CN106964890B - 金属部件的加热方法、接合方法以及金属部件的加热装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及金属部件的加热方法、接合方法以及金属部件的加热装置。加热方法具备氧化膜形成工序以及加热工序,氧化膜的膜厚(α)设定于第一范围(Ar1),在氧化膜的膜厚与具有周期性的吸收率的关系中,第一范围包含与氧化膜(OM)的膜厚超过零而吸收率首次作为极大值出现的第一极大值(a)对应的第一极大膜厚(A)、以及与在第一极大值(a)之后吸收率再次作为极大值出现的第二极大值(b)对应的第二极大膜厚(B),且第一范围(Ar1)比第二极小膜厚(BB)小,第二极小膜厚是与在第二极大值(b)和与在第二极大值(b)之后吸收率再次作为极大值出现的第三极大值(c)之间吸收率作为极小值出现的第二极小值(bb)对应的膜厚。
Description
技术领域
本发明涉及基于激光的金属部件的加热方法、加热的金属部件的接合方法以及金属部件的加热装置。
背景技术
以往,存在通过将激光照射至金属部件的表面,而使金属部件吸收激光,来加热金属部件的技术。例如参照日本专利第4894528号公报、日本专利第5602050号公报、日本特开2014-228478号公报。
此时,加热金属部件的目的各种各样。例如,作为其一,存在日本专利第4894528号公报、日本专利第5602050号公报所示那样的以两个部件的接合为目的的情况。在进行两个部件的接合的情况下,例如,对成为电路的接点的金属部件(例如引线)进行加热,而使被接合部件(例如半导体的端子)与金属部件直接接合。此时,如日本专利第4894528号公报、日本专利第5602050号公报所示,也可以不将加热部加热至成为液相状态而以固相状态停止,以规定的压力将金属部件与被接合部件加压接合(固相扩散接合)。另外,也可以是通常的焊接、即使加热部熔融而以液相状态接合。由此,与例如通过锡焊接合金属部件与被接合部件的情况相比,能够形成耐高温环境的接合。
另外,作为其他的加热的例子,例如,存在日本特开2014-228478号公报所示那样的技术,以非破坏状态检查已经被接合的金属部件与被接合部件是否以充分的面积接触并被接合为目的。在日本特开2014-228478号公报的技术中,首先,通过向与被接合部件接合的金属部件照射激光,加热金属部件而使其升温。此时,若金属部件与被接合部件以充分的面积接触(接合),则升温的热与接触面积对应地从金属部件朝向被接合部件良好地移动。因此,金属部件的升温速度变得缓慢。但是,若金属部件与被接合部件未以充分的面积接触,为不充分的接合,则金属部件的热无法朝向被接合部件良好地移动,从而升温速度变得急剧。通过该升温速度的差异,来评价金属部件与被接合部件的接合状态。
此外,在上述说明中,被照射的激光通常应用廉价的YAG激光器等的情况较多。YAG激光器是激光具有近红外波长(0.7μm~2.5μm)的激光器。例如铜制或者铝制的金属部件,在直至达到规定的温度(例如熔点)的低温时,对基于YAG激光器的激光的吸收率非常低。因此,例如,在日本专利第4894528号公报、日本专利第5602050号公报、日本特开2014-228478号公报所记载的技术中,若作为金属部件而使用铜或者铝,则在低温时,即使向金属部件直接照射激光,由于金属部件对激光的吸收率较低,所以金属部件的温度上升较慢,从而导致到达到吸收率增加的规定的温度为止消耗较多的能量。
与此相对,在日本特开2014-228478号公报所记载的技术中,基于公知的见解,在金属部件的表面形成氧化膜,来提高低温时的金属部件对激光的吸收率。氧化膜通过将氧化膜形成用的激光照射至金属部件的表面而形成。换句话说,为了将氧化膜的膜厚设为实现所期望的吸收率的规定的膜厚,而将激光以预先设定的规定的时间照射金属部件的表面。然后,将加热用激光经由所形成的氧化膜照射金属部件。而且,使通过氧化膜的形成而提高激光的吸收率的金属部件迅速地升温,从而高效地进行接合状态的评价。此外,在日本特开2014-228478号公报所记载的技术中,基于若氧化膜的膜厚超过恒定的值,则激光的吸收率饱和这样的公知的见解,来设定吸收率饱和的膜厚,从而以能够形成该膜厚的方式设定激光的照射时间。
然而,如日本特开2014-228478号公报所记载的那样,为了形成吸收率饱和那样的恒定膜厚以上的氧化膜,而过于耗费时间,成为高成本化的重要因素。另外,为了在短时间内形成氧化膜,在缩短激光照射时间的情况下,所形成的氧化膜的膜厚变薄。此时,通过短时间的激光照射能够形成的接近零的较薄氧化膜的膜厚与金属部件对激光的吸收率的关系,具有在膜厚超过零而增大的方向上极大值以及极小值交替地出现的周期性。而且,在该情况下,即使所形成的氧化膜的膜厚的偏差不大而是少许的偏差,在吸收率方面也呈现出较大的差别,因此,虽在低成本方面优选,但难以获得稳定的激光的吸收率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供利用能够以低成本形成的薄氧化膜来提高激光的吸收率,并且能够稳定且高效率地进行金属部件的加热的金属部件的加热方法、加热的金属部件的接合方法以及金属部件的加热装置。
作为本发明的一方式的通过加热用激光的照射来加热金属部件的加热方法具备:氧化膜形成工序,在该工序中,在上述金属部件的表面形成规定的膜厚的氧化膜;以及加热工序,在该工序中,经由上述氧化膜向上述金属部件照射上述加热用激光,使上述金属部件以与上述氧化膜的上述规定的膜厚对应的吸收率吸收所照射的上述加热用激光,从而将上述金属部件加热至规定的温度。
在上述吸收率与上述氧化膜的膜厚的关系中,上述吸收率具有以下特性,即:具有相对于上述膜厚向增大方向的变化交替地出现极大值与极小值的周期性,并且在上述氧化膜的膜厚为零的情况下最小,在上述氧化膜形成工序中超过上述零而形成的上述氧化膜的上述规定的膜厚设定于第一范围,在上述规定的膜厚与具有上述周期性的上述吸收率的关系中,上述第一范围包含与上述氧化膜的膜厚超过上述零而上述吸收率首次作为上述极大值出现的第一极大值对应的第一极大膜厚、以及与上述吸收率在上述第一极大值之后再次作为上述极大值出现的第二极大值对应的第二极大膜厚,并且,上述第一范围比第二极小膜厚小,第二极小膜厚与在上述第二极大值和与在上述第二极大值之后上述吸收率再次作为上述极大值出现的第三极大值之间上述吸收率作为上述极小值出现的第二极小值对应的膜厚。
如上,就金属部件对加热用激光的吸收率的特性而言,吸收率在与氧化膜的膜厚的关系中具有以下特性,即:具有极大值与极小值交替地出现的周期性,并且在上述氧化膜的膜厚为零的情况下上述吸收率最小。而且,金属部件的氧化膜的膜厚设定于第一范围,第一范围包含与膜厚超过零而首次出现的第一极大值以及接着第一极大值出现的第二极大值分别对应的第一极大膜厚以及第二极大膜厚,并且,第一范围比与第二极小值对应的第二极小膜厚小,其中,第二极小值为在第二极大值与接着第二极大值出现的极大值亦即第三极大值之间的极小值。如上,基于具有周期性的氧化膜的膜厚与吸收率的关系,能够在较宽的范围(第一范围)内设定氧化膜的膜厚。由此,即使在形成氧化膜时膜厚少许偏差,加热用激光的吸收率与不经由氧化膜地将加热用激光照射至金属部件的情况相比,也能够可靠地增大,从而能够稳定且高效率地加热金属部件。另外,将氧化膜的膜厚限定于零附近的第一范围内,因此能够抑制形成超过第一范围的膜厚的不必要的时间增加而导致高成本化。
另外,作为本发明的其他方式的金属部件的接合方法是同上述金属部件的上述表面对置的上述金属部件的第一接合面与同上述第一接合面抵接的被接合金属部件的第二接合面的接合方法,通过上述的方式的加热方法,将上述金属部件加热至上述规定的温度,将上述第一接合面与上述第二接合面形成在比液相状态低的温度下成立且在固体的状态下能够接合的固相状态,从而将上述第一接合面与上述第二接合面在压接方向加压并接合。
如上,将第一接合面与第二接合面升温至比金属部件熔融的温度低的低温亦即固相状态来接合。因此,加热用激光的必要照射量与使金属部件熔融的情况相比能够减少。因此,相对于金属部件设置氧化膜,来提高加热用激光的吸收率,与此对应地能够大幅度减少加热用激光的使用能量,从而能够实现接合的低成本化。
另外,作为本发明的其他方式的金属部件的加热装置为通过加热用激光的照射来加热金属部件的加热装置,上述加热装置具备:氧化膜形成部,其在上述金属部件的表面形成规定的膜厚的氧化膜;以及加热部,其以使上述金属部件以与上述氧化膜的上述规定的膜厚对应的吸收率吸收经由上述规定的膜厚的上述氧化膜照射至上述金属部件的上述加热用激光的方式将上述金属部件加热至规定的温度。上述吸收率在与上述氧化膜的膜厚的关系中,具有极大值与极小值相对于上述膜厚的增大方向的变化交替地出现的周期性,并且具有在上述氧化膜的膜厚为零的情况下最小的特性,在上述氧化膜形成部超过上述零而形成的上述氧化膜的上述规定的膜厚在与具有上述周期性的上述吸收率的关系中,包含在上述氧化膜的膜厚超过零时,与上述吸收率首先作为上述极大值出现的第一极大值对应第一极大膜厚以及与上述吸收率接着上述第一极大值作为上述极大值出现的第二极大值对应的第二极大膜厚,并且,在上述第二极大值与同上述吸收率接着上述第二极大值作为上述极大值出现的第三极大值对应的第三极大膜厚之间,设定于比与上述吸收率作为上述极小值出现的第二极小值对应的第二极小膜厚小的第一范围。通过该加热装置,能够进行稳定且高效率的加热。
附图说明
根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点,在附图中,对相同的元素标注相同的附图标记。
图1是第一实施方式的加热装置的简图。
图2是连续波的激光向金属部件的照射以及通过照射形成于表面的氧化膜的图像视图。
图3是表示通过氧化膜形成用激光的照射在金属部件的表面形成氧化膜的过程的一个例子的坐标图。
图4是对通过氧化膜形成用激光的照射在金属部件的表面形成氧化膜与孔的状态进行说明的图。
图5是表示通过加热用激光的照射从表面加热金属部件的状态的图像视图。
图6是表示氧化膜的膜厚与激光的吸收率的关系的坐标图。
图7是第一实施方式的加热方法的流程1。
图8是第二实施方式的加热装置中,将氧化膜形成用激光设为脉冲波的情况下的向金属部件的照射的图像视图。
图9是第二实施方式的加热装置的简图。
图10是表示在第二实施方式的加热装置中,通过氧化膜形成用激光的照射,在金属部件的表面形成氧化膜的过程的坐标图。
图11是第二实施方式的加热方法的流程2。
图12是第三实施方式的加热装置的简图。
图13是第三实施方式的加热方法的流程3。
图14是对第三实施方式的变形例1的构成进行说明的图。
图15是对第三实施方式的变形例2的构成进行说明的图。
图16是应用第一实施方式的加热装置的接合装置的简图。
图17是图16的局部放大图。
图18是图16的接合装置的接合方法的流程图。
具体实施方式
基于附图对本发明的第一实施方式的金属部件的加热装置进行说明。图1是加热装置100的简图。加热装置100是将YAG激光器所代表的近红外波长的激光照射至在熔点以下的低温时吸收率较低且升温的效率较差的例如铜等金属部件(引线框62),使金属部件以比以往高的吸收率吸收激光而高效地加热金属部件使其升温的装置。此外,关于以怎样的用途使用通过加热装置100加热的金属部件没有特别限定。但是,在本实施方式中,作为用途的一个例子,将在后面针对以与被接合金属部件(半导体部件50的表面的金属端子)接合为目的而加热金属部件(引线框62)的方式进行说明。
