JP5257749B2 - 低融点金属の供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱溶融した低融点金属と被接合材との接触界面に超音波を照射しつつ当該低融点金属を被接合材に供給する低融点金属の供給装置に組込まれるコテ先部材及びそれが組込まれた低融点金属の供給装置に係わるものである。

例えば複層ガラスや平面型画像表示装置では、間隙を介して対向配置された一対のガラス基板からなるガラスパネルが使用される。このガラスパネルでは、ガラス基板の間隙の気密性を確保するため、一対のガラス基板の外周縁部を枠状の接合部材で封止接合して気密部が形成されている。アウトガスの発生防止または接合工程の低温化等の観点から、接合部材を構成する接合材として広く用いられてきたフリットガラスに代えて低融点金属、具体的には半田を使用することが提案されている。しかしながら、半田が溶融するレベルの温度領域では溶融した半田とガラス基板との濡れ性は低いため、溶融半田との濡れ性があるＣｕ、Ｃｒ、Ａｇ等からなる下地層を介して接合する技術が従来から種々提案されている（例えば下記特許文献１）。

一方で、下地層を介してガラス基板に半田を接合する場合には、下地層を形成する工程が別途必要になり製造コストが上昇するのみならず、下地層とガラス基板の接合界面または下地層と半田層との接合界面に非接合部分が生じる可能性がある。そして、この非接合部分がリークパスとなり、気密部を高真空または高圧力にした場合に気密が破れる可能性が少なからず存在する。この問題を解消するため、下地層を介することなく半田をガラス基板に直接接合する技術の一例が、非特許文献１に開示されている。

非特許文献１には、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉなど易酸化元素がＰｂ−Ｓｎ系半田とガラス基板との接合性を高める点に着目し、これら易酸化元素の１種以上を含むＰｂ−Ｓｎ系半田を接合材として使用しガラス基板を直接接合する技術、及び溶融半田とガラス基板との接触界面に超音波振動を照射しながら溶融半田を供給することにより当該接触界面に存在する気泡や酸化物などの異物を除去し、半田とガラス基板との接合性を改善する超音波半田付け技術が記載されている

ガラス基板間の間隙が大きなガラスパネルを製造するためガラス基板を接合する接合部材の肉厚化という要請がある。かかる要請に対し、本願発明者らが上記直接接合技術を用いて検討したところ、以下の問題があることを知見した。すなわち、図９に示すように、溶融半田Ｍ１をガラス基板ｗ１に供給するときには、超音波ｕによるガラス基板ｗ１の表面の接合予定面ｓの損傷を防止するため、図示しない超音波発生装置から超音波振動が与えられるコテ先部材９２１の先端面９２５がガラス基板ｗ１の接合予定面ｓに接触しないように、先端面９２５が接合予定面ｓから所定の間隔ｇだけ離れるよう配置する必要がある。一方で、半田層ｍ１とガラス基板ｗ１との接合性を確保するためには、溶融半田Ｍ１とガラス基板ｗ１との接触界面ｓ１に超音波を有効に作用させるため間隙ｇを数十μｍ程度に設定する必要がある。ここで、半田層ｍ１の厚みは基本的に間隙ｇの大きさに依存する。更に溶融半田Ｍ１の厚みは、溶融半田Ｍ１が先端面９２５の後端縁から離脱した後ガラス基板ｗ１の表面上で濡れ広がるため減少する傾向にある。そのため、従来のコテ先部材では、ガラス基板ｗ１との良好な接合強度を有する厚肉な半田層ｍ１を形成し難いという問題がある。なお、半田Ｍの送り量を調整し溶融半田Ｍ１の供給量を増加させて厚肉化を試みたが、一定の厚み及び幅を有する半田層ｍ１を安定して形成することが出来なかった。

そこで、本願発明者らは、下記特許文献１に開示された技術を参考にし、超音波が接触界面に十分に作用可能な数十μｍの間隙ｇとなるようコテ先部材を配置し、溶融半田の供給量を制御することによりこの問題の解消を試みた。なお、特許文献１に開示されたノズル（本願におけるコテ先部材）は、その先端面の周縁に沿って段部が設けられており、段部と基板表面との空間部に溜まった状態で溶融半田は供給されるよう構成されている。しかしながら、厚肉な半田層を形成するため多量の溶融半田を供給した場合、コテ先部材の先端面の周囲に形成される半田溜まりの形状が不安定となり、半田層の厚み及び幅が安定しなかった。このように特許文献１のノズルに配置された段部は、超音波による溶融半田の飛散を防止するに留まるものであり、半田層の厚肉化に対応できるものではない
特開２００５−３３２６６７号公報 日経エレクトロニクス、１９７６．１０．１８発行、９２頁〜１１３頁

本発明は、上記従来の技術の問題を鑑み発明者が鋭意検討のうえなしたものであり、接合性を害することなく厚肉化された接合部材を被接合材に形成可能な低融点金属の供給装置を提供することを第１の目的とし、更に接合部材を被接合材に一定の厚みで安定して形成可能な低融点金属の供給装置を提供することを第２の目的としている。

