JPH06218580A

JPH06218580A - 複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH06218580A
Application number: JP1168593A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kubokawa; 厚志窪川
Original assignee: Tanaka Denshi Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Denshi Kogyo KK
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】所定の金属材からなる二本のテープを圧延ロー
ルで接合して成形する材料本体内に、一定量の金属粉末
を均一に含有せしめることが可能な製造方法を提供す
る。【構成】水平方向へ並設した左右二本の圧延ロール1a,1
b 間に、二枚の金属テープ2a,2b を上方から挿通し、両
テープ2a,2b を相互に接合せしめてテープ状の材料本体
ａを作製する．両金属テープ2a,2b における接合手前箇
所を所定角度に拡開せしめて両金属テープ2a,2b 間に粉
末溜り部５を形成する。粉末溜り部５に金属テープ2a,2
b より高融点の金属材からなる粉末７を供給し、圧延ロ
ール1a,1b の巻込み力によって材料本体ａ内に粉末７を
充填せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパワートランジスタ等に
おける電子部品の接続に用いる接続材料、さらに詳しく
は、半導体チップの基板への固定等に用いる複合材料の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体チップを基板上に固定
する際に用いる接続材料として、テープ状に作製した半
田本体中に、半田よりも高融点の粉末を散在状に混入せ
しめた複合材料が知られている。

【０００３】この複合材料は、適量を基板上に載せた状
態で加熱し溶融させると、前記粉末の各粒子によって溶
融半田の厚み（高さ）を一定に保持し、該半田上にセッ
トする半導体チップを基板上に水平に固着させるもので
ある。この様に、半導体チップを基板上に水平に接続す
ることは、その接続部分において所定の耐熱サイクル性
が保持され、温度変化による半導体チップの剥離や導通
不良を防ぐ点で有用である。

【０００４】また、上述の複合材料の有用性をより向上
させるものとして本出願人は、テープ状の半田本体の断
面中央部分に粉末を充填せしめてなる複合材料を発明
し、先に出願した（特願平４−２８５９６８号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記せる本出願人によ
る先出願の複合材料を製造する場合、従来においては図
10に示すように、垂直方向へ並べた上下二本の圧延ロー
ル101,102 間に、水平方向へ移送可能に配設した上下二
本の半田テープ201,202 を側方から挿通して該両テープ
201,202 を圧延，接合せしめて半田本体300 を作製する
と共に、接合前の下側の半田テープ202 の上面（即ち、
上側の半田テープ201 との接合面）に、手撒き若しくは
フィーダー等を使用して粉末400 を撒布する方法を採用
していた。

【０００６】しかし乍ら、このような従来の製造方法に
おいては、半田テープ202 上に粉末400 を均一に分散さ
せることが難しいばかりか、半田テープ202 の移送に伴
う振動で供給した粉末400 が零れ落ちてしまい、半田本
体300 中に一定量の粉末400を均一に含有せしめる点に
改良の余地を残していた。

【０００７】上記欠点を解決する手段として、粉末400
をアルコール等の液体中に混入せしめてその液体を半田
テープ202 上に塗布することも考えられるが、この場
合、液体が乾燥する前に両テープ201,202 を圧延する
と、その液体が邪魔になってテープ201,202 相互の接合
が不確実になり、また液体が乾燥した後では上記手段同
様、粉末400 が零れ落ちてしまう不具合が生じる。

【０００８】本発明はこのような従来事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、所定の金属
材からなる二本のテープを圧延ロールで接合して成形す
る材料本体内に、一定量の金属粉末を均一に含有せしめ
ることが可能な製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る複合材料の製造方法は、水平方向へ
並設した左右二本の圧延ロール間に、二枚の金属テープ
を上方から挿通し該両テープを相互に接合せしめて材料
本体を作製すると共に、前記両金属テープにおける接合
手前箇所を所定角度に拡開せしめて両金属テープ間に粉
末溜り部を形成し、該粉末溜り部に所望の材料からなる
粉末を供給し圧延ロールの巻込み力によって上記材料本
体内に前記粉末を充填せしめることを特徴とする。

【００１０】また後述の理由から、上記両金属テープの
拡開角度を調節することで粉末の含有率を制御するこ
と、上記粉末溜り部における金属テープの幅方向両側部
分を粉末零れ防止用の壁体で覆うこと等がより効果的で
ある。