首先,对加热装置100进行说明。如图1所示,加热装置100具备氧化膜形成部120、加热部130以及控制部140。氧化膜形成部120在引线框62(金属部件)的表面形成规定的膜厚α的氧化膜OM(参照图2)。此时,规定的膜厚α是与以往相比提高引线框62对激光的吸收率的任意的膜厚。
此外,此时,以往是指在引线框62(金属部件)的表面未形成有氧化膜OM的状态的情况。规定的膜厚α的设定之后详述。氧化膜形成部120具备激光振荡器121、激光头122以及框体123。激光头122配置于框体123内。并且,氧化膜形成部120包含后述的控制部140具备的激光控制部141a、激光输出调整部141b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144以及膜厚判定部145。
激光振荡器121是通过基于控制部140的切换操作,能够照射输出不同的连续波CW(参照图2的图像视图)的激光振荡器。连续波CW是指不中断而连续地照射的激光。在本实施方式中,连续波CW的输出设为两个阶段。将高输出侧的连续波设为连续波CW1,将输出比连续波CW1小的低输出侧的连续波设为连续波CW2。高输出侧的连续波CW1以及低输出侧的连续波CW2通过基于激光输出调整部141b的输出调整而被调整输出,并由激光振荡器121生成。在本实施方式中,连续波CW1是氧化膜形成用的激光。连续波CW2是之后详述的加热用的激光。
若将高输出侧的连续波CW1的输出例如设为100W,则低输出侧的连续波CW2的输出例如为20W左右。但是,该输出值始终作为一个例子进行例示,不限定于该值。输出较大的连续波CW1当在引线框62(金属部件)的表面62a(在图1中为上表面)形成规定的膜厚α的氧化膜OM时,通过氧化膜形成部120的动作被照射至表面62a。
连续波CW2在加热引线框62(金属部件)的情况下,通过之后详述的加热部130的动作,经由形成于表面62a的氧化膜OM被照射至表面62a。此外,在本实施方式中,连续波CW1以及连续波CW2是输出不同,但具有相同的波长,通过相同的装置(激光振荡器121以及激光头122)被照射至引线框62的表面62a的同种激光。此外,以下,将连续波CW1称为氧化膜形成用激光L1、将连续波CW2称为加热用激光L2来进行说明。
构成氧化膜形成部120的激光振荡器121以与激光的种类对应的规定的波长振荡而生成氧化膜形成用激光L1。氧化膜形成用激光L1(连续波CW1)的波长优选处于0.7μm~2.5μm的范围内。换句话说,氧化膜形成用激光L1优选为YAG激光器所代表的近红外波长的激光。
由此,能够廉价地制作激光振荡器121。具体而言,作为氧化膜形成用激光L1,能够采用HoYAG(波长:约1.5μm)、YVO(钒酸钇,波长:约1.06μm)、Yb(镱,波长:约1.09μm)以及纤维激光等。另外,激光振荡器121具备将从激光振荡器121振荡形成的氧化膜形成用激光L1传送至激光头122的光纤125。
如图1所示,配置于框体123内的激光头122从引线框62的表面62a隔着规定的距离与引线框62的表面62a对置地配置。激光头122具有准直透镜132、反射镜134以及fθ透镜138。准直透镜132对从光纤125被出射的氧化膜形成用激光L1进行准直而转换成平行光。
反射镜134以被准直的氧化膜形成用激光L1入射至fθ透镜138的方式转换氧化膜形成用激光L1的行进方向。在本实施方式中,反射镜134将氧化膜形成用激光L1的行进方向转换90度。fθ透镜138是对从反射镜134被入射的平行的氧化膜形成用激光L1进行聚光的透镜。
此外,在本实施方式中,该氧化膜形成用激光L1以光轴与引线框62的表面62a正交的方式被连续照射。通过上述的氧化膜形成用激光L1的连续照射,在引线框62的表面62a上形成氧化膜OM(参照图3的坐标图)。换句话说,氧化膜OM与照射时间H的经过对应地朝向膜厚增大方向逐渐生长,例如,形成为在以激光L1的光轴为中心的直径约为200μm的圆形范围内,膜厚成为规定的膜厚α(超过零)。
另外,此时,在被氧化膜形成用激光L1照射的引线框62的表面62a(照射位置)以微小的直径形成有向表面62a开口的孔62c(参照图4)。孔62c的开口直径例如为φ10μm左右。孔62c的形状(直径等)与氧化膜形成用激光L1的轮廓对应地被决定。
此外,激光的轮廓是指该激光具有的特有的照射直径(点径)、空间上的强度分布。若将氧化膜形成用激光L1照射至表面62a,则在表面62a形成有与此时的氧化膜形成用激光L1的轮廓对应的孔62c。但是,因轮廓的规格不同,即使将氧化膜形成用激光L1照射至表面62a,也可能不形成孔62c。氧化膜形成用激光L1的轮廓能够通过透镜形状、透镜的配置之类的透镜构成的变更任意地设定。
而且,若通过后述的加热部130,将加热用激光L2(连续波CW2)照射至表面62a,则加热用激光L2的一部分进入孔62c内。而且,进入孔62c内的加热用激光L2的一部分边与孔62c内的侧面碰撞而不规则地反射边被吸收转换成热,有助于引线框62的温度上升。此外,若始终作为一个例子进行说明,则向表面62a开口的孔62c的开口直径如上所述例如约为10μm左右,深度约为5μm左右。但是,这始终为一个例子,孔62c的开口直径以及深度不限定于该尺寸,是任意的。
加热部130使加热用激光L2(连续波CW2)朝向通过氧化膜形成部120而形成于引线框62(金属部件)的表面62a上的氧化膜OM照射而加热引线框62(参照图2、图5)。如上所述,相对于氧化膜形成用激光L1而言,加热用激光L2是仅输出功率较小的同种激光。
而且,加热用激光L2边透过以规定的膜厚α形成的氧化膜OM或者被该氧化膜OM反射,边在引线框62的表面62a以及孔62c内被高效地吸收,从而良好地加热引线框62。详细而言,以从表面62a朝向与表面62a对置的背面(相当于后述的第一接合面62b)传递热的方式进行加热,最终,将第一接合面62b加热至所期望的温度。
此外,图5的D部表示从表面62a朝向第一接合面62b加热引线框62的图像,利用与表示引线框62的剖面的斜线粗细不同的斜线来表示热的移动的样子。
此外,针对引线框62,使该加热用激光L2的吸收率提高的氧化膜OM的作用基于公知的见解。因此,省略产生效果的原理等的说明。另外,详细后述,但引线框62对加热用激光L2的吸收率根据氧化膜OM的膜厚而不同(参照图6坐标图)。因此,预先被设定且由氧化膜形成部120形成的规定的膜厚α,以成为加热用激光L2能够更加高效地被引线框62吸收的膜厚的方式被设定。
通过加热部130照射至形成于引线框62(金属部件)的表面62a上的氧化膜OM的加热用激光L2,如上所述是与氧化膜形成用激光L1(连续波CW1)在输出方面不同(小)的连续波CW2。依据之后详述的控制部140的激光输出调整部141b的指示,激光振荡器121将氧化膜形成用激光L1的输出变更成加热用激光L2用的输出,从而照射加热用激光L2。加热部130除了氧化膜形成部120的照射时间计测部143、膜厚运算部144以及膜厚判定部145之外,具备与氧化膜形成部120相同的构成。
控制部140是控制氧化膜形成部120以及加热部130的动作的控制装置。如图1所示,控制部140具备用于控制氧化膜形成部120的动作的激光控制部141a、激光输出调整部141b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144以及膜厚判定部145。此外,如上所述,激光控制部141a、激光输出调整部141b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144以及膜厚判定部145包含于氧化膜形成部120。
另外,控制部140具备用于控制加热部130的动作的激光控制部141a、激光输出调整部141b以及温度计测部142。换句话说,激光控制部141a、激光输出调整部141b以及温度计测部142与氧化膜形成部120兼用,也包含于加热部130。
激光控制部141a控制激光输出调整部141b,变更在激光振荡器121生成的激光的输出。换句话说,激光控制部141a控制激光输出调整部141b,将氧化膜形成用激光L1(连续波CW1)或者加热用激光L2(连续波CW2)选择性地照射至引线框62(金属部件)的表面62a上。
具体而言,激光控制部141a向激光输出调整部141b指示照射的激光的目标输出值。激光输出调整部141b控制激光振荡器121,使激光振荡器121以被激光控制部141a指定的目标输出值振荡,生成所期望的激光(例如,氧化膜形成用激光L1),并连续地照射在表面62a上。
通过该照射(参照图2),引线框62的表面62a上的温度上升,从而以与图3的坐标图所示的照射时间H对应的膜厚形成氧化膜OM。此外,在图3的坐标图中,横轴是照射时间H,纵轴是引线框62的表面62a的膜厚。另外,图3的坐标图仅表示一个例子,也可以具有不同的特性。
如上,通过氧化膜形成用激光L1的连续照射而形成于表面62a上的氧化膜OM的膜厚α1,形成为与通过氧化膜形成用激光L1的照射而上升的表面62a的表面温度T和作为继续照射的时间的照射时间H对应的厚度。换句话说,氧化膜OM的膜厚α1能够通过表面62a的表面温度T与照射时间H来运算。
温度计测部142计测向表面62a上照射氧化膜形成用激光L1时的表面62a的表面温度T。此时,表面温度T通过非接触式的红外线放射温度计39计测。但是,不限定于该方式,温度计测也可以使用任意的计测器来进行。被计测的表面温度T的数据被发送至膜厚运算部144。
另外,照射时间计测部143计测氧化膜形成用激光L1向表面62a上连续照射的照射时间H。在该情况下,实际上,也可以计测照射时间H。但是,不限定于该方式,也可以从激光控制部141a取得预先被设定的照射时间数据。照射时间H的数据被发送至膜厚运算部144。
膜厚运算部144基于被温度计测部142以及照射时间计测部143取得的表面温度T以及照射时间H来运算通过氧化膜形成用激光L1的连续照射而形成的氧化膜OM的膜厚α1。
膜厚判定部145判定由膜厚运算部144运算出的氧化膜OM的膜厚α1是否达到预先设定的规定的膜厚α的范围内。
此外,此时,预先设定的规定的膜厚α被设定为以比以往高的效率在引线框62的表面62a上吸收加热用激光L2的值。实际上,如图6的坐标图所示,规定的膜厚α被设定于35nm~360nm之间。
如上设定膜厚α的范围,因此发明人进行反复实验,求得了氧化膜OM的膜厚与金属部件的激光L的吸收率的关系。图6的坐标图根据此时的实验结果求得。
在图6的坐标图中,横轴是形成于金属表面的氧化膜OM的膜厚(nm)。另外,纵轴是将激光L经由形成的氧化膜OM照射至引线框62(金属部件)的表面62a时的引线框62对激光的吸收率(%)。
若观察图6的坐标图,则吸收率在与氧化膜OM的膜厚的关系中,相对于膜厚向增大方向的变化具有极大值(约60%)与极小值(约20%)交替地出现的周期性。另外,在氧化膜OM的膜厚为0时,吸收率不足10%。但是,在膜厚超过0(零)且膜厚增大的区域,在全部的范围内,吸收率超过膜厚为0时的吸收率。
由此,发明人进行了如下设计,即:根据与具有周期性的吸收率的关系,将超过零的规定的膜厚α设定为包含第一极大膜厚A(85nm)和第二极大膜厚B(265nm)的范围,其中,第一极大膜厚A(85nm)是与氧化膜OM的膜厚首次超过零而增大时吸收率首次作为极大值(60%)出现的第一极大值a对应的膜厚,第二极大膜厚B(265nm)是与吸收率接着第一极大值a而再次作为极大值(60%)出现的第二极大值b对应的膜厚。
