JP5828391B2 - 接合冶具およびそれを用いた接合冶具ユニット - Google Patents
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Description
本態様の接合冶具10においては、図1に示すように、図6(a)に示したものと同様な被接合体w1〜wnの接合処理を行うものである。すなわち、図1に示すように、活性金属法を用いて接合される接合体W1〜Wnが形成される被接合体w1〜wnは、各々、最終製品としての回路基板のろう材層のパターンに対応し、ろう材m1〜m3が上面および下面に塗布された矩形状のセラミックス基板Wbと、ろう材m1〜m3を介しセラミックス基板Wbに配置された矩形状の金属基板Wa・Wcとを有している。
上記被接合体w1〜wnのセラミックス基板Wbと金属基板Wa・Wcとを接合させ接合体W1〜Wnを形成する接合冶具10の構成について以下説明する。接合冶具10の正面図である図1、一部を切り欠いた図1の右側面図である図2、図1のA−A矢視図である図3において、符号1aは、本体部1を構成する、主面が水平な状態で積層された複数の被接合体w1〜wnが載置される平板状の第1部材である。なお、以下の説明では、平面図である図3に示す接合冶具1の奥行方向の位置関係を、図示のとおり、紙面下方である正面を「前」、上方である背面を「後」と称することとする。
上記説明した接合冶具10を利用した接合冶具ユニットについて、その正面図である図5を参照して説明する。接合冶具ユニット20は、図5に示すように、基本的に上記接合冶具10と同様な構成の2式の接合冶具40と50を上下に組み合わせて形成されている。すなわち、上方に配置された接合冶具40は、被接合体が載置される第1部材4aと第1部材4aに相対するように配置された第2部材4bとを備えた本体部1を有し、接合冶具40の下方に配置された接合冶具50も、被接合体が載置される第1部材5aと第1部材5aに相対するように配置された第2部材5bとを備えた本体部1を有している。ここで、接合冶具40の第1部材4aは、接合冶具50の第2部材5bを兼ねている。このように複数の接合冶具40・50を組み合わせて接合冶具ユニット20とすることにより、接合工程における被接合体の処理数を増加させて効率的に被接合体の接合を行えるとともに、接合冶具ユニット20を低背化することにより接合冶具ユニット20を収納する容量に限りのある加熱炉を有効に利用することができる。なお、このように2式の接合冶具40・50を組み合わせた接合冶具ユニット20において、上記説明した加圧部3の構成は、第2部材4b・5bをいちいち取り外すことなく、第1部材4a・5aともに載置した状態で被接合体を加圧できる点で有利である。
以下、セラミックス基板である窒化珪素基板の両面に、回路基板および放熱基板として金属基板である銅基板を配置した被接合体を接合し、接合体を形成した場合の実施例について説明する。なお、本発明は、以下説明する実施例に限定されることは無い。
窒化珪素基板は、以下の方法で形成した。窒化珪素粉末:92〜98質量%に対し、MgO:1〜4質量%、および
Y2O3:1〜4質量%の焼結助剤を添加した混合粉末を、エタノール・ブタノール溶液を満たしたボールミルの樹脂製ポット中に、前記混合粉末および粉砕媒体の窒化珪素製ボールを投入し、所定時間湿式混合した。次に、前記ポット中の混合粉末に対し、所定量のポリビニル系の有機バインダおよび可塑剤を添加し、次いで所定時間湿式混合し、シート成形用スラリーを得た。この成形用スラリーを脱泡、溶媒除去により粘度を調整し、ドクターブレード法によりグリーンシートを成形した。次に、成形したグリーンシートを空気中で加熱することにより有機バインダ成分を十分に脱脂(除去)し、次いで脱脂体を窒素雰囲気中において焼成した。得られた窒化珪素焼結体シートをサンドブラスト処理により表面性状を調整し、縦120mm、横105mm、厚さ0.32mmの窒化珪素基板を得た。なお、この窒化珪素基板は、図6(f)に示すように、図6(e)に示す回路基板Wが縦横に54個並列するよう形成する多数個取りの窒化珪素基板Wbである。
