JP2011046045A - 分割体製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割溝に沿って直線状に分割するとともに、断面においても素材の平面に対して垂直に分割して、高精度の分割体を製造する。
【解決手段】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１３を押圧することにより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２１であって、板状素材１３を搬送する搬送路の途中に、板状部材１３を挟持状態に押圧する一組の分割ローラ２８，２９が設けられるとともに、これら分割ローラ２８，２９の間に、板状素材１３を挟持したときに該板状素材１３の両側で分割ローラ２８，２９の間の最小間隔を規制する間隔規制部材３０が設けられている。
【選択図】 図１

Description

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

半導体素子などの電子部品を搭載するためのセラミックス基板は、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からなる板状素材の表面に、これを各基板毎に区画するようにレーザ加工等によって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、ベルトによって挟んだ状態で板状素材をロールで押圧してベルト毎曲げる方法（特許文献１参照）、径の異なる二つのロールの間に板状素材を挟むことにより曲げ力を作用させる方法（特許文献２参照）などがあり、いずれの方法も、セラミックスの脆性を利用して分割溝から亀裂を生じさせることにより分割する方法である。

特開２００２−１８８３０号公報 特開２０００−２３８０３４号公報

ところで、分割溝がセラミックス素材の片面に設けられる場合、その分割溝から反対面に亀裂が生じることにより板状素材が分割されることになるが、分割溝の長さ方向にわたって一様に亀裂を生じさせることが難しく、分割ラインが直線状にならずに曲がりが生じ易い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、分割溝に沿って直線状に分割するとともに、断面においても素材の平面に対して垂直に分割して、高精度の分割体を製造することができる分割体製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

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押圧す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、前記板状素材を搬送する搬送路の途中に、前記板状部材を挟持状態に押圧する一組の分割部材が設けられるとともに、これら分割部材の間に、前記板状素材を挟持したときに該板状素材の両側で前記分割部材の間の最小間隔を規制する間隔規制部材が設けられていることを特徴とする。

単に分割部材間に板状素材を挟持して押圧するだけであると、図９に図示したように板状素材Ｐを挟んだ両分割部材Ｒの中央部が鎖線で示すように外側に向けて凸となる方向に両分割部材Ｒに撓みが生じ易い。この撓みが生じた状態で板状素材が押圧されるため、板状素材の分割ラインに曲がりが生じることになる。本発明では、両分割部材の両端部の最小間隔を間隔規制部材によって規制することにより、板状素材が介在する両分割部材の中央部と、間隔規制部材が介在する両分割部材の両端部との相互間隔を均等にして、両分割部材の撓みの発生を防止するものであり、もって板状素材を分割溝に沿って直線状にかつ板状素材の表面に対して垂直に分割することができる。
両分割部材の中央部の間隔は、脆性材料の板状素材を分割するに足るだけの押圧力が作用するものであればよく、両端部間の間隔規制部材によって、それ以上に接近しないようにすることができる。

本発明の分割体製造装置において、前記分割部材の少なくとも一方の表面に、前記板状素材の表面に接触する弾性部材が設けられているとよい。
板状素材に弾性部材が接触することにより、押圧力に若干のばらつきが生じても、これを緩和することができ、また、板状素材表面の傷の発生等を防止することができる。

本発明の分割体製造装置において、前記間隔規制部材は、前記分割部材のうちの少なくとも一方に突出して形成されている構成としてもよいし、前記弾性部材の表面に突出して形成されている構成としてもよい。
間隔規制部材を分割部材や弾性部材に形成することにより、間隔規制部材を単独で取り扱う場合に比べて作業性がよくなる。

また、本発明の分割体製造方法は、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押圧す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方法であって、前記板状素材の両側方位置に間隔規制部材を配置した状態とし、この間隔規制部材とともに前記板状素材を一組の分割部材によって挟持状態に押圧することにより、前記板状素材を分割することを特徴とする。

本発明の分割体製造装置によれば、両分割部材の両端部の最小間隔を間隔規制部材によって規制することにより、板状素材を挟持したときの両分割部材の撓みの発生を防止し、板状素材を分割溝に沿って直線状にかつ板状素材の表面に対して垂直に分割して、高精度の分割体を製造することができる。