本発明に係る一態様の低融点金属の供給装置は、被接合材に接合される接合部材を構成する加熱溶融した低融点金属と被接合材との接触界面に超音波を照射しつつ低融点金属を被接合材に供給する低融点金属の供給装置であって、前記供給装置は、コテ先部材が組み込まれた加熱用コテを備え、前記コテ先部材は、前記被接合材と接合部材との接合予定面に臨む第１の面と、前記コテ先部材の移動方向において前記第１の面の後端縁から後方に延び上方へ傾斜した第２の面とを有し、前記第１の面は、前記接合予定面と所定の間隙を形成して対向する状態に配置され、前記第２の面は、前記コテ先部材の移動方向における当該第２の面の後端縁と前記接合予定面との間隔が接合部材の厚みを越える大きさとなる状態に配置され、前記コテ先部材が前記接合予定面に対して相対的に水平移動しつつ、溶融した前記低融点金属が前記間隙に供給され、前記第１の面から前記接触界面に対して超音波が照射される低融点金属の供給装置である。

かかる低融点金属の供給装置によれば以下の作用を奏することができる。コテ先部材の第１の面は、被接合材において接合部材との接合が予定される接合予定面と超音波が作用するのに充分な所定の間隙を形成して対向する状態で配置される。そして、その第１の面と接合予定面との間に形成された第１の空隙に供給された溶融状態の低融点金属と被接合材との接触界面には、第１の面から照射された超音波が作用する。したがって、その接触界面に存在する気泡や異物は除去され、被接合材と接合部材との接合性が確保される。また、第２の面は、コテ先部材の移動方向において第１の面の後端縁から後方に延び上方へ傾斜した斜面であるので、上記第１の空隙に供給された溶融状態の低融点金属は、コテ先部材の移動とともに後方へ流動し第２の面と接合予定面との間で形成される第２の空隙に円滑に満たされる。そして、この第２の空隙では、上記超音波の作用により溶融した低融点金属と被接合材との接触界面から気泡や異物が除去された状態を維持しつつ、溶融した低融点金属の後方への流動にともないその厚みが徐々に厚肉化される。そして、第２の面は、コテ先部材の移動方向におけるその後端縁と接合予定面との間隔が接合部材の厚みを越える大きさとなる状態に配置されている。したがって、接合予定面から見た第２の面の後端縁の高さを形成すべき接合部材の厚みに応じ設定することで、第２の面の後端縁から離脱した後の溶融した低融点金属の厚みを形成すべき接合部材の厚みとほぼ同一にでき、本願の第１の目的である所望の厚みに厚肉化された接合部材を形成することができる。

なお、本願の第２の目的である形成すべき接合部材の厚みを一定にするためには、第２の面の後端縁から離脱し流出する溶融した低融点金属の流量を安定させることが重要である。すなわち、第１の空隙に供給された溶融状態の低融点金属を第２の空隙に円滑に流入させるためには、第１の面と第２の面とはＣ面又はＲ面を介して接続されていることが望ましい。さらに、第２の空隙における溶融状態の低融点金属の流動を円滑にするためには、第２の面は、外側へ緩やかに膨出した曲面状をなしていることが望ましい。さらに加えて、第１の面及び第２の面は、溶融した低融点金属との濡れ性を有することが望ましい。

さらに、接合部材と被接合材との接合性の均一化を図るためには、溶融した低融点金属と接合予定面との接触界面に平均して超音波が照射されることが望ましく、第１の面と接合予定面との間隔を一定に保つことができるように第１の面は平坦面であることが望ましい。

さらに、接合部材の表面の酸化を抑制するためには、第２の面の後端縁から離脱する時の温度が低下するよう溶融した低融点金属を冷却することが好ましいが、凝固状態に至るまで冷却すると接合部材の表面が粗面化したり、接合部材の中に空隙が生じるので好ましくない。したがって、前記第２の面の後瑞縁は前記第１の面より低い温度でかつ低融点金属の融点以上となるよう構成されていることが望ましい。

さらに、溶融した低融点金属を第１の空隙に円滑に供給し安定した幅で接合部材を形成するためには、低融点金属を加熱溶融するとともに前記第１の面に連なる溶融部を備えることが好ましく、さらに、溶融した低融点金属の酸化を防止して被接合部材との接合性を高め、接合部材の表面に生じる酸化物の生成を抑制するためには、溶融部は、一方の開口が第１の面に連なるコテ先部材を貫通する貫通孔であり、他方の開口から低融点金属を溶融して供給することが望ましく、溶融部の一方の開口は、前記コテ先部材の移動方向において第１の面の後部に形成されていることがなお望ましい。さらに加えて、溶融した低融点金属が第１の面に安定して供給されるためには、溶融部は、第１の面と同等な濡れ性を有することが望ましい。

上記コテ先部材は、特に、低融点金属が、易酸化元素としてＡｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂｅのいずれか１種以上を含み、さらに低融点金属としてＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂのいずれか１種以上を含み、被接合体がガラスで構成されている場合に、特に好適に適用することができる。

本発明は上記説明のとおり構成されているので、本発明の第１の目的である接合性を害することなく厚肉化された接合部材を被接合材に形成可能な低融点金属の供給装置を提供すること、及び本発明の第２の目的である接合部材を被接合材に一定の厚みで形成可能な低融点金属の供給装置を提供することができる。

以下、本発明について、その実施態様に基づき図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施態様の説明では、ＳｎＡｇＡｌ系半田を低融点金属として２枚のガラス基板の夫々に供給して接合部材である半田層を形成し、これら２枚のガラス基板を接合部材を介して接合してガラスパネルを製造する場合を例として具体的に説明するが、ガラス基板を、金属基板またはセラミックス基板と代えた場合においても、同様な作用・効果を奏することができる。さらに、本願発明はこれら実施態様に限定されることなく、本願発明と同一性の範囲において変形実施することができる。

