JPH0257475B2

JPH0257475B2 -

Info

Publication number: JPH0257475B2
Application number: JP61107175A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawakami; Toshiaki Fujita; Yasuyuki Nakamura; Akio Hashimoto
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-05-10
Filing date: 1986-05-10
Publication date: 1990-12-05
Also published as: JPS62263879A

Description

【発明の詳細な説明】

利用産業分野この発明は、金属または合金基板上に、被着材
料を冷間圧接法にて、全面あるいは所要箇所に局
部的に、圧着する電子部品用クラツド板の製造方
法に係り、冷間圧接後の拡散焼なまし処理及び歪
取り焼鈍を必要とせず、クラツド材料幅方向の内
部歪が均一で、エツチング、打抜後の変形が防止
され、品質および密着性良好に、１層または多層
の被着材料を高能率にクラツドできる製造方法に
関する。背景技術電子部品用クラツド材料として、 Fe−Ni系封着材料（40〜55％Ni−Fe）−Al板、（基板−被着材料、以下同配列） Fe−Ni系封着材料（40〜55％Ni−Fe）−Agろ
う板、 Fe−Ni系封着材料（40〜55％Ni−Fe）−Ag
板、コバール合金板（25〜50％Ni−10〜20％Co−
Fe）−Agろう板、等からなる２層ストライプクラツド板、または
Fe−Ni系封着材料（40〜55％Ni−Fe）−Al板、
コバール合金板（25〜50％Ni−10〜20％Co−
Fe）−Agろう板、等からなる全面クラツド板が
利用されている。例えば、Alストライプ状電子部品クラツド材
料の製造には、42％Ni−Fe合金の金属基板帯を
還元雰囲気中で焼鈍し、基板表面の清浄化処理を
施した後、さらに冷間圧接すべき表面部分にワイ
ヤーブラツシングを施して清浄化し、１条あるい
は所要パターンの複数条のAl条をこの基板上に
重ね合せて圧延ロールにより冷間圧接し、圧接後
あるいは少なくとも１回の冷間圧延を行なつた
後、600℃以下で拡散焼なまし処理して、Al条と
金属基板との接合を完全にし、さらにクラツド材
料の寸法、形状を調整するため、少なくとも１回
の冷間圧延を行ない、さらに、ストライプ状にク
ラツドすることによる基板幅方向に不均一に残留
した内部応力歪あるいは打抜き加工後のエツジ部
の残留歪を除去するため、550℃以下で熱処理し
たり、550℃以下で加熱してクラツド条に張力を
付与し、伸びを付加して矯正する製造方法が、一
般に採用されている。しかし、基板表面に１条または複数条の被着材
を設ける所謂ストライプ状クラツド板の場合は、
ワイヤーブラツシング等の機械的研摩では、所要
圧接予定表面以外の基板表面、例えば全表面まで
研摩され、研摩によつて研摩表面に割れの発生や
鱗片状金属粉の発生付着及び異物が残存する恐れ
があり、被着材の圧接の際に圧接面に金属粉、該
異物あるいは気体の巻き込みが起り、被着材表面
の膨れを生じる問題がある。また、クラツド板表面の品質を劣化させる等の
問題を有するほか、従来の製造方法では、多大の
工程や熱処理を要し、製造コストの上昇、並びに
拡散焼なまし時の被着材料等の疵や表面品質の低
下が問題となつていた。また、クラツド板の製造において、冷間圧接前
に圧接面にレーザービームを照射する方法が提案