本発明に係る分割体製造装置の第１実施形態を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する。 図１の分割体製造装置の縦断面図である。 図１の分割体製造装置の間隔規制部材と板状素材との位置関係を示す要部の斜視図である。 本発明に係る分割体製造装置の第２実施形態を示す図１同様の断面図である。 図４の分割体製造装置のベルト端部のローラ部分を示す斜視図である。 本発明に係る分割体製造装置の第３実施形態を示す図１同様の断面図である。 図６の分割体製造装置のベルトのローラへの巻回部分を示す斜視図である。 本発明の分割体製造装置によって製造される分割体の例としてパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの断面図である。 板状素材を分割部材で挟持することにより、両分割部材に撓みが生じた状態を示す断面図である。

以下、本発明に係る分割体製造装置及びその製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
この実施形態では、分割体として、大電流、高電圧を制御するパワーモジュールに用いられる基板を適用している。
このパワーモジュール１について予め説明しておくと、パワーモジュール１は、図８に示すように、パワーモジュール用基板２と、該パワーモジュール用基板２の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品３とから構成される。パワーモジュール用基板２は、セラミックス基板４の表面に回路層用金属層５が積層されるとともに、セラミックス基板４の裏面に放熱層用金属層６が積層されており、回路層用金属層５の上に電子部品３が搭載され、放熱層用金属層６にヒートシンク７が取り付けられる構成である。

セラミックス用基板４は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを母材として矩形状に形成されている。回路層用金属層５は、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金により形成され、プレス加工又はエッチング加工により回路パターンの外形に成形されている。放熱層用金属層６は、純アルミニウムにより、セラミックス基板４より若干小さい矩形状に形成されている。また、これらセラミックス基板４、両金属層５，６の相互間はろう付けによって接合されており、そのろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等が使用される。

そして、回路層用金属層５の上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系若しくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材８によって電子部品３が接合される。なお、電子部品３と金属層５の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
一方、ヒートシンク７は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路９が形成されており、セラミックス基板２との間はろう付け、はんだ付け、ボルト等によって接合される。

このように構成されるパワーモジュール１のうち、パワーモジュール用基板２は、この基板２を複数形成可能な広い面積を有するセラミックス平板１１の片面に、これを各セラミックス基板４毎に区画するように分割溝１２をあらかじめ設けておき、この分割溝１２によって区画される領域にそれぞれ回路層用金属層５及び放熱層用金属層６を形成することにより、板状素材１３として構成され、この板状素材１３を図１〜図３に示す分割体製造装置２１によってその分割溝１２に沿って分割することにより、個々のパワーモジュール用基板２として製造される。

この図１〜図３は本発明の第１実施形態を示している。この分割体製造装置２１は、板状素材１３を載置状態で送る無端ベルト（下側ベルト）２２が支持ローラ２３，２４間に巻回されて水平に配置されており、このベルト２２の上に、一対の支持ローラ２５，２６間に巻回された無端ベルト（上側ベルト）２７が若干の間隔を開けて平行に配置されている。この場合、上側ベルト２７は、下側ベルト２２よりも短く形成され、下側ベルト２２の長さ方向の中央部上に配置されており、その前後で下側ベルト２２の上方が開放状態とされている。
また、下側ベルト２２及び上側ベルト２７の長さ方向の中間位置には、これらベルト２２，２７を巻回している支持ローラ２３〜２６より小径の分割ローラ２８，２９がベルト２２，２７の裏面に接触した状態で設けられていることにより、両分割ローラ２８，２９がベルト２２，２７を介在した状態で上下に並んで配置されている。
これら分割ローラ２８，２９は、板状素材１３の幅よりも長さが大きく、その両端部間で後述の間隔規制部材３０を挟持し得る長さに設定されている。

そして、両ベルト２２，２７の間には、これらの間に挟持される板状素材１３の両側方位置に配置されて一対の角柱状の間隔規制部材３０が送られるようになっている。この間隔規制部材３０は、硬質のプラスチック、金属、木材等から構成され、その高さは、板状素材１３の総板厚よりわずかに大きく設定され、例えば板状素材１３のセラミックス平板１１及び両金属層５，６を合わせた総板厚が１．８３５ｍｍである場合に２．０ｍｍの高さに設定される。
この間隔規制部材３０の材料は、両分割ローラ２８，２９間で板状素材１３を挟持状態に押圧して分割したときに、原形を維持できるもの、板状素材１３と同様に割れるもの、いずれも使用可能である。
なお、板状素材１３の搬送路とされる下側ベルト２２において、上側ベルト２７より前方に突出している前端部上が、この下側ベルト２２上に板状素材１３を載置状態に供給するための導入部３１とされ、上側ベルト２７より後方に突出している後端部上が、各分割片（パワーモジュール基板２）を取り出すための排出部３２とされる。