另外,同时进行了如下设计,即:将规定的膜厚α的范围设定在比第二极小膜厚BB小的范围内,其中,第二极小膜厚BB是,在第二极大值b与吸收率接着第二极大值b而作为极大值出现的第三极大值c所对应的第三极大膜厚C之间,且与吸收率作为极小值出现的第二极小值bb对应的膜厚。而且,将包含上述的范围设为第一范围Ar1(参照图6)。
具体而言,如图6所示,发明人将第一范围Ar1内的规定的膜厚α设定为在膜厚的形成以及管理中成为实用的范围的35nm~360nm的范围内。此外,如观察图6的坐标图所能明确的那样,35nm以及360nm均是激光吸收率成为约40%的膜厚。
此外,虽为上述的实验条件,但金属部件是铜。另外,激光L是取决于YAG激光器的近红外波长的激光。另外,激光L形成连续波CW的激光。另外,氧化膜OM在加热炉内形成。并且,氧化膜OM的膜厚通过SERA法(连续电化学还原法)测定。因此,在本实施方式中,在称为氧化膜OM的膜厚的情况下,形成在全部通过SERA法测定的情况下所获得的膜厚。此外,SERA法是公知的膜厚测定法。具体而言,首先,在金属表面涂覆电解液,从电极流经微小电流而引起还原反应。此时,各物质具有固有的还原电位,因此测定还原所需的时间,从而能够计算膜厚。
接下来,在通过膜厚判定部145判定为膜厚α1达到规定的膜厚α的范围的情况下,激光控制部141a控制激光输出调整部141b,变更激光振荡器121生成的激光的输出值。换句话说,将连续波CW的输出从高输出侧切换成低输出侧。由此,将氧化膜形成用激光L1切换成加热用激光L2。这样,将加热用激光L2经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a,将引线框62加热至规定的表面温度Ta。
此时,与在表面62a上完全不形成氧化膜OM的情况相比,加热用激光L2被引线框62高效率地吸收与在表面62a上形成有氧化膜OM的部分相应的量。而且,引线框62是否被加热至规定的表面温度Ta,只要通过上述的红外线放射温度计39实际测定即可。
但是,不限定于该方式,也可以根据图6的坐标图求得的与形成于引线框62的表面62a的氧化膜OM的膜厚(推定膜厚)对应的吸收率以及加热用激光L2的照射时间,通过运算而推定出表面62a升温后的温度。而且,若省略图示的表面温度判定部判定为达到预先设定的规定的表面温度Ta,则使加热用激光L2的照射停止。
接下来,基于图7的流程1对基于加热装置100的引线框62(金属部件)的加热方法进行说明。加热方法具备氧化膜形成工序S110以及加热工序S120。氧化膜形成工序S110具备:氧化膜形成用激光照射工序S111、温度计测工序S112、照射时间计测工序S113、膜厚运算工序S114以及膜厚判定工序S115。另外,加热工序S120具备:切换工序S121、加热用激光照射工序S122以及表面温度判定工序S123。
在氧化膜形成用激光照射工序S111(氧化膜形成工序S110)中,若由工作人员按压加热装置100的省略图示的起动按钮,则通过激光控制部141a(激光输出调整部141b)的控制将氧化膜形成用激光L1(连续波CW1)以预先被设定的规定的照射条件(输出,照射点径等)连续地照射至引线框62(金属部件)的表面62a上。此外,此时,通过氧化膜形成用激光L1的照射形成的氧化膜OM的目标的膜厚α也可以手动输入。另外,目标的膜厚α也可以取得预先存储于控制部140的省略图示的存储部的值。
通过该连续照射,在引线框62的表面62a上,表面温度T上升,从而在表面62a上形成有同如图3的坐标图所示上升的表面温度T与照射时间H对应的膜厚(α1)的氧化膜OM。
在温度计测工序S112(氧化膜形成工序S110)中,在氧化膜形成用激光L1向表面62a上照射时,温度计测部142每隔恒定时间通过红外线放射温度计39计测表面62a的表面温度T,向控制部140的膜厚运算部144发送计测数据。
另外,在照射时间计测工序S113(氧化膜形成工序S110)中,照射时间计测部143计测氧化膜形成用激光L1向表面62a上的连续照射时间,向控制部140的膜厚运算部144发送计测数据。
而且,在膜厚运算工序S114(氧化膜形成工序S110)中,膜厚运算部144基于由温度计测工序S112以及照射时间计测工序S113取得的表面温度T以及照射时间H,运算出所形成的氧化膜OM的推定膜厚α1。
接下来,在膜厚判定工序S115(氧化膜形成工序S110)中,通过膜厚判定部145,判定由膜厚运算部144运算出的氧化膜OM的推定膜厚α1是否达到规定的膜厚α的范围。若推定膜厚α1达到规定的膜厚α的范围,则向切换工序S121(加热工序S120)移动。另外,若推定膜厚α1未达到规定的膜厚α的范围,则向氧化膜形成用激光照射工序S111(氧化膜形成工序S110)再次移动。而且,反复处理S111~S114的工序,直至在膜厚判定工序S115中,判定为推定膜厚α1达到规定的膜厚α的范围。
接下来,在切换工序S121(加热工序S120)中,激光输出调整部141b(激光控制部141a)相对于激光振荡器121变更激光的输出,将氧化膜形成用激光L1切换成加热用激光L2。
而且,在加热用激光照射工序S122(加热工序S120)中,激光输出调整部141b使加热用激光L2从激光头122经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a,而将引线框62加热至规定的表面温度Ta。此外,此时,如上所述,在引线框62的表面62a(照射位置)形成有微小的直径的孔62c。
因此,若将加热用激光L2照射至表面62a,则如上所述,加热用激光L2的一部分进入孔62c内,进入孔62c内的加热用激光L2的一部分在孔62c内的侧面不规则反射。由此,加热用激光L2被孔62c内的侧面吸收,而使引线框62在进一步短的时间内温度上升。此外,在图5中,使用与引线框62的剖面显示不同的剖面显示表示从引线框62的表面62a向引线框62的内部传递热的样子的图像。
接下来,在表面温度判定工序S123(加热工序S120)中,省略图示的表面温度判定部判定引线框62的表面62a的表面温度T是否被加热至规定的表面温度Ta(表面温度T≥Ta)。引线框62的表面温度T是否被加热至规定的表面温度Ta的判定也可以通过上述的红外线放射温度计39实际测定而进行。另外,也可以根据与形成于引线框62的表面62a的氧化膜OM的膜厚对应的吸收率以及加热用激光L2的照射时间,并通过运算推定出升温的温度。
而且,省略图示的表面温度判定部若判定为表面62a的表面温度T达到预先设定的规定的表面温度Ta,则激光输出调整部141b(激光控制部141a)使加热用激光L2的照射停止,而结束程序。但是,在判定为表面62a的表面温度T未达到预先设定的规定的表面温度Ta的情况下,处理向加热用激光照射工序S122移动,在表面温度判定工序S123中,进行继续S122~S123的处理直至表面62a的表面温度T≥表面温度Ta。
此外,表面温度Ta成为针对加热引线框62的目的而不同的设定值。例如,加热的目的若是其他部件与引线框62的和表面62a对置的第一接合面62b的焊接,则需要使第一接合面62b升温至焊接所需的温度Tb。因此,预先进行研究,通过实验等预先求得第一接合面62b升温至焊接所需的温度Tb时的引线框62的表面62a的表面温度,并将其设定为表面温度Ta。
另外,加热的目的若为引线框62的切断,则不需要设定表面温度Ta。在该情况下,只要持续照射加热用激光L2直至引线框62被切断即可。针对其他的例子,虽省略说明,但如上,表面温度Ta只要以符合加热的目的的方式依次、任意地设定即可。
在上述第一实施方式中,在氧化膜形成工序S110中,基于温度计测部142计测出的表面温度T以及照射时间计测部143计测出的从照射氧化膜形成用激光L1开始时的照射时间H运算所形成的氧化膜OM的膜厚α1。但是,不限定于该方式。作为第一实施方式的变形例1,氧化膜OM的推定膜厚α1也可以累积基于每隔一定时间而被计测的表面温度t与照射时间h而运算的从上次的运算时刻开始追加而形成的氧化膜OM的各膜厚αA、αB···来求得。由此,也能够获得与上述实施方式相同的效果。
接下来,对第二实施方式进行说明。在上述第一实施方式中,将氧化膜形成用激光L1以及加热用激光L2均设为连续波CW。但是,不限定于该方式。作为第二实施方式,也可以将第一实施方式的氧化膜形成用激光L1设为脉冲波PW(参照图8的图像视图)。此时,第二实施方式的加热装置200(参照图9)相对于第一实施方式的加热装置100仅氧化膜形成部120以及控制部140不同。因此,针对不同的部分详细地进行说明,针对其他的相同部分省略说明。另外,针对相同的构成,存在标注相同的附图标记进行说明的情况。
图9是第二实施方式的加热装置200的简图。如图9所示,加热装置200具备氧化膜形成部220、加热部130以及控制部240。氧化膜形成部220在引线框62(金属部件)的表面形成规定的膜厚α(累积膜厚)的氧化膜OM。氧化膜形成部220具备激光振荡器221、激光头122以及框体123。并且,氧化膜形成部220包含后述的控制部240具备的激光控制部241a、激光输出调整部241b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部244以及膜厚判定部245。
激光振荡器221是通过基于控制部240的激光的切换控制,均能够照射脉冲波PW(参照图8的图像视图)以及连续波CW(参照图2的图像视图)的激光振荡器。脉冲波PW是断续地被照射的激光。脉冲波PW当在引线框62(金属部件)的表面62a(在图9中为上表面)上形成规定的膜厚α的氧化膜OM的情况下,以规定的照射条件(脉冲波的照射时机、输出以及照射点径等)被照射至表面62a上。脉冲波PW与连续波CW相比,容易输出瞬间较大的能量,因此是适于形成需要比较大的输出的氧化膜OM的激光。
此外,在本实施方式中,脉冲波PW以及连续波CW是具有相同的波长,通过相同的装置(激光振荡器221以及激光头122)被照射至引线框62的表面62a的同种激光。此外,以下,将脉冲波PW称为氧化膜形成用激光L3,将连续波CW称为加热用激光L4进行说明。加热用激光L4与第一实施方式的加热用激光L2相同。
氧化膜形成用激光L3(脉冲波PW)的波长与第一实施方式相同,优选为YAG激光器所代表的近红外波长的激光。另外,激光头122(准直透镜132、反射镜134以及fθ透镜138)与第一实施方式相同。
此外,在第二实施方式中,该氧化膜形成用激光L3以与引线框62的表面62a正交的方式以规定的脉冲数被断续照射(脉冲照射)。通过上述的氧化膜形成用激光L3的断续照射,在引线框62的表面62a形成为氧化膜OM的膜厚例如成为直径约为200μm且膜厚超过零的规定的膜厚α。另外,此时,在被氧化膜形成用激光L3照射的引线框62的表面62a(照射位置)与第一实施方式相同地,以微小的直径形成有向表面62a开口的孔62c。另外,加热部130与第一实施方式的加热部130相同。
控制部240是控制氧化膜形成部220以及加热部130的动作的控制装置。控制部240具备:激光控制部241a、激光输出调整部241b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部244以及膜厚判定部245。此外,如上所述,激光控制部241a、激光输出调整部241b、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部244以及膜厚判定部245包含于氧化膜形成部220。
