(57)【要約】【課題】  炭素の持つ耐熱性、加熱・放冷特性などのリフロー治具として優れた特性に加えて、耐摩耗性に優れたリフロー治具のための炭素板を提供する。【解決手段】  フラン樹脂などの熱硬化性樹脂に粒径５０μｍ以下の黒鉛粉末を混合し、板状に加工した後、加熱硬化させ、窒素ガス雰囲気下、７００〜２８００℃の温度で処理して炭素化する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状炭素と、該ガラス状炭素中に均一に分散した黒鉛粉末とを含むリフロー治具用炭素板。
【請求項２】
前記黒鉛粉末の粒径が５０μｍ以下である請求項１記載のリフロー治具用炭素板。
【請求項３】
黒鉛粉末の含有割合が１質量％以上６０質量％以下である請求項１または２記載のリフロー治具用炭素板。
【請求項４】
前記ガラス状炭素は難黒鉛化性炭素である請求項１〜３のいずれか１項記載のリフロー治具用炭素板。
【請求項５】
黒鉛粉末が、カーボンナノチューブ、黒鉛ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップより成る群より選ばれた少なくとも一種である請求項１〜４のいずれか１項記載のリフロー治具用炭素板。
【請求項６】
炭素含有樹脂の液状組成物中に黒鉛を混合し、混合物を、黒鉛が均一に分散するよう制御しつつ所望の基板形状に成形し、成形物を、不活性雰囲気、非酸化性雰囲気中、又は真空中で焼成する段階を具備するリフロー治具用炭素板の製造方法。
【請求項７】
炭素含有樹脂は、焼成することにより、ガラス状の難黒鉛化性炭素を残すものである請求項６記載のリフロー治具用炭素板の製造方法。
【請求項８】
黒鉛粉末が、平均粒径５０μｍ以下のカーボンナノチューブ、黒鉛ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップより成る群より選ばれた少なくとも一種である請求項６または７記載のリフロー治具用炭素板の製造方法。
【請求項９】
前記焼成する段階において、７００℃〜２８００℃の温度範囲内で熱処理が行なわれる請求項６〜８のいずれか１項記載のリフロー治具用炭素板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフローはんだ付けの工程においてフレキシブルプリント配線基板や薄板プリント配線基板を保持し搬送するためのリフロー治具のための炭素板に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板にペースト状はんだをスクリーン印刷し、その上に部品実装機で部品を仮固定し、リフロー炉を通して加熱して部品をはんだ付けするリフローはんだ付けの工程において、プリント配線基板がフレキシブル基板や薄板基板である場合には、基板はリフロー治具に固定されて搬送される。
【０００３】
このリフロー治具の素材には、耐熱性があって熱による変形がないこと、リフロー工程の時間短縮のため熱容量が小さくて所要の温度までの加熱・放冷に要する時間が短かいことなどが要求される。実際にリフロー治具の素材として用いられているガラス繊維／エポキシ樹脂複合材は、耐熱性がないために処理温度が高いと熱変形を生じるという問題がある。アルミニウム、マグネシウムなどの金属材は、熱変形の問題はないが熱容量が比較的大きいため加熱・放冷に時間がかかるという問題がある。
【０００４】
一方、炭素は熱変形がなく、かつ、熱容量が小さくて遠赤外線放射率が高いために素早く昇温することができ、放冷に要する時間も短かいという利点があるが、耐摩耗性の点を改善しなければならない。すなわち、一般の等方性炭素材では耐摩耗性の点で劣るので使用中に粉塵が発生するという問題がある。また、炭素繊維に樹脂を含浸して炭素化した炭素繊維複合炭素材がリフロー治具の素材として使用されているが、炭素繊維のサイズが比較的大きく、炭素繊維と結合炭素材が緻密に結合していないので、結合炭素が離脱して粉塵（導電性パーティクル）が発生し易いという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１５０６２号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６９６９号公報
【特許文献３】特開２００１−１４４４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、炭素の持つ耐熱性、加熱・放冷特性などのリフロー治具として優れた特性に加えて、耐摩耗性に優れたリフロー治具用炭素板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のリフロー治具用炭素板は、ガラス状炭素と、該ガラス状炭素中に均一に分散した黒鉛粉末とを含むことを特徴とする。