このように構成した分割体製造装置２１を用いて板状素材１３を分割溝１２から複数に分割してパワーモジュール用基板２を製造する方法について説明する。
下側ベルト２２の導入部３１の上面に、板状素材１３をその分割溝１２を下方に向けた状態で載置するとともに、この板状素材１３の両側に間隔規制部材３０を相互に平行に配置し、この状態でベルト２２，２７を駆動して、板状素材１３及び間隔規制部材３０を両ベルト２２，２７の間に挟持状態で搬送する。図２には、導入部３１及び排出部３２上では板状素材１３又は分割後のパワーモジュール用基板２を実線で示し、間隔規制部材３０を鎖線で示しており、両ベルト２２，２８の間では間隔規制部材３０のみ示している。

そして、ベルト２２，２７の中間位置で、板状素材１３は、分割ローラ２８，２９の間で挟持状態に押圧されて分割溝１２から分割される。このとき、両分割ローラ２８，２９の両端部には、図１に示すように間隔規制部材３０が介在していることにより、両分割ローラ２８，２９は、この間隔規制部材３０によって拘束される最小間隔に維持され、それ以上接近することはなく、分割ローラ２８，２９の中間部分が外側に膨らむ撓みの発生は防止され、また、その間隔規制部材３０の高さが板状素材１３の総板厚よりわずかに大きく設定されていることにより、両分割ローラ２８，２９の中間部に挟持される板状素材１３への押圧力も抑制される。具体的には、両分割ローラ２８，２９の間では、間隔規制部材３０の位置では、ベルト２２，２７が押し潰されるが、左右の両間隔規制部材３０の間でベルト２２，２７がわずかに膨出し、その膨出部分で板状素材１３が押圧されて分割される。弾性部材であるベルト２２，２７の膨出部分による押圧となるので、その押圧力は小さいものとなる。
このように間隔規制部材３０によって分割ローラ２８，２９の撓みの発生が防止され、また、押圧力が抑制される結果、板状素材１３がその幅方向にわたって均等な押圧力で押圧され、分割溝１２に沿って直線状にかつ板状素材１３の表面に対して垂直に分割される。

図４及び図５は、分割体製造装置の第２実施形態を示している。この分割体製造装置３５は、第１実施形態においては、ローラやベルトとは別に間隔規制部材３０を設けたが、ローラと一体に間隔規制部材を形成したものである。すなわち、両分割ローラ３６，３７は、ベルト２２，２７の幅よりも長く形成され、そのうち、図示例では、上側の分割ローラ３６は、ストレートの円柱状に形成されているが、下側の分割ローラ３７は、両端部に大径部３８が一体に形成されており、この大径部３８の外周面が上側の分割ローラ３６の外周面に接触した状態で回転させられる構成である。そして、この下側の分割ローラ３７の大径部３８が上側の分割ローラ３６に接触することにより、両分割ローラ３６，３７の間隔が規制されるようになっており、その大径部３８が間隔規制部材を構成している。

この分割体製造装置３５においても、両分割ローラ３６，３７の両端部間は、下側の分割ローラ３７の間隔規制部材３８が上側の分割ローラ３６に接触して、それ以上に両分割ローラ３６，３７が接近しないようになっており、分割ローラ３６，３７の撓みを抑制して、板状素材１３を均等な押圧力で押圧し分割溝１２に沿って直線状にかつ板状素材１３の表面に対して垂直に分割することができる。
この場合、間隔規制部材３８が下側の分割ローラ３７の外周部に一体に形成されているので、第１実施形態のように間隔規制部材を別途取り扱う作業が不要であり、ベルト２２の導入部３１（図１参照）に板状素材１３のみを供給すればよく、作業性が良い。
また、この第２実施形態の分割体製造装置３５の場合、間隔規制部材３８が分割ローラ３７と一体に形成され、他方の分割ローラ３６の表面に接触するものであり、第１実施形態のように弾性部材間に介在するものではない。したがって、間隔規制部材３８と分割ローラ３６との剛体どうしの接触となるので、間隔規制部材３８の高さ寸法は、板状素材１３の総板厚と２枚のベルト２２，２７の厚さとの和よりわずかに小さい寸法に設定するとよい。