（特開昭52−60256号公報、特開昭56−114590号公
報）されている。前者公報方法は、移動中の金属板の少なくとも
一方を他方に向けて、Ｖ形部を形成して、該Ｖ形
部の接触部分（溶接される部分）に集光するよう
に、レーザービームを照射して溶接するため、レ
ーザービームのＶ形接触部分に集光させるための
調整が極めて面倒であり、また、移動する金属板
は振動しながら移送されるため、レーザービーム
の焦点を常に溶接位置に安定されることは容易で
ない。また、後者公報方法は、溶接すべき２枚の金属
板の溶接部に焦点を結ばない（集束状態にない）
エネルギービームを用いるため、２枚の金属板の
対向面の直接加熱に有効に利用され、反射による
散逸などがないため、極めて効率的な溶接法では
ある。しかし、前記両方法はいずれもエネルギービー
ム（レーザービーム）を溶接対象物の加熱溶着の
ための熱源として使用されるため、溶融による合
金層の形成は避けられず、合金層の形成が問題と
なる電子部品用クラツド板では加熱溶着による方
法では製造困難であり、また加熱溶着法では溶融
合金層厚が100μm程度であるため、板厚が100μm
以下の被着材料や基板を使用する電子部品用クラ
ツド板の製造には適用できない。発明の目的この発明は、従来のクラツド法において、金属
板表面の清浄化に起因する問題点を解消し、被着
材表面の膨れ防止とすぐれたクラツド板表面品質
が得られるとともに、従来、不可欠であつた冷間
圧接後の拡散焼なまし処理工程を省略でき、冷間
圧接工程のみで完全な接合が可能で、さらに、機
械特性調整のため、軟化焼鈍を必要により施して
もよいが、歪取り焼鈍することなく、金属基板幅
方向の内部応力を均一にでき、打抜き加工後の変
形を防止できる電子部品用クラツド板の製造方法
を目的としている。発明の構成と効果この発明は、電子部品用クラツド材料の製造方
法において、冷間圧接後の拡散焼なまし処理工程
を省略できる製造方法を目的に種々検討し、かつ
基板表面の清浄化とクラツド板の被着材表面の品
質改善並びに被着強度の向上を目的に種々検討し
た結果、走行中の基板表面の被着予定表面を非酸
化性雰囲気中で、加熱装置にて予備加熱した後、
基板表面の被着予定表面に、全面均一なレーザー
ビームの照射を行ない、接合不良となる異物、油
脂、水分に吸収され易い波長のレーザービームを
照射することにより、表面に付着している異物、
油脂、水分がレーザー光を吸収してガス化し、除
去されるため、清浄な表面が得られ、前記表面に
被着材料を圧接すると表面が清浄なために容易に
原子間結合が起り、実用上、差支えない範囲の充
分な接着強度が得られることを知見した。さらに、異物等だけでなく、基板にも吸収され
易い波長、すなわち波長5μm以下のレーザービー
ムを用いれば、2μm以下、望ましくはサブミクロ
ンオーダーの極表面層を、溶融凝固させて硬化層
を形成し、被着材の冷間圧接時に、基板表面の硬
化層表面にすべり変形等により微細なマイクロク
ラツクを形成し、新生面の露出により、基板と被
着材料との密着強度を著しく向上させることがで
き、従来の機械的研摩にともなう表面の割れ、金
属粉、残留異物の発生、付着を防止でき、気体の
巻き込みが発生せずにクラツド材表面の膨れがな
くなり、従来の拡散焼なまし処理が不要になるこ
とを知見した。さらに、この圧接方法を製品形状、寸法精度等
の厳しいリードフレーム用のクラツド材への適用
を種々検討した結果、金属基板の一主面に凹部溝
を形成し、凹部溝を含んであるいは凹部溝形成主
面とは反対側他主面の凹部溝位置を含む金属基板
表面に、レーザービームを照射し、該照射により
形成した基板の照射層表面に、被着材料を冷間圧
接すると、基板幅方向の内部応力が均一化され、
