JPS63141733A

JPS63141733A - クラツド板

Info

Publication number: JPS63141733A
Application number: JP61289563A
Authority: JP
Inventors: 誠川上; 敏明藤田; 恭之中村; 彰夫橋本
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1986-12-04
Publication date: 1988-06-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
間圧接法にて長手方向に不連続的に、例えば、一定間隔
で島状や縞状に圧着してなる、所謂アイランド状クラッ
ド板に係り、冷間圧接後の拡散焼なまし処理を必要とせ
ず、品質および密着性良好に、被着材料を高能率にクラ
ッドしてなるアイランド状クラッド板に関する。

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％Ｎ１−Ｆｅ）−Ａ
ｌ板、（基板−被着材料、以下同配列）Ｆｅ−Ｎｉ系封着材料（４０〜５５％Ｎ１−Ｆｅ）−Ａ
ｕ板、Ｆｅ−Ｎｉ系封着材料（４０〜５５％Ｎ１−Ｆｅ
）−Ｃｕ板、Ｆｅ−Ｎｉ系封着材料（４０〜５５％Ｎ１
−Ｆｅ）−Ｃｕ合金板、Ｆｅ−Ｎｉ系封着材料（４０〜
５５％Ｎ１−Ｆｅ）　　Ａｇろう板、Ｆｅ−Ｎｉ系封着
材料（４０〜５５％Ｎ１−Ｆｅ）　　Ａｇ板、コバール
合金板（２５〜５０％Ｎｉ−１０〜２０％Ｃｏ−Ｆｅ）
　　Ａｇろう板、等からなるアイランド状クラッド板（第１図ａ図参照）
、または、Ｆｅ−Ｎｉ系封着材料（４０〜５５％Ｎ１−Ｆ
ｅ）−Ａｌ板、コバール合金板（２５〜５０％Ｎｉ−１
０〜２０％Ｃｏ−Ｆｅ）−Ａｇろう板、等からなる横縞
クラッド板（第１図Ｂ図参照）、あるいはさらに、積層
基板に被着材料を同様に圧着または、めっき、蒸着した
多層クラッド板が利用されている。

例えば、Ａｌアイランド状クラッド材料の製造には、４
２％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
接すべき表面の被着予定部分にバフ研摩を施して清浄化
した後、ＡＩ板を被着予定部分を含む長子方向の所要位
置に重ね合せ、冷間圧接し、その後、被着予定以外のＡ
Ｉ板をブラシ等の機械的研摩あるいはアルカリ等による
化学的な除去方法を用いて除去し、少なくとも１回の冷
間圧延を行なった後、６００℃以下で拡散焼なまし処理
して、Ａ１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、つぎに、アイランド状にクラ
ッドすることによる基板内部に不均一に残留した内部応
力歪を除去するため、５５０℃以下で熱処理したり、５
５０℃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、あるいは、基板表面をア
ルカリ脱脂、電解脱脂などの化学的方法で清浄化した後
、真空蒸着法により所要部分以外をマスキングし、スポ
ット状にＡＩを積層させる方法、あるいはレジストを印
刷後、基板表面を化学的方法にて、脱脂、研摩した後、
Ａｕ、　Ａｇ湿式めっきする方法等が、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、所要部分
にのみ限定して研摩を行なうことが困難なため、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、前記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ＡＩ及びＡ１合金面等の疵や表面品質の低下が問題
となっていた。

また、真空蒸着法や電気めっき法では冷間圧接法に比べ
て生産性が悪く、真空装置使用によるコスト上昇や、緻
密なＡ１面が得られず、また、電気めっき液の処理等の
問題があった。

発明の目的この発明は、従来のアイランド状クラッド板において、
金属基板表面の清浄化に起因する問題点を解消し、また
、従来困難であった被着予定部分のみの清浄化が容易に
実施でき、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、従来、不可欠であった冷
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なアイランド状クラッド板
を目的としている。

