(57)【要約】【課題】  工具などの材料へ被加工材料が溶着する状態の評価試験を簡単に行うことができる評価方法および評価試験装置を提供する。【解決手段】  第１の材料を回転または往復運動可能な状態としておき、前記第２の材料を熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなる保持部材により保持して、前記第２の材料が前記第１の材料に接触可能な構造とし、前記第２の材料を前記第１の材料に加圧接触させることにより前記第１の材料への溶着状態を測定して評価を行う。また、その装置として、回転または往復運動可能な第１の取付部と、加圧手段を設けた第２の取付部を有し、前記第１の取付部に装着された第１の材料に対し、前記第２の取付部に装着された第２の材料を加圧接触させる構造であり、前記第２の取付部は熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の保持部材からなるものとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料へ第２の材料が溶着する状態の試験を行う評価方法であって、
前記第１の材料は回転または往復運動可能な状態とし、前記第２の材料を熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなる保持部材により保持して、前記第２の材料が前記第１の材料に接触可能な構造とし、前記第２の材料を前記第１の材料に加圧接触させることにより前記第１の材料への溶着状態を測定することを特徴とする評価方法。
【請求項２】
前記第２の材料は、軟質金属または樹脂であることを特徴とする請求項１記載の評価方法。
【請求項３】
前記第１の材料は、基材上に硬質膜を被覆したものであることを特徴とする請求項１または２記載の評価方法。
【請求項４】
第１の材料へ第２の材料が溶着する状態の試験を行うための評価試験装置であって、
回転または往復運動可能な第１の取付部と、加圧手段を設けた第２の取付部を有し、前記第１の取付部に装着された第１の材料に対し、前記第２の取付部に装着された第２の材料を加圧接触させる構造であり、前記第２の取付部は熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の保持部材からなることを特徴とする評価試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばダイヤモンドなどの硬質膜が形成された工具材料などへの溶着についての性能評価を行うための評価方法および評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ、制御装置などの各種電子機器に組み込まれる電子部品として使用されるＩＣ・ＬＳＩパッケージのアウタ・リードは、折り曲げ加工が施され、所定の形状に成形されている。この成形用工具として、例えば特許文献１に記載の工具があげられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１１８４２号公報
【０００４】
この工具は、リードの折り曲げ加工を行うダイおよびパンチであり、これらの工具には、リードが当たる面が摩耗したり、リード表面のハンダが溶着してリードの折り曲げの平坦性（コープラナリティ）や、リードの並列方向への曲がり（スキュー）が悪化するのを極力防止するために、少なくともリードの当たり面にはダイヤモンドなどの硬質膜が被覆されている。
【０００５】
このような工具では、ダイヤモンド膜などの摩擦抵抗の低い膜を形成することでハンダの溶着はある程度抑制され、リードの折り曲げ精度は改善されるが、それだけでは足りず、膜の表面状態などもハンダの溶着に影響する。そのために、ダイヤモンド膜自身の改良も多数行われており、それぞれの目的に応じたダイヤモンド膜が開発されている。そして、そのダイヤモンド膜の性能を評価するためには、特許文献１の実施例に記載されているように、ＬＳＩリードの折り曲げ機構を備えた成形装置に組み込んで、Ｆｅ−Ｎｉ合金にハンダメッキをしたリードの成形テストなどを行い、１つの試験品について多いものでは１００万ショット以上の加工を行って評価している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように実機上でリードを加工して評価するには、試験回数が極度に多くなるため長時間を要し、しかも工具メーカーで成形装置を保有して評価試験を行うことは現実的でないため、ユーザーのテストラインにおいて評価してもらう必要があるが、迅速に正確で安定した評価を行うことが困難である。
【０００７】
特に、ユーザーで評価試験を行った場合、そのユーザー固有の評価試験しかできず、他のユーザーにも適用可能な幅広い評価を行うことは不可能であった。そのため、ユーザーごとに評価を行う必要が生じていた。
【０００８】
以上のことから、本発明の目的は、工具などで加工を行った際に、工具への被加工物の溶着状態を迅速かつ正確に評価でき、実際の加工を行うことなく幅広い性能評価を可能とする評価方法および評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の評価方法は、第１の材料へ第２の材料が溶着する状態の試験を行う評価方法であって、
前記第１の材料は回転または往復運動可能な状態とし、前記第２の材料を熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなる保持部材により保持して、前記第２の材料が前記第１の材料に接触可能な構造とし、前記第２の材料を前記第１の材料に加圧接触させることにより前記第１の材料への溶着状態を測定することを特徴とする。
【００１０】
この評価方法は、第１の材料を回転または往復運動をさせ、第２の材料を保持部材に装着した上で第２の材料を第１の材料の面に加圧接触させる。そして、第１の材料の表面に溶着した第２の材料の溶着状態を測定する。このような方法で行うことにより、一定の条件で連続的に加圧接触させて溶着させることが可能になるため、評価試験を迅速かつ正確に行うことができる。また保持部材は熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなっている。これは、第２の材料と第１の材料との摩擦により発生した熱が保持部材を通じて逃げるのを防止し、溶着を発生させて効率よく評価試験を行うためである。なお、保持部材そのものは特に材料を選定せず、保持部材と第２の材料との間に熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなる断熱材などを設ける方法で行っても同様の効果が得られる。