特に、被着材料がAlの場合、前記の拡散焼なま
し処理工程及び残留歪取り焼鈍工程が不要とな
り、冷間圧接のまま、あるいは冷間圧接後の冷間
圧延のみで、打抜き後の変形がない電子部品用ク
ラツド板が得られることを知見し、この発明を完
成したものである。すなわち、この発明は、金属または合金の基板表面の１主面に、少なく
とも１状の凹部溝を形成し、そのままもしくは基
板を非酸化性または還元性雰囲気中で焼鈍後、前
記凹部溝を含んであるいは凹部溝形成主面とは反
対側他主面の凹部溝位置を含む基板表面に、必要
に応じて、予備加熱した後、レーザービームを照
射し、該照射により形成した基板の照射層表面
に、被着材料を冷間圧接することを特徴とする電
子部品用クラツド板の製造方法である。さらに詳述すれば、この発明は、平滑な２主面を有する金属基板、例えば、42％
Ni−Fe合金やコバール合金の１主面に、所要パ
ターンにクラツドするAlあるいはAl合金条の断
面積に等しい凹部溝を同様配置パターンで、冷間
圧延により形成し、この凹部溝形成による内部の残留歪を除去する
ため、非酸化性もしくは還元性雰囲気にて、 850℃〜1050℃にて焼鈍したのち、前記凹部溝を含んであるいは凹部溝形成のない
側の反対主面の凹部溝位置を含む基板表面に、レ
ーザービームを照射し、該照射面に溶融凝固硬化
層を生成させ、かかる表面硬化層上に、Al、Al合金条を 25％〜70％の圧下率で冷間圧接すると、該硬化
層に亀裂を生じ、この亀裂内にAl、Al合金条が、
冷間圧接時に押込まれた状態となり、圧接が完全
となり、従来不可欠とされていた接合を安定化させるた
めの拡散焼なまし処理は不要となり、クラツド材
料内部の歪が均一化され、後続での打抜きやエツ
チング加工での製品に変形や歪が発生せず、歪取
り焼鈍処理の必要がなくなる。また、この発明において、溝形成し、非酸化性
もしくは還元性雰囲気にて焼鈍した金属または合
金基板の凹部溝を含んであるいは凹部溝形成主面
とは反対側多面の凹部溝相当位置を含む基板表面
に、レーザービームを照射するが、照射前に予備
加熱することにより、クラツド板を高能率で製造
することができる。また、凹部溝を多条形成し、前記の照射処理を
行ない、多条の被着材料を圧接後、所要幅にスリ
ツトして製造するのもよい。発明の好ましい実施態様この発明において、予備加熱は、Ar、N₂ガス
等の非酸化性雰囲気中もしくはH₂ガス等の還元
性雰囲気中で、例えば、光ビーム、YAGレーザ
ー、CO₂レーザー、高周波等の加熱装置にて、
200℃〜1000℃に予備加熱するのが好ましい。加熱温度が200℃未満では、表面の清浄化の点
で好ましくなく、また、1000℃を越えると、極表
面酸化や基板の変形の点で好ましくなく、予備加
熱温度は200℃〜1000℃が好ましい。この発明において、レーザービームの照射方法
は、被着材料の被着予定表面にスポツト状のビー
ムをミラーを用いて２次元的に走行、あるいはミ
ラー、レンズを用いて、ビームを拡げて板幅方向
に一括照射を行ない、被着予定表面の全面に均一
に照射するか、あるいは被着予定表面上にビーム
をジグザグ走行、蛇行させたり、縞状に部分照射
するものである。また、この発明において、レーザービームを部
分的に照射した被着材料の表面状態は、前記の如
く、照射表面の清浄化と極表面層の溶融凝固によ
る硬化層を形成し、非照射部分も周囲の照射部分
の熱影響により、表面が清浄化されている。この
ため、レーザービームの照射部分に被着材料を冷
間圧接すると、前述の如く、照射部分において、
被着材料と基板材料が強固に接着し、非照射部分
も表面が清浄化されるため、被着材料と基板材料
との密着性が向上して充分な接着強度が得られ