ろう材ペーストの粘度を、20、40、80および200Pa・sとした以外は、実施例1の条件と同様に接合体W1〜Wnを作成し、上記と同様に最上層および最下層の接合体W1・Wnの複数の回路基板Wについて各種特性を評価した。なお、粘度が20Pa・sのろう材ペーストは、全ペーストに占める割合でバインダーとしてアクリル系樹脂5質量%、溶剤としてα-テルピネオール15質量%、粘度が40Pa・sのろう材ペーストは、アクリル系樹脂5質量%、溶剤としてα-テルピネオール12質量%、粘度が80Pa・sのろう材ペーストは、アクリル系樹脂5質量%、溶剤としてα-テルピネオール8質量%、粘度が200Pa・sのろう材ペーストは、アクリル系樹脂5質量%、溶剤としてα-テルピネオール5質量%、加えて各々について分散剤0.1質量%と配合し、プラネタリーミキサーを用いて混合を行い、製造した。
実施例1によれば、最上層の被接合体に作用する加圧力P1を10.2gf/cm2、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を94.4gf/cm2、両者の比P2/P1が9.3とすることにより、ろう材拡がり率は、最上層の接合体では0%であったが、比較的加圧力の高い最下層の接合体では25%であり、それに応じ絶縁不良発生率は最下層の被接合体に含まれる回路基板で0.1%であったが、工業生産上問題の無い値であった。また、気孔発生率は、比較的加圧力の低い最上層の接合体で6%、最下層の接合体で0%であり、それに応じ耐熱サイクル不良率は最上層の被接合体に含まれる回路基板で0.06%であったが、工業生産上問題の無い値であった。
最上層の被接合体に作用する加圧力P1を10.2gf/cm2、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を84.9gf/cm2と実施例1に対し低目とし、両者の比P2/P1を8.3とした実施例2によれば、ろう材拡がり率は、最下層の接合体で17%と低下し、それに伴い絶縁不良発生率は最下層の接合体に含まれる回路基板で0.06%と改善された。一方で、実施例1に対し、最上層の接合体への加圧力の変化は無いため、気孔発生率および耐熱サイクル不良率は、実施例1と同等であった。
最上層の被接合体に作用する加圧力P1を25.2gf/cm2と実施例1に対し高目とし、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を94.7gf/cm2、両者の比P2/P1を3.8と加圧力P1とP2とを近接せしめた実施例3によれば、ろう材拡がり率は、最上層の接合体で0.6%と増加したが、絶縁不良発生率は実施例1と変わらず0%であった。一方で、最上層の接合体への加圧力を高めたため、実施例1に対し気孔発生率は1%と低くなり、それに伴い耐熱サイクル不良率は0.01%と改善された。
最上層の被接合体に作用する加圧力P1を40.3gf/cm2と実施例1に対し高目とし、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を80.2gf/cm2と実施例1に対し低目とし、両者の比P2/P1を2.0と加圧力P1とP2とをより近接せしめた実施例4によれば、ろう材拡がり率は、最上層の接合体で2%と増加したが、絶縁不良発生率は実施例1と変わらず0%であった。一方で、加圧力の低下により最下層の接合体におけるろう材拡がり率は12%と低下し、それに伴い絶縁不良発生率は0.01%と改善された。さらに、最上層の被接合体への加圧力を高めたため気孔発生率は0.6%とより低くなり、耐熱サイクル不良率も0%と改善された。
実施例5によれば、最上層の被接合体に作用する加圧力P1を54.8gf/cm2と実施例1に対し高目とし、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を71.0gf/cm2と実施例1に対し低目とし、両者の比P2/P1を1.3とほぼ変わらないレベルとすることにより、ろう材拡がり率は、最上層の接合体で3%と増加したが、絶縁不良発生率は0%であった。一方で、加圧力の低下により最下層の接合体におけるろう材拡がり率は5%と低下し、それに伴い絶縁不良発生率は0%と改善された。さらに、最上層の被接合体への加圧力を高めたため気孔発生率は0%とより低くなり、耐熱サイクル不良率も0%となった。