【００１１】
本発明の評価方法では、第１の材料として、超硬合金などの基材上にダイヤモンド膜などの硬質膜を被覆した材料を選定した試験が適している。このような材料では、摩耗や溶着が起こりにくく実機上での試験を行うには多大な時間を要するので、本発明の評価方法による試験が効果的である。また、第２の材料として、軟質金属または樹脂など溶着し易い材料を使った試験が適している。
【００１２】
また、本発明の評価試験装置は、第１の材料へ第２の材料が溶着する状態の試験を行うための評価試験装置であって、
回転または往復運動可能な第１の取付部と、加圧手段を設けた第２の取付部を有し、前記第１の取付部に装着された第１の材料に対し、前記第２の取付部に装着された第２の材料を加圧接触させる構造であり、前記第２の取付部は熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の保持部材からなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の評価装置では回転または往復運動が可能な第１の取付部を有し、この第１の取付部に第１の材料を取り付けて回転または往復運動させることが可能である。また、これとは別に第２の取付部を有しており、第２の取付部には加圧手段が設けられた構造になっている。第２の取付部には第２の材料が装着され、第２の取付部は加圧手段により第１の取付部の運動方向に対して垂直方向に移動可能である。このような構造の装置により、第１の材料を回転または往復運動させながら第２の材料を加圧接触させ、第１の材料に第２の材料を溶着させてその溶着状態を測定することが可能である。第１の材料の移動速度や第２の材料の加圧力などを適宜設定でき、様々な条件における溶着状態の評価試験を迅速かつ正確に行うことができる。第２の取付部は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなることが必要であり、第２の材料と第１の材料との摩擦により発生した熱が保持部材を通じて逃げるのを防止し、溶着を発生させて効率よく評価試験を行うためである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の評価方法によれば、工具材料などへの溶着性の試験を行うのに、短時間で正確に行うことができる。そして、試験条件も様々なもので試験が可能であり、ユーザーごとに異なる使用条件に対応した評価試験を行うことができる。また、本発明の評価装置によれば、簡単な試験材料により正確な試験を行うことができ、試験条件も容易に設定できるので、様々な使用条件に対応した評価試験を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の評価方法に使用する評価装置の一例を図１に示す。この評価装置では、装置本体１の上面に軸状で回転可能な第１の取付部２が設けられている。第１の取付部２上には円盤状に形成された第１の材料６が装着され、これも回転可能である。また、これとは別に装置本体１に第２の取付部３が設けられており、装置本体１に固定された支柱４と一体に設けられている。第２の取付部３は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなっており、例えば、アルミナ、サファイア、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、サーメットなどの材料が使用できる。支柱４は水平方向に移動可能であり、適当な位置で固定させることが可能である。支柱４には第２の取付部３が設けられ、第２の取付部３には第２の材料７が装着される。支柱４と第２の取付部３との間にはバネなどの加圧手段５が設けられて第２の材料７が第１の材料６に対して加圧接触可能な構造になっている。加圧手段５は、バネ以外の例として重りを乗せて加圧する構造のものや、エアシリンダーを取り付けた構造のものでも構わない。
【００１６】
なお、各種試験条件に対応できるようにするため、第１の取付部２や第２の取付部３にはヒーターやペルチェ素子を組み込み、第１の材料６や第２の材料７を個別に加熱したり冷却したりする機能を付加したり、超音波振動を与える装置を組み込むことも有効である。また、装置全体を真空チャンバーで囲い、真空雰囲気での評価ができるようにすることも可能である。
【００１７】
第１の材料６として、基材６ｂ上に硬質膜６ａが形成されたものがあげられる。硬質膜６ａとして、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３などからなる膜があり、基材６ｂとして、超硬合金、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉなどがある。このような基材６ｂに硬質膜６ａを形成したものを工具材料として使用した場合、被加工材料が溶着することは少なく、実際に加工しながら溶着状態の評価試験を行うには多大な時間を要するが、本発明の評価方法によれば短時間で正確に行うことが可能になる。また、第２の材料７として、軟質金属または樹脂などがあげられ、軟質金属として、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｇｅなどの単一または合金からなるハンダやロー材がある。また、Ｔｉなどの硬質金属であっても評価試験は可能である。
【００１８】
上記のような装置により、第１の材料６を所定の回転数で回転させておき、第２の材料７が所定の位置にくるように支柱を移動させて固定する。そして、加圧手段５により第２の取付部３および第２の材料７を下方向に加圧し、第２の材料７を第１の材料６の上面に加圧接触させる。この状態で一定時間保持し、第１の材料６の上面に第２の材料７を溶着させて、その溶着状態を測定する。