【００１１】上記二枚の金属テープは同質な半田材によ
り成形すること、又は、半田材及び半田材の原料となる
金属の中から選択した異質な材料から成形することが考
えられる。半田材としては例えばPbSn系半田，PbAgSn系
半田，Pb系半田，Sn系半田，In系半田，Au系半田等が、
半田材の原料となる金属としては例えばPb，Sn，Ag，I
n，Au等が、夫々挙げられる。

【００１２】また、上記材料本体を二本の第二圧延ロー
ル間に挿通せしめ、且つ、その第二圧延ロールによって
材料本体の外側に金属テープを接合せしめることが有用
である。

【００１３】

【作用】上述の手段によれば、両金属テープにおける接
合手前箇所、即ち、左右二本の圧延ロール直上に所定角
度で拡開する粉末溜り部が形成され、その粉末溜り部に
粉末を供給するをもって同粉末が接合前の金属テープ間
に一定量溜まり、この粉末が垂直方向に係る重力と夫々
の金属テープの移送に伴って両金属テープ間に入り、同
時に両金属テープが圧延，接合されることで、材料本体
内に一定量の粉末を均一に含有した複合材料が得られ
る。

【００１４】上記両金属テープの拡開角度を大きくして
粉末溜り部の容量を比較的大とした場合は、圧延ロール
による粉末の巻き込み力が小さくなってその巻き込み量
が少なくなる結果、粉末含有率が低くなる。また、両金
属テープの拡開角度を小さくして粉末溜り部の容量を比
較的小とした場合は、圧延ロールによる粉末の巻き込み
力が大きくなってその巻き込み量が多くなる結果、粉末
含有率が高くなる。このように両金属テープの拡開角度
を適宜調節して粉末溜り部の容量を調整することで、粉
末含有率を容易に制御することができる。

【００１５】また、金属テープの幅方向両側部分を粉末
零れ防止壁体で覆うことで、粉末溜り部がその側周部分
を前記壁体と金属テープで覆われるホッパー状のものに
なり、その粉末溜り部内に一定量の粉末を供給すれば、
粉末が零れることなく金属テープの幅方向全域にわたっ
て均一に粉末が供給される。

【００１６】また、上記の方法で製造された一次品を、
さらに二本の第二圧延ロール間に挿通せしめ、且つ、こ
の第二圧延ロールによってその一次品の外側に金属テー
プを接合せしめれば、材料本体の厚みが増すと同時に粉
末の含有率が低くなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る製造方法の実施例を図面
を参照して説明する。図１及び２において、1a，1bは水
平方向へ並設した左右二本の圧延ロール、2a，2bは左右
各別に設けたロール3a，3bから繰り出される金属テープ
で、これら金属テープ2a，2bを前記二本の圧延ロール1
a，1b間に上方から挿通する。

【００１８】圧延ロール1a，1bは不図示の駆動源に連繋
して所定の駆動力をもって各々回転駆動するもので、上
記両金属テープ2a，2bを所定の圧延力をもって相互に接
合せしめてテープ状の材料本体ａを作製する。

【００１９】尚、圧延ロール1a，1bの回転駆動はモータ
ー等の駆動源に直接連繋するようにしても良いがこれに
限定されず、例えば図示しないが、各々のロール1a，1b
に対して水平方向に複数の調整ロールを並設し、これら
調整ロールを介して駆動ロールに間接的に連繋せしめて
圧延力を微調節できるようにしても良い。さらに、圧延
ロールの反り防止用ロールを並設する他、周知な範囲内
での変更は任意である。

【００２０】夫々の金属テープ2a，2bにおける接合手前
箇所は、テンションローラ4a，4bによって所定角度に拡
開せしめ、これにより両金属テープ2a，2b間に粉末溜り
部５が形成される。

【００２１】上記粉末溜り部５の上方には例えばフィー
ダー等の周知な粉末供給手段６を設置し、該供給手段６
により粉末溜り部５に一定量の粉末７を連続供給する。
粉末供給手段６における末端吐出口6aの開口幅は、各金
属テープ2a，2bの幅寸法とほぼ同一として、吐出口6aか
ら吐出される粉末７が金属テープ2a，2bの幅方向へ均一
に供給されるようにする。

【００２２】金属テープ2a，2bは同質な半田材により成
形するか、又は、半田材及び半田材の原料となる金属の
中から適宜選択した異質な材料から成形する。半田材と
しては例えばPbSn系半田，PbAgSn系半田，Pb系半田，Sn
系半田，In系半田，Au系半田等が挙げられる。また、半
田材の原料となる金属としては、例えばPb，Sn，Ag，I
n，Au等が挙げられる。

