JPH0633939U

JPH0633939U - ロウ付け用治具

Info

Publication number: JPH0633939U
Application number: JP6726492U
Authority: JP
Inventors: 勉前田; 祥平山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2007-09-28
Also published as: JP2602766Y2

Abstract

(57)【要約】【構成】Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気孔率
３０〜６０％の多孔質セラミックス体よりなる。【効果】多数回使用しても熱の影響による割れがなくな
ることによりロウ付けを行う各部材の設定が長期間で
き、かつロウ付けの際に治具１内の融点の低い物質が溶
融して各部材と接着することがなくなり、さらに、搬送
時やロウ付け組み立て時にカケや割れが発生しない治具
１を提供することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、金属と絶縁部材をロウ付けする際、双方の位置を設定し、固定するためのロウ付け用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、金属とセラミックス等の絶縁部材とを接合する場合は、ロウ付けが行われている。これは接合される金属と絶縁部材よりも融点の低いロウ材を接合部に挾持して、８００〜１０００℃の高温加熱によりロウ材を融解し、接合する方法である。この加熱処理において、金属と絶縁部材の位置を設定し、固定するためにロウ付け用治具（以下、治具と略称する）が用いられている。

【０００３】この治具には、従来から、ロウ付けの際の急激な加熱と冷却を繰り返すために、耐熱性が高く、かつ加工性の良い高密度カーボンを使用していたが、ロウ付け時にカーボンが絶縁部材に付着してしまい、しかも付着物が洗浄によって完全に落とすことができないために絶縁抵抗が低下するという不都合があった。

【０００４】これより、耐熱性が高く、しかも治具の表面部材が剥がれて金属や絶縁部材に付着しない材料として、アルミナ質やアルミナ・シリカ質の多孔体からなる治具を使用しているものがあった（特開平３ー１５３５７８号公報参照）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記多孔質体では、数回使用すると熱の影響を受けて各部材の設定ができなくなったり、あるいは焼結助剤として使用しているガラス等の融点の低い物質が融解してロウ付け部材に付着したりするという問題点があった。

【０００６】また、強度が低いために、搬送時やロウ付け組み立て時にカケや割れが発生しやすいという問題点もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記問題点に鑑みて、本考案は、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気孔率３０〜６０％の多孔質セラミックス体からなるロウ付け用治具としたものである。

【０００８】ここで、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を９９．０重量％以上のセラミックスとしたのは、９９．０重量％未満であると、融点の低い物質の溶融が起こりやすくなり、かつ強度が低くなることによりカケや割れが発生して、使用可能回数が短くなるためである。

【０００９】また、治具の気孔率を３０〜６０％としたのは、３０％未満であると治具表面より内部への熱の伝導が悪くなり表面付近の温度のみが高くなるため、特に表面付近の膨張が大きくなり、その結果割れが発生し、各部材の設定ができなくなるためである。一方、６０％よりも大きい場合には、強度が弱くなる結果、搬送時や組み立て時にカケや割れが発生しやすくなるためである。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を示す。

【００１１】実施例１図１（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、本考案の治具１は、円柱部２の底面部に第１鍔部３、さらにその底面に第２鍔部４を有した形状からなり、全体がＡｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気孔率３０〜６０％の多孔質セラミックス体からなるものである。

【００１２】例えば、この治具１を適用する製品としては電流導入端子の外囲器がある。この外囲器は、図２（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、金属製の円筒体で下方部に鍔部５を有する先端部材６、上記鍔部５の底面と接合され、放熱用に設けられた突起７を持つメタライズ処理後のアルミナセラミックスからなる中間部材８、および金属製の円筒体で上記中間部材８の底面と接合される片端部９を有する後端部材１０からなり、これらの各部材をロウ付けにより固定するようになっている。ただし、先端部材６と後端部材１０は、鉄などの融点が１０００ ℃以上の金属で構成されている。

【００１３】また、本考案の治具１を使用して、ロウ付けを行う場合、図３に示すように、治具１と各部材の組み立ては、円柱部２に先端部材６、中間部材８、後端部材１０の片端部９が固定され、また第１鍔部３に後端部材１０の下方部分が固定され、さらに第２鍔部４が後端部材１０の乗せ台となる。ここで、後端部材１０の中間部分にできる治具１との空洞１１は、治具１と後端部材１０との接触をなるべく少なくして熱により受ける治具１の影響をなるべく受けないようにするためである。そして、治具１で各部材を固定すた状態で、先端部材６と中間部材８、中間部材８と後端部材１０との各接合部分に銀や銅などのロウ材１２を挾持して、約１０００℃程度で２時間かけてロウ付けする。

