はんだ含浸シート材の製造方法及び製造装置
【課題】多孔質金属体にはんだを隙間無く含浸させ、内部欠陥（ブローホール）の少ないはんだ含浸シート材を得る。
【解決手段】金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体２を形成する工程と、はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽１３内に多孔質金属体２を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態下で該多孔質金属体２に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体２にはんだを含浸させる工程とを有する。
【解決手段】金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体２を形成する工程と、はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽１３内に多孔質金属体２を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態下で該多孔質金属体２に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体２にはんだを含浸させる工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板と半導体素子との接合等に用いられ、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす多孔質金属体にはんだを含浸させてなるはんだ含浸シート材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子部品等をはんだで基板に接合する場合には、フローやリフロー法等によるはんだ付けが実施される。しかし、近年は、半導体の集積度の向上や高性能化による高熱発生の問題及びこれらの放熱のために積層される銅やアルミニウム等の積層体との熱膨張係数差から生じる応力差により、はんだ付け部位に割れ発生等の問題が懸念されている。
これらの問題を解決するべく、本出願人は、熱伝導性、電気伝導度性、低膨張性等に優れる金属で三次元網状骨格体を作り、この金属骨格体にはんだを含浸させたはんだ含浸シート材を用いることにより、接合部に発生する熱ストレスを軽減し割れ等の発生を抑制する技術として、特許文献１記載のものを提案した。
【０００３】
この特許文献１記載の技術は、パワーモジュール基板のはんだ接合部に適用したものである。このパワーモジュール基板は、セラミックス基板等の絶縁基板に回路層がろう付けされ、その回路層の上にはんだ含浸シート材を介して半導体素子が固着されており、そのはんだ含浸シート材は、金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後焼結することにより、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす多孔質金属体を形成し、その多孔質金属体にはんだを含浸させてなる構成である。
【特許文献１】特開２００４−２９８９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この様な多孔質金属体にはんだを含浸させる場合、単純平面の素材同士をはんだ付けする場合と異なり、三次元的な微細骨格構造を有する発泡体ではその表面積の違いから、単純にはんだ溶湯へ浸漬した場合、吸着等により表面に微細な気泡の付着が発生したり、厚みがある多孔質体の場合には内部まではんだが入り難い、吸着した気泡が抜け難い等の問題が多く発生する。この結果、含浸体内に多くの欠陥を発生させ所望の特性を得る製品が得られなかった。
改善策としては、多孔質金属体の含浸時の予熱温度、はんだ加熱温度、浸漬時間、フラックスの選定等に付いて試験したが、何れの組み合わせでも含浸層内部の空孔欠陥を完全に無くす事に関しては十分な対策とはならなかった。特に、はんだ材質がＰｂ−Ｓｎ系はんだからＰｂフリーはんだへ変更となる事でより問題をクローズアップさせる事となった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多孔質金属体にはんだを隙間なく含浸させ、内部欠陥の少ないはんだ含浸シート材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する方法であって、金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体を形成する工程と、はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽内に前記多孔質金属体を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態で該多孔質金属体に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体にはんだを含浸させる工程とを有する。
【０００７】
はんだ溶湯内へ多孔質金属体を浸漬し、この多孔質金属体へ振動を付与することにより多孔質金属体内及び多孔質金属体表面に吸着した無数の微細気泡を骨格から剥離させ多孔質金属体の空間を移動させ、追い出す事により健全性を向上させる事が可能となる。浸漬時間を１秒〜３秒にしたのは、１秒未満でははんだが多孔質空間に十分に充填されない事と気泡が十分抜けきる時間的余裕がないためである。
一方、振動数を１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚとしたのは、１５０Ｈｚ未満では吸着した気泡を骨格から剥離させる力が作用し難く気泡が骨格中を十分移動しない等の問題がある事からであり、振動数が４００Ｈｚを超える様になるとはんだ溶湯中で加熱された多孔質金属体の骨格が軟化と共に骨格構造の変形を加速し所望の特性が得られなくなるためである。
【０００８】
本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記はんだ槽から多孔質金属体を引き上げた後に該多孔質金属体に衝撃を付与した方が良い。
はんだ槽から引き上げた直後の多孔質金属体には、未凝固のはんだや多孔質金属体を把持している部分に付着したはんだ等が垂れ、滴を生成させる事から、強制的に衝撃を与えることでこの滴を除去する事が可能で製品の歩留り向上や外観の向上、はんだの節約にもつながる。
【０００９】
また、本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記多孔質金属体が浸漬される位置における前記はんだ槽の表面ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態としておく事がよい。
はんだ溶湯をオーバーフローさせておくことにより、多孔質金属体が浸漬される位置の溶湯表面には、酸化物の無い常に新鮮なはんだ溶湯が存在することになり、多孔質金属体へのはんだの付着を確実にすると共に含浸シート材表面の清浄度も向上させる事が可能となる。
【００１０】
さらに、本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記多孔質金属体にはんだを含浸させる前に、多孔質金属体の表面にニッケル皮膜、好ましくは電解Ｎｉメッキ（材質又は使用用途により無電解メッキでもよい）皮膜を形成する工程を有するものとすると良い。多孔質金属体の骨格全体を電解メッキにて高純度Ｎｉ皮膜を形成する事により、はんだのヌレ性を高めると共に、はんだ含浸条件にて幅がでてより健全な含浸が可能となる。特に、多孔質金属体として銅を使用する場合には、鉛フリーはんだとの反応時間を長く出来るために含浸体の組織安定性や健全に大きく関与する。