ろう材ペーストの粘度を各々20および200Pa・sとした以外は実施例1と同様な条件で被接合体を接合した実施例8・9によれば、最上層の接合体および最下層の接合体いずれのろう材拡がり率、絶縁不良発生率、気孔発生率、耐熱サイクル不良率は、実施例1とほぼ同様な値となり、印刷時におけるパターンの形状精度および形状の保持性の観点から実用的なろう材ペーストの粘度の範囲である20〜200Pa・sにおいても、最上層の被接合体に作用する加圧力P1を10.2gf/cm2、最下層の被接合体に作用する加圧力P2を94.4gf/cm2、両者の比P2/P1を9.3とすることにより、工業生産上問題とならない不良率で、所望のろう材拡がり量および気孔を有するろう材層が形成されることが判った。さらに、ろう材ペーストの粘度を各々40および80Pa・sとした以外は実施例1と同様な条件で被接合体を接合した実施例6・7によれば、ろう材ペーストの粘度は40〜80Pa・Sの範囲であることが望ましいことが確認された。
一方で、最下層の被接合体に作用する加圧力P2は88.5gf/cm2であるが、最上層の被接合体に作用する加圧力P1が4.8gf/cm2と低く、両者の比P2/P1が18.4である比較例1によれば、最上層の被接合体への加圧力が低く、最上層の接合体におけるろう材拡がり率は0%であり絶縁不良発生率も0%であったが、その気孔発生率が24%と極めて高く、それに伴い耐熱サイクル不良率も0.2%と工業生産上問題となる値となった。
さらに、最上層の被接合体に作用する加圧力P1が2.2gf/cm2と低く、最下層の被接合体に作用する加圧力P2が118.1gf/cm2と高く、両者の比P2/P1が53.7ある比較例2によれば、ろう材拡がりの観点からは加圧力の高い最下層の接合体のろう材拡がり率が70%と極めて高く、そのため絶縁不良発生率も0.3%と工業生産上問題となる値となった。また、気孔発生の観点からは、加圧力が低い最上層の接合体の不良率が33%と極めて高く、そのため耐熱サイクル不良率も0.5%と工業生産上問題となる値となった。
1a 第1部材
1b 第2部材
1c(1f、1g) 支持部材
1d 螺子
1e 案内溝
2a 第1平板
2b 第2平板
3 加圧部
3a 圧縮バネ
3b(3d、3e) 収納容器
3c 収納孔部
20 接合冶具ユニット
T1 第1のプレート
T2 第2のプレート
W1〜Wn 接合体
Wbセラミックス基板
Wa(Wc)金属基板
M1(M2,M3)ろう材層
w1〜wn 被接合体
m1〜m3 ろう材
Claims (5)
- セラミックス基板の少なくとも一面に未溶融のろう材を介し金属基板が配置された被接合体を加熱接合する接合冶具であって、
2層以上積層された前記被接合体が載置される平板状の第1部材と、
一面が、前記第1部材の一面に相対するように配置されるとともに、前記第1部材に載置された被接合体のうち最も上層の被接合体の上方に位置するよう配置される平板状の第2部材と、
前記第1部材と第2部材の間に介在し前記第2部材を支持する支持部材と、
前記第2部材に配置された、前記被接合体を積層方向に加圧する加圧部材と前記加圧部材を収める収納孔部を有する加圧部とを備え、
前記加圧部は、縦横に隣接する複数の収納孔部を有し、前記被接合体の少なくとも外周縁に沿う収納孔部に前記加圧部材を収めており、
前記被接合体に作用する加圧力がろう材面積当たり10.0〜100.0gf/cm2、前記第1部材に載置された被接合体のうち最も上層の被接合体に作用するろう材面積当たりの加圧力をP1、最も下層の被接合体に作用するろう材面積当たりの加圧力をP2としたときに、P2/P1≦10となるよう構成されていることを特徴とする接合冶具。 - 前記加圧部は、前記加圧部材を収納する収納箱を有し、前記第2部材の一面には、前記収納容器を案内する案内溝が設けられている請求項1に記載の接合治具。
- 前記被接合体のセラミックス基板または金属基板の表面に接触する状態で配置される複数枚のプレートを有し、前記複数枚のプレートは、所定の質量を有する第1のプレートと、前記第1のプレートとは質量の異なる第2のプレートとで構成されている請求項1又は2に記載の接合冶具。
- 請求項1乃至3のいずれかの接合冶具を複数個積層した接合冶具ユニット。
- 前記接合冶具ユニットのうち下段の接合冶具の第2部材は、その上段の接合冶具の第1部材を兼ねている請求項4に記載の接合冶具ユニット。
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