(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第１方向に沿う分割溝が形成された板状の脆性材を含む板状素材を前記分割溝に沿って分割して、複数の分割体を製造する分割体製造装置であって、
前記板状素材が載置されるベース台と、
前記板状素材の上下面に接する上面カバーフィルムおよび下面カバーフィルムと、
このベース台上に配置され、前記下面カバーフィルムを介して前記板状素材が載置される弾性シートと、
前記ベース台の上方に配置され、前記第１方向に沿う曲率中心を有する曲面状の弾性押圧面を有する押圧部と、
前記ベース台上の前記板状素材に対して、前記弾性押圧面を上下方向に移動させ、前記ベース台上に配置された前記板状素材に対して前記上面カバーフィルムを介して押圧させる押圧部駆動装置と、
前記弾性シートを前記第１方向に交差する第２方向に沿って間欠的に前進させることにより前記板状素材を搬送する弾性シート駆動装置と、
前記上面カバーフィルムを前記第２方向に前進させるための、前記上面カバーフィルムを供給する供給ローラ、前記上面カバーフィルムを支持する支持ローラ、および前記上面カバーフィルムを巻き取る巻き取りローラと、
前記下面カバーフィルムを前記第２方向に前進させるための、前記下面カバーフィルムを供給する供給ローラ、前記下面カバーフィルムを支持する支持ローラ、および前記下面カバーフィルムを巻き取る巻き取りローラと
を備えることを特徴とする分割体製造装置。
【請求項２】
前記押圧部駆動装置は、前記弾性押圧面を前記第２方向に沿って精密に移動させることを特徴とする請求項１に記載の分割体製造装置。
【請求項３】
前記押圧部は、前記板状素材の上面を覆う弾性カバーと、この弾性カバーを介して前記板状素材を加圧する圧力子とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の分割体製造装置。
【請求項４】
前記弾性シートは、前記弾性押圧面よりも硬度が低いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の分割体製造装置。
【請求項５】
あらかじめ分割溝が形成された板状の脆性材を含む板状素材を、上面カバーフィルムおよび下面カバーフィルムによって覆った状態で弾性シート上に載置し、
前記分割溝に沿う曲率中心を有する曲面状の弾性押圧面を、停止状態の前記板状素材の前記分割溝に向けて前記板状素材の上方から下降させ、
前記弾性押圧面と前記弾性シートとの間で前記板状素材を前記分割溝に沿って押圧することにより、前記板状素材を前記上面カバーフィルムおよび前記カバーフィルムによって覆った状態で前記分割溝に沿って分割して、
前記弾性シートおよび前記下面カバーフィルムを前進させて前記板状素材を搬送するとともに、前記上面カバーフィルムを前進させ、複数の分割体を製造することを特徴とする分割体製造方法。
【請求項６】
前記弾性シートは前記弾性押圧面よりも硬度が低く、
この弾性シートに前記分割溝を当接させるように前記板状素材が載置されることを特徴とする請求項７に記載の分割体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス等の脆性材料からなる板状素材を小片に分割して電子部品を搭載するセラミックス基板等の分割体を製造する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子などの電子部品を搭載するセラミックス基板は、基板を複数形成可能な広い面積を有するセラミックスからなる板状素材の表面に、これを各基板ごとに区画するようにレーザ加工等によって分割溝をあらかじめ設けておき、この分割溝によって区画される領域にそれぞれ回路を形成した後、その分割溝に沿って分割することにより製造される。
【０００３】
板状素材を分割する技術として、従来、ベルトによって挟んだ状態で板状素材をロールで押圧してベルトごと曲げる方法（特許文献１参照）、径の異なる二つのロールの間に板状素材を挟むことにより曲げ力を作用させる方法（特許文献２参照）などがある。いずれも、セラミックスの脆性を利用して分割溝から亀裂を生じさせることにより分割する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８８３０号公報