【実施例１】
【００１９】
（本発明例１）
半導体パッケージのアウターリードの曲げ加工用パンチおよびダイにハンダが溶着する試験の代用評価試験として以下の条件で試験を行った。市販のボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を使用し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料からなる保持部材を第２の取付部３として装置に組み込んだ。第１の材料６として、超硬合金の基材の面に鏡面加工を施し表面粗さを０．００５μｍＲａとしたもの、および同じ材質の超硬合金の面に気相合成法によりダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２５μｍＲａ）を被覆したものの２種類の材料を用い、第１の取付部２に装着した。また、第２の材料７として、１００％Ｓｎのハンダの固形物を用い、第２の取付部３に装着した。試験条件は、第１の材料６の回転数を５００ｍｉｎ−１、第２の材料７の加圧力を１Ｎとし、潤滑液などは使用せず乾式にて第１の材料６を回転させることで行った。また、第２の材料７の接触位置は、第１の材料６の回転中心から１ｍｍの位置とした。以上の条件で上記２種類の第１の材料６の評価試験を行った結果、約２分間回転させることで溶着の状態が異なる結果が得られ、溶着状態の違いが明らかになった。
【００２０】
（比較例１）
本発明例１と同じ材質の超硬合金を用い、半導体パッケージのアウターリードの曲げ加工用パンチおよびダイを各２ヶ製作した。これらのパンチおよびダイのうち各１ヶは、リードと接触する部分を鏡面加工して表面粗さを０．００５μｍＲａとした。また残りの各１ヶは、リードと接触する部分に本発明例１と同様のダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２５μｍＲａ）を被覆した。これらを、半導体パッケージのアウターリード加工装置に取り付け、１００％Ｓｎのハンダがメッキされたアウターリードの曲げ加工を行った。その結果、３万回の加工を行った時点でダイヤモンド膜を被覆していないものに溶着が始まり、両者の溶着状態の差が明確になるまでには１０万回の加工が必要で、この評価試験に約１ヶ月を要した。
【実施例２】
【００２１】
（本発明例２）
実施例１と同様に評価試験を行った。第１の材料６として、超硬合金の基材の面に鏡面加工を施し表面粗さを０．００８μｍＲａとしたもの、および同じ材質の超硬合金の面に気相合成法によりダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２５μｍＲａ）を被覆したものの２種類の材料を用い、第１の取付部２に装着した。また、第２の材料７として、９６．５％Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕのハンダの固形物を用い、第２の取付部３に装着した。試験条件は、実施例１と同様の条件で行った。その結果、約２分間回転させることで溶着の状態が異なる結果が得られ、溶着状態の違いが明らかになった。
【００２２】
（比較例２）
本発明例２と同じ材質の超硬合金を用い、半導体パッケージのアウターリードの曲げ加工用パンチおよびダイを各２ヶ製作した。これらのパンチおよびダイのうち各１ヶは、リードと接触する部分を鏡面加工して表面粗さを０．００８μｍＲａとした。また残りの各１ヶは、リードと接触する部分に実施例１と同様のダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２５μｍＲａ）を被覆した。これらを、半導体パッケージのアウターリード加工装置に取り付け、９６．５％Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕのハンダがメッキされたアウターリードの曲げ加工を行った。その結果、５万回の加工を行った時点でダイヤモンド膜を被覆していないものに溶着が始まり、両者の溶着状態の差が明確になるまでには２０万回の加工が必要で、この評価試験に約２ヶ月を要した。
【実施例３】
【００２３】
（本発明例３）
半導体パッケージのアウターリードの切断加工用パンチおよびダイにハンダが溶着する試験の代用評価試験として以下の条件で試験を行った。第１の材料６として、超硬合金の基材の面に鏡面加工を施し表面粗さを０．０１０μｍＲａとしたもの、および同じ材質の超硬合金の面に気相合成法によりダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２０μｍＲａ）を被覆したものとの２種類の材料を用い、第１の取付部２に装着した。また、第２の材料７として、１００％Ｐｂのハンダの固形物を用い、第２の取付部３に装着した。試験条件は、実施例１と同様の条件で行った。その結果、約２分間回転させることで溶着の状態が異なる結果が得られ、溶着状態の違いが明らかになった。
【００２４】
（比較例３）
本発明例３と同じ材質の超硬合金を用い、半導体パッケージのアウターリードの切断加工用パンチおよびダイを各２ヶ製作した。これらのパンチおよびダイのうち各１ヶは、リードと接触する部分を鏡面加工して表面粗さを０．０１０μｍＲａとした。また残りの各１ヶは、リードと接触する部分に実施例１と同様のダイヤモンド膜（表面粗さ０．０２０μｍＲａ）を被覆した。これらを、半導体パッケージのアウターリード加工装置に取り付け、１００％Ｐｂのハンダがメッキされたアウターリードの切断加工を行った。その結果、５万回の加工を行った時点でダイヤモンド膜を被覆していないものに溶着が始まり、両者の溶着状態の差が明確になるまでには２０万回の加工が必要で、この評価試験に約２ヶ月を要した。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の評価試験装置の一例を示す概念図。
【符号の説明】
【００２６】
１    装置本体
２    第１の取付部
３    第２の取付部
４    支柱
５    加圧手段
６    第１の材料
７    第２の材料
【図１】
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