【００１１】
そして、本発明のはんだ含浸シート材の製造装置は、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する装置であって、はんだを溶融状態で貯留する加熱手段を有するはんだ槽と、前記多孔質金属体を把持するハンド部材と、該ハンド部材を昇降させて前記多孔質金属体を前記はんだ槽内に浸漬し、引き上げる昇降手段と、前記ハンド部材を介して前記多孔質金属体に振動を付与する振動付与手段とが備えられたことを特徴とする。
また、本発明の製造装置において、前記はんだ槽の上方位置で前記昇降手段との間で前記ハンド部材を受け渡すとともに、該ハンド部材を前記はんだ槽の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で移動する移送手段が備えられ、該移送手段に前記昇降手段から前記ハンド部材が受け渡される際に該ハンド部材に衝撃を付与する衝撃付与手段が設けられているとよい。
【００１２】
さらに、本発明のはんだ含浸シート材の製造装置において、前記はんだ槽に、前記多孔質金属体を面方向に挿入可能な偏平な開口部を有する筒状枠体が設けられるとともに、該開口部に向けてはんだ溶湯を下方から流通させて筒状枠体の上端部からオーバーフローさせる噴流手段が設けられている構成とするとよい。
扁平な開口部ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態とすることにより、該開口部表面には酸化物のない常に新鮮なはんだ溶湯面が存在することになり、多孔質金属体へのはんだの付着を確実にすることができる。しかも、偏平な開口部のみの限られた範囲でオーバーフロー状態を形成しており、効率がよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、はんだ槽内に多孔質金属体を浸漬した状態で振動を付与することにより、多孔質金属体の空隙内に入り込んでいた多数の微細気泡や骨格に吸着した気泡を強制的に剥離すると共に追い出して除去することができ、多孔質金属体にはんだを隙間なく含浸させ、内部欠陥の少ないはんだ含浸シート材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
予めはんだ含浸シート材について説明しておくと、このはんだ含浸シート材１は、図７に断面の一部を図示したように、例えば銅からなる多孔質金属体２にはんだ３が含浸されて一体化してなるものである。多孔質金属体２は、金属焼結体の骨格２ａにより辺が構成されてなる複数の多面体が互いに連続状態に形成された三次元網構造をなすもので、全体として長方形の板状に形成されている。
この多孔質金属体２は、厚さが０．３ｍｍ〜３ｍｍ（圧延が可能なので実際には任意寸法に加工可能）とされ、骨格２ａの間に形成されるす空隙２ｂは、気孔率（多孔質金属体と同形の中実体の重量に対する多孔質金属体の実測重量の百分率）が５０％〜９０％とされる。外表面における平均開口径（開口部の円相当直径）が１５０μ〜６００μとされる。この多孔質金属体２の骨格２ａ表面には、Ｎｉメッキ皮膜４が形成されている。
【００１５】
この多孔質金属体２を製造するには、金属粉末、発泡剤、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、水、必要に応じて界面活性剤等を混合してなる発泡性スラリーを製作し、この発泡性スラリーを例えばドクターブレード法によりシート状に成形して、恒温高湿度条件下で発泡させた後、焼結することにより得ることができる。
図６は、多孔質金属体２を製造するためのグリーンシート成形装置５を示しており、このグリーンシート成形装置５は、発泡性スラリーＦを貯留するホッパー６から発泡性スラリーＦをキャリアシート７上に供給し、ブレード８によって所定厚さに成形しながら、キャリアシート７によって搬送し、恒温・高湿度槽９で発泡させ、乾燥槽１０によって乾燥させることによりグリーンシートＧを成形し、これを焼結して多孔質金属体２とするのである。
この多孔質金属体２に電解めっきによりニッケル被膜４を形成した後、後述のようにはんだ槽に浸漬してはんだを含浸させることにより、はんだ含浸シート材１となる。
【００１６】
次に、多孔質金属体２にはんだ３を浸漬してはんだ含浸シート材１を製造する装置の実施形態について説明する。
図１〜図５は、本実施形態のはんだ含浸シート材製造装置を示している。この製造装置１１は、架台１２に、はんだ槽１３と、多孔質金属体１のハンドリング手段１４とが支持されている。
はんだ槽１３は、全体としては立方体又は直方体等の方形に形成され、その底部にヒータ等の加熱手段１５が備えられている。また、はんだ槽１３の内部には、二つの筒状枠体１６，１７が配置され、これら筒状枠体１６，１７内に沿ってはんだ溶湯Ｓが流通させられるようになっている。その詳細を図３に示したように、一方の筒状枠体１６は、はんだ槽１３の内底部から液面に至るＬ字状をなしており、その垂直部分が、その上端部の開口部１８をはんだ槽１３の上部で上方に向けて開口している。この開口部１８は、多孔質金属体２の板厚よりも若干大きい幅で、かつ多孔質金属体２の幅よりも若干長い帯状をなす偏平形状に形成されており、垂直に吊り下げた多孔質金属体２を上方から多孔質金属体２の面方向に沿って垂直に挿入可能で、その挿入姿勢において多孔質金属体２の周囲に若干の隙間が形成される大きさとされている。
【００１７】
また、この筒状枠体１６の下端部は、はんだ槽１３の内底部で横向きに開口しており、その下端開口部１９を囲むように、もう一つの筒状枠体１７が設けられている。この筒状枠体１７は横断面円形に形成された比較的短尺のものであり、はんだ槽１３の内底面上に垂直方向に向けて配置されることにより、前記一方の筒状枠体１６の下端開口部１９に連通する垂直方向の流路を形成している。そして、この断面円形の筒状枠体１７の上部開口部２０は、はんだ槽１３の内部で開口しており、この開口部２０内に噴流手段２１のプロペラ２２が配置されている。この噴流手段２１は、このプロペラ２２を備えた軸２３がはんだ槽１３の上で減速機２４に接続され、この減速機２４に架台１２側部に固定されたモータ２５が接続されており、このモータ２５によって減速機２４を介して軸２３を回転させ、そのプロペラ２２の推進力によってはんだ槽１３内のはんだ溶湯Ｓを両筒状枠体１６，１７に沿って図３の矢印で示すように流通させる構成である。
【００１８】
ハンドリング手段１４は、図1及び図２に示すように、多孔質金属体２を把持するハンド部材３１と、このハンド部材３１を昇降させてはんだ槽１３内に浸漬し、引き上げる昇降手段３２と、はんだ槽１３の上方位置で昇降手段３２との間でハンド部材３１を受け渡すとともに、該ハンド部材３１をはんだ槽１３の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で往復移動する移送手段３３とを備える構成とされている。
ハンド部材３１は、図４に示すように、帯板状の桟部材３４に、この桟部材３４に直交する方向に延びる一対のアーム３５が取り付けられるとともに、そのうちの一方のアーム３５が桟部材３４への取り付け部３６を中心として図４の矢印で示すように揺動可能とされており、これらアーム３５の間に多孔質金属体２を挟持した状態に保持する構成とされている。両アーム３５は、その対向部に、多孔質金属体２を係合させる溝部３７が長さ方向に沿って形成され、両アーム３５の先端部（下端部）には、溝部３７を閉塞するように受け部材３８が設けられている。また、揺動可能なアーム３５を他方のアーム３５に接近させる方向に付勢するコイルばね３９と、両アーム３５に保持した多孔質金属体２の背面の上端を支持する裏当て材４０とが設けられている。なお、両アーム３５は、鉛フリーはんだに対する耐食性が良いと言われている純Ｔｉ又ステンレスを窒化処理した素材を使用しているが、耐食性を万全なものとするためにスプレー式のセラミック離形材等を塗布しても良い。