［第１態様］
本願発明に係る第１態様の溶融半田の供給装置について図１〜４を参照しつつ説明する。図１は第１態様のコテ先部材の正面図および側面図、図２は図１のコテ先部材を用いた溶融半田の供給装置の正面図および側面図、図３は図１のコテ先部材の先端部の拡大図及び図１のコテ先部材の変形例を示す図、図４は図２の供給装置で溶融半田が供給され、製造されるガラスパネルの構成を示す図である。

まず、第１態様の供給装置に係わるガラスパネルｗの構成について、図４を参照し説明する。図４（ａ）・（ｃ）において、符合ｗ１及びｗ２は、所定の間隙ｔを介し主面が対向配置された一対のガラス基板である。符合ｍは、対向配置されたガラス基板ｗ１・ｗ２の外周縁部、具体的には夫々の外周縁よりやや内側寄りに枠状に設けられ、夫々の主面に直接接合し、後述する気密部を気密にするため気密部を封止する接合部材としての半田層である。ここで、半田層ｍは、図４（ｂ）・（ｃ）に示すように、ガラス基板ｗ１に形成された半田層ｍ１とガラス基板ｗ２に形成された半田層ｍ２とを対向させて接合し一体化された状態で構成されている。なお、半田層ｍは、ガラス基板ｗ１・ｗ２との接合性に優れたＳｎＡｇＡｌ系半田、具体的には質量％でＡｇが８．５％、Ａｌが０．３５％、残部Ｓｎからなる半田で構成されている。符合ｋは、ガラス基板ｗ１・ｗ２及び半田層ｍにより画成された空間である気密部である。この気密部ｋは、ガラスパネルｗの用途に応じ、真空雰囲気や所定の気体または液体が封入された雰囲気とされる。

第１態様の溶融半田の供給装置１０について図２を参照し説明する。供給装置１０は、糸半田供給手段１１、コテ先部材を用いた加熱用コテ１２、移動手段１４、及び糸半田供給手段１１・加熱用コテ１２・移動手段１４の動作を制御する制御手段１６とで構成されている。以下、構成要素ごとに、ガラス基板ｗ１に半田層ｍ１を形成する場合を例として説明する。

［糸半田供給手段］
まず、糸半田供給手段１１について説明する。図２において、符号１１１は糸半田Ｍを巻回するボビン状の送出部であり、図示しないモータ等で回転され定量的に糸半田Ｍを送り出す。符号１１２は、糸半田Ｍが挿通可能な案内通路である貫通孔を有する両端が開口した筒状の案内部である。案内部１１２は、図１（ｂ）に示すように、その下方端部が、コテ先部材１２１の先端部の前面に向かう姿勢で、移動手段１４に組込まれた固定部材１４５に位置決め固定されている。ここで、供給装置１０では、１ｍｍ程度の直径に成形した糸半田Ｍを用いており、初期状態において、上記送出部１１１に巻回された糸半田Ｍの先端部分は送出部１１１から引き出され、案内部１１２の上方端部の開口から案内通路に挿入され下方端部の開口から突出した状態にセットされている。そして、供給装置１０の稼動時には、送出部１１１から定量的に送り出された糸半田Ｍは、案内部１１２の案内通路で導かれ、下方端部の開口から繰り出されることにより、コテ先部材１２１の先端部前面へ向かい供給される。なお、案内部１２１から繰り出される糸半田Ｍの供給量は、コテ先部材１２１の第２の面１２６と接合予定面ｓとの間に形成される第２の空隙Ｇ２の容積を考慮し、溶融半田Ｍ１を供給する間、第２の空隙Ｇ２が常に溶融半田Ｍ１で満たされるよう設定される。

図２において符合１１３は超音波発生手段である。図１（ｂ）に示すように、超音波発生手段１１３で発生した超音波ｕはコテ先部材１２１に伝達され、その第１の面１２５から照射される。照射された超音波ｕは、第１の面１２５と接合予定面（ガラス基板ｗ１と半田層ｍ１との接合が予定される面）ｓとの間に形成された第１の空隙Ｇ１に満たされた溶融半田Ｍ１を伝達し、溶融半田Ｍ１と接合予定面ｓとの接触界面ｓ１に作用する。なお、供給装置１０では装置構成の便宜のため、超音波発生手段１１３は加熱用コテ１２に組み込まれているが、別体であってもよい。

［加熱用コテ］
加熱用コテ１２について説明する。図２において、符合１２１は内蔵したヒータにより糸半田Ｍの融点以上の温度に発熱するコテ先部材であり、符合１２２はコテ先部材１２１が固定されるとともにそのヒータの発熱回路等が組み込まれた本体部である。なお、上記超音波発生手段１１３は本体部１２２に内蔵されている。ここで、図１（ｂ）に示すように、加熱用コテ１２のコテ先部材１２１は、案内部１１２の下方端部の開口から繰り出される糸半田Ｍの先端が接触可能な位置であって、接合予定面ｓの上方に設けられている。したがって、案内部１１２の下方端部の開口から繰り出された糸半田Ｍはコテ先部材１２１の前面に接触し、加熱溶融され、溶融半田Ｍ１が生成される。溶融半田Ｍ１は、コテ先部材１２１の前面に沿って鉛下し、第１の空隙Ｇ１に供給される。なお、加熱用コテ１２は、コテ先部材１２１と案内部１１２との位置関係を一定に保持可能なように移動手段１４の固定部材１４５に位置決め固定されている。

