JPH0645070B2 - クラツド板の製造方法 - Google Patents

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
るクラッ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、クラッド材料幅
方向の内部歪が均一で、エッチング，打抜後の変形が防
止され、品質および密着性良好に、被着材料を高能率に
クラッドできる製造方法に関する。

背景技術 電子部品用クラッド材料として、 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層ストライプクラッド板、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ッド板、 あるいはさらに、積層基板に被着材料を圧着した多層ク
ラッド板が利用されている。

例えば、Agストライプ状クラッド材料の製造には、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のち、さらに冷間圧接すべき
表面部分にバフ研摩を施して清浄化し、この基板上に１
条あるいは所要パターンで、中間層としてCu，Niを介在
させて、複数条のAg条を重ね合せて冷間圧接し、圧接後
あるいは少なくとも１回の冷間圧延を行なった後、800
℃以下で拡散焼なまし処理して、中間層を介在させたAg
条と金属基板との接合を完全にし、さらに、クラッド材
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ッドするこ
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ッジ部の残留歪を除去するため、
800℃以下で熱処理したり、800℃以下で加熱してクラッ
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、ワイヤバフ研摩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、
研摩によっ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、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ッド板の場合は、特に、割れが冷間
圧接または後続の冷間圧延時に金属微粉を生成して、前
記金属微粉がクラッド板に付着する原因となり、クラッ
ド板表面の品質を劣化させる等の問題があった。

さらに、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Ag，Ag
合金面等の疵や表面品質の低下あるいは、基板材に被着
材料のAgをクラッドし、熱処理すると、接合界面での酸
化が進行し、密着性が劣化する問題があった。

発明の目的 この発明は、従来のクラッド法において、被着材料のA
g，Ag合金が熱処理時の接合界面での酸化により、密着
性が低下するのを防止すること、さらに、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
止とすぐれたクラッド板表面品質が得られるとともに、
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クラッ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、クラッド材料の製造方法において、接合界
面での酸化に伴なう密着性の劣化防止を目的に種々検討
し、かつ基板表面の清浄化とクラッ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、以下の知見を得てこの発明を完成した。

すなわち、走行中の基板表面の被着予定表面に、１条の
レーザービームを、ジグザグ状，蛇行あるいは縞状に照
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
記照射面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、10μｍ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、Ni，Cuの
中間層及び被着材の冷間圧接時に、基板表面の硬化層に
内部のすべり変形によって表面に微細な亀裂を生じさせ
ることにより、内部の新生面を露出させて基板と中間層
及び被着材料との密着強度を著しく向上させることがで
き、従来のワイヤバフ等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ッド材表面の膨れがなくな
り、打抜き後の変形がないクラッ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、 金属または合金の単板あるいは積層状基板表面の少なく
とも片面に、レーザービームを照射して照射層を形成
し、 前記照射層を含む圧接予定表面に、CuまたはCu合金ある
いはNiの中間層材料を冷間圧接した後、 前記中間層表面の所要箇所を、レーザービームを照射し
て照射層を形成し、 該照射面に、Ag，Agろうの被着材料を冷間圧接すること
を特徴とするクラッド板の製造方法である。

さらに詳述すれば、平滑な平面を有する金属あるいは合
金基板、例えば、42％Ni−Fe合金やコバール合金の少な
くとも片面に、レーザービームを、直線状，ジグザグ
状，蛇行あるいは縞状に照射し、該照射に照射により生
成した基板の照射層を含む圧接予定表面に、Ni，Cu等の
中間層を圧下率25％〜70％で冷間圧接後、前記中間層表
面にレーザービームを照射して、形成した照射層を含む
圧接予定表面に、Ag，Agろう条を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
前記中間層及びAg，Ag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、クラッド材料内部の
歪が均一化され、後続での打抜きやエッチング加工での
製品に変形や歪が発生しなくなる。

この発明の製造方法によって、基板表面の高清浄化とク
ラッド板のAg，Agろうの被着材表面の品質改善ならびに
密着強度向上が得られる。

発明の好ましい実施態様 この発明において、レーザービームの照射方法は、Ni，
Cuの中間層材料及びAg，Agろうの被着材料の被着予定表
面に、スポット状のビームをミラーを用いて２次元的に
走行、あるいはレンズ，ミラーを用いて、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
射した基板あるいは中間層材料の照射層の表面状態は、
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中間層あるいは被着材料を冷間
圧接すると、前述の如く、照射部分において、中間層材
料と基板材料及び中間層材料と被着材料が強固に接着
し、非照射部分も表面が清浄化されるため、被着材料お
よび中間層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Ag，Agろう材の
種類や組み合せは、任意でクラッ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10μ
ｍ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、スポッ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たり、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、レーザー発振器から発振され
て、コリメータ，レンズにより集光し、光ファイバーに
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（Be 1.1％以下，Ti 1.0％以下，Cr 1.6％以
下，Fe 6.0％以下，Ni 15.0％以下，Zn 43％以下，B 0.
5％以下，Si 6.0％以下，Pb 0.08％以下，P 0.5以下，T
e 0.6％以下，Mg 0.6％以下，Zr 0.7％以下，Mn 7％以
下，Co 2％以下，Ag 1.5％以下，Cd 1.3％以下，Al 12
％以下，Sn 12％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。