另外,控制部240具备用于控制加热部130的动作的激光控制部241a、激光输出调整部241b以及温度计测部142。换句话说,激光控制部141a、激光输出调整部141b以及温度计测部142与氧化膜形成部220共用,也包含于加热部130。
激光输出调整部241b通过来自激光控制部241a的指示,生成氧化膜形成用激光L3(脉冲波PW),将氧化膜形成用激光L3以规定的照射条件断续地照射至引线框62(金属部件)的表面62a上。如图10所示,通过该断续照射的氧化膜形成用激光L3的照射中的首次照射,使引线框62的表面62a上的温度瞬间上升。由此,在照射位置形成有氧化膜OM,然后,温度在空气中在短时间内一下子冷却。此外,在图10的坐标图中,横轴是经过时间,纵轴是引线框62的表面62a的温度以及氧化膜OM的膜厚。
每当基于氧化膜形成用激光L3进行上述的断续照射时,均在引线框62的表面62a上形成氧化膜OM并被层叠(累积)(参照图10的α4~α7)。此时,每当基于氧化膜形成用激光L3的断续照射时均形成的氧化膜OM的各膜厚α4~α7形成为和通过氧化膜形成用激光L3的照射而上升的表面62a的表面温度t与照射的照射时间h(照射继续时间)对应的厚度。换句话说,氧化膜OM的各膜厚能够根据表面62a的表面温度t与照射时间h(未图示)运算。此外,温度计测部142与第一实施方式相同。
照射时间计测部143计测氧化膜形成用激光L3向表面62a上断续照射的各照射时间h。在该情况下,实际上,也可以计测照射时间h。但是,不限定于该方式,也可以从控制部240取得预先被设定的氧化膜形成用激光L3的照射时间数据。然后,照射时间数据被发送至控制部240的膜厚运算部244。
膜厚运算部244基于由温度计测部142以及照射时间计测部143取得的表面温度t以及照射时间h分别运算每当断续照射作为脉冲波的氧化膜形成用激光L3时均形成的氧化膜OM的膜厚α4、α5、··、αn。另外,膜厚运算部244依次累积已经运算出的膜厚α4、α5··αn,而运算氧化膜OM的累积膜厚Σ(α4+α5+··+αn)。
膜厚判定部245判定由膜厚运算部244运算出的推定膜厚亦即氧化膜OM的累积膜厚Σ(α4+α5+··+αn)是否达到预先设定的规定的膜厚α的范围。
在通过膜厚判定部245判定为累积膜厚Σ(α4+α5+··+αn)达到规定的膜厚α的范围的情况下,激光输出调整部141b通过激光控制部141a的指示,以减小氧化膜形成用激光L3的输出的方式进行调整,并且以连续照射的方式切换成加热用激光L4。而且,激光输出调整部141b使加热用激光L4经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a,而将引线框62加热至规定的表面温度Ta。由此,能够获得与第一实施方式相同的效果。
接下来,基于图11的流程2对基于加热装置200的引线框62(金属部件)的加热方法进行说明。加热方法具备氧化膜形成工序S210以及加热工序S120。氧化膜形成工序S210具备:氧化膜形成用激光照射工序S211、温度计测工序S212、照射时间计测工序S213、累积膜厚运算工序S214以及膜厚判定工序S215。另外,加热工序S120具备:切换工序S121、加热用激光照射工序S122以及表面温度判定工序S123。加热工序S120与第一实施方式的加热工序S120相同,因此省略说明。
在氧化膜形成工序S210具备的氧化膜形成用激光照射工序S211中,若由工作人员按压加热装置200的省略图示的起动按钮,则氧化膜形成用激光L3(脉冲波PW)通过激光控制部241a以及激光输出调整部241b的控制,以预先被设定的规定的照射条件(输出、照射点径等)断续地被照射至引线框62(金属部件)的表面62a上。
通过该断续照射的各照射,在引线框62的表面62a上,分别如图10的坐标图所示,在短时间内表面温度t上升,同上升的表面温度t与各照射的照射时间h对应的膜厚(α4~α7)的氧化膜OM分别被形成于表面62a上,在各温度上升后,表面温度t分别在短时间内一下子降低。
但是,引线框62的表面62a的表面温度t每当氧化膜形成用激光L3的各断续照射时,并非均完全返回至作为初始温度的常温。因此,在氧化膜形成用激光L3的第二次以下的断续照射中,在照射开始时刻,在温度已经稍微上升的状态下照射氧化膜形成用激光L3。
因此,如图10所示,即使照射的输出每次相同,基于氧化膜形成用激光L3的照射的表面温度t的最高达到温度也一点点上升。每当氧化膜形成用激光L3的上述的断续照射时,均在引线框62的表面62a上形成并累积膜厚α4、α5··αn的氧化膜OM(参照图10)。此外,为了符合纸面,在图10的坐标图仅记载α4~α7。
温度计测工序S212与第一实施方式的温度计测工序S112相同。另外,在照射时间计测工序S213中,通过照射时间计测部143,计测氧化膜形成用激光L3向表面62a上的断续照射的各照射时间h,向控制部240的膜厚运算部244发送计测数据。
在累积膜厚运算工序S214中,通过膜厚运算部244,每当氧化膜形成用激光L3被断续照射至表面62a上时,均基于由温度计测工序S212以及照射时间计测工序S213取得的表面温度t以及照射时间h,分别运算所形成的氧化膜OM的膜厚α4、α5··αn,并且依次累积来运算作为氧化膜OM的推定膜厚的累积膜厚Σ(α4+α5+··+αn)。
接下来,在膜厚判定工序S215中,通过膜厚判定部245,判定由膜厚运算部244运算出的氧化膜OM的累积膜厚Σ(推定膜厚)是否达到规定的膜厚α。若判定为累积膜厚Σ达到规定的膜厚α,则向加热工序S120的切换工序S121移动。
另外,若判定为累积膜厚Σ未达到规定的膜厚α,则向氧化膜形成用激光照射工序S211再次移动。而且,反复处理S211~S214,直至在膜厚判定工序S215中,膜厚判定部245判定为累积膜厚Σ达到规定的膜厚α的范围。此外,规定的膜厚α的设定方法如以上说明的那样。加热工序S120的处理内容与第一实施方式的加热工序S120相同。由此,能够进行具有与第一实施方式相同的效果的加热。
在上述第二实施方式中,将氧化膜形成用激光L3设为脉冲波PW,将加热用激光L4设为连续波CW。但是,不限定于该方式。作为第二实施方式的变形例1,也可以将氧化膜形成用激光L3设为连续波CW,将加热用激光L4设为脉冲波PW。并且,作为变形例2,也可以将氧化膜形成用激光L3以及加热用激光L4均视为脉冲波PW。通过这些,也能够获得相应的效果。
接下来,对第三实施方式的加热装置300进行说明。如图12所示,第三实施方式的加热装置300相对于第一实施方式的加热装置100,氧化膜形成部120以及控制部140局部不同。换句话说,第三实施方式的加热装置300具备氧化膜形成部320、加热部130以及控制部340。此外,在第三实施方式中,与第一实施方式相同,氧化膜形成用激光L5以及加热用激光L6均形成连续波CW。此外,在说明加热装置300时,针对与第一实施方式的加热装置100相同的构成标注相同的附图标记来进行说明。
此处,预先对第三实施方式的加热装置300的概要简单地进行说明。加热装置300在形成基于氧化膜形成部320的氧化膜OM时,将吸收率测定用激光照射至引线框62的表面62a,基于从表面62a反射的吸收率测定用激光的反射光的输出,运算引线框62相对于加热用激光L6的实际的吸收率亦即实际吸收率Abr。而且,求得运算出的实际吸收率Abr与基于由膜厚运算部144运算出的推定膜厚求得的推定吸收率Abe的吸收率差ΔAb。而且,基于该吸收率差ΔAb,设定氧化膜形成用激光L5的照射条件。此外,以运算出的推定膜厚达到规定的膜厚α的范围为条件。
此时,用于运算实际吸收率Abr的测定用激光(实际吸收率测定用激光L7)优选为与加热用激光L6或者氧化膜形成用激光L5同种的激光。将测定用激光形成与加热用激光L6或者氧化膜形成用激光L5同种的激光,从而能够更加高精度地求得实际吸收率Abr。因此,在本实施方式中,实际吸收率测定用激光L7与氧化膜形成用激光L5共用。
但是,不限定于该方式。也可以将实际吸收率测定用激光L7形成与加热用激光L6相同的照射条件的激光,根据所获得的反射激光的计测数据,推定照射加热用激光L6的情况下的吸收率。另外,也可以将实际吸收率测定用激光L7形成与氧化膜形成用激光L5以及加热用激光L6不同的照射条件的激光,根据所获得的反射激光的计测数据推定照射加热用激光L6的情况下的吸收率。
加热装置300具备的氧化膜形成部320具备激光振荡器121、激光头122、框体123以及上述的功率计330。另外,氧化膜形成部320包含:控制部340具备的激光控制部141a、激光输出调整部141b(与实际吸收率测定用激光照射部共用)、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144、膜厚判定部145、反射激光输出计测部346、实际吸收率运算部347、推定吸收率运算部348、吸收率差运算部349、吸收率差判定部350以及氧化膜形成用激光照射条件变更部351。
如图12所示,激光头122相对于引线框62的表面62a具有规定的角度γ°地配置。功率计330在实际吸收率测定用激光L7(氧化膜形成用激光L5)从激光头122朝向表面62a被照射后,以被表面62a反射的反射激光L7A(L5A)能够全部输入功率计330的输入面的任意的位置以及角度配置。功率计330与反射激光输出计测部346连接,将计测数据发送至反射激光输出计测部346。
控制部340是控制氧化膜形成部320以及加热部130的动作的控制装置。控制部340具备:用于控制氧化膜形成部320的动作的激光控制部141a、激光输出调整部141b(与实际吸收率测定用激光照射部共用)、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144、膜厚判定部145、反射激光输出计测部346、实际吸收率运算部347、推定吸收率运算部348、吸收率差运算部349、吸收率差判定部350以及氧化膜形成用激光照射条件变更部351。
控制部340具备用于控制加热部130的动作的激光控制部141a以及激光输出调整部141b。换句话说,激光控制部141a、激光输出调整部141b与氧化膜形成部320共用,也包含于加热部130。
控制部340具备的激光控制部141a、激光输出调整部141b(与实际吸收率测定用激光照射部兼用)、温度计测部142、照射时间计测部143、膜厚运算部144以及膜厚判定部145与第一实施方式的控制部140相同,因此省略说明。
接下来,基于图13的流程3对基于加热装置300的引线框62(金属部件)的加热方法进行说明。加热装置300的加热方法具备氧化膜形成工序S310以及与第一实施方式相同的加热工序S120。氧化膜形成工序S310具备:氧化膜形成用激光照射工序S111、温度计测工序S112、照射时间计测工序S113、膜厚运算工序S114、膜厚判定工序S115、推定吸收率运算工序S311、实际吸收率测定用激光照射工序S312、反射激光输出计测工序S313、实际吸收率运算工序S314、吸收率差运算工序S315、吸收率差判定工序S316以及氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317。
流程3的氧化膜形成工序S310相对于第一实施方式的氧化膜形成工序S110,直至膜厚判定工序S115为相同,但以下的处理不同。因此,在本实施方式中,仅记载膜厚判定工序S115以下的处理来进行说明。另外,加热工序S120也与流程1相同,因此省略说明。