コテ先部材１２１は、図１に示すように、その幅ｗが形成すべき半田層ｍ１の幅と同程度に形成された略角柱状の形状を有し、熱伝導率の高い銅等からなる芯材１２２と、芯材１２２の周りに形成された溶融半田Ｍ１との濡れ性に富むＣｒを主体とした第１層１２３と、先端部の第１の面１２５と第２の面１２６とを除き第１層１２３の周りに形成された溶融半田Ｍ１との濡れ性の低いＮｉを主体とした第２層１２４とで構成されている。この第１層１２３及び第２層１２４は、メッキ法やスパッタ法などで形成することができる。なお、芯材１２２の銅に替えてステンレス系の材料を使用することができ、第１層１２３のＣｒに代えて溶融したＳｎＡｇＡｌ系半田との濡れ性に富むＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉを、第２層１２４のＮｉに代えて溶融したＳｎＡｇＡｌ系半田との濡れ性の低いＣｏ、Ｐｄを使用することができる。特に、第１層１２３をＴｉを主体とした層とすることにより溶融半田Ｍ１に対する溶食性を向上することができる。

ここで、図１（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、コテ先部材１２１の先端部には、コテ先部材１２１の移動方向において前方に第１の面１２５、第１の面１２５の後方に第２の面１２６が形成されている。この第１の面１２５は、溶融半田Ｍ１をガラス基板ｗ１に供給するときには接合予定面ｓを臨む状態に、具体的には、第１の面１２５は平坦面とされ、接合予定面ｓと平行な状態に位置決めされる。これにより、第１の面１２５と接合予定面ｓとの間隔ｇ１はそれらが対向する全面に渡りほぼ一定となり、溶融半田Ｍ１とガラス基板ｗ１との接触界面ｓ１に超音波ｕが均一に照射される。

第２の面１２６は、コテ先部材１２１の移動方向において第１の面１２５の後端縁１２５ａから後方へ延び上方に傾斜した傾斜面であり、コテ先部材１２１の背面と接続した後端縁１２６ａを有している。そして、第２の面１２６の後端縁１２６ａは、溶融半田Ｍ１をガラス基板ｗ１に供給するときには、接合予定面ｓからの間隔が、形成すべき半田層ｍ１の厚みよりも大きな間隔ｇ２となるよう配置される。この間隙ｇ２の大きさは、後端縁１２６ａから離脱した後の溶融半田Ｍ１の厚みの減少量や糸半田Ｍの供給量などを考慮し、所望の厚みの半田層ｍ１が形成されるよう設定される。これにより、第１の空隙Ｇ１に供給された溶融半田Ｍ１は、コテ先部材１２１の移動により第２の面１２６と接合面ｓとの間に形成される第２の空隙Ｇ２に流入し、この第２の空隙Ｇ２に充填された溶融半田Ｍ１により所望の厚みの半田層ｍ１が形成される。

なお、第１の空隙Ｇ１に供給された溶融半田Ｍ１の第２の空隙Ｇ２への流入を円滑にするためには、第１の面１２５と第２の面１２６とは、図３（ｂ）に示すように、C面又はＲ面６２７を介して接続されていること、すなわち形状的な特異点が少ないことが望ましい。また、第２の空隙Ｇ２における溶融半田Ｍ１の流動を円滑にするためには、図３（ｃ）に示すように、第２の面７２６は、外側へ緩やかに膨出した曲面状、すなわち外側に向かい凸状の曲面とすることが望ましい。さらに、本態様の第１の面１２５及び第２の面１２６には、上記のとおり溶融半田Ｍ１との濡れ性の高いＣｒを主体とした第１層１２３が形成されている。したがって、第１の面１２５から第２の面１２６へ溶融半田Ｍ１が移動する際の抵抗が低減され、第１の空隙Ｇ１及び第２の空隙Ｇ２における溶融半田Ｍ１の流動が安定化する。以上の構成とすることにより、第２の面１２６の後端縁１２６ａから流出する溶融半田Ｍ１の流量が安定し、一定の厚みの半田層ｍ１が形成される。

[移動手段]
図２に示すように、移動手段１４は、門型の支持体１４１、支持体１４１の上辺部に固定された昇降部１４２、支持体１４１の両側辺部の間に設けられ紙面に対し垂直及び水平方向に移動可能な水平移動部１４３、半田層ｍ１が形成される主面を上方に向けた水平な姿勢でガラス基板ｗ１を載置可能な水平移動部１４３に設けられたテーブル１４４とで構成されている。そして、上記したように案内部１１２・加熱用コテ１２は、矢印で示すように水平面内を回転自在な状態で昇降部１４２に取付けられた固定部材１４５の下端部に接続されている。なお、テーブル１４４には、望ましい構成要素として、溶融半田Ｍ１の局所加熱で生じる応力によるガラス基板ｗ１の破損を防止するため、ガラス基板ｗ１の全面を加熱可能なパネル状の発熱体を設けている。