【００１９】
昇降手段３２は、図１に示すように、はんだ槽１３の前方位置で架台１２に上下方向に沿うレール４５が固定されるとともに、そのレール４５に上下スライダ部材４６が上下移動可能に設けられ、この上下スライダ部材４６に、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部を把持可能なグリップ部材４７が設けられた構成とされ、このグリップ部材４７によりハンド部材３１の桟部材３４を把持して、アーム３５を吊り下げ状態として上下移動させることができるようになっている。この場合、このグリップ部材４７は、図３に示すように、はんだ槽１３の前述した開口部１８の上方位置を垂直に移動するようになっており、ハンド部材３１を把持して下降することにより、ハンド部材３１のアーム３５を開口部１８からはんだ槽１３内に浸漬させ、上昇することにより、開口部１８から引き上げる動作を繰り返すものである。また、このグリップ部材４７には、これに振動を付与する振動モータ等の振動付与手段４８が設けられている。
【００２０】
一方、移送手段３３は、はんだ槽１３の上方に水平方向に沿って駆動するロッドレスシリンダ等の水平移動機構５１が設けられるとともに、この水平移動機構５１における水平スライダ部材５２の両端部に、昇降手段３２との間でハンド部材３１を受け渡しする二つの受け渡し機構部５３，５４がそれぞれ設けられている。これら受け渡し機構部５３，５４は、水平スライダ部材５２に前後方向に沿って駆動する押し出しシリンダ５５が固定され、この押し出しシリンダ５５のピストン軸５６の先端に、ハンド部材３１の桟部材３４を載置状態に保持する爪部材５７，５８がブラケット５９，６０を介して設けられている。押し出しシリンダ５５は、この爪部材５７をはんだ槽１３の開口部１８の上方位置と、この上方位置から水平方向（前後方向）に退避した側方位置との間で往復移動するようになっている。
【００２１】
また、両受け渡し機構部５３，５４のうち、図２の右側に配置されている第１の受け渡し機構部５３には、ハンド部材３１の桟部材３４の中央部を下方から支持するように一個の爪部材５７が設けられており、図２の左側に配置されている第２の受け渡し機構部５４には、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部を下方から支持するように二個の爪部材５８が設けられている。また、これら二個の爪部材５８は、図５に詳細に示したように、軸６１を支点に回動可能に支持されており、常時は両爪部材５８が対向する水平姿勢に保持されるが、これらの対向端部が下方から上方に向けて押し上げられることにより、対向端部間の距離を広げるように互いに反対方向に回動することができるようになっている。また、各爪部材５８には、その押し上げ力が解除されると元の水平姿勢に戻されるばね等の付勢手段（図示略）が設けられている。
また、この第２の受け渡し機構部５４における両爪部材５８の上方位置には、これら爪部材５８の間に掛け渡される桟部材３４の両端部を上下スライド自在に案内するガイド部材６２が設けられている。これらガイド部材６２は、桟部材３４の上下スライドを許容する大きさの隙間６３を有するものであり、また、その隙間６３が爪部材５８よりも大きい寸法に設定されていることにより、爪部材５８の回動を阻害しないようになっている。
【００２２】
そして、移送手段３３は、水平移動機構５１の水平スライダ部材５２の移動と、押し出しシリンダ５５による前後方向の移動とにより、両受け渡し機構部５３，５４のうちの一方をはんだ槽１３の上方位置に配置し、他方を水平方向に離間した側方位置に配置するというように、これらをはんだ槽１３の上方位置と水平方向に離間した側方位置との間で交互に移動するようになっているものである。
【００２３】
このように構成した製造装置１１を使用して、多孔質金属体２にはんだ３を含浸させてはんだ含浸シート材１を製造する方法について説明する。
前述したようにグリーンシート成形装置５によって発泡性スラリーＦからグリーンシートＧを成形し、これを焼結して板状の多孔質金属体２を製作し、その表面に電解めっきによってニッケル被膜４を形成しておく。次いで、このニッケル被膜４を形成した多孔質金属体２をハンド部材３１に保持させる。このハンド部材３１は、両アーム３５の一方が揺動して開くので、これを開いた状態として多孔質金属体２を間に介在させ、両アーム３５を閉じて多孔質金属体２の両側部をアーム３５の溝部３７内に保持した状態とする。
【００２４】
一方、はんだ含浸シート材製造装置１１においては、はんだ槽１３内ではんだＳを例えば２５０℃に加熱して溶融状態に貯留しておく、そして、両受け渡し機構部５３，５４を図２の右側に移動させた状態としておき、多孔質金属体２を保持したハンド部材３１の桟部材３４を第１の受け渡し機構部５３の爪部材５７上に載置することにより、この受け渡し機構部５３にハンド部材３１を吊り下げ状態に支持させる。この状態で製造装置１１を稼働すると、まず、水平移動機構５１により、水平スライダ部材５２が水平に移動し、ハンド部材３１をはんだ槽１３の開口部１８の上方に移動させる。このとき、昇降手段３２の上下スライダ部材４６は、レール４５の上方位置に待機させられており、この上下スライダ部材４６が下降して、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部をグリップ部材４７が把持する。そして、ハンド部材３１を若干上昇させるとともに、受け渡し機構部５３の押し出しシリンダ５５によって爪部材５７が後退させられることにより、ハンド部材３１の下方が開放状態となり、上下スライダ部材４６は、ハンド部材３１を把持したまま下方に移動し、図３に示すように、はんだ槽１３の開口部１８からハンド部材３１とともに多孔質金属体２をはんだ溶湯Ｓ内に浸漬する。
【００２５】
はんだ槽１３においては、前述したように噴流手段２１によって開口部１８からはんだ溶湯Ｓがオーバーフローしており、そのオーバーフロー状態のはんだ溶湯Ｓの液面に多孔質金属体２が垂直に浸漬される。そして、浸漬状態において、振動付与手段４８によってグリップ部材４７を介してハンド部材３１に振動が付与される。多孔質金属体２は、はんだ槽１３に１秒〜３秒間浸漬され、その間に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数の振動が付与される。
この浸漬の間に、移送手段３３を初期位置に戻し、ハンド部材３１をはんだ槽１３上まで移送してきた第１の受け渡し機構部５３は、図２の右側に移動し、左側の第２の受け渡し機構部５４がはんだ槽１３の上方に配置され、それぞれ押し出しシリンダ５５が作動して爪部５７，５８を前方に押し出した状態に待機される。この待機状態では、第２の受け渡し機構部５４の両爪部材５８がはんだ槽１３の開口部１８の上方に配置された状態となる。初期位置に戻された第１の受け渡し機構部５３には、新たな多孔質金属体２を保持したハンド部材３１が載置される。
【００２６】
そして、昇降手段３２によってはんだ槽１３からハンド部材３１を引き上げると、このハンド部材３１の桟部材３４の両端部が第２の受け渡し機構部５４の両爪部材５８の対向端部を下方から上方に押し上げることにより、図５に鎖線で示すように、この桟部材３４の通過空間を開くように両爪部材５８が回動し、桟部材３４が通過した後にばねの復元力によって水平姿勢に戻される。グリップ部材４７は、爪部材５８の上方に設けられているガイド部材６２に沿って両爪部材５８よりも若干高い位置まで桟部材３４を上昇させた後、桟部材３４の把持状態を解除する。これにより、桟部材３４は、水平姿勢に戻された爪部材５８の上にガイド部材６２に沿って落下させられ、その落下による衝撃が付与された状態となり、その衝撃により多孔質金属体２に浸み込んでいたはんだ溶湯Ｓの余剰分が多孔質金属体２から液切れされ、はんだ槽１３内に落とされる。本発明の衝撃付与手段は、この実施形態では、ハンド部材３１の持ち上げ高さとハンド部材３１の重量を調整する事で、自由落下時の衝撃度合いを調整付与する構成である。