在第三实施方式中,在膜厚运算工序S114中,运算氧化膜OM的推定膜厚α1。而且,在膜厚判定工序S115中,判定运算出的氧化膜OM的推定膜厚α1是否达到规定的膜厚α的范围。若推定膜厚α1达到规定的膜厚α的范围,则向推定吸收率运算工序S311移动。
另外,在膜厚判定工序S115中,若判定为推定膜厚α1未达到规定的膜厚α的范围,则处理向氧化膜形成用激光照射工序S111再次移动。而且,反复处理各工序S111~S114,直至在膜厚判定工序S115中,判定为推定膜厚α1达到规定的膜厚α的范围。
接下来,在推定吸收率运算工序S311中,运算推定吸收率Abe。在推定吸收率运算工序S311中,推定吸收率运算部348基于图6所示的具有周期性的氧化膜OM的膜厚与吸收率Ab的关系,运算推定吸收率Abe。即,基于图6的坐标图,通过膜厚运算部144进行运算,运算被膜厚判定工序S115判定为达到规定的膜厚α的与推定膜厚α1对应的加热用激光L6的推定吸收率Abe。例如,在将由膜厚运算部144运算出的推定膜厚设为X1的情况下,在图6中,推定吸收率Abe成为Y1。
接下来,在实际吸收率测定用激光照射工序S312(氧化膜形成工序S310)中,实际吸收率测定用激光照射部(与激光输出调整部141b共用)将实际吸收率测定用激光L7(与氧化膜形成用激光L5共用)经由被膜厚判定工序S115判定为推定膜厚α1达到规定的膜厚α的范围的氧化膜OM照射至引线框62(金属部件)的表面62a。
此时,在使至此照射的氧化膜形成用激光L5暂时停止后,为了测定实际吸收率,只要再次照射即可。但是,不限定于该方式,氧化膜形成用激光L5也可以不停止,而继续照射。但是,氧化膜形成用激光L5的照射时间优选形成短时间,以不新形成氧化膜OM为照射条件。
此外,在本实施方式中,作为实际吸收率测定用激光L7,不采用加热用激光L6,而采用氧化膜形成用激光L5。因此,存在与将加热用激光L6经由氧化膜OM照射至表面62a来运算实际吸收率Abr的情况相比,产生少许的差异的担忧。但是,发明人考虑该差异非常小,从而通过氧化膜形成用激光L5,运算实际吸收率Abr。
而且,照射于表面62a的氧化膜OM上的实际吸收率测定用激光L7(氧化膜形成用激光L5)在引线框62(金属部件)的表面62a上,一部分作为反射激光L7A反射。另外,实际吸收率测定用激光L7中的反射激光L7A(L5A)以外的激光被吸收于引线框62内。
在反射激光输出计测工序S313中,反射激光输出计测部346通过被连接的功率计330计测反射激光L7A(L5A)的输出。功率计330计测出的数据被发送至实际吸收率运算部347。此外,功率计330是计测激光的输出的公知的计测器,因此省略详细的说明。另外,反射激光L7A(L5A)的输出不限定于功率计,也可以通过光束分析仪、CCD传感器以及CMOS传感器等进行计测。
在实际吸收率运算工序S314中,实际吸收率运算部347基于反射激光L7A(L5A),运算加热用激光L6的实际吸收率Abr。实际吸收率Abr通过Abr=((P1-P2)/P1)进行运算。此时,P1是照射至表面62a的实际吸收率测定用激光L7(氧化膜形成用激光L5)的初期的输出,P2是被计测的反射激光L7A(L5A)的输出。此处,如图6所示,实际吸收率Abr形成Y2。
接下来,在吸收率差运算工序S315中,吸收率差运算部349运算出在推定吸收率运算工序S311中运算出的推定吸收率Abe与在实际吸收率运算工序S314中运算出且与在运算推定吸收率Abe的时刻所形成的氧化膜OM对应的实际吸收率Abr之间的吸收率差ΔAb(=Abr-Abe=Y2-Y1)。而且,运算结果被发送至吸收率差判定部350。
在吸收率差判定工序S316中,通过吸收率差判定部350,判定运算出的吸收率差ΔAb(=Y2-Y1)是否处于规定的范围β内。若吸收率差ΔAb处于规定的范围β内,则判断为能够信赖推定膜厚的运算结果,从而向加热工序S120的切换工序S121移动。此外,规定的范围β只要基于预先的实验等任意地设定即可。
而且,在加热工序S120中,激光输出调整部141b与第一实施方式相同地,将加热用激光L6经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a。由此,激光输出调整部141b将引线框62加热至规定的表面温度ta。接下来,若省略图示的表面温度判定部判定为达到预先设定的规定的表面温度ta,则使加热用激光L2的照射停止。
但是,在吸收率差判定工序S316的判定时,若判定为吸收率差ΔAb不处于规定的范围β内,则向氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317移动。在氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317中,例如,通过氧化膜形成用激光照射条件变更部351尽可能地在短时间内以吸收率差ΔAb落入范围β内的方式变更氧化膜形成用激光L5的照射条件。
此处,氧化膜形成用激光照射条件变更部351基于推定膜厚X1、实际吸收率Abr以及具有周期性的氧化膜OM的膜厚与吸收率Ab的关系,变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件。
换言之,基于由推定吸收率运算部348根据推定膜厚X1而运算出的推定吸收率Abe、以及由实际吸收率运算部347运算且与在运算推定吸收率Abe的时刻所形成的氧化膜OM对应的实际吸收率Abr,氧化膜形成用激光照射条件变更部351变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件。此外,推定吸收率Abe根据推定膜厚X1以及具有周期性的氧化膜OM的膜厚与吸收率Ab的关系求得。
另外,具体而言,氧化膜形成用激光照射条件变更部351在吸收率差判定部350中,在判定为吸收率差ΔAb不处于规定的范围β内的情况下,根据吸收率差ΔAb的大小,在下次判定中,以吸收率差ΔAb落入规定的范围内的方式变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件。
例如,在实际吸收率Abr比推定吸收率Abe小,且吸收率差ΔAb向负方向增大的情况下,将氧化膜形成用激光L5的照射条件变更成更加容易形成氧化膜OM的照射条件。另外,相反,在实际吸收率Abr比推定吸收率Abe大,且吸收率差ΔAb向正方向增大的情况下,将氧化膜形成用激光L5的照射条件变更成难以形成氧化膜OM的照射条件。由此,在下次判定时,吸收率差ΔAb落入规定的范围β内的可能性提高,因此能够相对于氧化膜OM在短时间内获得所期望的膜厚α,从而高效。
在上述第三实施方式中,将实际吸收率测定用激光L7(氧化膜形成用激光L5)经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a,然后,形成通过功率计330直接接受被引线框62的表面62a反射的反射激光L7A(L5A)。但是,不限定于该方式。
如图14所示,作为第三实施方式的变形例1,也可以在氧化膜形成用激光L5(实际吸收率测定用激光L8)的光轴上具备二向色镜410。二向色镜410是使特定的波段(例如,近红外波长)的光反射,且供其他的波段的光透过的元件。若具有上述的特性,则不限定于二向色镜,也可以使用任意的元件。
如图14所示,二向色镜410在激光头122与引线框62的表面62a之间,换句话说在氧化膜形成用激光L5(L8)的光轴上,配置为相对于表面62a具有约45度的倾斜。在如上配置二向色镜410的变形例1中,从配置为氧化膜形成用激光L5(L8)的光轴成为水平的激光头122朝向二向色镜410照射氧化膜形成用激光L5(L8)。
而且,达到二向色镜410的氧化膜形成用激光L5(L8)的大部分被二向色镜410的镜面410a反射,一部分透过。而且,被镜面410a反射的氧化膜形成用激光L5(L8)通过将行进方向变更成直角而达到引线框62的表面62a上。
然后,氧化膜形成用激光L5(L8)的一部分从表面62a被引线框62吸收而转换成热。另外,剩余的其他部分被表面62a反射,作为反射激光L5A(L8A),再次朝向二向色镜410的镜面410a行进,而达到相对于表面62a倾斜地配置的镜面410a。此时,在反射激光L5A(L8A)达到的二向色镜410的镜面410a中,反射激光L5A(L8A)的大部分再次被反射,成为与氧化膜形成用激光L5(L8)的光轴平行,向激光头122方向行进。
另外,在反射激光L5A(L8A)达到的镜面410a中,反射激光L5A(L8A)的一部分透过二向色镜410,朝向图14的上方进行。而且,该透过激光L5AA(L8AA)被输入配置于上方的功率计330,而计测透过激光L5AA(L8AA)的输出。由此,能够与第三实施方式相同地,推定氧化膜OM的实际吸收率Abr。通过上述的构成,也能够获得与第三实施方式相同的效果。
另外,在上述的第三实施方式的变形例1中,与上述第三实施方式不同,能够水平地配置激光头122,从而构成变得简单。另外,输入功率计330的透过激光L5AA(L8AA)的输出较小,因此能够使用小型的功率计,从而能够有助于成本减少。
另外,不限定于上述变形例1的方式。作为第三实施方式的变形例2,如图15所示,也可以配置二向色镜420、激光头122以及功率计330。在变形例2中,二向色镜420配置为在沿垂直方向具有光轴的激光头122与引线框62的表面62a之间,换句话说在氧化膜形成用激光L5(实际吸收率测定用激光L9)的光轴上,相对于表面62a具有约45度的倾斜。此外,二向色镜420与二向色镜410的供氧化膜形成用激光L5(L9)透过或者将其反射的方式不同。
在如上配置二向色镜420的变形例2中,如图15所示,氧化膜形成用激光L5(L9)从配置为光轴成为垂直的激光头122朝向二向色镜420被照射。
而且,达到二向色镜420的氧化膜形成用激光L5(L9)的大部分透过二向色镜420的镜面420a。而且,透过镜面420a的氧化膜形成用激光L5(L9)达到引线框62的表面62a上。
然后,氧化膜形成用激光L5(L9)的一部分从表面62a被引线框62吸收而转换成热。另外,剩余的其他部分被表面62a反射,再次朝向二向色镜420的镜面420b行进,而达到相对于表面62a倾斜地配置的镜面420b。此时,在供反射激光L5A(L9A)抵接的二向色镜410的镜面420b中,反射激光L5A(L9A)的一部分被反射成直角,朝向功率计330行进。而且,该反射激光L5AB(L9AB)在图15中被输入配置于左方的功率计330,从而能够计测输出。由此,能够与第三实施方式相同地,推定氧化膜OM的实际吸收率Abr。通过上述的构成,也能够获得与第三实施方式相同的效果。
另外,在上述的第三实施方式的变形例2中,与上述第三实施方式不同,能够垂直地配置激光头122,从而构成变得简单。另外,与变形例1相同,输入功率计330的反射激光L5AB(L9AB)的输出较小,因此能够使用小型的功率计,从而有助于成本减少。
在上述第三实施方式中,通过一个激光振荡器121的切换(输出调整)交替地进行氧化膜形成用激光L5、加热用激光L6以及实际吸收率测定用激光L7的照射。但是,不限定于该方式。作为第三实施方式的变形例3,也可以单独设置实际吸收率测定用激光L7用的激光振荡器(省略图示)。由此,能够与氧化膜形成用激光L5的照射同时地测定实际吸收率Abr,因此效率良好。