［制御手段］
図２に示すように、制御手段１６は、電気通信回線１６１を介して接合装置１０の上記各構成要素と接続された制御部１６２で構成されており、各構成要素の動作を制御する。具体的には、制御部１６２はコンピュータで構成されており、その記憶部（メモリー）に格納された動作プログラム及び指令データを演算部（ＣＰＵ）が読み出し適宜演算することにより、送出部１１１に組み込まれたモータに指令して糸半田Ｍの供給量を制御し、加熱用コテ１２に組み込まれたヒータに指令して発熱温度を制御し、移動手段１４を構成する昇降部１４２及び水平移動部１４３に指令してその移動経路や移動速度を制御するよう構成されている。

上記構成の供給装置１０の動作について図１〜３を参照しつつ説明するが、半田層ｍ１・ｍ２の形成方法は同一であるので、以下ガラス基板ｗ１に半田層ｍ１を形成する場合のみを説明する。

ガラス基板ｗ１を、半田層ｍ１が形成される接合予定面ｓを上方に向けた水平な姿勢でテーブル１４４に載置し、テーブル１４４に内蔵された発熱体で糸半田Ｍの融点以上の温度に加熱する。次いで、昇降部１４２及び水平移動部１４３を移動させ、案内部１１２およびコテ先部材１２１を、矩形枠状の半田層ｍ１の一角部に相当する部分に設定した塗布作業の始点に位置決めする。コテ先部材１２１を位置決めしたとき、図３（ａ）に示すように、コテ先部材１２１の第１の面１２５は間隔ｇ１で、第２の面１２６の後端縁１２６ａは間隔ｇ２で、接合予定面ｓと対峙している。ここで間隙ｇ１は、第１の面１２５から照射される超音波uにより接触界面ｓ１に存在する気泡や異物が除去できるよう、数十μｍ程度の大きさに設定する。

制御部１６２は、ヒータを発熱させコテ先部材１２１を糸半田Ｍの融点以上の温度に加熱する。次いで、送出部１１１のモータを駆動することにより、案内部１１２から糸半田Ｍは繰り出される。繰り出された糸半田Ｍはコテ先部材１２１の前面に触れ、加熱溶融されて溶融半田Ｍ１が生成される。

上記溶融半田Ｍ１が充分生成された後、制御部１６２は、ガラス基板ｗ１の水平移動を開始する。この接合予定面ｓに対するコテ先部材１２１の相対的な水平移動により、コテ先部材１２１の前面で生成された溶融半田Ｍ１が第１の空隙Ｇ１に供給される。そして、供給された溶融半田Ｍ１とガラス基板ｗ１との接触界面ｓ１には、超音波発生手段１１３で発生させた超音波ｕが第１の面１２５から照射される。これにより、接触界面ｓ１に存する気泡や異物が除去され、また超音波ｕの攪拌効果により接触界面ｓ１における溶融半田Ｍ１の新生面の露出が促進されるので、半田層ｍ１と接合面ｓの接合性を確保することができる。

上記のように第１の空隙Ｇ１に供給された溶融半田Ｍ１は、コテ先部材１２１の移動にともない第２の空隙Ｇ２に流入する。ここで、第２の面１２６は、第１の面１２５の後端縁１２５ａから後方に延び上方へ傾斜した傾斜面であり、溶融半田Ｍ１は第２の空隙Ｇ２を充填可能な程度に供給されているので、第１の空隙Ｇ１から流入した溶融半田Ｍ１は第２の面１２６に接しつつ第２の面１２６に沿って円滑に流動し、第２の空隙Ｇ２は溶融半田Ｍ１で満たされる。その結果、第２の空隙Ｇ２では、第１の空隙Ｇ１における超音波ｕの作用による接触界面ｓ１から気泡や異物が除去された状態を維持しつつ、溶融半田Ｍ１の後方への流動にともない溶融半田Ｍ１の厚みが徐々に厚肉化される。そして、所定の厚みとなったとき溶融半田Ｍ１は第２の面１２６の後端縁１２６ａから離脱し、厚みをやや減じながら後方へ流出し、冷却固化され半田層ｍ１が形成される。

なお、上記説明したように、第１の面１２５と第２の面１２６とをＲ部を介して接続し、第２の面１２６を外側へ緩やかに膨出した曲面状とし、及び第１の面１２５及び第２の面１２６を溶融半田Ｍ１との濡れ性に富む面とすることにより、上記第１の空隙Ｇ１及び第２の空隙Ｇ２における溶融半田Ｍ１の流動は更に円滑になり、形成される半田層ｍ１の厚みや半田層ｍ１とガラス基板ｗ１との接合性が均一となる。

その後、移動経路どおりに溶融半田Ｍ１が接合予定面ｓに供給される。移動経路の各角部では、固定部材１４５が９０°回転することによりコテ先部材１２１の先端面と移動方向とが一致され、矩形枠状の半田層ｍ１が連続的に形成される。

次いで、ガラス基板ｗ１・ｗ２の半田層ｍ１と半田層ｍ２の各々の接合面が向き合い接触する状態となるよう位置決めし、その後、半田層ｍ１・ｍ２の接触界面を溶融しつつや や加圧すると、溶融した半田層ｍ１・ｍ２は接触界面において接合一体化される。その後、溶融した半田層ｍ１・ｍ２を冷却凝固することにより接合部材ｍ１と接合部材ｍ２とが接合界面で一体化した半田層ｍが形成される。以上により、図４（ａ）で示した、ガラス基板ｗ１・ｗ２が半田層ｍで接合されたガラスパネルｗを得ることができる。なお、溶融半田Ｍ１を供給した後の溶融状態をそのまま維持した半田層ｍ１と半田層ｍ２とを接合面で合せ、その後溶融した半田層ｍ１・ｍ２を冷却凝固し、半田層ｍを形成することにより、上記と同様にガラスパネルｗを得ることができる。