る。この発明において、基板及び被着材料の種類や
組み合せは、任意でクラツドできる組み合せであ
ればよく、また、レーザービームの照射は、表面
の付着物、油脂、水分の除去ができればよく、好
ましくは2μm以下の極表面層の溶融凝固が可能で
あれば、いかなる方法でもよく、例えば、スポツ
ト状にビームを集光させて基板表面の直交方向に
照射し、基板とレーザービームとを基板の長手方
向に同方向あるいは逆方向に移動させたり、さら
には、レーザービームを基板幅方向に振幅させな
がら基板長手方向に移動させるなどの方法が採用
できる。また、レーザービームは、レーザ発振器から発
振されて、コリメータ、レンズにより集光し、光
フアイバーにて所要位置に導いて照射する方法も
採用できる。この発明において、レーザービームの照射条件
として、ビームのパワー密度は、100kW／mm²〜
1500kW／mm²の範囲が好ましく、さらに好ましく
は、300kW／mm²〜900kW／mm²である。レーザービームのパワー密度が100kW／mm²未
満では、圧接に対する表面清浄化効果がなく、ま
た、1500kW／mm²を越えると、表面の凹凸が激し
くなり、パワー密度の上昇に伴ない基板に孔が生
成し好ましくない。また、レーザー波長は、5μm以下であれば有効
であるが、2μmを越えると基板への吸収効果が低
下するため、2μm以下の波長を用いることが望ま
しい。この発明における金属または合金基板は、Fe
−Ni系封着材料（40〜55％Ni−Fe）、コバール
合金板（25〜50％Ni−10〜20％Co−Fe）、Cu合
金板（Be1.1％以下、Ti1.0％以下、Cr1.6％以下、
Fe6.0％以下、Ni15.0％以下、Zn43％以下、B0.5
％以下、Si6.0％以下、Pb0.08％以下、P0.5以下、
Te0.6％以下、Mg0.6％以下、Zr0.7％以下、Mn7
％以下、Co2％以下、Ag1.5％以下、Cd1.3％以
下、Al12％以下、Sn12％以下の少なくとも１種
を含有し、但し、添加元素を２種以上含有する場
合、その総量は45％以下、残部Cuからなる）が
好ましい。また、被着材料として、Al、Al合金板、Ag
板、Agろう板、黄銅ろう板、はんだ板が好まし
い。また、この発明による電子部品用クラツド板と
して、全面クラツド板の場合、その板厚は、0.05
〜1.0mmが好ましく、ストライプ状クラツド板の
場合、その板厚は、0.05〜1.0mmが好ましく、目
的用途に応じて板厚を適宜選定するとよい。発明の図面に基づく開示第１図はこの発明によるクラツド法を示す基板
の斜視説明図である。ここでは、42％Ni−Fe合
金板の幅方向中央にAgろう板を１条、ストライ
ブ状に冷間圧接する例を説明する。 42％NiFe合金板１コイルは、アンコイリング
され、続いて凹部溝成形ロール９にて、下面に凹
部溝を形成し、さらに、H2雰囲気の焼鈍炉１０
にて焼鈍した後、冷間圧接ロール２へ進行する。圧接ロール２後方には、通過する合金板１の上
面にレーザービームを照射するための照射ボツク
ス３が配置され、照射ボツクス３は合金板１全体
を包囲し、内部にArガスを通気してあり、Arガ
ス雰囲気中でレーザービームを照射できる構成で
ある。レーザービームは、例えば、YAGレーザ−の
レーザー発振器４から発振されてコリメーター
５、ガルバニツクミラー６を介して、fθレンズ７
により集光し焦点を結んだのち、焦点より所要距
離、離間した位置で、合金板１の幅方向中央位置
の所要幅部分を照射できるよう、fθレンズ７位置
が調整される。なお、この発明に使用されるレーザービーム発
生装置は、ガルバニツクミラー６に代えて、多面
体ミラーもしくはセグメントミラーを用いること