【００１４】ここで、治具１の原料には、アルミナ粉末に水、有機物からなるバインダー、そしてガラス・シリカなどの焼結助剤を添加混合し、噴霧乾燥させた約１００μ ｍの大きさの造粒体を使用する。この時、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を９９．０重量％以上とするために焼結助剤は、Ａｌ₂Ｏ₃９９重量％に対し１重量％以下の割合でなければならない。そして、この造粒体をゴム型に充填して高圧筒の中で水圧を加えて素材を成形するラバープレス成形、または金型に粉末を充填して上下パンチで圧力を加えるメカプレス成形を行うが、この際の圧力は８００〜１２００ｋｇ／ｃｍ²とする。その後、目的とする治具１の形状に切削加工する。それを１２００〜１６００℃で焼結し、精密さが必要な部分を研削加工することにより仕上げる。さらにその後、約１０００℃で熱処理を施して完成するが、この熱処理により工程中の汚れ、油分、付着物等を除去することができる。

【００１５】上記工程により製作された治具１は、成形圧と焼成温度を低くしてあるため多孔質体となり、最終的にＡｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気孔率３０〜６０％、表面の平均細孔径１μｍ以下となる。

【００１６】ここで、治具１の表面の平均細孔径は、５μｍ以下とすることが好ましい。これは、平均細孔径が５μｍよりも大きいと、治具１の表面に各部材から剥がれた粉やほこり等が気孔に詰まってしまい、気孔率が低下してしまうためである。この平均細孔径、さらには気孔率は、成形時の圧力と焼成時の温度や時間により変えることができる。また、あらかじめ原料中に、焼成時に焼失するような有機物などの粒子を混合させることによって、所定の気孔率と平均細孔径をもった多孔質体とすることもできる。なお、気孔率は、材料が吸収できる水の質量の元の質量に対する百分率である吸水率により測定し、平均細孔径は、材料を水銀に浸して圧力をかけた時にその圧力と侵入した水銀の量の関係を測定する水銀圧入法により測定した（ＪＩＳＣ２１４１参照）。

【００１７】例えば、成形圧力８００ｋｇ／ｃｍ²、焼結温度１３５０℃で焼結することにより製作されるＡｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％、気孔率３５％、表面の平均細孔径１μｍ以下の治具１を使用してロウ付けを繰り返すと、１００回の使用回数後も、最も大きく膨張した第１鍔部３は、収縮量が５０μｍ以下であり、十分に使用可能な範囲となった。

【００１８】実験例１ここで、上記実施例による治具１と各部材を使用して、Ａｌ₂Ｏ₃含有量の最適割合を求めるために実験を行った。表１に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を８５．０重量％、９５．０重量％、９８．０重量％、９９．０重量％と変化させて治具１を構成し、これらを用いて耐久性の実験を行った。ただし、Ａｌ₂Ｏ₃含有量の違いは、造粒体に含まれるＡｌ₂Ｏ₃に対する焼結助剤の混合割合を変えることによる。

【００１９】また、治具１の大きさは、円柱部２の直径が３ｃｍで高さ６ｃｍ、第１鍔部３の直径が５ｃｍで高さ２ｃｍ、第２鍔部４の直径が９ｃｍで高さ１ｃｍ、気孔率３５％、平均細孔径１μｍ以下、ロウ材１２を銀という条件で実験を行った。

【００２０】ここで、使用限界温度は、治具１にセラミックス材を乗せ、炉内で温度を上げていき、治具１からガラスなどの焼結助剤が溶け出てきて磁器と接着した時点の温度とした。また、強度は、実際に完成した治具１を用いて曲げ強度を調べた。また、使用可能回数は、ロウ付けをする工程を１回として、カケや割れ、部材との接着等により各部材を設定するために使用するのが不適当と認められるまでの回数と規定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１より、治具１のＡｌ₂Ｏ₃含有量を多くするほど使用限界温度は高くなり、Ａｌ₂Ｏ₃含有量８５．０重量％が１０００℃、９９．０重量％が１６００℃ となることがわかる。ロウ付け温度は１０００℃程度になることを考えると、８５．０重量％では使用できないことがわかる。さらに、使用限界温度が１０００ ℃より高くても数回繰り返し使用することより、耐久性を考えると使用限界温度が高い方がより好ましく、含有量は８５．０重量％よりも大きいことが良く、さらに好ましくは９９．０重量％以上であることがわかる。

【００２３】また、治具１のＡｌ₂Ｏ₃含有量を多くするほど曲げ強度（単位：ｋｇ／ｃｍ ² ）は大きくなり、８５．０重量％が４００、９９．０重量％が５００となることがわかる。ここで、強度が低いと、搬送時やロウ付け組立時にカケや割れが発生しやすくなるために、同じ気孔率のものでも曲げ強度が高い方が良いことより、含有量は９９．０重量％以上であることが良いことがわかる。