【００２３】金属テープ2a，2bを異質な材料から成形す
る場合について詳述すれば、(a).例えば一方のテープが
PbSn系半田，他方のテープがPb系半田であるような、半
田材中から適宜選択した異質な材料である場合、(b).例
えば一方のテープがPb，他方のテープがSnであるよう
な、半田材の原料となる金属中から適宜選択した異質な
材料である場合、(c).例えば一方のテープがPbSn系半
田，他方のテープがSnであるのような、一方を半田材中
から、他方を半田材の原料となる金属中から適宜選択し
た異質な材料である場合が挙げられる。このように金属
テープ2a，2bを異質な材料から成形することは、作製さ
れた複合材料Ａにおける一面側と他面側の溶融温度を異
なるものにでき、各々の面と被接合物との接合に時間差
を持たせたい場合に有用である。

【００２４】尚、上記の如く、双方のテープ2a，2bを同
質な半田材からなるものとするか、各々のテープ2a，2b
を異質な材料からなるものとするかは、使用目的その他
の各種条件に対応せしめて適宜に選別する。同様に、夫
々の金属テープ2a，2bの厚さを同一とするか異なるもの
とするかも任意である。

【００２５】粉末７は、前述の半田材を用いてなる金属
テープ2a，2bより高融点の金属材料、例えばＣｕ，Ｎ
ｉ，Ｍｏ，Ｗ，セラミック，アルミナ，ガラス，ＢＮ等
からなる粉体で、その粒子7a，7a…表面にＡｕ，Ａｇ，
Ｃｕ，Ｎｉ等の金属膜を形成したりフラックスで表面処
理するなどして金属テープ2a，2bとの馴染みを良くして
おくことが好ましい。

【００２６】而して、上述のような本実施例の製造方法
によれば、両金属テープ2a，2bにおける接合手前箇所、
即ち、左右二本の圧延ロール1a，1bの直上に所定角度で
拡開する粉末溜り部５が形成され、この粉末溜り部５に
粉末７を供給すれば、その粉末７が接合前の金属テープ
2a，2bの接合面間に一定量溜まる。さらにこの粉末７
が、同粉末７に垂直方向に係る重力と、両圧延ロール1
a，1bの回転駆動による夫々の金属テープ2a，2bの移送
とによって両金属テープ2a，2b間に巻き込まれ、同時に
両金属テープ2a，2bが圧延，接合されることで、テープ
状の材料本体ａの断面ほぼ中央部分に一定量の粉末７を
均一に含有した複合材料Ａが得られる（図３参照）。

【００２７】この複合材料Ａは、適量を基板Ｂ上に載せ
た状態で加熱し溶融させると、粉末７の各粒子7a，7a…
によって溶融半田の厚み（高さ）を一定に保持し、該半
田上にセットする半導体チップＣを基板Ｂ上に水平に固
着させることができる（図４参照）。

【００２８】また、金属テープ2a，2bを異質な材料から
成形した場合は、複合材料Ａにおける各々の面と被接合
物との接合に時間差を持たせることが可能になる。例え
ば、テープ2aをPb，テープ2bをSnとした場合は、複合材
料Ａにおけるテープ2a面側（図４における上面側）に対
してテープ2b面側（図４における下面側）の溶融温度が
低くなるので、まずテープ2b面側を基板Ｂに固着し、所
定時間経過後、テープ2a面側をチップＣに固着させる。

【００２９】尚、上述の実施例において、図２（ａ）の
如くテンションローラ4a，4b間の距離を小とすることで
両金属テープ2a，2bの拡開角度を小さくし、これにより
粉末溜り部５の容量を比較的小とすれば、圧延ロール1
a，1bによる粉末７の巻き込み力が大きくなってその巻
き込み量が多くなる結果、複合材料Ａにおける粉末含有
率が高くなる。

【００３０】また図２（ｂ）の如く、テンションローラ
4a，4b間の距離を大とすることで両金属テープ2a，2bの
拡開角度を大きくし、これにより粉末溜り部５の容量を
比較的大とすれば、圧延ロール1a，1bによる粉末７の巻
き込み力が小さくなってその巻き込み量が少なくなる結
果、複合材料Ａにおける粉末含有率が低くなる。