【００２７】
このようにしてハンド部材３１を第２の受け渡し機構部５４に受け渡した後、上下スライダ部材４６は上方の待機位置に退避させられ、水平スライダ部材５２が第２の受け渡し機構部５４をはんだ槽１３の側方（図２の左方）に水平に移動させ、その水平移動に伴って、第１の受け渡し機構部５３に載置された新たな多孔質金属体２がはんだ槽１３の上方位置に移動させられる。一方、第２の受け渡し機構部５４は、図２の鎖線で示すはんだ槽１３の側方位置に移動させられた後、ハンド部材３１が取り外され、その後、押し出しシリンダ５５によって後退させられる。取り外したハンド部材３１は、はんだの凝固が完全に完了し後に多孔質金属体２を開放して、新たな多孔質金属体２が保持される。以降、これらの一連の動作が繰り返され、順次、多孔質金属体２がはんだ槽１３に浸漬されて、はんだ含浸シート材１が製造される。
【００２８】
次に、この製造装置を使用して種々の条件ではんだを浸漬させ、ブローホールの発生状況等を観察した。
多孔質金属体としては、材質は純銅発泡体に０．５μで電解Ｎｉメッキ皮膜を形成し、呼び孔径３００μ・試片寸法は厚さ１ｍｍ・幅５０ｍｍ・長さ１００ｍｍの試片を使用し実験を実施した。はんだ溶湯温度を２５０℃に固定し、表１に示すような条件ではんだ含浸シート材を作成し、各試験片の健全性を評価した。評価法は、各試験片の概ね中心部より、約２０ｍｍ角の試験片を採取しその断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡を使用し倍率１００倍でブローホールの長径が２０μ以上のもの全てをカウントした。尚、使用したはんだは千住金属株式会社製の商品名Ｍ７０５（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）の鉛フリーはんだを使用し、フラックスとして同じく千住金属株式会社製の商品名ＥＳ−１０１６スパークルフラックスを使用した。
多孔質金属体を炭化水素系溶剤で脱脂後、前述したフラックスを加圧式のスプレーガンで塗布後１００℃のオーブンで５分加熱し溶剤を飛ばすことと同時に多孔質金属体の予熱を兼ねて加熱し、取り出し後、すぐにハンド部材にセッティングし、本発明の装置にてはんだ含浸を実施し試験片とした。その評価試験結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
この表１からわかる様に、浸漬時間が１〜３秒、振動数１５０〜４００Ｈｚの範囲内では各試験片断面に実用上問題となる様なブローホールの発生は殆ど観察されなかった。これに比較して振動を全く付与しなかった試験片では著しいブローホールの発生が確認された。振動数が６００Ｈｚ以上の場合や超音波振動を付与した試験片では、試験片の変形や部分的な試片の局部溶解が見られた。これは、はんだ浴中で多孔質金属体が軟化したところに強過ぎる振動が付与されたことによるものと推定される。
【００３１】
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、ハンド部材のアームによって多孔質金属体の両側部を保持してハンドリングする構成としたが、多孔質金属体の上端部を把持して吊り下げるなど、他の保持構造としてもよい。また、はんだ槽から引き揚げたハンド部材を受け渡し機構部に受け渡す際に爪部材上に落下させることにより、多孔質金属体に衝撃を付与する構成としたが、静止状態のハンド部材に打撃を加えるなど、他の方法によって衝撃を付与してもよい。その他、移送方法等の細部構成も適宜設計変更可能である。
はんだ材質によっては、滴の発生を抑えたＰｂフリーはんだも開発されており、前述の衝撃付与がなくても良い場合があるが、はんだ含浸シートの外観状態を考慮した場合には実施した方が良いと判断される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るはんだ含浸シート材の製造装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うグリップ部材を省略した矢視図である。
【図３】図１のはんだ槽の部分の拡大図である。
【図４】一実施形態の製造装置に用いられるハンド部材の正面図である。
【図５】図２の第２の受け渡し機構部の詳細を示しており、（ａ）が正面図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図６】多孔質金属体を製作するためのグリーンシート成形装置の模式図である。
【図７】はんだ含浸シート材の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ はんだ含浸シート材
２ 多孔質金属体
２ａ 骨格
２ｂ 空隙
３ はんだ
４ ニッケル被膜
５ グリーンシート成形装置
１１ はんだ含浸シート材製造装置
１３ はんだ槽
１４ ハンドリング手段
１５ 加熱手段
１６，１７ 筒状枠体
１８ 開口部
２１ 噴流手段
３１ ハンド部材
３２ 昇降手段
３３ 移送手段
３４ 桟部材
３５ アーム
４７ グリップ部材
５１ 水平移動機構
５３，５４ 受け渡し機構部
５７，５８ 爪部材
６２ ガイド部材
Ｓ はんだ溶湯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板と半導体素子との接合等に用いられ、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす多孔質金属体にはんだを含浸させてなるはんだ含浸シート材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子部品等をはんだで基板に接合する場合には、フローやリフロー法等によるはんだ付けが実施される。しかし、近年は、半導体の集積度の向上や高性能化による高熱発生の問題及びこれらの放熱のために積層される銅やアルミニウム等の積層体との熱膨張係数差から生じる応力差により、はんだ付け部位に割れ発生等の問題が懸念されている。
これらの問題を解決するべく、本出願人は、熱伝導性、電気伝導度性、低膨張性等に優れる金属で三次元網状骨格体を作り、この金属骨格体にはんだを含浸させたはんだ含浸シート材を用いることにより、接合部に発生する熱ストレスを軽減し割れ等の発生を抑制する技術として、特許文献１記載のものを提案した。
【０００３】
この特許文献１記載の技術は、パワーモジュール基板のはんだ接合部に適用したものである。このパワーモジュール基板は、セラミックス基板等の絶縁基板に回路層がろう付けされ、その回路層の上にはんだ含浸シート材を介して半導体素子が固着されており、そのはんだ含浸シート材は、金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後焼結することにより、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす多孔質金属体を形成し、その多孔質金属体にはんだを含浸させてなる構成である。
【特許文献１】特開２００４−２９８９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この様な多孔質金属体にはんだを含浸させる場合、単純平面の素材同士をはんだ付けする場合と異なり、三次元的な微細骨格構造を有する発泡体ではその表面積の違いから、単純にはんだ溶湯へ浸漬した場合、吸着等により表面に微細な気泡の付着が発生したり、厚みがある多孔質体の場合には内部まではんだが入り難い、吸着した気泡が抜け難い等の問題が多く発生する。この結果、含浸体内に多くの欠陥を発生させ所望の特性を得る製品が得られなかった。