により、レーザー走査速度を速くすることがで
き、また、シリンドリカルレンズを用いて、板幅
方向を一括して照射することにより、加工速度の
向上を図ることができる。合金板１は幅方向中央位置の所要幅部分、ここ
では、凹部溝とは反対側の上面の凹部溝相当位置
を、ジグザグ状あるいは縞状に、レーザービーム
照射されて、極表面層が溶融凝固し、表面の付着
物、油脂、水分が除去された新生面となる。一方、Agろう板８はアンコイリングされたの
ち、合金板１上方より圧接ロール２へ送給され、
前記のレーザービーム照射による照射面上に圧接
される。この際、圧接により照射面の溶融凝固層表面に
すべり変形等によりマイクロクラツクが発生し、
内部の新生面が露出してAgろう板８が圧接され
るため、従来の機械的研摩表面に比較して、清浄
度がすぐれ、合金板１とAgろう板８との密着強
度が向上し、従来法より圧延率を小さくでき、軟
質製品を高効率で得ることができる。例えば、リードフレーム材料の場合、クラツド
後の工程で、打抜き加工及び折曲げ加工が容易に
なり、材料のリード強度、品質の向上に極めて有
利である。第１図では、合金板上に１条の被着材料を冷間
圧接した例を説明したが、合金板全面であつて
も、また、複数条であつても同様に製造でき、す
ぐれた密着強度と製品性状を得ることができる。また、一主面みならず、他主面に圧接した両面
クラツド板についても同様に製造できる。従つて、基板となる材料の材質や寸法、さらに
被着材料の材質寸法等により、レーザービームの
発振方法や照射出力、fθレンズによる焦点と照射
表面までの距離、被照射側の移動速度などを適宜
選定する必要がある。実施例実施例１金属基板には、板厚１mm、板幅25mmの42Ni−
Fe合金板、被着材料には、板厚0.03mm、板幅3.0
mm、85Ag−Cu系ろう板を使用した。該金属基板の一方主面の中央部に、0.3mm深さ
×3.0mm幅の１条の溝を、冷間圧延により成形し
た。ついで、該金属基板帯を水素中にて1000℃、
30秒の条件で焼鈍した。その後、前記凹部溝形成主面の凹部溝に、レー
ザービームを照射した。その時の照射条件は以下
のとおりである。照射ボツクス内雰囲気ガス、Arガス、基板移
動速度10m／minであつた。レーザー照射装置には、波長1μm、出力100W
の10kHzＱスイツチYAGレーザーを用い、レン
ズ焦点間距離100mmの条件で、上述した第１図の
この発明による方法で、表面の溝底部に、幅3.0
mmで、ビーム照射幅３mm、ピツチ幅0.5mmで、基
板長手方向に連続して、レーザービームによるジ
グザグ状の照射面を形成し、第２図に示す如く、
照射部分ａと非照射部分ｂとを形成し、同照射面
に、前記Agろう板を圧接ロールにて、圧延率60
％で冷間圧接した。その後、１回の冷間圧延を施して、板厚0.25
mm、板幅25mm寸法からなるこの発明によるストラ
イプ状クラツド板を得た。なお、全圧延率は75％
であつた。また、比較のため、同種の金属基板と被着材料
を用い、基板表面に、0.1mmφワイヤー回転ブラ
シ、移動速度22m／ｓのワイヤーブラツシング条
件で、従来の機械的研摩を施したのち、Agろう
板を冷間圧接し、同一寸法のストライプ状クラツ
ド板を得た。得られた２種のクラツド板の寸法、外観性状及
び機械的性質を調べ、その結果を第１表に示す。第１表から明らかなように、本発明方法による
と、軟質製品を得ることができ、かつ外観性状が
すぐれ、すこぶる品質のよいクラツド板が得られ
ることが分る。

【表】

【表】実施例２金属基板に、板厚0.5mm、板幅23mmの42％Ni−
Fe合金板を用い、該金属基板の１主面の中央部
に、幅5.5mm、深さ0.1mmの１状の溝を成形し、