上記第１態様のコテ先部材を改善したコテ先部材の例について図５〜７を参照し説明する。なお、図５〜７に示すコテ先部材において、図１と同様な構成要素については同一符合を付している。

図５に示すコテ先部材２２１は、基本的に第１態様のコテ先部材１２１と同様に構成されているが、糸半田Ｍを溶融して溶融半田Ｍ１を生成し、この溶融半田Ｍ１を第１の空隙Ｇ１へ供給することを専らの目的とする溶融部２２７を備える点で相違している。この溶融部２２７は、コテ先部材２２１の移動方向においてコテ先部材２２１の前面に設けられた凹部２２８と、該凹部２２８から第１の面１２５に連なるように鉛設された供給溝２２９とを有している。なお、溶融半田Ｍ１との濡れ性を有するよう、凹部２２８及び供給溝２２９の表面には上記第１層１２３と同様にＣｒを主体とした層を形成することが望ましい。そして、糸半田供給手段１０の案内部１１２は、その下方端部が凹部２２８に向かう姿勢で固定されており、案内部１１２の下方端部の開口から繰り出された糸半田Ｍは凹部２２８に押付けられ、溶融される。

上記構成のコテ先部材２２１は次のような作用を奏する。すなわち、案内部１１２から供給された糸半田Ｍは、加熱された凹部２２８に押付けられ溶融する。凹部２２８で生成された溶融半田Ｍ１は、毛細管現象により供給溝２２９を通じて第１の空隙Ｇ１に供給される。そして、コテ先部材２２１を移動させると、第２の空隙Ｇ２に存在する溶融半田Ｍ１は接合予定面ｓに供給され消費されるが、その消費量に応じ糸半田Ｍを供給することで、一定量の溶融半田Ｍ１が第１の間隙Ｇ１を通じて連続的に第２の間隙Ｇ２に供給される。このコテ先部材２２１では、溶融部２２７の表面、第１の面１２５及び第２の面１２６以外の部分に溶融半田Ｍ１が接することがない。しかして、溶融部２２７から第２の間隙Ｇ２の経路以外の部分に溶融半田Ｍ１が供給されることなく、溶融半田Ｍ１は円滑に接合予定面ｓへ供給される。もって、一定した量の溶融半田Ｍ１を安定して接合予定面ｓへ供給することができ、半田層ｍ１の厚みの均一化を図ることができる。また、第１の空隙Ｇ１へは供給溝２２９を通じてのみ溶融半田Ｍ１が供給されるので、平面視において第１の面１２５の外周縁を越えて溶融半田Ｍ１が漏れ広がることを抑制することができ、所望の幅の半田層ｍ１を安定して形成することが可能となる。

図６に示すコテ先部材３２１は、図５のコテ先部材２２１を更に改善した例である。コテ先部材３２１の溶融部３２７は、案内部１１２から供給された糸半田Ｍが挿通可能な上部開口３２８を有するコテ先部材３２１の上面から下面に貫通する貫通孔である。溶融部３２７の下部開口３２９は第１の面１２５に開口され、第１の面１２５と連なっており、溶融半田Ｍ１との濡れ性を有するよう溶融部３２７の内面にはＣｒを主体とした層が形成されている。なお、上記説明のとおり半田層ｍ１とガラス基板ｗ１の接合性は第１の空隙Ｇ１において確保されるので、第１の空隙Ｇ１に溶融半田Ｍ１が必ず供給されるよう溶融部３２７の下部開口３２９は第１の面１２５に開口され、第１の面１２５と連なっていることが必要である。

上記構成のコテ先部材３２１によれば次のような作用を奏することができる。すなわち、案内部１１２から供給された糸半田Ｍは加熱された溶融部３２７の上部開口３２８に挿入され溶融する。溶融部３２７で生成された溶融半田Ｍ１は、毛細管現象により下部開口３２９を通じて第１の空隙Ｇ１に供給される。そして、コテ先部材３２１が移動すると、第２の空隙Ｇ２に存在する溶融半田Ｍ１が接合面ｓに供給され消費されるが、その消費量に応じ糸半田Ｍを供給することで、一定量の溶融半田Ｍ１が第１の空隙Ｇ１を通じて連続的に第２の空隙Ｇ２に供給される。しかして、溶融部３２７で生成された溶融半田Ｍ１は、第２の面１２６の後端縁１２６ａを離れるまでは大気から遮断された状態を維持しつつ接合予定面ｓに供給される。その結果、溶融半田Ｍ１が酸化されることを抑制することができ、半田層ｍ１とガラス基板ｗ１との接合性を向上することができる。

なお、所望の幅の半田層ｍ１を安定して得るためには、平面視において第１の面１２５の外周縁を越えて溶融半田Ｍ１が漏れ広がらない構成とすることが有効であり、下部開口３２９は、コテ先部材３２１の移動方向において第１の面１２５の後部に形成されていることが望ましい。これにより、溶融部３２７から第１の空隙Ｇ１に供給された溶融半田Ｍ１の大部分は速やかに第２の空隙Ｇ２へ移動し、第１の空隙Ｇ１にはその容積を充填可能な最小限の溶融半田Ｍ１が供給されるので、第１の面１２５の外周縁を越えた溶融半田Ｍ１の漏れ広がりを抑制することができる。また、上記のように下部開口３２９を配置することにより、第１の空隙Ｇ１から第２の空隙Ｇ２へ溶融半田Ｍ１が容易に流入できるので、形成される半田層ｍ１の厚みの均一化を図ることができる。