【特許文献２】特開２０００−２３８０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分割溝がセラミックス素材の片面に設けられる場合、その分割溝から反対面に亀裂を生じることにより板状素材が分割されるが、分割溝の長さ方向にわたって一様に亀裂を生じさせることが難しく、分割ラインが直線状にならずに曲がりが生じやすい。
【０００６】
また、従来のベルトやロールにより板状素材を分割する方法では、連続で分割できるので生産性はよいが、常に板状素材に荷重をかけながら搬送・分割を行うので、製品の分割精度が悪い、製品に反り・欠け等が生じる等のおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、板状素材を分割溝に沿って直線状に分割するとともに、断面においても素材の平面に対して垂直に分割して、高精度の分割体を製造できる分割体製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、所定の第１方向に沿う分割溝が形成された板状の脆性材を含む板状素材を前記分割溝に沿って分割して、複数の分割体を製造する分割体製造装置であって、前記板状素材が載置されるベース台と、前記板状素材の上下面に接する上面カバーフィルムおよび下面カバーフィルムと、このベース台上に配置され、前記下面カバーフィルムを介して前記板状素材が配置される弾性シートと、前記ベース台の上方に配置され、前記第１方向に沿う曲率中心を有する曲面状の弾性押圧面を有する押圧部と、前記ベース台上の前記板状素材に対して、前記弾性押圧面を上下方向に移動させ、前記ベース台上に配置された前記板状素材に対して前記上面カバーフィルムを介して押圧させる押圧部駆動装置と、前記弾性シートを前記第２方向に沿って間欠的に前進させることにより前記板状素材を搬送する弾性シート駆動装置と、前記上面カバーフィルムを前記第２方向に前進させるための、前記上面カバーフィルムを供給する供給ローラ、前記上面カバーフィルムを支持する支持ローラ、および前記上面カバーフィルムを巻き取る巻き取りローラと、前記下面カバーフィルムを前記第２方向に前進させるための、前記下面カバーフィルムを供給する供給ローラ、前記下面カバーフィルムを支持する支持ローラ、および前記下面カバーフィルムを巻き取る巻き取りローラとを備える。
【０００９】
この製造装置によれば、ベース台の上で、弾性シートと弾性押圧面との間で、分割溝に沿って板状素材に圧力を加えることができる。このため、板状素材が撓みにくく、精度よく板状素材を分割することができる。さらに、弾性押圧面が曲面状であるので、局部的に過大な圧力が加えられることにより板状素材が分割溝以外の部分で破損することを防止できる。
また、前記板状素材の上下面に接する上面カバーフィルムおよび下面カバーフィルムを備えることにより、カバーフィルムによって板状素材が覆われた状態で分割が行われるので、板状素材のキズ、板状素材が分割された際に生じる割屑の付着による弾性シートや弾性押圧面の劣化、次に分割される板状素材への割屑の付着などを防止できる。
また、前記弾性シートを前記第２方向に沿って間欠的に前進する弾性シート駆動装置を備えることにより、弾性シート上に載置した板状素材を容易に搬送できるので、複数の板状素材を順次弾性押圧面の下方に移動させ、多数の分割体を効率よく製造することができる。
【００１０】
この製造装置において、前記押圧部駆動装置は、前記弾性押圧面を前記第１方向に交差する第２方向に沿って精密に移動させることが好ましい。この場合、分割溝に対して正確な位置に弾性押圧面を配置できるので、精度よく板状素材を分割できる。
【００１１】
この製造装置において、前記押圧部は、前記板状素材の上面を覆う弾性カバーと、この弾性カバーを介して前記板状素材を加圧する圧力子とを備えることが好ましい。この場合、分割の際に板状素材が跳ねるのを防止できるとともに、分割体のキズまたは一部カケ等の破損を防止できる。
【００１２】
