熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とするセラミックろう付け用黒鉛治具。
ショア硬度が８５以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックろう付け用黒鉛治具。