図７に示すコテ先部材４２１は、図６のコテ先部材３２１を更に改善した例である。コテ先部材４２１の溶融部４２は、コテ先部材４２１の上部に連結され大気から遮断した状態で溶融半田Ｍ１を収納する収納容器４８と、収納容器４８に収納された溶融半田Ｍ１を押し出す押出部４９と、コテ先部材４２１を軸方向に貫通する大気から遮断された貫通孔部４２７に収納容器４８から押し出され充填された溶融半田Ｍ１の溶融状態を維持するためコテ先部材４２１の周囲に巻回された発熱コイル４７とから構成されている。なお、上記と同様に、貫通孔部４２７の内面にはＣｒを主体とした層が形成され、また貫通孔部４２７の下部開口４２９は、コテ先部材４２１の移動方向において第１の面１２５の後部に形成されている。

かかるコテ先部材４２１によれば、溶融半田Ｍ１は、大気から遮断された収納容器４８に収納され、押出部４９により収納容器４８から押し出され貫通孔部４２７を通じて第１の空隙Ｇ１に供給されるので、その後第２の空隙Ｇ２から流出するまでは大気と完全に隔離される。その結果、溶融半田Ｍ１の酸化を確実に抑制することができ、半田層ｍ１とガラス基板ｗ１との接合性を更に向上することができる。

［第２態様］
本発明の第２態様について図８を参照して説明する。なお、供給装置としての全体構成は、図２に示した第１態様の供給装置１０と同様であるので、詳細な説明は省略する。

第２態様の溶融半田の供給装置が組み込んだコテ先部材５２１は、第１態様のコテ先部材１２１と基本的に同様な構成であるが、コテ先部材５２１の先端部の移動方向において後部に冷却部５２２を有する点で相異する。この冷却部５２２は、Ｃｕなど熱伝導性の高い材料で構成された板状部材で、熱的に絶縁されコテ先部材５２１の本体に取り付けられており、その先端面の温度は第１の面１２５の温度以下であって糸半田Ｍの融点以上になるよう構成されている。そして、冷却部５２２の先端面は、第２の面１２６の一部を構成しており、コテ先部材５２１の移動方向において冷却部５２２の後端縁は第２の面１２６の後端縁１２６ａとなっている。以上の構成を言い換えると、コテ先部材５２１において、第２の面１２６の後瑞縁１２６ａは、第１の面１２５より低い温度でかつ糸半田Ｍの融点以上となるよう構成されている。なお、例えば水冷回路や空冷回路を冷却部５２２に設け、その温度が一定となるよう制御することが望ましい。

かかる構成のコテ先部材５２１によれば、形成された半田層ｍ１の表面の酸化を抑制することができる。すなわち、上記第１態様のコテ先部材１２１の場合と同様に、テーブル１４４に載置されたガラス基板ｗ１に対しコテ先部材５２１を位置決めする。

次いで、案内部１１２から糸半田Ｍを繰り出す。案内部１１２から繰り出された糸半田Ｍはコテ先部材５２１の前面に触れ、加熱溶融されて溶融半田Ｍ１が生成される。溶融半田Ｍ１が充分生成された後、ガラス基板ｗ１の水平移動を開始する。接合予定面ｓに対するコテ先部材５２１の相対的な水平移動により、コテ先部材５２１の前面で生成された溶融半田Ｍ１は第１の空隙Ｇ１に供給される。そして、供給された溶融半田Ｍ１とガラス基板ｗ１との接触界面ｓ１には、超音波発生手段１１３で発生させた超音波ｕが第１の面１２５から照射される。

上記のように第１の空隙Ｇ１に供給された溶融半田Ｍ１は、コテ先部材５２１の移動にともない第２の空隙Ｇ２に流入し、第２の空隙Ｇ２における後方への流動にともない溶融半田Ｍ１の厚みが徐々に厚肉化される。そして、厚肉化された溶融半田Ｍ１が第２の面１２６の後部、すなわち第１の面１２５の温度以下でかつ溶融半田Ｍ１の融点以上の温度に設定されている冷却部５２２の先端面に触れると、溶融半田Ｍ１は冷却される。そして、第２の面１２６の後端縁１２６ａから溶融半田Ｍ１が離脱すると周囲の大気による酸化が始まるが、溶融半田Ｍ１の温度を低下させているので酸化の進行を抑制することができる。また、溶融半田Ｍ１は溶融した状態で後端縁１２６ａから離脱するので、表面が粗面化することがなく良好な表面性状を有する半田層ｍ１を形成することができる。

以下、本発明に係る実験例を説明する。供給装置としては図７で説明した供給装置４０を使用した。その供給装置４０の超音波発生手段１３１には（黒田テクノ株式会社）製の超音波はんだ付け装置（型式：ＵＳＭ−３）が組込まれており、印加した超音波の周波数は５９．５ＫＨｚであり、その超音波発信出力は１５Ｗとした。