この製造装置において、前記弾性シートは、前記弾性押圧面よりも硬度が低いことが好ましい。この場合、分割の際の板状素材の曲げ変位量を弾性シートで吸収することにより、分割に必要な板状素材の曲げ量を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の分割体製造方法は、あらかじめ分割溝が形成された板状の脆性材を含む板状素材を、上面カバーフィルムおよび下面カバーフィルムによって覆った状態で弾性シート上に載置し、前記分割溝に沿う曲率中心を有する曲面状の弾性押圧面を、停止状態の前記板状素材の前記分割溝に向けて前記板状素材の上方から下降させ、前記弾性押圧面と前記弾性シートとの間で前記板状素材を前記分割溝に沿って押圧することにより、前記板状素材を前記上面カバーフィルムおよび前記カバーフィルムによって覆った状態で前記分割溝に沿って分割して、前記下面カバーフィルムとともに前記板状素材を搬送するとともに、前記上面カバーフィルムを前進させ、複数の分割体を製造する。
【００１６】
この製造方法によれば、弾性シートと弾性押圧面との間で、分割溝に沿って板状素材に圧力を加えることができるので、板状素材が変形されにくく、精度よく板状素材を分割することができる。さらに、弾性押圧面が曲面状であるので、局部的に過大な圧力が加えられることにより板状素材が分割溝以外の部分で破損することを防止できる。
【００１７】
この製造方法において、前記弾性シートは前記弾性押圧面よりも硬度が低く、この弾性シートに前記分割溝を当接させるように前記板状素材が載置されることが好ましい。この場合、分割の際の板状素材の曲げ変位量をより硬度が低い弾性シートで吸収することにより、分割に必要な板状素材の曲げ量を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の分割体の製造装置および製造方法によれば、製品の分割を搬送とは切り離して行うので、板状素材の撓みを防止し、分割溝に沿って直線状に精度よく分割できるとともに、断面においても素材の平面に対して垂直に分割して、高精度の分割体を製造できる
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の分割体製造装置によって製造される分割体（パワーモジュール用基板）を備えるパワーモジュールを示す断面図である。
【図２】本発明に係る分割体を製造するための板状素材を示す平面図である。
【図３】本発明の分割体製造装置を示す斜視図である。
【図４】本発明の分割体製造装置の一部が動作する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る分割体製造装置および分割体製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、分割体として、大電流、高電圧を制御するパワーモジュールに用いられる基板を適用している。
【００２１】
パワーモジュール１０は、図１に示すように、パワーモジュール用基板１１と、このパワーモジュール用基板１１の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品１２とを備える。
【００２２】
パワーモジュール用基板１１は、セラミックス基板１３と、このセラミックス基板１３の表面に積層された回路層用金属層１４および裏面に積層された放熱層用金属層１５とを備える。回路層用金属層１４上には、電子部品１２が搭載される。放熱層用金属層１５には、ヒートシンク１６が取り付けられる。
【００２３】
セラミックス基板１３は、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ2Ｏ3（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを母材として、矩形状に形成されている。
【００２４】
回路層用金属層１４は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金により形成され、プレス加工またはエッチング加工により回路パターンの外形に成形されている。放熱層用金属層１５は、純アルミニウムにより、セラミックス基板１３よりも若干小さい矩形状に形成されている。
【００２５】
回路層用金属層１４および放熱層用金属層１５とセラミックス基板１３とは、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系、またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材によりろう付けされている。