改善策としては、多孔質金属体の含浸時の予熱温度、はんだ加熱温度、浸漬時間、フラックスの選定等に付いて試験したが、何れの組み合わせでも含浸層内部の空孔欠陥を完全に無くす事に関しては十分な対策とはならなかった。特に、はんだ材質がＰｂ−Ｓｎ系はんだからＰｂフリーはんだへ変更となる事でより問題をクローズアップさせる事となった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多孔質金属体にはんだを隙間なく含浸させ、内部欠陥の少ないはんだ含浸シート材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する方法であって、金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体を形成する工程と、はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽内に前記多孔質金属体を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態で該多孔質金属体に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体にはんだを含浸させる工程とを有する。
【０００７】
はんだ溶湯内へ多孔質金属体を浸漬し、この多孔質金属体へ振動を付与することにより多孔質金属体内及び多孔質金属体表面に吸着した無数の微細気泡を骨格から剥離させ多孔質金属体の空間を移動させ、追い出す事により健全性を向上させる事が可能となる。浸漬時間を１秒〜３秒にしたのは、１秒未満でははんだが多孔質空間に十分に充填されない事と気泡が十分抜けきる時間的余裕がないためである。
一方、振動数を１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚとしたのは、１５０Ｈｚ未満では吸着した気泡を骨格から剥離させる力が作用し難く気泡が骨格中を十分移動しない等の問題がある事からであり、振動数が４００Ｈｚを超える様になるとはんだ溶湯中で加熱された多孔質金属体の骨格が軟化と共に骨格構造の変形を加速し所望の特性が得られなくなるためである。
【０００８】
本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記はんだ槽から多孔質金属体を引き上げた後に該多孔質金属体に衝撃を付与した方が良い。
はんだ槽から引き上げた直後の多孔質金属体には、未凝固のはんだや多孔質金属体を把持している部分に付着したはんだ等が垂れ、滴を生成させる事から、強制的に衝撃を与えることでこの滴を除去する事が可能で製品の歩留り向上や外観の向上、はんだの節約にもつながる。
【０００９】
また、本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記多孔質金属体が浸漬される位置における前記はんだ槽の表面ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態としておく事がよい。
はんだ溶湯をオーバーフローさせておくことにより、多孔質金属体が浸漬される位置の溶湯表面には、酸化物の無い常に新鮮なはんだ溶湯が存在することになり、多孔質金属体へのはんだの付着を確実にすると共に含浸シート材表面の清浄度も向上させる事が可能となる。
【００１０】
さらに、本発明のはんだ含浸シート材の製造方法において、前記多孔質金属体にはんだを含浸させる前に、多孔質金属体の表面にニッケル皮膜、好ましくは電解Ｎｉメッキ（材質又は使用用途により無電解メッキでもよい）皮膜を形成する工程を有するものとすると良い。多孔質金属体の骨格全体を電解メッキにて高純度Ｎｉ皮膜を形成する事により、はんだのヌレ性を高めると共に、はんだ含浸条件にて幅がでてより健全な含浸が可能となる。特に、多孔質金属体として銅を使用する場合には、鉛フリーはんだとの反応時間を長く出来るために含浸体の組織安定性や健全に大きく関与する。
【００１１】
そして、本発明のはんだ含浸シート材の製造装置は、金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する装置であって、はんだを溶融状態で貯留する加熱手段を有するはんだ槽と、前記多孔質金属体を把持するハンド部材と、該ハンド部材を昇降させて前記多孔質金属体を前記はんだ槽内に浸漬し、引き上げる昇降手段と、前記ハンド部材を介して前記多孔質金属体に振動を付与する振動付与手段とが備えられたことを特徴とする。
また、本発明の製造装置において、前記はんだ槽の上方位置で前記昇降手段との間で前記ハンド部材を受け渡すとともに、該ハンド部材を前記はんだ槽の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で移動する移送手段が備えられ、該移送手段に前記昇降手段から前記ハンド部材が受け渡される際に該ハンド部材に衝撃を付与する衝撃付与手段が設けられているとよい。
【００１２】
さらに、本発明のはんだ含浸シート材の製造装置において、前記はんだ槽に、前記多孔質金属体を面方向に挿入可能な偏平な開口部を有する筒状枠体が設けられるとともに、該開口部に向けてはんだ溶湯を下方から流通させて筒状枠体の上端部からオーバーフローさせる噴流手段が設けられている構成とするとよい。
扁平な開口部ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態とすることにより、該開口部表面には酸化物のない常に新鮮なはんだ溶湯面が存在することになり、多孔質金属体へのはんだの付着を確実にすることができる。しかも、偏平な開口部のみの限られた範囲でオーバーフロー状態を形成しており、効率がよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、はんだ槽内に多孔質金属体を浸漬した状態で振動を付与することにより、多孔質金属体の空隙内に入り込んでいた多数の微細気泡や骨格に吸着した気泡を強制的に剥離すると共に追い出して除去することができ、多孔質金属体にはんだを隙間なく含浸させ、内部欠陥の少ないはんだ含浸シート材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
予めはんだ含浸シート材について説明しておくと、このはんだ含浸シート材１は、図７に断面の一部を図示したように、例えば銅からなる多孔質金属体２にはんだ３が含浸されて一体化してなるものである。多孔質金属体２は、金属焼結体の骨格２ａにより辺が構成されてなる複数の多面体が互いに連続状態に形成された三次元網構造をなすもので、全体として長方形の板状に形成されている。
この多孔質金属体２は、厚さが０．３ｍｍ〜３ｍｍ（圧延が可能なので実際には任意寸法に加工可能）とされ、骨格２ａの間に形成されるす空隙２ｂは、気孔率（多孔質金属体と同形の中実体の重量に対する多孔質金属体の実測重量の百分率）が５０％〜９０％とされる。外表面における平均開口径（開口部の円相当直径）が１５０μ〜６００μとされる。この多孔質金属体２の骨格２ａ表面には、Ｎｉメッキ皮膜４が形成されている。
【００１５】
この多孔質金属体２を製造するには、金属粉末、発泡剤、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、水、必要に応じて界面活性剤等を混合してなる発泡性スラリーを製作し、この発泡性スラリーを例えばドクターブレード法によりシート状に成形して、恒温高湿度条件下で発泡させた後、焼結することにより得ることができる。
図６は、多孔質金属体２を製造するためのグリーンシート成形装置５を示しており、このグリーンシート成形装置５は、発泡性スラリーＦを貯留するホッパー６から発泡性スラリーＦをキャリアシート７上に供給し、ブレード８によって所定厚さに成形しながら、キャリアシート７によって搬送し、恒温・高湿度槽９で発泡させ、乾燥槽１０によって乾燥させることによりグリーンシートＧを成形し、これを焼結して多孔質金属体２とするのである。