【０００８】
前記黒鉛粉末の粒径は５０μｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
黒鉛粉末の含有割合は１質量％以上６０質量％以下であることが望ましい。
【００１０】
前記ガラス状炭素は難黒鉛化性炭素であることが望ましい。
【００１１】
黒鉛粉末は、カーボンナノチューブ、黒鉛ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップより成る群より選ばれた少なくとも一種である。
【００１２】
本発明のリフロー治具用炭素板の製造方法は、炭素含有樹脂、特に熱硬化性樹脂の液状組成物中に黒鉛を混合し、混合物を、黒鉛が均一に分散するよう制御しつつ所望の基板形状に成形し、成形物を、不活性雰囲気、非酸化性雰囲気中、又は真空中で焼成する段階を具備することを特徴とする。
【００１３】
前記焼成する段階において、７００℃〜２８００℃の温度範囲内で熱処理が行なわれる。
【００１４】
上記の方法により製造されたリフロー治具用炭素板は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６（差圧法）で測定した水素ガス透過係数が１０×１０-13 cm3・cm／cm2・sec・cmHg以下で、ガラス状炭素と黒鉛粉末が緻密に結合している。そのため、後述する試験方法による耐摩耗特性の値が等方性炭素材で９．７mg／１０ｍ、炭素繊維複合炭素材が３．１mg／１０ｍであるのに対して、２．０mg／１０ｍ以下であり、本発明のリフロー治具用炭素板は高い耐摩耗特性を示す。
【実施例】
【００１５】
（耐摩耗性試験）
各炭素材料の粉塵発生度の難易を判断する目的で、荷重負荷時の摩耗特性を計測すると共にその表面の状態観察を行った。試験方法としては、縦１０mm×横５mm、厚み１mmの試料の底面（５mm×１mm）を摩耗試験用紙に荷重をかけつつ平行に接触させ荷重を印加しつつ摩耗量を測定した。用いた摩耗試験用紙は＃８００の耐水性炭化珪素性ペーパーであり、負荷荷重は５０ｇ（１０００ｇ／cm2）、筆記距離は１０ｍである。
【００１６】
その結果、既存の炭素材料である等方性炭素材の摩耗量は９．７mg／１０ｍ、炭素繊維複合炭素は３．１mg／１０ｍであったのに対して、実施例１（後述）で得られた炭素材では１．７mg／１０ｍ、実施例２（後述）で得られた炭素材では１．３mg／１０ｍと、実施例１，２で得られた炭素材の摩耗量は格段に少なく、粉塵の発生が少ないことが確認された。またその際の試験片表面の状態観察を行ったところ、実施例１，２で得られた炭素材は他の材料に比べ状態変化が少ないことが確認された。
【００１７】
なお、実施例１，２で得られた炭素材の摩耗量が少ないのは緻密性（＝水素ガス不透過性）に起因すると考え、水素ガス透過係数をＪＩＳ  Ｋ  ７１２６（差圧法）で測定したところ、
実施例１．は６．６５×１０-13 cm3・cm／cm2・sec・cmHg、
実施例２．は３．５０×１０-13 cm3・cm／cm2・sec・cmHg、
と全く水素ガスを透過しないほど緻密であることが判った。
（昇降温特性の測定）
各リフロー治具材料の温度特性を比較する目的で、乾燥機を使って昇降温特性を計測すると共にその表面の状態観察を行った。
【００１８】
試験方法としては、後述の実施例１で得られた複合炭素と、アルミニウム、マグネシウム、およびガラス繊維／エポキシ樹脂複合素材とを、循環式乾燥機中に設置し、昇降温時の基板表面温度変化を測定した。詳細には、２８０℃設定の乾燥機内に室温のサンプルを入れ、連続的に温度測定を行なうことにより昇温特性を測定し、２８０℃設定の装置内からサンプルを外（室温）に出し、連続温度測定を行なうことにより降温特性を測定した。
【００１９】
昇温測定の結果を図１に降温測定の結果を図２に示す。ガラス／エポキシ系は２８０℃で分解し、分解臭と褐色化の変化を生じた。図１および図２によれば、ガラス／エポキシ系は実施例の素材（炭素）と同等の温度への追従性の挙動を見せるが、耐熱温度が問題である。実施例の素材（炭素）は、金属系（Ｍｇ、Ａｌ）に比較して、昇温・降温の温度追従性に優れていることがわかる。