【００２６】
電子部品１２は、回路層用金属層１４の上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材１７によって接合されている。電子部品１２と回路層用金属層１４の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
【００２７】
ヒートシンク１６は、放熱層用金属層１５に対してろう付け、はんだ付け、ボルト等によって接合されている。このヒートシンク１６は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させる多数の流路１６ａが形成されている。
【００２８】
パワーモジュール用基板１１は、レーザ加工等によりあらかじめ分割溝２１が片面に形成された板状の脆性材（セラミックス平板２２）を含む板状素材２０を分割溝２１に沿って分割することにより形成される分割体である。図２に示すように、セラミックス平板２２は、パワーモジュール用基板１１を複数形成可能な広い面積を有し、分割溝２１によって区画された各領域においてその表裏面に回路層用金属層１４および放熱層用金属層１５が接合されている。すなわち、図３に示す分割体製造装置３０を用いて、回路層用金属層１４および放熱層用金属層１５が接合されたセラミックス平板２２（すなわち板状素材２０）を分割溝２１に沿って分割することにより、一つの板状素材２０から複数のパワーモジュール用基板１１（分割体）が製造される。なお、分割溝２１は、セラミックス平板２２の表裏いずれか一方の面に形成されている。
【００２９】
図３に、本発明の第１実施形態に係る分割体製造装置３０を示す。分割体製造装置３０は、剛性を有する平坦なベース台３２と、ベース台３２上に配置され、板状素材２０が載置される弾性シート４１と、ベース台３２の上方に配置され、第１方向ｘに沿う曲率中心を有する曲面状の弾性押圧面７１を有する押圧部７０と、ベース台３２上の板状素材２０に対して弾性押圧面７１を移動させる押圧部駆動装置５０とを備える。なお、この分割体製造装置３０において、板状素材２０は、分割溝２１が第１方向ｘに沿うように配置される。
【００３０】
押圧部７０は、板状素材２０の上面を覆う弾性カバー３５と、この弾性カバー３５を介して板状素材２０を加圧する圧力子３４とを備え、ベース台３２のほぼ中央部の上方に配置されている。この押圧部７０において、弾性押圧面７１は、圧力子３４の下面３４ａによって下方に押し下げられる弾性カバー３５の下面により形成され、圧力子３４の下面３４ａの曲面に沿った曲面状（たとえば直径８０ｍｍの円筒面）であり、したがってその曲率中心が第１方向ｘに平行となっている。
【００３１】
弾性押圧面７１は、押圧部駆動装置５０によって、上下方向に移動可能であるとともに、第２方向ｙに沿って精密に移動可能となっている。押圧部駆動装置５０は、たとえば図４に示すように、上下移動用のシリンダ５１、第２方向ｙに沿う精密移動用のボールねじを用いた電動アクチュエータ５２、弾性カバー３５および下面カバーフィルム４３の駆動装置（図示略）等から構成される。
【００３２】
弾性カバー３５は、圧力子３４の周囲に設けられたたとえば厚さ０．９ｍｍ、ショア硬度８０程度のウレタンコーティング布製無端ベルトであり、略水平に並ぶ一対の支持ローラ３６ａと、これら支持ローラ３６ａの上方に配置された張力調製ローラ３６ｂとの間を巻き回されている。この弾性カバー３５の張力は、張力調整ローラ３６ｂを上下方向に移動させることにより調整される。
【００３３】
さらに、弾性カバー３５の下側には、板状素材２０を分割する際に板状素材２０の上面に接する上面カバーフィルム３７が設けられている。上面カバーフィルム３７は、供給ローラ３８ａから供給され、各支持ローラ３６ａ下を渡され、巻き取りローラ３８ｂに巻き取られるように設けられており、第２方向ｙに沿って前進可能となっている。
【００３４】
これら弾性カバー３５およびその支持ローラ３６ａと張力調整ローラ３６ｂと、上面カバーフィルム３７およびその供給ローラ３８ａと巻き取りローラ３８ｂとは、圧力子３４の上下動に伴って上下動可能に設けられている。