この多孔質金属体２に電解めっきによりニッケル被膜４を形成した後、後述のようにはんだ槽に浸漬してはんだを含浸させることにより、はんだ含浸シート材１となる。
【００１６】
次に、多孔質金属体２にはんだ３を浸漬してはんだ含浸シート材１を製造する装置の実施形態について説明する。
図１〜図５は、本実施形態のはんだ含浸シート材製造装置を示している。この製造装置１１は、架台１２に、はんだ槽１３と、多孔質金属体１のハンドリング手段１４とが支持されている。
はんだ槽１３は、全体としては立方体又は直方体等の方形に形成され、その底部にヒータ等の加熱手段１５が備えられている。また、はんだ槽１３の内部には、二つの筒状枠体１６，１７が配置され、これら筒状枠体１６，１７内に沿ってはんだ溶湯Ｓが流通させられるようになっている。その詳細を図３に示したように、一方の筒状枠体１６は、はんだ槽１３の内底部から液面に至るＬ字状をなしており、その垂直部分が、その上端部の開口部１８をはんだ槽１３の上部で上方に向けて開口している。この開口部１８は、多孔質金属体２の板厚よりも若干大きい幅で、かつ多孔質金属体２の幅よりも若干長い帯状をなす偏平形状に形成されており、垂直に吊り下げた多孔質金属体２を上方から多孔質金属体２の面方向に沿って垂直に挿入可能で、その挿入姿勢において多孔質金属体２の周囲に若干の隙間が形成される大きさとされている。
【００１７】
また、この筒状枠体１６の下端部は、はんだ槽１３の内底部で横向きに開口しており、その下端開口部１９を囲むように、もう一つの筒状枠体１７が設けられている。この筒状枠体１７は横断面円形に形成された比較的短尺のものであり、はんだ槽１３の内底面上に垂直方向に向けて配置されることにより、前記一方の筒状枠体１６の下端開口部１９に連通する垂直方向の流路を形成している。そして、この断面円形の筒状枠体１７の上部開口部２０は、はんだ槽１３の内部で開口しており、この開口部２０内に噴流手段２１のプロペラ２２が配置されている。この噴流手段２１は、このプロペラ２２を備えた軸２３がはんだ槽１３の上で減速機２４に接続され、この減速機２４に架台１２側部に固定されたモータ２５が接続されており、このモータ２５によって減速機２４を介して軸２３を回転させ、そのプロペラ２２の推進力によってはんだ槽１３内のはんだ溶湯Ｓを両筒状枠体１６，１７に沿って図３の矢印で示すように流通させる構成である。
【００１８】
ハンドリング手段１４は、図1及び図２に示すように、多孔質金属体２を把持するハンド部材３１と、このハンド部材３１を昇降させてはんだ槽１３内に浸漬し、引き上げる昇降手段３２と、はんだ槽１３の上方位置で昇降手段３２との間でハンド部材３１を受け渡すとともに、該ハンド部材３１をはんだ槽１３の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で往復移動する移送手段３３とを備える構成とされている。
ハンド部材３１は、図４に示すように、帯板状の桟部材３４に、この桟部材３４に直交する方向に延びる一対のアーム３５が取り付けられるとともに、そのうちの一方のアーム３５が桟部材３４への取り付け部３６を中心として図４の矢印で示すように揺動可能とされており、これらアーム３５の間に多孔質金属体２を挟持した状態に保持する構成とされている。両アーム３５は、その対向部に、多孔質金属体２を係合させる溝部３７が長さ方向に沿って形成され、両アーム３５の先端部（下端部）には、溝部３７を閉塞するように受け部材３８が設けられている。また、揺動可能なアーム３５を他方のアーム３５に接近させる方向に付勢するコイルばね３９と、両アーム３５に保持した多孔質金属体２の背面の上端を支持する裏当て材４０とが設けられている。なお、両アーム３５は、鉛フリーはんだに対する耐食性が良いと言われている純Ｔｉ又ステンレスを窒化処理した素材を使用しているが、耐食性を万全なものとするためにスプレー式のセラミック離形材等を塗布しても良い。
【００１９】
昇降手段３２は、図１に示すように、はんだ槽１３の前方位置で架台１２に上下方向に沿うレール４５が固定されるとともに、そのレール４５に上下スライダ部材４６が上下移動可能に設けられ、この上下スライダ部材４６に、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部を把持可能なグリップ部材４７が設けられた構成とされ、このグリップ部材４７によりハンド部材３１の桟部材３４を把持して、アーム３５を吊り下げ状態として上下移動させることができるようになっている。この場合、このグリップ部材４７は、図３に示すように、はんだ槽１３の前述した開口部１８の上方位置を垂直に移動するようになっており、ハンド部材３１を把持して下降することにより、ハンド部材３１のアーム３５を開口部１８からはんだ槽１３内に浸漬させ、上昇することにより、開口部１８から引き上げる動作を繰り返すものである。また、このグリップ部材４７には、これに振動を付与する振動モータ等の振動付与手段４８が設けられている。
【００２０】
一方、移送手段３３は、はんだ槽１３の上方に水平方向に沿って駆動するロッドレスシリンダ等の水平移動機構５１が設けられるとともに、この水平移動機構５１における水平スライダ部材５２の両端部に、昇降手段３２との間でハンド部材３１を受け渡しする二つの受け渡し機構部５３，５４がそれぞれ設けられている。これら受け渡し機構部５３，５４は、水平スライダ部材５２に前後方向に沿って駆動する押し出しシリンダ５５が固定され、この押し出しシリンダ５５のピストン軸５６の先端に、ハンド部材３１の桟部材３４を載置状態に保持する爪部材５７，５８がブラケット５９，６０を介して設けられている。押し出しシリンダ５５は、この爪部材５７をはんだ槽１３の開口部１８の上方位置と、この上方位置から水平方向（前後方向）に退避した側方位置との間で往復移動するようになっている。
【００２１】
また、両受け渡し機構部５３，５４のうち、図２の右側に配置されている第１の受け渡し機構部５３には、ハンド部材３１の桟部材３４の中央部を下方から支持するように一個の爪部材５７が設けられており、図２の左側に配置されている第２の受け渡し機構部５４には、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部を下方から支持するように二個の爪部材５８が設けられている。また、これら二個の爪部材５８は、図５に詳細に示したように、軸６１を支点に回動可能に支持されており、常時は両爪部材５８が対向する水平姿勢に保持されるが、これらの対向端部が下方から上方に向けて押し上げられることにより、対向端部間の距離を広げるように互いに反対方向に回動することができるようになっている。また、各爪部材５８には、その押し上げ力が解除されると元の水平姿勢に戻されるばね等の付勢手段（図示略）が設けられている。
また、この第２の受け渡し機構部５４における両爪部材５８の上方位置には、これら爪部材５８の間に掛け渡される桟部材３４の両端部を上下スライド自在に案内するガイド部材６２が設けられている。これらガイド部材６２は、桟部材３４の上下スライドを許容する大きさの隙間６３を有するものであり、また、その隙間６３が爪部材５８よりも大きい寸法に設定されていることにより、爪部材５８の回動を阻害しないようになっている。
【００２２】
そして、移送手段３３は、水平移動機構５１の水平スライダ部材５２の移動と、押し出しシリンダ５５による前後方向の移動とにより、両受け渡し機構部５３，５４のうちの一方をはんだ槽１３の上方位置に配置し、他方を水平方向に離間した側方位置に配置するというように、これらをはんだ槽１３の上方位置と水平方向に離間した側方位置との間で交互に移動するようになっているものである。
【００２３】
このように構成した製造装置１１を使用して、多孔質金属体２にはんだ３を含浸させてはんだ含浸シート材１を製造する方法について説明する。