另外,在上述第三实施方式中,将氧化膜形成用激光L5以及加热用激光L6均设为连续波CW。但是,不限定于该方式。作为第三实施方式的变形例4,也可以将氧化膜形成用激光L5设为脉冲波PW,将加热用激光L6设为连续波CW。另外,作为变形例5,也可以将氧化膜形成用激光L5设为连续波CW,将加热用激光L6设为脉冲波PW。并且,作为变形例6,也可以将氧化膜形成用激光L5以及加热用激光L6均设为脉冲波PW。由此,也能够获得相应的效果。
此外,在上述第三实施方式中,在用于形成氧化膜OM的氧化膜形成用激光照射工序S111中,在使氧化膜形成用激光L5的照射停止后,照射实际吸收率测定用激光L7(L5),而运算实际吸收率Abr。但是,不限定于该方式。作为变形例7,在形成氧化膜OM的氧化膜形成用激光L5的照射过程中,也可以同时通过功率计330取得实际吸收率测定用激光L7(L5)的反射激光L7A来运算实际吸收率Abr。
此外,在上述第一实施方式~第三实施方式中,调整氧化膜形成用激光L1、L3、L5的输出,由此切换成加热用激光L2、L4、L6的照射。但是,不限定于该方式。控制部140、240、340分别具备以预先被设定的输出照射激光的照射部,控制部140、240、340也可以仅通过照射部的切换来切换氧化膜形成用激光L1、L3、L5与加热用激光L2、L4、L6的照射。
接下来,对应用第一实施方式的加热装置100的用于将两个部件接合的接合装置400进行说明。作为接合,以通过公知的固相扩散接合将作为被接合金属部件的半导体部件50的金属端子接合在作为加热用部件的上述说明的引线框62的方式为例进行说明。此外,固相扩散接合是指如下的公知的接合方法,即:使金属部件(引线框62)与被接合金属部件(半导体部件50的金属端子)升温,且以比液相状态低的温度成立而形成能够在固体的状态下接合的固相状态,沿压接方向加压接合第一接合面62b与第二接合面50a。
详细而言,将引线框62的与表面62a对置的第一接合面62b和作为端子形成于半导体部件50的上表面的金属层51的上表面的第二接合面50a接合(参照图17)。金属层51例如由Au形成。如图16、图17所示,在接合前,第一接合面62b与第二接合面50a相互抵接。另外,半导体部件50的下表面被规定的支承部件52支承。另外,在接合时,引线框62的表面62a沿第一接合面62b与第二接合面50a的压接方向被加压(参照图17的箭头)。
如图16所示,接合装置400是应用加热装置100(氧化膜形成部120、加热部130以及控制部140)的装置。接合装置400具备加热装置100、加压部430以及控制部440。加压部430在加热装置100的加热部130将加热用激光L2向引线框62的表面62a照射,而对其加热时,沿第一接合面62b与第二接合面50a被压接的方向(参照图17的箭头)加压引线框62的表面62a。
此时,加压的机构也可以任意的。另外,加压的压力是能够实现固相扩散接合的压力,预先研究决定。另外,在本实施方式中,向使第一接合面62b与第二接合面50a压接的方向的加压与加热装置100的动作同时开始。此外,加压部430被控制部140的激光控制部141a控制。
控制部440具备温度计测部442、照射时间计测部443、接合强度运算部444以及接合强度判定部445。温度计测部442具有与控制部440的温度计测部142相同的功能,因此也可以与温度计测部142兼用。计测出的表面62a的表面温度t的计测数据被发送至控制部440的接合强度运算部444。照射时间计测部443计测加热用激光L2向表面62a上照射的照射时间h。计测出的照射时间h的计测数据被发送至控制部440的接合强度运算部444。
接合强度运算部444根据由温度计测部442以及照射时间计测部443取得的表面温度t以及照射时间h,运算第一接合面62b与第二接合面50a之间的固相扩散接合的接合强度F。
接合强度判定部445判定由接合强度运算部444运算出的接合强度F是否达到预先设定的规定的接合强度F1。换句话说,判定第一接合面62b与第二接合面50a是否以接合强度F(≥规定的接合强度F1)被接合。
接下来,基于图18的流程4对使用接合装置400的接合方法进行说明。如图18的流程4所示,接合方法具备氧化膜形成工序S110以及加热工序S120A。氧化膜形成工序S110与上述的加热方法的氧化膜形成工序S110相同。但是,加热工序S120A的一部分与第一实施方式的加热方法的加热工序S120不同。因此,在图18的流程4中,省略氧化膜形成工序S110的内容的记载,仅对加热工序S120A详细地记载。另外,在说明中,也仅说明加热工序S120A。此外,对在上述实施方式中说明的加热方法相同的构成以及工序标注相同的附图标记来进行说明。
如图18的流程4所示,接合方法的加热工序S120A具备:切换工序S121、加热用激光照射工序S122、温度计测工序S123A、照射时间计测工序S124A、接合强度运算工序S125A以及接合强度判定工序S126A。
在切换工序S121中,在氧化膜形成工序S110的膜厚判定工序S115中,若判定为推定膜厚α1达到规定的膜厚α(的范围),则激光输出调整部141b(激光控制部141a)调整氧化膜形成用激光L1的输出,而切换成加热用激光L2的照射。
在加热用激光照射工序S122中,通过激光输出调整部141b的控制,将加热用激光L2经由氧化膜OM照射至引线框62的表面62a。在温度计测工序S123A中,通过红外线放射温度计39计测引线框62的表面温度t,向控制部440的接合强度运算部444发送计测数据。另外,在照射时间计测工序S124A中,计测加热用激光L2向表面62a上照射的照射时间h,向控制部440的接合强度运算部444发送计测数据。
在接合强度运算工序S125A中,基于在温度计测工序S123A以及照射时间计测工序S124A中取得的表面温度t以及照射时间h,运算第一接合面62b与第二接合面50a的接合强度F。此时,接合强度运算工序S125A首先根据表面62a的表面温度t以及照射时间h推定第一接合面62b与第二接合面50a的温度。然后,预先在控制部440具有的第一接合面62b以及第二接合面50a的温度与接合强度F的关系中应用推定出的温度,以便推定接合强度F。但是,不限定于该方式,接合强度F也可以任意地运算。
接下来,在接合强度判定工序S126A中,在判定为推定出的接合强度F未达到预先设定的规定的接合强度F1的情况下,返回加热用激光照射工序S122,进行反复处理直至在接合强度判定工序S126A中判定为达到规定的接合强度F1。但是,在接合强度判定工序S126A中,若判定为推定出的接合强度F达到预先设定的规定的接合强度F1,则激光输出调整部141b使加热用激光L2的照射停止,结束程序。
此外,在上述说明的接合方法中,具备接合强度运算工序S125A以及接合强度判定工序S126A,在判定为接合强度F达到规定的接合强度F1时,使加热用激光L2的照射停止。但是,不限定于该方式,在接合方法中,也可以不具备接合强度运算工序S125A以及接合强度判定工序S126A。在该情况下,接合方法只要仅通过温度计测工序S123A的计测数据(表面温度t),判定接合是否结束即可。由此,也能够获得相应的效果。
此外,成为此时的判定的基准的表面62a的表面温度ta是第一接合面62b以及第二接合面50a成为固相状态,并且通过向压接方向的加压使固相扩散接合结束时的表面62a的表面温度,这也是预先被研究设定的。
另外,在上述接合方法中,对通过固相扩散接合将第一接合面62b与第二接合面50a接合的方式进行了说明,但不限定于该方式。作为其他方式的接合方法,也可以使第一接合面62b与第二接合面50a相互形成液相状态(熔融状态)来接合。在该情况下,不需要沿引线框62与半导体部件50的压接方向的加压。
即使在上述的情况下,也只要基于由温度计测工序S123A计测出的表面温度t或者由接合强度运算工序S125A运算出的接合强度F判定接合的结束即可。此外,与上述相同,成为此时的判定基准的表面温度ta也是能够确认第一接合面62b与第二接合面50a成为液相状态被接合的表面62a的表面温度,这也是预先研究决定的。另外,针对接合强度F的判定,也可以预先取得表面温度t与接合强度F的关系,基于该关系来判定。
根据上述第一实施方式~第三实施方式,通过加热用激光L2的照射加热引线框62(金属部件)的加热方法具备:氧化膜形成工序S110,在该工序中,在引线框62(金属部件)的表面62a形成规定的膜厚α的氧化膜OM;以及加热工序S120,在该工序中,将加热用激光L2经由氧化膜OM照射至引线框62(金属部件)的表面62a,使引线框62(金属部件)以与氧化膜OM的规定的膜厚α对应的吸收率吸收照射的加热用激光L2,而将引线框62(金属部件)加热至规定的表面温度Ta、ta。
另外,吸收率在与氧化膜OM的膜厚的关系中,相对于膜厚的增大方向的变化具有极大值与极小值交替地出现的周期性,并且具有在氧化膜OM的膜厚为零的情况下最小的特性,对应在氧化膜形成工序S110中形成的氧化膜的规定的膜厚α设定于第一范围Ar1,该第一范围Ar1包含第一极大膜厚A和第二极大膜厚B,其中,在与具有周期性的吸收率之间的关系中,第一极大膜厚A是与氧化膜OM的膜厚超过零而增大时吸收率首次作为极大值出现的第一极大值a对应的膜厚,第二极大膜厚B是与吸收率接着第一极大值a而再次作为极大值出现的第二极大值b对应的膜厚,并且第一范围Ar1比第二极小膜厚小,其中,第二极小膜厚是,在第二极大值b与吸收率接着第二极大值b而作为极大值出现的第三极大值c所对应的第三极大膜厚C之间,且与吸收率作为极小值出现的第二极小值对应的膜厚。
如上,在引线框62(金属部件)对加热用激光L2的吸收率的特性与氧化膜OM的膜厚的关系中,具有极大值与极小值呈周期性交替地出现的周期性,并且具有在氧化膜OM的膜厚为零的情况下上述吸收率最小的特性。而且,引线框62(金属部件)的氧化膜OM的膜厚设定于第一范围Ar1(35nm~360nm),其中,第一范围Ar1包括超过零而首次出现的第一极大值a以及接着第一极大值a而出现的第二极大值b分别对应的第一极大膜厚A以及第二极大膜厚B,并且,比第二极小膜厚BB小,其中,第二极小膜厚BB是与在第二极大值b与接着第二极大值b出现的极大值亦即第三极大值c之间的极小值亦即第二极小值bb对应的膜厚。
由此,即使在形成氧化膜OM时膜厚少许偏差,加热用激光L2的吸收率与不经由氧化膜OM地将加热用激光L2照射至引线框62(金属部件)的情况相比,也能够可靠地增大,并且能够稳定且高效率地加热引线框62(金属部件)。另外,将氧化膜OM的膜厚限定于零附近的第一范围Ar1内,因此能够抑制形成超过第一范围Ar1的膜厚的不必要的时间增加。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式,作为金属部件的引线框62为铜,在通过连续电化学还原法进行氧化膜厚的测定的情况下,氧化膜的规定的膜厚α被设定于第一范围亦即35nm~360nm之间,因此引线框62(金属部件)对加热用激光L2的吸收率与不存在氧化膜的情况相比可靠地增大,因此能够高效率地加热引线框62(金属部件)。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式,在加热方法的氧化膜形成工序S110、S210中,氧化膜OM通过基于规定的照射条件照射至引线框62(金属部件)的表面62a的氧化膜形成用激光L1、L3、L5的照射而形成。由此,在氧化膜形成工序S110、S210与加热工序S120中,能够使用相同的加热装置100、200、300,因此高效。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式,在加热方法的氧化膜形成工序S110、S210中,向引线框62(金属部件)的表面62a照射氧化膜形成用激光L1,而在照射位置形成有孔62c。由此,在加热工序S120中,将加热用激光L2的一部分导入孔62c内,能够使加热用激光L2的一部分照射至该孔62c内的侧面而被其吸收,因此能够进行更加高效率的引线框62(金属部件)的加热。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式的加热方法,氧化膜形成用激光L1、L3、L5与加热用激光L2、L4、L6为同种(近红外波长)的激光。由此,加热装置100、200、300能够廉价地制作。