【００３５】
板状素材２０が載置される弾性シート４１は、弾性シート駆動装置４０によってベース台３２上を第２方向ｙに沿って間欠的に前進する。弾性シート４１は、たとえば厚さ０．９ｍｍ、ショア硬度８０程度のウレタン製無端ベルトであり、略水平に並ぶ一対の支持ローラ４２ａ間に巻き回されている。この弾性シート４１の張力は、張力調整ローラ４２ｂを上下方向に移動させることにより調整される。なお、弾性シート４１の硬度は、弾性押圧面７１（すなわち弾性カバー３５）よりも低いことが好ましい。
【００３６】
さらに、弾性シート４１の上側には、板状素材２０を分割する際に板状素材２０の下面を覆う下面カバーフィルム４３が設けられている。下面カバーフィルム４３は、供給ローラ４４ａから供給され、各支持ローラ４２ａ上を渡され、巻き取りローラ４４ｂに巻き取られるように設けられており、弾性シート４１と一体に第２方向ｙに沿って前進可能となっている。
【００３７】
なお、ベース台３２には、板状素材２０を当接させてベース台３２に対する位置決めを行う位置決め板３３が備えられている。この位置決め板３３により、供給時、分割時、回収時において、板状素材２０あるいはパワーモジュール用基板１１を所定位置に配置することができる。
【００３８】
この分割体製造装置３０を用いて、板状素材２０を分割して分割体（パワーモジュール用基板）１１を製造する方法について説明する。まず、予め分割溝２１が形成された板状素材２０を、供給ハンド６０によって保持し、弾性シート４１上（すなわち下面カバーフィルム４３上）に供給する。このとき、板状素材２０は、弾性シート４１の搬送方向（すなわち第２方向ｙ）に交差する方向（すなわち第１方向ｘ）に分割溝２１を一致させるように配置される。なお、板状素材２０は、比較的硬度の低い弾性シート４１に分割溝２１を当接させるように、分割溝２１を下方に向けて配置される。
【００３９】
次いで、弾性シート４１を下面カバーフィルム４３とともに前進させ、押圧部７０の下方の所定位置に板状素材２０を移動させる。そして、弾性カバー３５、上面カバーフィルム３７、および圧力子３４を板状素材２０に向けて下降させる。このとき、弾性カバー３５および上面カバーフィルム３７を圧力子３４に先だって下降させることにより、板状素材２０は、図４に示すように、弾性シート４１および下面カバーフィルム４３と弾性カバー３５および上面カバーフィルム３７によって上面および下面を覆われた状態で、ベース台３２上に停止状態で載置保持される。
【００４０】
次いで、さらに圧力子３４を下降させ、分割溝２１に沿う曲率中心を有する弾性押圧面７１を板状素材２０に押圧する。これにより、押圧部７０とベース台３２との間で分割溝２１に沿って板状素材２０に圧力が加えられ、セラミックス平板２２が分割され、パワーモジュール用基板（分割体）１１が製造される。このとき、板状素材２０は、弾性シート４１および下面カバーフィルム４３と弾性カバー３５および上面カバーフィルム３７によって上面および下面を覆われた状態であるので、位置がずれることなく保持されている。
【００４１】
より具体的には、弾性シート４１と弾性押圧面７１との硬度差により、硬度の高い弾性押圧面７１による押圧力が板状素材２０に効果的に作用するとともに、硬度の低い弾性シート４１が板状素材２０の変位を効果的に吸収するので、変形を抑制しながら板状素材２０に圧力を加えることができる。
【００４２】
さらに、図４に示すように、板状素材２０に複数の分割溝２１が形成されている場合、必要に応じて下面カバーフィルム４３（弾性シート４１）を前進させて板状素材２０を搬送するとともに、押圧部７０を各分割溝２１に対して正確な位置に移動させ、各分割溝２１についても同様に順次押圧部７０を押圧して、板状素材２０を分割する。これにより、１枚の板状素材２０から複数のパワーモジュール用基板１１が製造される。
【００４３】
このように板状素材２０を分割する間に、次に分割される板状素材２０を下面カバーフィルム４３（弾性シート４１）上に供給しておく。そして、１枚の板状素材２０について分割が終了したら、押圧部７０と弾性カバー３５および上面カバーフィルム３７とを上昇させ、弾性シート４１上のパワーモジュール用基板１１から離間させる。次いで、弾性シート４１および下面カバーフィルム４３を前進させ、次の板状素材２０を押圧部７０の下方に配置して分割処理を開始するとともに、所定位置に前進したパワーモジュール用基板１１を回収ハンド６１によって弾性シート４１上から回収する。