（実施例１）フラン樹脂（日立化成工業（株）製  ヒタフランＶＦ−３０２）８０部に天然鱗状黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製  平均粒度５μｍ）２０部を添加して、充分に分散、混合することで、液状材料を得た。次に、この液状材料をドクターブレードタイプ塗工機に投入し、塗工後固化させることでグリーンシートを作製し、グリーンシートを所望の板状に加工後乾燥炉内で加熱硬化処理を施すことで硬化板を得た。得られた硬化板を、窒素ガス雰囲気下１０００℃まで５０時間で昇温させ炭素化処理した後、真空高温炉により１４００℃処理を施すことで、ガラス状炭素／黒鉛の質量比が約６０／４０で、ショアー硬度９０、水素ガス透過係数６．６５×１０-13 cm3・cm／cm2・sec・cmHgと全く水素ガスを透過しないほど緻密な炭素板を得た。得られた炭素板を旋盤で例えば図３の平面図および図４の断面図に示すような形状に切削加工しリフロー用治具としての昇温降温応答性と耐摩耗性とを計測した。
【００２０】
得られたリフロー治具用素材と既存等方性炭素材及び炭素繊維複合炭素材とで粉塵発生度合いを調べるため、前述のような摩擦摩耗試験を実施したところ、既存等方性炭素材の摩耗量９．７mg／１０ｍ、炭素繊維複合炭素材３．１mg／１０ｍに対し、実施例１により得られたリフロー治具用素材では１．７mg／１０ｍと極めて摩耗量が小さいことが確認できた。またこの際の表面状態の変化を確認したところ状態変化の極めて少ないことが確認できた。図５は実施例１の素材の試験前の表面の顕微鏡写真、図６はその試験後の表面の顕微鏡写真、図７は炭素繊維複合炭素材の試験前の表面の顕微鏡写真、図８はその試験後の表面の顕微鏡写真、図９は等方性炭素材の試験前の表面の顕微鏡写真、図１０はその試験後の顕微鏡写真である。
【００２１】
各炭素材料の温度特性を判断する目的で、リフロー工程温度と近似の２８０℃乾燥機中における昇降温特性を計測すると共にその表面の状態観察を行ったところ、実施例１の素材（炭素）は、金属系（Ｍｇ、Ａｌ）に比較して、昇温・降温の温度追従性に優れるとともに、ガラス／エポキシ系のように２８０℃で分解することもなく、安定に使用することができた。
【００２２】
なお、このリフロー治具を実際の工程で使用したところ、粉塵等も発生せずかつ温度追従性・耐熱性にも優れているため、大変安定に使用することができた。
（実施例２）フラン樹脂（日立化成工業（株）製  ヒタフランＶＦ−３０２）９５部に天然鱗状黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製  平均粒度３μｍ）５部を添加して、充分に分散、混合することで、液状材料を得た後、実施例１と同様の工程を経て硬化板を得た。得られた硬化板を、窒素ガス雰囲気下１０００℃まで５０時間で昇温し炭素化処理した後、真空高温炉により１４００℃処理を施すことで、ガラス状炭素／黒鉛の質量比が約８８／１２でショアー硬度１１０、水素ガス透過係数３．５０×１０-13 cm3・cm／cm2・sec・cmHgと全く水素ガスを透過しないほど緻密な基板を得た。得られた基板を旋盤で必要形状に切削加工しリフロー治具用素材としての耐摩耗性を計測した。
【００２３】
実施例２により得られたリフロー治具用素材の粉塵発生度合いを調べるため、前述のように摩擦摩耗試験を実施したところ、１．７mg／１０ｍと極めて摩耗量が小さいことが確認できた。
【００２４】
なお、このリフロー治具を実際の工程で使用したところ、粉塵等も発生せずかつ安定に使用することができた。
【００２５】
以上説明したように、本発明のリフロー治具用炭素板は、平板の作製手段として、薄板形状体を高速かつ簡易に製造することが可能なコーター等の製膜装置を用い、素材としてガラス状炭素と黒鉛との複合材よりなるため研削等後加工処理が容易であるため、製品を非常に安価に提供することが可能である。
【００２６】
また、本発明により得られたリフロー治具は、ガラス状炭素と黒鉛粉末との複合材料からなる緻密素材からなるため、既存の炭素材料や炭素繊維複合炭素材料と異なり、耐摩耗性に優れ粉塵の発生問題等も解決されるため、高温度での熱処理工程用治具として利用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】各素材の昇温特性を示すグラフである。
【図２】各素材の降温特性を示すグラフである。
【図３】リフロー治具の一例の平面図である。
【図４】リフロー治具の一例の断面図である。
【図５】実施例１の素材の摩耗試験実施前の表面の顕微鏡写真である。
【図６】実施例１の素材の摩耗試験実施後の表面の顕微鏡写真である。
【図７】炭素繊維複合材料の摩耗試験実施前の表面の顕微鏡写真である。
【図８】炭素繊維複合材料の摩耗試験実施後の表面の顕微鏡写真である。
【図９】等方性炭素材の摩耗試験実施前の表面の顕微鏡写真である。
【図１０】等方性炭素材の摩耗試験実施後の表面の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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