発明の構成と効果この発明は、アイランド状クラッド材料の基板表面の清
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、走行中の基板表面
の被着予定所要表面にのみに、レーザービームの照射を
行ない、被着予定面以外ではレーザービーム照射を止め
、あるいは遮光して非照射とし、接合不良の原因となる
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、所要の被着予定部分の表面に付
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、また、レーザービームの非照射部分は
表面清浄化が行なわれていないため、原子間結合が発生
せず、容易に剥離可能となり、簡単にかつ品質性状のす
ぐれたアイランド状クラッド板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５ｐｍ以下のレーザービームを用いれ
ば、１０ｐｍ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；疑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ッド材表面の膨
れがなくなり、特に、被着材料がＡｌの場合は、前記の
拡散焼なまし処理工程が不要となり、冷間圧接のまま、
あるいは冷間圧接後の冷間圧延のみで、被着予定部分以
外はブラッシング等により、容易に被着材を除去できる
ため、容易に長子方向に不連続なアイランド状クラッド
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。

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１主面の所要箇所に、基板材の溶融凝
固硬化層を介在させて、基板長手方向に不連続に被着材
料を被着してなることを特徴とするクラッド板である。

さらに詳述すれば、平滑な少なくとも１主面を有する金
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１主面の被着予定部分にの
み、少なくとも１条のレーザービームを種々の照射形態
にて照射し、また、被着予定面以外の部分はレーザービ
ームの照射を行なわない非照射面となし、該照射面を含
む基板長手方向の所要の条部の全面に、ＡＩまたはＡ１
合金条を２５％〜７０％の圧下率で冷間圧接すると、被
着予定面である照射面では、レーザービームの照射に伴
なう表面の溶融凝固硬化層に亀裂を生じ、この亀裂内に
ＡＩまたはＡ１合金条が、冷間圧接時に押込まれた状態
となり、圧接が完全となる。

一方、被着予定面以外では、かがる溶融凝固硬化層が形
成されておらず、被着材料と基板の接合は弱く、容易に
剥離させることが可能となっている。従って、被着材料
の圧接後に、例えば、ブラシ等で研摩すると、レーザー
ビーム照射を行なった被着予定面以外の被着材料は、簡
単に除去でき、所要パターンのアイランド状クラッド板
を得ることができる。

また、所要パターンのアイランド状クラッド板を得るた
めに、ワイヤーパフ研摩を被着予定面に限って、基板の
長子方向に不連続、で実施することは困難であるが、こ
の発明によるレーザービームによる場合は、光であるた
め任意に遮断でき、基板長手方向に、所要のパターンで
被着予定箇所にのみ照射でき、種々形態のアイランド状
クラッド板を製造できる利点がある。

この発明より基板表面の高清浄化とクラッド板の被着材
表面の品質改善ならびに密着強度向上が得られ、アイラ
ンド状クラッド板を高能率で得ることができる。

発明の好ましい実施態様この発明において、アイランド状クラッド板とは、基板
の少なくとも１主面に、その長子方向に不連続的に被着
材料を圧接被着してなるもので、第１図ａ図に示す如く
、正方形状の被着材料（２）を基板（１）幅方向の中央
部に長手方向に所定間隔で被着したクラッド板のほか、
同す図に示す如く、基板（１）の全幅にわたる長方形状
の被着材料（２）を、基板（１）の長子方向に一定間隔
で被着したクラッド板とするのもよく、さらには、第１
図Ｃ図に示す如く、ａ図のパターンを基板（１）の幅方
向にも繰り返し、正方形状の被着材料（２）を基板（１
）幅方向に３箇所波着し、長手方向に３条相当部分に不
連続的に被着材料を圧着したクラッド板とすることもで
きる。

被着材料の被着形状、寸法及び長手方向の間隔等は、用
途等に応じて任意に選定でき、用途等に応じて所要の不
連続的パターンを採用できるが、同一形状の被着材料を
等間隔で配置する被着パターンが製造性の面から好まし
いが、パターンの形状は任意でよく、さらに、同じ形状
が繰り返さなくともよく、また、パターン間隔も一定で
なくてもよい。