この発明において、金属または合金の基板は、単板でも
よく、また、導電性，耐食性，強度向上のため、例え
ば、前記Cu合金と42％Ni−Fe合金、あるいは前記Cu合金
とコバール合金の積層板を用いることもできる。

なお、前記積層基板は、レーザービームを使用して、表
面清浄後に圧接してもよく、従来のワイヤブラッシング
により表面清浄後に圧接してもよい。

また、ストライプドクラッド板の場合は、多条のビーム
照射による被着材の圧接を行なったのち、スリットして
製造するのもよい。

また、中間層材料として、Ni，Cuが好ましく、被着材料
として、Ag板，Agろう板が好ましい。

また、この発明によるクラッド板として、全面クラッド
板の場合、その板厚は、0.05〜5.0mmが好ましく、スト
ライプ状クラッド板の場合、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ッ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
に中間層を介してAg板を１条、ストライプ状に冷間圧接
する例を説明する。

42％Ni−Fe合金板(1)コイルは、アンコイリングされて
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
するための照射ボックス(3)が配置され、照射ボックス
(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
成であり、この照射ボックス(3)と圧接ロール(2)からな
る１組を進行方向に２組配置される。

レーザービームは、例えば、ＹＡＧレーザーのレーザー
発振器(4)から発振されてコリメーター(5)，ガルバニッ
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、ガルバニックミラー(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。

まず、Ni，Cu等の中間層材８が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。

また、圧接された中間層材(8)は、その表面がジグザグ
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。

さらに、Ag板(9)はアンコイリングされたのち、中間層
材(8)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中間層材８の照射面上に圧接され
る。

この際、照射面の溶融凝固層が内部のすべり変形の影響
により表面に微細な亀裂を生じ、内部の新生面が露出し
てAg板(9)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、中間層材(8)を介して圧接
した合金板(1)とAg板(9)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、クラッド後の工程
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、合金板上に中間層材を介して１条の被着材
料を冷間圧接した例を説明したが、合金板全面であって
も、また、複数条であっ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、片面のみならず、他面にも圧着した両面クラッド
板についても同様に製造できる。

従って、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1.00mm、板幅25mmの42％Ni−Fe合金板、 中間層材には 板厚0.08mm、板幅5.5mm、純度99.9％のNi板を使用し
た。

被着材料には、 板厚0.08mm、板幅5.5mm、純度99.7％のAg板を使用し
た。

また、照射ボックス内雰囲気ガスはArガス、基板移動速
度は80cm/sであった。

レーザー照射装置には、出力500Ｗ連続発振レーザー、
または、50Ｗ出力，10kHzＱスイッチレーザーを用い、
上述した第１図のこの発明による方法で、 レンズ焦点間距離100mm、 波長が1.06μｍ、 レーザーパワー密度500kW／mm²の条件で、基板幅方向中
央部に、 幅5.5mmで、ビーム照射幅5.5mm、ピッチ幅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、中間層材のNi板
を圧接ロールにて、圧延率17％で冷間圧接した。

さらに、基板上に圧着したNi中間層表面に、前述の照射
条件と同条件で、レーザービーム照射して、ジグザグ状
の照射面を形成し、同照射面に、被着材料のAg板を圧接
ロールにて、圧延率70％で冷間圧接した。

その後、１回の冷間圧延を施して、板厚0.25mm，板幅25
mm寸法からなるこの発明によるストライプ状クラッド板
を得た。なお、全圧延率は75％であった。

また、比較のため、同種の金属基板と中間層材及び被着
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のワイヤーバフ研摩条件で、従来の
機械的研摩を施したのち、中間層材のNi板を冷間圧接
し、さらに、同条件でワイヤーバフ研摩した中間層材表
面に、Ag板を冷間圧接し、同一寸法のストライプ状クラ
ッド板を得た。

得られた２種のクラッド板の寸法，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、従来
法より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ッド板が得られることが分
る。

さらに、本発明におけるレーザービーム照射後の中間層
材の圧接前表層から内部にかけての硬さの状況及び比較
例のワイヤーバフ研摩後の中間層材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、ワイヤーバフ研摩後の中間
層材表層は約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。

ワイヤーバフ研摩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、この溶融凝固層には硬化が認められ、硬化層は圧
接時、内部のすべり変形の影響により表面に微細な亀裂
を生じ、その亀裂に現われる新生面は、比較例の場合よ
り、小さい圧延率でより多くの圧接面積を占め、かつ均
一に分布し、被着材がよく密着することは、圧接後の密
着性試験として加熱処理を施すと、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ッ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及び中間槽材の上面図であ
る。第３図はこの発明によるクラッド板の中間層材の深
さとビッ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…照射ボックス、４…
レーザー発振器、５…コリメータ、６…ガルバニックミ
ラー、７…ｆθレンズ、８…Ni板、９…Ag板、ａ…照射
部分、ｂ…非照射部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属または合金の単板あるいは積層状基板
   表面の少なくとも片面に、レーザービームを照射して照
   射層を形成し、 前記照射層を含む圧接予定表面に、CuまたはCu合金ある
   いはNiの中間層材料を冷間圧接した後、 前記中間層表面の所要箇所を、レーザービームにて照射
   して照射層を形成し、 該照射層を含む圧接予定表面に、Ag,Agろう材の被着材
   料を冷間圧接することを特徴とするクラッド板の製造方
   法。