前述したようにグリーンシート成形装置５によって発泡性スラリーＦからグリーンシートＧを成形し、これを焼結して板状の多孔質金属体２を製作し、その表面に電解めっきによってニッケル被膜４を形成しておく。次いで、このニッケル被膜４を形成した多孔質金属体２をハンド部材３１に保持させる。このハンド部材３１は、両アーム３５の一方が揺動して開くので、これを開いた状態として多孔質金属体２を間に介在させ、両アーム３５を閉じて多孔質金属体２の両側部をアーム３５の溝部３７内に保持した状態とする。
【００２４】
一方、はんだ含浸シート材製造装置１１においては、はんだ槽１３内ではんだＳを例えば２５０℃に加熱して溶融状態に貯留しておく、そして、両受け渡し機構部５３，５４を図２の右側に移動させた状態としておき、多孔質金属体２を保持したハンド部材３１の桟部材３４を第１の受け渡し機構部５３の爪部材５７上に載置することにより、この受け渡し機構部５３にハンド部材３１を吊り下げ状態に支持させる。この状態で製造装置１１を稼働すると、まず、水平移動機構５１により、水平スライダ部材５２が水平に移動し、ハンド部材３１をはんだ槽１３の開口部１８の上方に移動させる。このとき、昇降手段３２の上下スライダ部材４６は、レール４５の上方位置に待機させられており、この上下スライダ部材４６が下降して、ハンド部材３１の桟部材３４の両端部をグリップ部材４７が把持する。そして、ハンド部材３１を若干上昇させるとともに、受け渡し機構部５３の押し出しシリンダ５５によって爪部材５７が後退させられることにより、ハンド部材３１の下方が開放状態となり、上下スライダ部材４６は、ハンド部材３１を把持したまま下方に移動し、図３に示すように、はんだ槽１３の開口部１８からハンド部材３１とともに多孔質金属体２をはんだ溶湯Ｓ内に浸漬する。
【００２５】
はんだ槽１３においては、前述したように噴流手段２１によって開口部１８からはんだ溶湯Ｓがオーバーフローしており、そのオーバーフロー状態のはんだ溶湯Ｓの液面に多孔質金属体２が垂直に浸漬される。そして、浸漬状態において、振動付与手段４８によってグリップ部材４７を介してハンド部材３１に振動が付与される。多孔質金属体２は、はんだ槽１３に１秒〜３秒間浸漬され、その間に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数の振動が付与される。
この浸漬の間に、移送手段３３を初期位置に戻し、ハンド部材３１をはんだ槽１３上まで移送してきた第１の受け渡し機構部５３は、図２の右側に移動し、左側の第２の受け渡し機構部５４がはんだ槽１３の上方に配置され、それぞれ押し出しシリンダ５５が作動して爪部５７，５８を前方に押し出した状態に待機される。この待機状態では、第２の受け渡し機構部５４の両爪部材５８がはんだ槽１３の開口部１８の上方に配置された状態となる。初期位置に戻された第１の受け渡し機構部５３には、新たな多孔質金属体２を保持したハンド部材３１が載置される。
【００２６】
そして、昇降手段３２によってはんだ槽１３からハンド部材３１を引き上げると、このハンド部材３１の桟部材３４の両端部が第２の受け渡し機構部５４の両爪部材５８の対向端部を下方から上方に押し上げることにより、図５に鎖線で示すように、この桟部材３４の通過空間を開くように両爪部材５８が回動し、桟部材３４が通過した後にばねの復元力によって水平姿勢に戻される。グリップ部材４７は、爪部材５８の上方に設けられているガイド部材６２に沿って両爪部材５８よりも若干高い位置まで桟部材３４を上昇させた後、桟部材３４の把持状態を解除する。これにより、桟部材３４は、水平姿勢に戻された爪部材５８の上にガイド部材６２に沿って落下させられ、その落下による衝撃が付与された状態となり、その衝撃により多孔質金属体２に浸み込んでいたはんだ溶湯Ｓの余剰分が多孔質金属体２から液切れされ、はんだ槽１３内に落とされる。本発明の衝撃付与手段は、この実施形態では、ハンド部材３１の持ち上げ高さとハンド部材３１の重量を調整する事で、自由落下時の衝撃度合いを調整付与する構成である。
【００２７】
このようにしてハンド部材３１を第２の受け渡し機構部５４に受け渡した後、上下スライダ部材４６は上方の待機位置に退避させられ、水平スライダ部材５２が第２の受け渡し機構部５４をはんだ槽１３の側方（図２の左方）に水平に移動させ、その水平移動に伴って、第１の受け渡し機構部５３に載置された新たな多孔質金属体２がはんだ槽１３の上方位置に移動させられる。一方、第２の受け渡し機構部５４は、図２の鎖線で示すはんだ槽１３の側方位置に移動させられた後、ハンド部材３１が取り外され、その後、押し出しシリンダ５５によって後退させられる。取り外したハンド部材３１は、はんだの凝固が完全に完了し後に多孔質金属体２を開放して、新たな多孔質金属体２が保持される。以降、これらの一連の動作が繰り返され、順次、多孔質金属体２がはんだ槽１３に浸漬されて、はんだ含浸シート材１が製造される。
【００２８】
次に、この製造装置を使用して種々の条件ではんだを浸漬させ、ブローホールの発生状況等を観察した。
多孔質金属体としては、材質は純銅発泡体に０．５μで電解Ｎｉメッキ皮膜を形成し、呼び孔径３００μ・試片寸法は厚さ１ｍｍ・幅５０ｍｍ・長さ１００ｍｍの試片を使用し実験を実施した。はんだ溶湯温度を２５０℃に固定し、表１に示すような条件ではんだ含浸シート材を作成し、各試験片の健全性を評価した。評価法は、各試験片の概ね中心部より、約２０ｍｍ角の試験片を採取しその断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡を使用し倍率１００倍でブローホールの長径が２０μ以上のもの全てをカウントした。尚、使用したはんだは千住金属株式会社製の商品名Ｍ７０５（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）の鉛フリーはんだを使用し、フラックスとして同じく千住金属株式会社製の商品名ＥＳ−１０１６スパークルフラックスを使用した。
多孔質金属体を炭化水素系溶剤で脱脂後、前述したフラックスを加圧式のスプレーガンで塗布後１００℃のオーブンで５分加熱し溶剤を飛ばすことと同時に多孔質金属体の予熱を兼ねて加熱し、取り出し後、すぐにハンド部材にセッティングし、本発明の装置にてはんだ含浸を実施し試験片とした。その評価試験結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
この表１からわかる様に、浸漬時間が１〜３秒、振動数１５０〜４００Ｈｚの範囲内では各試験片断面に実用上問題となる様なブローホールの発生は殆ど観察されなかった。これに比較して振動を全く付与しなかった試験片では著しいブローホールの発生が確認された。振動数が６００Ｈｚ以上の場合や超音波振動を付与した試験片では、試験片の変形や部分的な試片の局部溶解が見られた。これは、はんだ浴中で多孔質金属体が軟化したところに強過ぎる振動が付与されたことによるものと推定される。
【００３１】
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、ハンド部材のアームによって多孔質金属体の両側部を保持してハンドリングする構成としたが、多孔質金属体の上端部を把持して吊り下げるなど、他の保持構造としてもよい。また、はんだ槽から引き揚げたハンド部材を受け渡し機構部に受け渡す際に爪部材上に落下させることにより、多孔質金属体に衝撃を付与する構成としたが、静止状態のハンド部材に打撃を加えるなど、他の方法によって衝撃を付与してもよい。その他、移送方法等の細部構成も適宜設計変更可能である。