また、比較的広い幅の基板に、ｂ、　ａ図のパターンで
被着材料を被着したのち、スリッターにて所要幅のクラ
ッド板に製造することもできる。

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
面上に少なくとも１条のレーザービームを、全面条、ジ
グザグ状、蛇行あるいは縞状等の種々照射形態にて照射
する。また、被着予定面以外の面では、該レーザービー
ムを照射しない非照射面とする。

また、基板の被着予定表面に、例えば、ジグザグ状にレ
ーザービームを照射した場合、基板の照射面の表面状態
は、前記の如く、照射表面の清浄化と極表面層の溶融凝
固硬化層を形成し、被着予定面における非照射部分は、
上記の該レーザービームを照射しない、すなわち、被着
予定面以外の非照射面とは全く異なり、ジグザグ状のレ
ーザービーム照射に伴なう熱影響により、その表面が清
浄化されている。このため、全面的な照射でないジグザ
グ状の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１０ｐｍ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、基板とレーザービームとを基板の長
子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、レーザービームを断続的に発振、
停止させ、所要パターンのアイランド状の照射面を得た
り、あるいは被着予定面以外を遮光する等の方法が採用
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／ｍｍ２〜１５００
ｋＷ／ｍｍ２の範囲が好ましく、さらに好ましくは、３
００ｋＷ／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、１５
００ｋＷ／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、５ｐｍ以下であれば有効である
が、２ｐｍを越えると基板への吸収効果が悪いため、２
−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％Ｎ１−Ｆｅ）、コバール合金板
（２５〜５０％Ｎｉ−１０〜２０％Ｃｏ−Ｆｅ）、Ｃｕ
合会合板Ｂｅ１．１％以下、Ｔｉ１．０％以下、Ｃｒ　
１．６％以下、Ｆｅ　６．０％以下、Ｎｉ１５．０％以
下、Ｚｎ　４３％以下、Ｂ　Ｏ，５％以下、Ｓｉ　６．
０％以下、Ｐｂ　Ｏ，０８％以下、ＰＯ６５以下、Ｔｅ
　Ｏ，６％以下、Ｍｇ　０．６％以下、Ｚｒ　Ｏ，７％
以下、Ｍｎ７％以下、Ｃｏ２％以下、Ａｇ　１．５％以
下、Ｃｄ　１．３％以下、Ａ１１２％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、被着材料として、Ａｕ板、Ａｌ板、Ａ１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、この発明によるアイランド状クラッド板の板厚は
、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２図はこの発明におけ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
方向中央に矩形状のＡｌ板を、１条相当部に一定間隔で
アイランド状に冷間圧接する例を説明する。

４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金板（１０）コイルは、アンコイリ
ングされて冷間圧接ロール（１１）へ進行する。圧接ロ
ール（１１）後方には、通過する合金板（１０）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（１２
）が配置され、照射ボックス（１２）は合金板（１０）
全体を包囲し、内部にＡｒガスを通気してあり、Ｍ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レーザーのレーザー
発振器（１３）から発振されてコリメーター（１４）、
ガルバニックミラー（１５）を介して、ｍレンズ（１６
）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（１０）の幅方向中央位置の所
要幅部分を照射できるよう、ｆＯレンズ（１６）位置が
調整される。

レーザービームは、ガルバニックミラー（１５）とｍレ
ンズ（１６）間に配置したシャッター（１８）の開閉に
より、断続的に基板に照射でき、基板長手方向に不連続
な照射部分みを形成することかできる。また、レーザー
ビームは断続して発振されることにより、照射面を合金
板（１０）の長手方向に不連続に設けることができる。

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（１５）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（１０）は幅方向中央位置の一定間隔の被着予定
面部分を、ジグザグ状あるいは縞状に、レーザービーム
が照射されて、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。

また、被着予定面以外では、シャッター（１８）を閉じ
るか、あるいはレーザービームの発振を止め、照射を行
なわない。

一方、Ａｌ板（１７）はアンコイリングされたのち、合
金板（１０）上方より圧接ロール（１１）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、被着予定面では、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Ａｌ板（１７）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（１０）とＡｌ板（１７）とがより強固に密着す
る。