1000℃、30秒の焼鈍後、前記凹部溝成形主面とは
反対側主面の該溝相当位置を、N₂ガス雰囲気中
で光ビームにて400℃に予備加熱した。さらに、波長1μm、出力100WのＱスイツチパ
ルスレーザーを用いて、実施例１と同一のレーザ
ービーム照射条件で、第２図に示す如く、金属基
板上にレーザービームをジグザグ状に照射し、照
射部分ａと非照射部分ｂとを形成し、被着材料で
あるAlの冷間圧接を施したのち、１回の冷間圧
延を施して、板厚0.25mm、板幅23mm寸法からなる
この発明によるストライプ状クラツド板を得た。
なお、全圧延率は50％であつた。さらに、本発明におけるレーザービーム照射後
の基板の圧接前表層から内部にかけての硬さの状
況及び比較例のワイヤーブラツシング後の基板表
層から内部にかけての硬さの状況を測定し、第３
図にその結果を示す。第３図から明らかなように、ワイヤーブラツシ
ング後の表層は約10μmの厚さにわたり、硬化し
ており、硬化層は内部より変形能力が劣るため、
圧接時の変形により割れを生じ、その割れに現わ
れる新生面に被着材がよく密着する。このこと
は、圧接後の密着性試験として加熱処理を施す
と、この亀裂が拡散の起点となることから理解さ
れる。ワイヤーブラツシングで生じる上記の態様は、
圧接前の表面処理として有効であるが、その反
面、付着物、油脂、水分を減少させ、圧接に必要
な清浄面を得るまでかかる処理を行なうと、研摩
面は著しく粗面となり、鱗片状金属粉の発生付着
及び圧接面への気体の巻き込む障害を残す恐れが
あり、また、かかる研摩を、基板上の細いストラ
イプ状の被着予定部分に、限定して施すことは困
難である。これに対して、この発明によるレーザービーム
照射では、実施例の如く、ストライプ状の所要部
分に施すことが可能であり、照射条件の選定によ
り、粗面が生じることなく、付着物、油脂、水分
が除去され、溶融凝固層の厚さをコントロールで
きる。また、この溶融凝固層は圧接時にマイクロクラ
ツクの発生により、比較例の場合より新生面が均
一且つ密に分布しているため、被着材がよく密着
することは加熱処理を施すと、拡散が均一に進行
することからも確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるクラツド法を示す基板
及び装置の斜視説明図である。第２図は実施例に
おけるレーザービームの照射方法を示す基板の上
面図である。第３図はこの発明によるクラツド板
の基板深さとビツカース硬さとの関係を示すグラ
フである。１…合金板、２…圧接ロール、３…照射ボツク
ス、４…レーザー発振器、５…コリメータ、６…
ガルバニツクミラー、７…fθレンズ、８…Agろ
う板、９…凹部溝成形ロール、１０…焼鈍炉、ａ
…照射部分、ｂ…非照射部分。

Claims

【特許請求の範囲】１金属または合金の基板表面の１主面に、少な
くとも１状の凹部溝を形成し、そのままもしくは
基板を非酸化性または還元性雰囲気中で焼鈍後、
前記凹部溝を含んであるいは凹部溝形成主面とは
反対側他主面の凹部溝位置を含む基板表面に、レ
ーザービームを照射し、該照射により形成した基
板の照射層表面に、被着材料を冷間圧接すること
を特徴とする電子部品用クラツド板の製造方法。２金属または合金の基板表面の１主面に、少な
くとも１状の凹部溝を形成し、そのままもしくは
基板を非酸化性または還元性雰囲気中で焼鈍後、
前記凹部溝を含んであるいは凹部溝形成主面とは
反対側他主面の凹部溝位置を含む基板表面を予備
加熱した後、該基板表面にレーザービームを照射
し、該照射により形成した基板の照射層表面に、
被着材料を冷間圧接することを特徴とする電子部
品用クラツド板の製造方法。