另外,根据上述第一实施方式、第三实施方式,氧化膜形成用激光L1、L5以及加热用激光L2、L6均为连续波CW。由此,加热装置100、300能够廉价地制作。
另外,根据上述第二实施方式,氧化膜形成用激光L1为脉冲波PW,加热用激光L2为连续波CW。如上,以适合氧化膜形成以及加热这样的不同的目的的方式变更激光的照射方式,从而能够分别高效地实现氧化膜形成与加热。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式,加热方法的氧化膜形成工序S110、S210、S310具备:在氧化膜形成用激光L1、L3、L5向引线框62(金属部件)的表面62a照射时计测表面62a的表面温度T、t的温度计测工序S112、S212、计测氧化膜形成用激光L1向表面62a的照射时间H、h的照射时间计测工序S113、S213、基于计测出的表面温度T、t以及照射时间H、h运算形成于金属部件的表面的氧化膜的累积膜厚的膜厚运算工序S114、S214以及判定在膜厚运算工序S114、S214中运算出的氧化膜OM的膜厚(累积膜厚)是否达到规定的膜厚α的膜厚判定工序S115、S215。
另外,加热工序S120具备:在膜厚判定工序S115判定为累积膜厚达到规定的膜厚α的情况下将氧化膜形成用激光L1的照射切换成加热用激光L2的照射的切换工序S121以及将加热用激光L2经由氧化膜OM照射至引线框62(金属部件)的表面62a而将引线框62(金属部件)加热至规定的表面温度Ta的加热用激光照射工序S122。由此,引线框62(金属部件)进一步高效、高精度且稳定地被加热。
另外,根据第三实施方式的加热方法,氧化膜形成工序S310具备:在氧化膜形成用激光L5向引线框62(金属部件)的表面62a照射时计测表面62a的表面温度的温度计测工序S112、计测氧化膜形成用激光L5向表面照射的照射时间的照射时间计测工序S113、基于计测出的表面温度以及照射时间将形成于引线框62(金属部件)的表面的氧化膜OM的膜厚运算为推定膜厚的膜厚运算工序S114、经由氧化膜OM向形成有氧化膜OM的引线框62(金属部件)的表面62a照射实际吸收率测定用激光L7的实际吸收率测定用激光照射工序S312、计测在实际吸收率测定用激光照射工序S312中照射出的实际吸收率测定用激光L7被表面62a反射的反射激光L7A的输出的反射激光输出计测工序S313、基于在反射激光输出计测工序S313中计测出的反射激光L7A的输出的大小运算形成有氧化膜OM的引线框62(金属部件)的表面62a对加热用激光L6的实际吸收率Abr的实际吸收率运算工序S314以及基于推定膜厚、实际吸收率Abr以及具有周期性的氧化膜的膜厚与吸收率的关系变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件的氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317。如上,边确认推定膜厚、实际吸收率Abr以及具有周期性的氧化膜的膜厚与吸收率的关系,边形成氧化膜OM,因此能够获得具备所期望的吸收率的氧化膜OM的可能性提高。
另外,根据第三实施方式的加热方法,氧化膜形成工序S310具备基于具有周期性的氧化膜的膜厚与吸收率的关系,运算与在膜厚运算工序S114中运算出的推定膜厚对应的加热用激光L6的推定吸收率Abe的推定吸收率运算工序S311。而且,氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317基于在推定吸收率运算工序S311中运算出的推定吸收率Abe以及与在运算推定吸收率Abe的时刻所形成的氧化膜OM对应的实际吸收率Abr,变更氧化膜形成用激光L5的照射条件。如上,基于推定吸收率Abe以及实际吸收率Abr形成氧化膜OM,因此能够获得具备所期望的吸收率的氧化膜OM的可能性进一步提高。
另外,根据第三实施方式的加热方法,氧化膜形成工序S310具备运算在推定吸收率运算工序S311中运算出的推定吸收率Abe与同在运算推定吸收率的时刻所形成的氧化膜OM对应的实际吸收率Abr之间的吸收率差ΔAb的吸收率差运算工序S315、以及判定运算出的吸收率差ΔAb是否处于规定的范围β内的吸收率差判定工序S316。而且,氧化膜形成用激光照射条件变更工序S317在吸收率差判定工序S316中,在判定为吸收率差ΔAb不处于规定的范围β内的情况下,根据吸收率差ΔAb的大小,以吸收率差ΔAb落入规定的范围β内的方式变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件。由此,可靠地形成具备所期望的吸收率的氧化膜OM。
另外,根据上述第一实施方式~第三实施方式,加热装置100、200、300具备:氧化膜形成部120、220、320,其在引线框62(金属部件)的表面62a形成规定的膜厚α的氧化膜OM;以及加热部130,其将加热用激光L2、L4、L6经由所形成的规定的膜厚α的氧化膜OM照射至引线框62(金属部件),并使引线框62(金属部件)以与氧化膜OM的规定的膜厚α对应的吸收率吸收照射的加热用激光L2、L4、L6,而将引线框62(金属部件)加热至规定的表面温度Ta、ta。
另外,吸收率在与氧化膜OM的膜厚的关系中,具有极大值与极小值相对于膜厚的增大方向的变化交替地出现的周期性,并且具有在氧化膜OM的膜厚为零的情况下最小的特性,由氧化膜形成部120、220、320形成的氧化膜OM的规定的膜厚α设定于第一范围Ar1,其中,在与具有周期性的吸收率的关系中,该第一范围Ar1包含与氧化膜OM的膜厚超过零而吸收率首次作为极大值出现的第一极大值a对应的第一极大膜厚A以及与吸收率接着第一极大值a而再次作为极大值出现的第二极大值b对应的第二极大膜厚B,并且,第一范围Ar1比第二极小膜厚BB小,其中,该第二极小膜厚BB与在第二极大值b与同吸收率接着第二极大值b作为极大值出现的第三极大值c对应的第三极大膜厚C之间、且吸收率作为极小值出现的第二极小值bb对应。通过该加热装置100、200、300,能够进行与上述加热方法相同的高效的加热。
另外,根据上述第三实施方式,在加热装置300的氧化膜形成部320中,氧化膜OM通过基于规定的照射条件照射至引线框62(金属部件)的表面62a的氧化膜形成用激光L5的照射而形成。另外,氧化膜形成部320具备:在氧化膜形成用激光L5向引线框62(金属部件)的表面62a照射时计测表面的表面温度的温度计测部142、计测氧化膜形成用激光L5向表面62a照射的照射时间的照射时间计测部143、基于计测出的表面温度以及照射时间将形成于引线框62(金属部件)的表面62a的氧化膜OM的膜厚运算为推定膜厚的膜厚运算部144、将实际吸收率测定用激光L7经由氧化膜OM照射至形成有氧化膜OM的引线框62(金属部件)的表面62a的实际吸收率测定用激光照射部(激光输出调整部141b)、计测由实际吸收率测定用激光照射部(激光输出调整部141b)照射出的实际吸收率测定用激光L7被表面62a反射的反射激光L7A的输出的反射激光输出计测部346、基于由反射激光输出计测部346计测出的反射激光L7A的输出的大小运算形成有氧化膜OM的引线框62(金属部件)的表面62a对加热用激光L6的实际吸收率的实际吸收率运算部347以及基于推定膜厚、实际吸收率Abr以及具有周期性的氧化膜OM的膜厚与吸收率Ab的关系变更氧化膜形成用激光L5的规定的照射条件的氧化膜形成用激光照射条件变更部351。由此,通过加热装置300,能够进行具有与第三实施方式的加热方法相同的效果的加热。
另外,上述实施方式的基于接合装置400的接合方法是同引线框62(金属部件)的表面62a对置的引线框62的第一接合面62b与同第一接合面62b抵接的被接合金属部件的第二接合面50a的接合方法,通过上述第一实施方式~第三实施方式所记载的加热方法将引线框62(金属部件)加热至规定的温度,将第一接合面62b与第二接合面50a形成在比液相状态低的温度下成立且在固体的状态下能够接合的固相状态,从而将第一接合面62b与第二接合面50a在压接方向加压并接合。
如上,将第一接合面62b与第二接合面50a升温至比铜制的引线框62(金属部件)熔融的温度低的低温亦即固相状态来接合,因此,加热用激光L2的必要照射量与使引线框62(金属部件)熔融的情况相比能够减少。因此,通过氧化膜形成工序S110、S210、S310,相对于引线框62(金属部件)设置氧化膜OM,来提高加热用激光L2的吸收率,与此对应地能够大幅度减少加热用激光L2的必要能量,从而能够相对于接合实现低成本化。
此外,在上述第一实施方式~第三实施方式中,形成于引线框62(金属部件)的表面62a的氧化膜OM的规定的膜厚α设定于第一范围Ar1,在与具有周期性的吸收率的关系中,第一范围Ar1包含在氧化膜OM的膜厚超过零时,与吸收率首先作为极大值出现的第一极大值a对应的第一极大膜厚A以及与吸收率接着第一极大值a作为极大值出现的第二极大值b对应的第二极大膜厚B,并且,第一范围Ar1比第二极小膜厚小,其中,第二极小膜厚是与在第二极大值b与同吸收率接着第二极大值b作为极大值出现的第三极大值c对应的第三极大膜厚C之间、且吸收率作为极小值出现的第二极小值对应的膜厚。
但是,不限定于该方式。如图6的坐标图所示,氧化膜OM的规定的膜厚α也可以设定为第二范围Ar2或第三范围Ar3中的任一范围,其中,第二范围Ar2包含第一极大膜厚A并且比第一极小膜厚AA小,第一极小膜厚AA是与在第一极大值a与第二极大值b之间且吸收率作为极小值出现的第一极小值aa对应的膜厚,第三范围Ar3包含第二极大膜厚B并且比第一极小膜厚AA大且比第二极小膜厚BB小。由此,规定的膜厚α的范围比在上述实施方式中设定的范围窄,更稳定,吸收率的平均值提高,因此能够获得效率更加良好的加热结果。
另外,在将金属部件设为铜制,通过SERA法测定氧化膜OM的膜厚的上述实施方式中,氧化膜OM的规定的膜厚α被设定于第一范围Ar1亦即35nm~360nm之间。但是,不限定于该方式,氧化膜OM的规定的膜厚α也可以设定于第二范围Ar2亦即35nm~135nm之间或者第三范围Ar3亦即165nm~360nm之间的任一个。由此,膜厚α稳定,从而吸收率的平均值提高,因此能够获得效率进一步良好的加热结果。
另外,在上述第一实施方式~第三实施方式中,将金属部件设为铜制的引线框62。但是,金属部件不限定于铜,也可以为铝、铁等金属。但是,在应用铝、铁的情况下,针对各金属部件,在氧化膜形成部120、220、320以及加热部130中使用的激光的吸收率-氧化膜厚特性不同。在该情况下,在掌握与各金属部件对应的吸收率-氧化膜厚特性后,只要新设定规定的膜厚α即可。