【００２４】そして、各Ａｌ₂Ｏ₃含有量の治具１の使用可能回数は、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９８．０重量％以下のものが８０以下であるのに対し、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％のものは２００と急激に伸びることがわかる。これより、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％が良いことがわかる。

【００２５】結局、全てを総合的に判断すると、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が９９．０重量％以上で使用限界温度、曲げ強度、使用可能回数の各値が改善されることがわかる。

【００２６】実験例２ここで、上記実施例による治具１と各部材を使用して、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％の時の最適気孔率を求めるために実験を行った。

【００２７】表２に示すように、気孔率をさまざまに変化させて治具１を構成し、これらを用いて使用可能回数の実験を行った。ただし、気孔率の違いは、成形圧や焼成温度を変えることによる。

【００２８】実験は、治具１の大きさは実験例１と同様、気孔率の大きさ１μｍ以下、ロウ材１２を銀という条件でおこなった。

【００２９】使用可能回数は、ロウ付けをする工程を１回として、カケや割れ、部材との接着等により各部材を設定するために使用するのが不適当と認められるまでの回数と規定した。それぞれの結果は表２の通りである。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２より、各気孔率の使用可能回数は、２０％以下のものが９６以下、３０％が２０８、４０％が２００、５０％が１６０、６０％が１３７、７０％以上のものが５３以下となることがわかる。

【００３２】ここで、気孔率が低いと治具表面より内部への熱の伝導が悪くなり表面付近の温度のみが高くなるため、特に表面付近の膨張が大きくなり、その結果割れが発生して、各部材の設定ができなくなり、一方、気孔率が高いと強度が弱くなる結果、組み立て時にカケや割れが発生しやすいが、表２より、２０％と３０％、６０％と７０％の間で大きく回数が変わってくることより、３０〜６０％が良いことがわかる。

【００３３】さらには、３０％と４０％が２００以上と他よりかなり大きいことから、３０％以上４０％以下がより好ましいことがわかる。

【００３４】実施例２さらに、本考案の他の実施例を説明する。

【００３５】図４に示すように、治具２１は正方形の基盤２２上に四角の枠２３を設けた形状で構成されている。

【００３６】例えば、この治具２１を適用する製品としては、図５に示すように、中央に半導体素子等を収容するための凹部２４を有したセラミック製の四角形状の基体２５と、この基体２５の上面に複数のリードピン２６が取着されている半導体素子収納用パッケージがある。

【００３７】この治具２１を使用して、基体２５にリードピン２６をロウ付けする場合、図６（ａ）の平面図と（ｂ）の断面図に示すように、治具２１の枠２３内に基体２５を完全に固定させて行う。ここで、この治具２１は、上記実施例１と同じ工程で製作し、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％、気孔率３５％、気孔の大きさ１μ ｍ以下、ロウ材を銅、基体２５をセラミックス、リードピン２６はコバールとした。

【００３８】実際に使用した結果、従来のカーボン製のように治具２１の表面が基体２５に付着することがなく、しかも１００回使用してもカケや割れが全く起こらなかった。

【００３９】

【考案の効果】

以上のように、本考案に係わる治具によれば、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気孔率３０〜６０％の多孔質セラミックス体としたことによって、多数回使用しても熱の影響による割れがなくなることによりロウ付けを行う各部材の設定が長期間でき、かつロウ付けの際に治具内の融点の低い物質が溶融して各部材と接着することがなくなり、さらに、搬送時やロウ付け組み立て時にカケや割れが発生しない治具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本考案の治具を示す斜視図、（ｂ）は
（ａ）のＡーＡ線断面図である。

【図２】（ａ）はロウ付け後の電流導入端子の外囲器を
示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線断面図である。

【図３】本考案の治具に、電流導入端子の外囲器を組み
合わせた状態を示す断面図である。

【図４】本考案の他の実施例を示す斜視図である。

【図５】ロウ付け後の半導体素子収納用パッケージを示
す平面図である。

【図６】（ａ）は本考案の治具に、半導体素子収納用パ
ッケージを組み合わせた状態を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）のＣーＣ線一部拡大断面図である。

【符号の説明】１，２１：治具２：円柱部３：第１鍔部４：第２鍔部５：鍔部６：先端部材７：突起８：中間部材９：片端部１０：後端部材１１：空洞１２：ロウ材２２：基盤２３：枠２４：凹部２５：基体２６：リードピン

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．０重量％以上、気
孔率３０〜６０％の多孔質セラミックス体よりなるロウ
付け用治具。