（実験例１）
縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み３ｍｍの２枚のガラス基板ｗ１・ｗ２に、Ａｇ３．５％、Ａｌ０．３％、残部Ｓｎ及び不可避不純物からなる溶融半田Ｍ１を大気中で供給し、ガラス基板ｗ１・ｗ２の外周の内側２ｍｍに幅中心があるよう幅４ｍｍ、厚み１ｍｍの半田層ｍ１・ｍ２を形成した。コテ先部材４２１の第１の面１２５と接合予定面ｓとの間隙ｇ１は５０μｍとし、第２の面１２６の後端縁１２６ａと接合予定面ｓとの間隙ｇ２は１．２ｍｍとした。半田層ｍ１・ｍ２を形成した後、その溶融状態を保持しつつ２枚のガラス基板ｗ１・ｗ２を加熱プレートの上で重ね合わせ、その後加熱プレートを冷却することによりガラスパネルｗを得た。このガラスパネルｗについてリークテストに付した。このリークテストは、ガラス基板ｗ１の中央部を開口して配管と真空ポンプを連結し、所定の真空圧（１０^−１２Ｐａ）になるよう真空ポンプで気密部ｋの大気を吸引することで気密部ｋを真空にし、その後の気密部ｋの真空圧の変化によりリークを確認するテストである。気密部ｋの真空圧に変化はなく、リークは生じなかった。

（実験例２）
図９で説明した従来のコテ先部材９２１を用い、その先端面９２５と接合予定面ｓとの間隙ｇを１．２ｍｍとした以外は、基本的に実験例１と同様な条件で半田層ｍ１・ｍ２を形成し、ガラスパネルｗを得た。このガラスパネルｗを上記と同様なリークテストに付した。ガラス基板ｗ１・ｗ２と半田層ｍとの接合面に非接合部分が存在していたため、目的の真空圧に達することができなかった。

本発明に係わる第１態様のコテ先部材の正面図および側面図である。 図１のコテ先部材を用いた加熱用コテが組込まれた溶融半田供給装置の正面図および側面図である。 図１のコテ先部材の先端部の拡大図である。 図２の接合装置で製造されるガラスパネルの構成を示す図である。 図１のコテ先部材の第１の変形例を示す図である。 図１のコテ先部材の第２の変形例を示す図である。 図１のコテ先部材の第３の変形例を示す図である。 本発明に係わる第２態様のコテ先部材の側面図である。 従来のコテ先部材による半田付け状態を説明する図である。

符号の説明

１０ 溶融半田供給装置
１１ 供給手段
１２ 加熱用コテ
１２１（２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７２１） コテ先部材
１２２ 芯材
１２３ 第１層
１２４ 第２層
１２５ 第１の面
１２６ 第２の面
１４ 移動手段
１６ 制御手段
５２２ 冷却部
ｓ 接合面
ｓ１ 接触界面
ｗ ガラスパネル
ｗ１（ｗ２） ガラス基板
ｍ１（ｍ２） 半田層
Ｍ 糸半田
Ｍ１ 溶融半田

Claims (11)

1. 被接合材に接合される接合部材を構成する加熱溶融した低融点金属と被接合材との接触界面に超音波を照射しつつ低融点金属を被接合材に供給する低融点金属の供給装置であって、前記供給装置は、コテ先部材が組み込まれた加熱用コテを備え、前記コテ先部材は、前記被接合材と接合部材との接合予定面に臨む第１の面と、前記コテ先部材の移動方向において前記第１の面の後端縁から後方に延び上方へ傾斜した第２の面とを有し、前記第１の面は、前記接合予定面と所定の間隙を形成して対向する状態に配置され、前記第２の面は、前記コテ先部材の移動方向における当該第２の面の後端縁と前記接合予定面との間隔が接合部材の厚みを越える大きさとなる状態に配置され、前記コテ先部材が前記接合予定面に対して相対的に水平移動しつつ、溶融した前記低融点金属が前記間隙に供給され、前記第１の面から前記接触界面に対して超音波が照射される低融点金属の供給装置。
2. 前記コテ先部材の前記第１の面と第２の面とは、Ｃ面又はＲ面を介して接続されている請求項１に記載の低融点金属の供給装置。
3. 前記コテ先部材の前記第２の面は、外側へ緩やかに膨出した曲面状をなしている請求項１又は２のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
4. 前記コテ先部材の前記第１の面は、平坦面である請求項１乃至３のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
5. 前記コテ先部材の前記第１の面及び第２の面は、溶融した低融点金属との濡れ性を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
6. 前記コテ先部材の前記第２の面の後瑞縁は、前記第１の面より低い温度でかつ前記低融点金属の融点以上となるよう構成された請求項１乃至５のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
7. 前記コテ先部材が、前記低融点金属を加熱溶融するとともに前記第１の面に連なる溶融部を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
8. 前記溶融部は、一方の開口が前記第１の面に連なる前記コテ先部材を貫通する貫通孔で
   あり、他方の開口から前記低融点金属を溶融して供給する請求項７に記載の低融点金属の供給装置。
9. 前記溶融部の一方の開口は、前記コテ先部材の移動方向において前記第１の面の後部に
   形成されている請求項８に記載の低融点金属の供給装置。
10. 前記溶融部は、前記第１の面と同等な濡れ性を有する請求項７乃至９のいずれかに記載
    の低融点金属の供給装置。
11. 前記低融点金属は、易酸化元素としてＡｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂｅのいずれか
    １種以上を含み、さらに低融点金属としてＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂのいずれか１種以上を
    含み、前記被接合体はガラスで構成されている請求項１乃至１０のいずれかに記載の低融点金属の供給装置。
    

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