なお、上側ベルト２７を幅広に形成して、間隔規制部材３８が上側ベルト２７に接触する構造としてもよく、その場合は、第１実施形態の場合と同様、ベルト２７が弾性によって膨出するので、その分、間隔規制部材３８の高さを大きくし、例えば、板状素材１３の総板厚と１枚のベルト２７との和と同じ程度又は、ベルトの弾性力によっては、板状素材１３の総板厚と１枚のベルト２７との和よりもわずかに大きく設定することができる。

図６及び図７は、分割体製造装置の第３実施形態を示している。この分割体製造装置４１は、下側ベルト４２の両側部を肉厚に形成することにより、間隔規制部材４３を下側ベルト４２の両側部に一体に形成したものである。この第３実施形態の場合、弾性部材であるベルト４２の両側部に間隔規制部材４３を一体に形成したので、この間隔規制部材４３の高さは、板状素材１３の総板厚よりも大きく設定され、両分割ローラ２８，２９間に挟持されて間隔規制部材４３が押し潰された状態で板状素材１３が押圧されるように設定される。

この分割体製造装置４１においても、両間隔規制部材４３によってベルト４２間の最小間隔が規制され、板状素材１３を均等な押圧力で押圧して直線状にかつ板状素材１３の表面に対して垂直に分割することができる。この実施形態の場合も、第２実施形態と同様、間隔規制部材を単独で取り扱うことがないので、作業性が良い。
なお、ベルト４２が巻回される両端の支持ローラ２３，２４の外径に比べて間隔規制部材４３の高さが大きい場合には、支持ローラ２３，２４への巻回を容易にするため、図７に示すように、間隔規制部材４３に幅方向に沿うスリット４４を適宜のピッチで形成し、支持ローラ２３，２４（図７には一方の支持ローラ２４のみ示す）に巻回されたときに外周側でスリット４４が開くように構成するとよい。

なお、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、板状素材を一組の無端ベルトによって挟持して送りながら押圧するようにしたが、下側は上記実施形態と同様のベルトによって構成し、上側は分割ローラのみとしたものでもよい。また、両分割ローラの径は同じでもよいが、異ならせてもよく、その場合、下側の分割ローラを大きくするとよい。
また、第２実施形態及び第３実施形態において、間隔規制部材を下側の分割ローラ側に設けたが、上側の分割ローラ側に設けてもよいし、高さの半分ずつを分けるようにして両方に設けてもよい。
また、分割ローラは上下のいずれもがローラとして構成したが、上側はローラとし、下側をベルトに沿う平板としてもよい。また、上側のローラも、下向きの凸円弧状の湾曲面を有する部材としてもよい。本発明の分割部材はこれらローラ状のもの、平板状のもの、湾曲状のものを含むものとする。
また、セラミックス基板の分割溝は片面のみに形成したものを用いたが、両面に形成しておいてもよい。また、図２では分割溝が下方に向けて配置されるようにしたが、上方に向けて配置してもよい。

１ パワーモジュール
２ パワーモジュール用基板
３ 電子部品
４ セラミックス板
５ 回路層用金属層
６ 放熱層用金属層
１１ セラミックス平板
１２ 分割溝
１３ 板状素材
２１ 分割体製造装置
２２，２７ ベルト
２３〜２６ 支持ローラ
２８，２９ 分割ローラ（分割部材）
３０ 間隔規制部材
３１ 導入部
３２ 排出部
３５ 分割体製造装置
３６，３７ 分割ローラ ３８ 間隔規制部材
４１ 分割体製造装置
４２ 下側ベルト
４３ 間隔規制部材
４４ スリット

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押圧す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、
   前記板状素材を搬送する搬送路の途中に、前記板状部材を挟持状態に押圧する一組の分割部材が設けられるとともに、これら分割部材の間に、前記板状素材を挟持したときに該板状素材の両側で前記分割部材の間の最小間隔を規制する間隔規制部材が設けられていることを特徴とする分割体製造装置。
2. 前記分割部材の少なくとも一方の表面に、前記板状素材の表面に接触する弾性部材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. 前記間隔規制部材は、前記分割部材うちの少なくとも一方に突出して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分割体製造装置。
4. 前記間隔規制部材は、前記弾性部材の表面に突出して形成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。
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押圧す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方法であって、
   前記板状素材の両側方位置に間隔規制部材を配置した状態とし、この間隔規制部材とともに前記板状素材を一組の分割部材によって挟持状態に押圧することにより、前記板状素材を分割することを特徴とする分割体製造方法。