しかし、被着予定面以外の箇所は、レーザービームによ
る照射を施していないため、被着材料は基板に密着して
おらず、圧接後にブラッシングすることにより、容易に
除去でき、被着予定面にのみ、Ａｌ板（１７）が被着し
たアイランド状クラッド板を高効率で得ることができる
。

第１図では、合金板上に被着材料を矩形状に一定間隔で
冷間圧接した例を説明したが、基板幅方向に複数パター
ンで、あるいは長手方向に不等間隔で設ける場合であっ
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、１主面のみならず、他面にも圧
接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、ｍ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。

実施例ハ凪金属基板には、板厚０．３８　ｍｍ、板幅２７ｍｍの４２％Ｎｉ−Ｆｅ
合金板、被着材料には、板厚０．０２　ｍｍ、板幅１０ｍｍ、純度９９．７％の
Ａｌ板を使用した。

照射ボックス内雰囲気ガス、Ａｒガス、基板移動速度１
０　ｍ／ｍｉｎであった。

レーザー照射装置には、１００Ｗ出力、１０ｋＨｚＱス
イツチレーザーを用い、上述した第２図に示す方法で、
レンズ焦点間距離１００ｍｍ、波長が１．００ｐｍレー
ザーパワー密度５００ｋＷ／ｍｍ２の条件で、基板幅方
向に１０．５ｍｍ基板長手方向に７ｍｍ寸法の長方形の
スポット状部分にシャッターを閉じて、断続的にレーザ
ービームを照射し、基板長手方向に４０ｍｍ間隔の不連
続の照射面を形成して、第１図ａ図に示す如く、照射面
と非照射面とを形成し、同照射面を含む技手方向の１条
相当部に、前記Ａｌ板を圧接ロールにて、圧延率３０％
で冷間圧接した。

その後、０．１５　ｍｒ→のナイロンブラシを用いるブ
ラッシングにて、不要なＡｌ板を除去し、さらに、１回
の冷間圧延を施して、板厚０．２５　ｍｍ、板幅２７ｍ
ｍ寸法のこの発明によるアイランド状クラッド板を得た
。なお、全圧延率は３４．２％であった。

この時の被着材料部の形状は、１０．３ｍｍＸ　１０．７ｍｍ寸法の略正方形状からな
り、その間隔はその長子方向に６０ｍｍであった。

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、本発明方法により、従来で
は製造が困難であったアイランド状クラッド板を容易に
得ることができ、かつ外観性状がすぐれ、すこぶる品質
のよいアイランド状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圧接前
基板の表層から内部にかけての硬さの状況及び比較例の
ワイヤーパフ研摩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、ワイヤーパフ研摩後の表層
は約１０￥１ｍ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、この割れが拡散の起点となることから理解
される。

ワイヤーパ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、基板上のアイランド
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
、１ｆｉ−続的にビーム照射できるため、実施例の如く
、アイランド状の所要部分にのみ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（、付着
物、油脂、水分が除去され、所要厚みの溶融凝固硬化層
を設けて、被着材料の選択的な接着が可能である。

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、内部のすベリ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図はこの発明のアイランド状クラッド板における被
着材料の被着パターンを示す基板の上面図である。第２
図はこの発明のクラッド板を製造する装置の斜視説明図
である。第３図はこの発明のクラッド板の基板深さとビ
ッカース硬さとの関係を示すグラフである。１０・・・合金板、１１・・・圧接ロール、１２・・・
照射ボックス、１３・・・レーザー発振器、１４・・・
コリメータ、１５・・・ガルバニックミラー、１６・・
・ｍレンズ、１７・・・ＡＩ板、１８・・・シャッター
。

Claims

【特許請求の範囲】

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１主面の所要箇所に、基板材の溶融凝固硬化層
を介在させて、基板長手方向に不連続に被着材料を被着
してなることを特徴とするクラッド板。