【００３１】図５及び６は前述の実施例における粉末溜
り部５に、金属テープ2a，2bの幅方向両側部分を覆う粉
末零れ防止用の壁体8a，8bを設けた場合を表す。壁体8
a，8bは圧延ロール1a，1bの上部に組み込んだホッパー
８により形成される。尚、ホッパー８以外の構成や金属
テープ2a，2bの材質等に関しては上記説明と同一のた
め、ここでは省略する。

【００３２】ホッパー８は、圧延ロール1a，1bの外周面
に設けた溝1c，1cに下縁部を遊挿する正面略Ｙ形状の零
れ防止壁体8a，8bを、粉末溜り部５上方に位置する断面
略Ｖ状のガイド板8c，8dで連結してなる。

【００３３】而してこの実施例によれば、粉末溜り部５
がその側周部分を零れ防止壁体8a，8bと金属テープ2a，
2bで覆われるようになるので、粉末溜り部５内の粉末７
が零れ落ちることなく、金属テープ2a，2bの幅方向全域
にわたって均一に供給される。

【００３４】尚、この実施例においても、図６（ａ）の
如く両金属テープ2a，2bの拡開角度を小さくして粉末溜
り部５の容量を比較的小とし、粉末含有率を高くするこ
と、及び、図６（ｂ）の如く両金属テープ2a，2bの拡開
角度を大きくして粉末溜り部５の容量を比較的大とし粉
末含有率を低くすることは可能である。上記拡開角度の
調節は、前述の実施例同様にテンションローラ4a，4bの
位置調整によって行うが、例えばホッパー８におけるガ
イド板8c，8d相互の拡開角度を適宜に設定して行うこと
も可能である。

【００３５】図７においては、図１及び２に示す実施例
における圧延ロール1a，1bの下方に第二圧延ロール9a，
9bを設けて、ロール10a,10b から繰り出される金属テー
プ2c，2dを材料本体ａの外側にさらに接合せしめる実施
例を示す。尚、それ以外の構成や金属テープ2a，2bの材
質等に関しては上記説明と同一のため、ここでは省略す
る。

【００３６】第二圧延ロール9a，9bは圧延ロール1a，1b
同様、不図示の駆動源に連繋し所定の駆動力をもって各
々回転駆動するもので、圧延ロール1a，1bによって接合
した金属テープ2a，2bの外側に所定の圧延力をもって金
属テープ2c，2dを接合せしめて厚肉状の材料本体ｂを作
製する。

【００３７】金属テープ2c，2dは前述のテープ2a，2bと
同様、同質な半田材により成形するか、又は、半田材及
び半田材の原料となる金属の中から適宜選択した異質な
材料から成形する。尚、この実施例においても、夫々の
テープ2a，2b、2c，2dを同質材で成形するか、異質な材
料で成形するかは、使用目的その他の各種条件に対応せ
しめて適宜に選別する。同様に、夫々の金属テープ2a，
2b，2c，2dの厚さを同一とするか異なるものとするかも
任意である。

【００３８】而して、この実施例によれば、圧延ロール
1a，1bによって接合された金属テープ2a，2bの外側に金
属テープ2c，2dを接合せしめてなる厚肉状の材料本体ｂ
の断面ほぼ中央部分に、一定量の粉末７を均一に含有し
た複合材料Ａ’が得られる（図８参照）。

【００３９】またこのような方法によれば、まず、金属
テープ2a，2bを接合し且つ粉末７を含有せしめて一次品
ｂ’を成形し、その後、金属テープ2c，2dを接合するを
もって、最終的に作製される複合材料Ａ’の粉末含有率
を金属テープ2c，2dにより適宜に制御することができ
る。例えば図７において金属テープ2a，2b，2c，2dの厚
さを全て同一に設定すれば、前記一次品ｂ’における粉
末含有率が１％であれば、最終的に作製される複合材料
Ａ’の粉末含有率は 0.5％になる。

【００４０】第二圧延ロール9a，9bは図７に示すように
水平方向へ並設するものに限定されず、図９に示す如
く、一次品ｂ’の移送方向をローラ11によって水平方向
へ変換すれば、上下方向へ並設することも可能である。

【００４１】尚、図７，図９に示す実施例においても、
テンションローラ4a，4b間の距離を適宜とし金属テープ
2a，2bの拡開角度を任意に設定して、粉末溜り部５の容
量を所望に調整すれば、複合材料Ａ’における粉末７の
含有率を制御することができる。