はんだ材質によっては、滴の発生を抑えたＰｂフリーはんだも開発されており、前述の衝撃付与がなくても良い場合があるが、はんだ含浸シートの外観状態を考慮した場合には実施した方が良いと判断される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るはんだ含浸シート材の製造装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うグリップ部材を省略した矢視図である。
【図３】図１のはんだ槽の部分の拡大図である。
【図４】一実施形態の製造装置に用いられるハンド部材の正面図である。
【図５】図２の第２の受け渡し機構部の詳細を示しており、（ａ）が正面図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図６】多孔質金属体を製作するためのグリーンシート成形装置の模式図である。
【図７】はんだ含浸シート材の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ はんだ含浸シート材
２ 多孔質金属体
２ａ 骨格
２ｂ 空隙
３ はんだ
４ ニッケル被膜
５ グリーンシート成形装置
１１ はんだ含浸シート材製造装置
１３ はんだ槽
１４ ハンドリング手段
１５ 加熱手段
１６，１７ 筒状枠体
１８ 開口部
２１ 噴流手段
３１ ハンド部材
３２ 昇降手段
３３ 移送手段
３４ 桟部材
３５ アーム
４７ グリップ部材
５１ 水平移動機構
５３，５４ 受け渡し機構部
５７，５８ 爪部材
６２ ガイド部材
Ｓ はんだ溶湯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する方法であって、
金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体を形成する工程と、
はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽内に前記多孔質金属体を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態で該多孔質金属体に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体にはんだを含浸させる工程とを有するはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項２】
前記はんだ槽から多孔質金属体を引き上げた後に該多孔質金属体に衝撃を付与することを特徴とする請求項１記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項３】
前記多孔質金属体が浸漬される位置における前記はんだ槽の表面ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態としておくことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項４】
前記多孔質金属体にはんだを含浸させる前に、該多孔質金属体の表面に電解めっきによりニッケル被膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項５】
金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する装置であって、
はんだを溶融状態で貯留する加熱手段を有するはんだ槽と、
前記多孔質金属体を把持するハンド部材と、
該ハンド部材を昇降させて前記多孔質金属体を前記はんだ槽内に浸漬し、引き上げる昇降手段と、
前記ハンド部材を介して前記多孔質金属体に振動を付与する振動付与手段とが備えられたことを特徴とするはんだ含浸シート材の製造装置。
【請求項６】
前記はんだ槽の上方位置で前記昇降手段との間で前記ハンド部材を受け渡すとともに、該ハンド部材を前記はんだ槽の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で移動する移送手段が備えられ、
該移送手段に前記昇降手段から前記ハンド部材が受け渡される際に該ハンド部材に衝撃を付与する衝撃付与手段が設けられていることを特徴とする請求項５記載のはんだ含浸シート材の製造装置。
【請求項７】
前記はんだ槽に、前記多孔質金属体を面方向に挿入可能な偏平な開口部を有する筒状枠体が設けられるとともに、該開口部に向けてはんだ溶湯を下方から流通させて筒状枠体の上端部からオーバーフローさせる噴流手段が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載のはんだ含浸シート材の製造装置。
【請求項１】
金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する方法であって、
金属粉末及び発泡剤を含有してなる発泡性スラリーをシート状に成形して発泡させた後、焼結して多孔質金属体を形成する工程と、
はんだを溶融状態で貯留するはんだ槽内に前記多孔質金属体を１秒〜３秒間浸漬して、その浸漬状態で該多孔質金属体に１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を付与することにより、多孔質金属体にはんだを含浸させる工程とを有するはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項２】
前記はんだ槽から多孔質金属体を引き上げた後に該多孔質金属体に衝撃を付与することを特徴とする請求項１記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項３】
前記多孔質金属体が浸漬される位置における前記はんだ槽の表面ではんだ溶湯をオーバーフローさせた状態としておくことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項４】
前記多孔質金属体にはんだを含浸させる前に、該多孔質金属体の表面に電解めっきによりニッケル被膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のはんだ含浸シート材の製造方法。
【請求項５】
金属焼結体の骨格により三次元網構造をなす板状の多孔質金属体にはんだを含浸させてはんだ含浸シート材を製造する装置であって、
はんだを溶融状態で貯留する加熱手段を有するはんだ槽と、
前記多孔質金属体を把持するハンド部材と、
該ハンド部材を昇降させて前記多孔質金属体を前記はんだ槽内に浸漬し、引き上げる昇降手段と、
前記ハンド部材を介して前記多孔質金属体に振動を付与する振動付与手段とが備えられたことを特徴とするはんだ含浸シート材の製造装置。
【請求項６】
前記はんだ槽の上方位置で前記昇降手段との間で前記ハンド部材を受け渡すとともに、該ハンド部材を前記はんだ槽の上方位置と、該上方位置から退避した側方位置との間で移動する移送手段が備えられ、
該移送手段に前記昇降手段から前記ハンド部材が受け渡される際に該ハンド部材に衝撃を付与する衝撃付与手段が設けられていることを特徴とする請求項５記載のはんだ含浸シート材の製造装置。
【請求項７】
前記はんだ槽に、前記多孔質金属体を面方向に挿入可能な偏平な開口部を有する筒状枠体が設けられるとともに、該開口部に向けてはんだ溶湯を下方から流通させて筒状枠体の上端部からオーバーフローさせる噴流手段が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載のはんだ含浸シート材の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４７７８７（Ｐ２０１０−４７７８７Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０８３３（Ｐ２００８−２１０８３３）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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