另外,在上述第一实施方式~第三实施方式中,在氧化膜形成工序S110、S210、S310中,将氧化膜形成用激光L1、L3、L5照射至引线框62(金属部件)的表面62a,由此形成氧化膜OM。但是,不限定于该方式,氧化膜OM例如也可以在加热炉内形成。由此,形成氧化膜OM的效率降低,但在仅着眼于加热工序S120的情况下,能够获得与上述实施方式相同的效果。
另外,相对于铜、铁、铝等部件的切断以及印字时也能够应用上述第一实施方式~第三实施方式的基于加热装置100、200、300的加热方法。另外,在3D打印机中,在将铜、铁、铝等金属部件层叠时,也能够应用上述加热方法以及接合方法。
另外,在上述第二实施方式中,在对实施方式的加热方法进行说明的图11的流程2的S215中,在氧化膜的累积膜厚Σ未达到规定的膜厚α的范围,而返回(移动至)氧化膜形成用激光照射工序S211时,也可以不以与上次相同的脉冲数照射氧化膜形成用激光L1,而变更成适于形成不足的膜厚的照射脉冲数来照射氧化膜形成用激光L3。
另外,上述接合装置400以及接合方法应用第一实施方式的加热装置100进行说明,但不限定于该方式。在接合装置400以及接合方法也可以应用第二实施方式~第三实施方式的加热装置200或者加热装置300。
Claims (16)
1.一种金属部件的加热方法,通过照射加热用激光来加热金属部件,其中,具备:
氧化膜形成工序,在该工序中,在所述金属部件的表面形成规定的膜厚的氧化膜;以及
加热工序,在该工序中,经由所述氧化膜向所述金属部件照射所述加热用激光,使所述金属部件以与所述氧化膜的所述规定的膜厚对应的吸收率吸收所照射的所述加热用激光,从而将所述金属部件加热至规定的温度,
在所述吸收率与所述氧化膜的膜厚的关系中,所述吸收率具有以下特性,即:具有相对于所述膜厚向增大方向的变化而交替地出现极大值与极小值的周期性,并且在所述氧化膜的膜厚为零的情况下最小,
在所述氧化膜形成工序中超过所述零而形成的所述氧化膜的所述规定的膜厚设定于第一范围,在所述规定的膜厚与具有所述周期性的所述吸收率的关系中,所述第一范围包含与所述氧化膜的膜厚超过所述零而所述吸收率首次作为所述极大值出现的第一极大值对应的第一极大膜厚、以及与在所述第一极大值之后所述吸收率再次作为所述极大值出现的第二极大值对应的第二极大膜厚,并且,所述第一范围比第二极小膜厚小,其中,所述第二极小膜厚是与在所述第二极大值和在所述第二极大值之后所述吸收率再次作为所述极大值出现的第三极大值之间所述吸收率作为所述极小值出现的第二极小值对应的膜厚。
2.根据权利要求1所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜的所述规定的膜厚设定于第二范围或者第三范围中的任一个,其中,所述第二范围包含所述第一极大膜厚并且比第一极小膜厚小,其中,所述第一极小膜厚是与在所述第一极大值与所述第二极大值之间所述吸收率作为所述极小值出现的第一极小值对应的膜厚,所述第三范围包含所述第二极大膜厚并且比所述第一极小膜厚大而比所述第二极小膜厚小。
3.根据权利要求1所述的金属部件的加热方法,其中,
所述金属部件为铜,
在通过连续电化学还原法进行所述氧化膜的膜厚的测定的情况下,
所述氧化膜的所述规定的膜厚被设定于所述第一范围亦即35nm~360nm之间。
4.根据权利要求2所述的金属部件的加热方法,其中,
所述金属部件为铜,
在通过连续电化学还原法进行所述氧化膜的膜厚的测定的情况下,
所述氧化膜的所述规定的膜厚被设定于所述第二范围亦即35nm~135nm之间或者所述第三范围亦即165nm~360nm之间中的任一个。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的金属部件的加热方法,其中,
在所述氧化膜形成工序中,
通过基于规定的照射条件向所述金属部件的所述表面照射氧化膜形成用激光而形成所述氧化膜。
6.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
在所述氧化膜形成工序中,
向所述金属部件的所述表面照射所述氧化膜形成用激光而在照射位置形成孔。
7.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成用激光与所述加热用激光为同种激光。
8.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成用激光以及所述加热用激光均为连续波。
9.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成用激光为脉冲波,
所述加热用激光为连续波。
10.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成工序具备:
温度计测工序,在该工序中,在向所述金属部件的所述表面照射所述氧化膜形成用激光时计测所述表面的表面温度;
照射时间计测工序,在该工序中,计测所述氧化膜形成用激光向所述表面照射的照射时间;
膜厚运算工序,在该工序中,基于所述计测出的所述表面温度以及所述照射时间,作为推定膜厚而运算形成于所述金属部件的所述表面的所述氧化膜的膜厚;以及
膜厚判定工序,在该工序中,判定在所述膜厚运算工序中运算出的所述氧化膜的所述推定膜厚是否达到所述规定的膜厚,
所述加热工序具备:
切换工序,在该工序中,在所述膜厚判定工序判定为所述推定膜厚达到所述规定的膜厚的情况下,将所述氧化膜形成用激光的照射切换成所述加热用激光的照射;以及
加热用激光照射工序,在该工序中,将所述加热用激光经由所述氧化膜照射至所述金属部件的所述表面,从而将所述金属部件加热至所述规定的温度。
11.根据权利要求5所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成工序具备:
温度计测工序,在该工序中,在向所述金属部件的所述表面照射所述氧化膜形成用激光时计测所述表面的表面温度;
照射时间计测工序,在该工序中,计测所述氧化膜形成用激光向所述表面照射的照射时间;
膜厚运算工序,在该工序中,基于所述计测出的所述表面温度以及所述照射时间,作为推定膜厚而运算形成于所述金属部件的所述表面的所述氧化膜的膜厚;
膜厚判定工序,在该工序中,判定在所述膜厚运算工序中运算出的所述氧化膜的所述推定膜厚是否达到所述规定的膜厚;
实际吸收率测定用激光照射工序,在该工序中,经由被所述膜厚判定工序判定为所述推定膜厚达到所述规定的膜厚的所述氧化膜而向所述金属部件的所述表面照射实际吸收率测定用激光;
反射激光输出计测工序,在该工序中,计测在所述实际吸收率测定用激光照射工序中照射的所述实际吸收率测定用激光被所述表面反射的反射激光的输出;
实际吸收率运算工序,在该工序中,基于在所述反射激光输出计测工序中计测出的所述反射激光的输出的大小,运算形成有所述氧化膜的所述金属部件的表面对所述加热用激光的实际吸收率;以及
氧化膜形成用激光照射条件变更工序,在该工序中,基于所述推定膜厚、所述实际吸收率以及具有所述周期性的所述氧化膜的膜厚与所述吸收率的所述关系,变更所述氧化膜形成用激光的所述规定的照射条件。
12.根据权利要求11所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成工序具备推定吸收率运算工序,在该推定吸收率运算工序中,基于具有所述周期性的所述氧化膜的膜厚与所述吸收率的所述关系,运算与通过所述膜厚判定工序判定为达到所述规定的膜厚的所述氧化膜的所述推定膜厚对应的所述加热用激光的推定吸收率,
所述氧化膜形成用激光照射条件变更工序基于在所述推定吸收率运算工序中运算出的所述推定吸收率以及与在运算出所述推定吸收率的时刻所形成的所述氧化膜对应的所述实际吸收率,变更所述氧化膜形成用激光的照射条件。
13.根据权利要求12所述的金属部件的加热方法,其中,
所述氧化膜形成工序具备:
吸收率差运算工序,在该工序中,运算在所述推定吸收率运算工序中运算出的所述推定吸收率和与在运算出所述推定吸收率的时刻所形成的所述氧化膜对应的所述实际吸收率之间的吸收率差;以及
吸收率差判定工序,在该工序中,判定运算出的所述吸收率差是否处于规定的范围内,
在所述氧化膜形成用激光照射条件变更工序中,在通过所述吸收率差判定工序判定为所述吸收率差不处于所述规定的范围内的情况下,根据所述吸收率差的大小变更所述氧化膜形成用激光的所述规定的照射条件而使所述吸收率差落入所述规定的范围内。
14.一种金属部件的接合方法,将所述金属部件的与表面对置的第一接合面和被接合金属部件的与所述第一接合面抵接的第二接合面接合,其中,
通过权利要求1~4中任一项所述的金属部件的加热方法将所述金属部件加热至所述规定的温度,将所述第一接合面与所述第二接合面形成为在比液相状态低的温度下成立且能够以固体的状态接合的固相状态,对所述第一接合面与所述第二接合面在压接方向加压而使所述第一接合面与所述第二接合面接合。
15.一种金属部件的加热装置,通过加热用激光的照射来加热金属部件,其中,具备:
氧化膜形成部,其在所述金属部件的表面形成规定的膜厚的氧化膜;以及
加热部,其使所述金属部件以与所述氧化膜的所述规定的膜厚对应的吸收率吸收经由所述规定的膜厚的所述氧化膜照射至所述金属部件的所述加热用激光,从而将所述金属部件加热至规定的温度,
在所述吸收率与所述氧化膜的膜厚的关系中,所述吸收率具有以下特性,即:具有相对于所述膜厚向增大方向的变化而交替地出现极大值与极小值的周期性,并且在所述氧化膜的膜厚为零的情况下最小,
通过所述氧化膜形成部超过所述零而形成的所述氧化膜的所述规定的膜厚设定于第一范围,在所述规定的膜厚与具有所述周期性的所述吸收率的关系中,所述第一范围包含与所述氧化膜的膜厚超过所述零而所述吸收率首次作为所述极大值出现的第一极大值对应的第一极大膜厚、以及与在所述第一极大值之后所述吸收率再次作为所述极大值出现的第二极大值对应的第二极大膜厚,并且,所述第一范围比第二极小膜厚小,其中,所述第二极小膜厚是与在所述第二极大值和在所述第二极大值之后所述吸收率再次作为所述极大值出现的第三极大值之间所述吸收率作为所述极小值出现的第二极小值对应的膜厚。
16.根据权利要求15所述的金属部件的加热装置,其中,
在所述氧化膜形成部中,
通过基于规定的照射条件向所述金属部件的所述表面照射氧化膜形成用激光而形成所述氧化膜,
所述氧化膜形成部具备:
温度计测部,其在向所述金属部件的所述表面照射所述氧化膜形成用激光时计测所述表面的表面温度;
照射时间计测部,其计测所述氧化膜形成用激光向所述表面照射的照射时间;
膜厚运算部,其基于所述计测出的所述表面温度以及所述照射时间,作为推定膜厚而运算形成于所述金属部件的所述表面的所述氧化膜的膜厚;
实际吸收率测定用激光照射部,其将实际吸收率测定用激光经由所述氧化膜照射至形成有所述氧化膜的所述金属部件的所述表面;
反射激光输出计测部,其计测由所述实际吸收率测定用激光照射部照射的所述实际吸收率测定用激光被所述表面反射的反射激光的输出;
实际吸收率运算部,其基于由所述反射激光输出计测部计测出的所述反射激光的输出的大小,运算形成有所述氧化膜的所述金属部件的表面对所述加热用激光的实际吸收率;以及
氧化膜形成用激光照射条件变更部,其基于所述推定膜厚、所述实际吸收率以及具有所述周期性的所述氧化膜的膜厚与所述吸收率的所述关系,变更所述氧化膜形成用激光的所述规定的照射条件。
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