【００４４】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る分割体製造装置３０によれば、板状素材２０が弾性シート４１と弾性カバー３５との間に保持された状態で、下方に向けた分割溝２１に沿って板状素材２０に上方から圧力が加えられるので、板状素材２０が撓みにくく、精度よく分割できる。
【００４５】
また、押圧部７０の弾性押圧面７１が曲面状であるので、局部的に過大な圧力が加えられることがなく、板状素材２０が分割溝２１以外の部分で破損することを防止できる。また、押圧部７０の弾性押圧面７１をベース台３２に対して移動させることにより、複数の分割溝２１が形成された一つの板状素材２０を分割して複数のパワーモジュール用基板（分割体）１１を容易に製造できる。
【００４６】
さらに、下面カバーフィルム４３および上面カバーフィルム３７を介して、弾性シート４１および弾性カバー３５によって上下面が覆われた状態で分割されるので、分割時の割れ屑が弾性シート４１および弾性カバー３５に付着するのを防止できる。特に、下面カバーフィルム４３および上面カバーフィルム３７は、それぞれ弾性カバー３５および弾性シート４１とともに前進し、常に新しい表面また、上下面を押さえられていることにより、分割時に板状素材２０の位置がずれにくく、板状素材２０の複数の分割溝２１に対して弾性押圧面７１を順次押圧させる際にも、各分割溝２１に平行に押圧でき、分割溝２１以外の部分での板状素材２０の破損を抑制できる。また、上面カバーフィルム３７および下面カバーフィルム４３によって覆われていることにより、弾性カバー３５および弾性シート４１の劣化が抑えられる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、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。
たとえば、前記実施形態では、ベース台３２上の板状素材２０と押圧部７０とを相対移動させる駆動装置として、板状素材２０の搬送装置および押圧部の駆動装置を設けたが、いずれか一方のみでもよい。また、板状素材２０は、前記実施形態では片面のみに分割溝２１を設けたが、両面に分割溝２１を設けてもよい。
【００４８】
また、前記実施形態では板状素材の分割溝に交差する第２方向に沿って板状素材を搬送しているが、板状素材の搬送方向は分割溝に沿う第１方向に一致させてもよい。換言すると、分割溝が搬送方向に沿うように板状素材を供給し、板状素材の搬送方向に交差する方向に弾性押圧面を精密移動させてもよい。これにより、前記実施形態における分割溝と交差する方向に沿った分割溝を有する板状素材を分割することができる。また、これらの構成を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  パワーモジュール
１１  パワーモジュール用基板(分割体)
１２  電子部品
１３  セラミックス基板
１４  回路層用金属層
１５  放熱層用金属層
１６  ヒートシンク
１６ａ  流路
１７  はんだ材
２０  板状素材
２１  分割溝
２２  セラミックス平板
３０  分割体製造装置
３２  ベース台
３３  位置決め板
３４  圧力子
３４ａ  下面
３５  弾性カバー
３６ａ  支持ローラ
３６ｂ  張力調整ローラ
３７  上面カバーフィルム
３８ａ  供給ローラ
３８ｂ  巻き取りローラ
４０  弾性シート駆動装置
４１  弾性シート
４２ａ  支持ローラ
４２ｂ  張力調整ローラ
４３  下面カバーフィルム
４４ａ  供給ローラ
４４ｂ  巻き取りローラ
５０  押圧部駆動装置
５１  シリンダ
５２  電動アクチュエータ
６０  供給ハンド
６１  回収ハンド
７０  押圧部
７１  弾性押圧面
ｘ  第１方向
ｙ  第２方向
【図１】
0005573105.tif 000002
【図２】
0005573105.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005573105.tif 000005