【００４２】また図７，図９に示す実施例において、上
述のホッパー８を用いて金属テープ2a，2bの幅方向両側
部分を粉末零れ防止用の壁体8a，8bで覆うことも可能で
ある。

【００４３】また、図面においては便宜上、粉末７，40
0 の各粒子を拡大して表したが、実際の粒子径は極微小
なものであることはいうまでもなく、一例を挙げれば、
供給される金属テープの厚さが１〜３mm、作製された複
合材料の厚さが0.2 〜２mmに対し、粒子径が20μｍ，50
μｍ，100 μｍ程度である。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る複合材料の製造方法は以上
説明したように、二枚の金属テープを垂直方向へ移送し
て相互に接合せしめると共に、その接合手前箇所に所定
角度で拡開する粉末溜り部を形成して、その粉末溜り部
に供給する一定量の粉末を、この粉末に垂直方向に係る
重力と夫々の金属テープの移送によって、両金属テープ
間に均一に含有せしめることができる。

【００４５】従って、水平方向へ移送する金属テープの
上面に手撒きやフィーダー等で直接粉末を撒布する従来
の方法に比べ、一定量の粉末の均一な含有を極めて容易
且つ確実になし得、より信頼性の高い複合材料の提供が
可能になる。また、両金属テープの拡開角度を適宜に設
定して粉末溜り部の容量を調節することで、粉末含有率
を容易に制御することができる。

【００４６】さらに、金属テープの幅方向両側部分を粉
末零れ防止壁体で覆って場合は、粉末溜り部に供給する
粉末の零れを確実に防止しつつ、一定量の粉末の均一な
含有が可能になり、材料の無駄な消費を阻止して製造コ
ストの低減等が期待できる。

【００４７】また、二枚の金属テープを接合し且つ両テ
ープ間に粉末を含有してなる一次品を、二本の第二圧延
ロール間に挿通せしめてその外側にさらに金属テープを
接合せしめることで、粉末含有率を容易に制御できる
等、多くの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法の実施の一例を示す斜視
図。

【図２】図１の正面図で、 (a)は粉末含有率を高くする
場合、 (b)は低くする場合を夫々示す。

【図３】図１，２に示す方法で得られた複合材料の斜視
図。

【図４】図３に示す複合材料の使用方法を表す断面図。

【図５】本発明に係る製造方法の実施の他例を示す斜視
図。

【図６】図５の正面図で、 (a)は粉末含有率を高くする
場合、 (b)は低くする場合を夫々示す。

【図７】本発明に係る製造方法の実施の他例を示す正面
図。

【図８】図７に示す方法で得られた複合材料の断面図。

【図９】図７に示す方法の一部変更例を示す正面図。

【図10】従来の方法を示す斜視図。

【符号の説明】

Ａ，Ａ’：複合材料ａ，ｂ：材料本体 1a，
1b：圧延ロール 2a，2b，2c，2d：金属テープ 4a，4b：テンショ
ンローラ５：粉末溜り部７：粉末８：
ホッパー 8a，8b：粉末零れ防止用の壁体 9a，9b：第二圧延
ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向へ並設した左右二本の圧延ロー
ル間に、二枚の金属テープを上方から挿通し該両テープ
を相互に接合せしめてテープ状の材料本体を作製すると
共に、前記両金属テープにおける接合手前箇所を所定角
度に拡開せしめて両金属テープ間に粉末溜り部を形成
し、該粉末溜り部に所望の材料からなる粉末を供給し圧
延ロールの巻込み力によって上記材料本体内に前記粉末
を充填せしめることを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項２】上記両金属テープにおける接合手前箇所
の拡開角度を調節して粉末の含有率を制御することを特
徴とする請求項１記載の複合材料の製造方法。
【請求項３】上記粉末溜り部における金属テープの幅
方向両側部分を粉末零れ防止用の壁体で覆うことを特徴
とする請求項１又は２記載の複合材料の製造方法。
【請求項４】上記二枚の金属テープが同質の半田材か
らなることを特徴とする請求項１〜３記載の複合材料の
製造方法。
【請求項５】上記二枚の金属テープが半田材及び半田
材の原料となる金属の中から選択した異質な材料からな
ることを特徴とする請求項１〜３記載の複合材料の製造
方法。
【請求項６】上記材料本体を二本の第二圧延ロール間
に挿通せしめ、且つ、その第二圧延ロールによって材料
本体の外側に金属テープを接合せしめることを特徴とす
る請求項１〜５記載の複合材料の製造方法。