JP2017189791A - 金属部材の接合方法、及び接合装置 - Google Patents

金属部材の接合方法、及び接合装置 Download PDF

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Abstract

【課題】低コストで形成可能な薄膜の酸化膜により、レーザ光の吸収率を向上させ、短時間で金属部材同士の接合を可能とする金属部材の接合方法、及び接合装置を提供する。【解決手段】金属部材の接合方法は、照射面６２ａ１上に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜ＯＭを形成する酸化膜形成工程Ｓ１０と、第二出力Ｗ２を検出する第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２と、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一吸収率を演算する第一吸収率演算工程Ｓ１４と、照射面６２ａ１への酸化膜形成用レーザ光の照射を前記加熱接合用レーザ光に切り替えるレーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａ，Ｓ１６Ｂと、第一接合面６２ｂの温度を所定の接合温度Ｔａまで加熱して第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを接合させる加熱接合工程Ｓ３と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、レーザ光による金属部材の接合方法、及び接合装置に関する。
従来、レーザ光を金属部材の表面に照射し吸収させることによって金属部材を加熱する技術がある（下記特許文献１〜３参照）。このとき、金属部材を加熱する目的は様々である。例えば、その一つとして、特許文献１，２に示すような二部材の接合を目的とするものがある。二部材の接合を行なう場合、例えば、電気回路の接点となる金属部材（例えばリード線）を加熱し、被接合部材（例えば半導体の端子）と金属部材とを直接接合する。このとき、特許文献１，２に示すように、加熱部を液相状態となるまで加熱せずに固相状態でとどめ、金属部材と被接合部材とを所定の圧力で加圧し接合（固相拡散接合）してもよい。また、通常の溶接である、加熱部を溶融させ液相状態にして接合してもよい。これらにより、金属部材と被接合部材とを、例えばハンダによって接合した場合と比べ、高温環境に強い接合とすることができる。
また、他の加熱の例として、例えば、特許文献３に示すような、既に接合された金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触し接合されているか否かを非破壊状態で検査すること、を目的とするものもある。特許文献３の技術では、まず、被接合部材と接合されている金属部材へのレーザ光の照射によって金属部材を加熱し昇温させる。このとき、金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触（接合）していれば、昇温した熱は、接触面積に応じ金属部材から被接合部材に向かって良好に移動する。このため、金属部材の昇温速度は緩やかになる。しかし、金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触しておらず不十分な接合であれば、金属部材の熱は被接合部材に向かって良好に移動できず昇温速度は急峻となる。この昇温速度の違いによって、金属部材と被接合部材との接合状態を評価するものである。
なお、上記説明において、照射されるレーザ光は、通常、安価なＹＡＧレーザ等が適用されることが多い。ＹＡＧレーザは、レーザ光が近赤外波長（０．７μｍ〜２．５μｍ）を有するレーザである。ＹＡＧレーザによるレーザ光は、例えば銅（またはアルミ）等の金属部材に対しては、その吸収率が所定の温度（例えば融点）に達するまでの低温時には非常に低い。このため、例えば、特許文献１〜３において金属部材に銅（またはアルミ）が使用されると、低温時において金属部材に直接レーザ光を照射しても金属部材のレーザ光の吸収率が低いために金属部材の温度上昇は遅く、吸収率が増加する所定の温度に到達するまでに多くのエネルギーを消費してしまうこととなる。また、銅やアルミに限らず、その他の金属においても、通常、低温時においては、高温時に対してレーザ光の吸収率が低いため金属部材の温度上昇は遅く、吸収率が増加する所定の温度に到達するまでに多くのエネルギーを消費してしまうこととなる。
これに対し、特許文献３の技術では、従来の知見に基づき、金属部材の表面に酸化膜を形成し、低温時における金属部材へのレーザ光の吸収率を向上させている。酸化膜は、酸化膜形成用のレーザ光を金属部材の表面に照射することにより形成する。つまり、酸化膜の膜厚を、所望の吸収率を実現させる所定の膜厚とするため、レーザ光を予め設定された所定の時間だけ金属部材の表面に照射している。その後、形成された酸化膜を介して加熱用レーザ光を金属部材に照射する。そして、酸化膜の形成によりレーザ光の吸収率が向上した金属部材を速やかに昇温させ、効率的に接合状態の評価を行なう。なお、特許文献３では、酸化膜の膜厚が一定の値を超えて大きくなるとレーザ光の吸収率が飽和するとの公知の知見に基づき、吸収率が飽和する膜厚を設定し、当該膜厚が形成可能となるようレーザ光の照射時間を設定している。
特許第４８９４５２８号公報 特許第５６０２０５０号公報 特開２０１４−２２８４７８号公報
しかしながら、特許文献３に記載されるように、吸収率が飽和するような一定膜厚以上の酸化膜を形成するためには、時間がかかりすぎ、高コスト化の要因となる。また、短時間で酸化膜を形成するためレーザ照射時間を短縮すると、形成される酸化膜の膜厚は薄くなる。このとき、短時間のレーザ照射で形成可能な薄い酸化膜の膜厚と金属部材へのレーザ光の吸収率との関係は、膜厚がゼロを超え増大する方向では極大値、及び極小値が交互に出現する周期性を有する。この場合、形成した酸化膜の膜厚のバラツキが、大きくなく若干であっても、吸収率では大きなばらつきとなって現れ、よって、低コストではあるが、レーザ光の吸収率を安定して得にくい。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで形成可能な薄膜の酸化膜により、レーザ光の吸収率を向上させ、短時間で金属部材同士の接合を可能とする金属部材の接合方法、及び接合装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る金属部材の接合方法は、第一金属部材の照射面に加熱接合用レーザ光を照射して、前記第一金属部材の第一接合面を加熱し、前記第一接合面と、前記第一接合面と当接する第二金属部材の第二接合面と、を接合する接合方法であって、前記接合方法は、前記第一金属部材の前記照射面に酸化膜形成用レーザ光を第一出力で照射し、前記照射面上に、前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜形成用レーザ光が前記照射面で反射されて生成される第一反射レーザ光の出力である第二出力を検出する第一反射レーザ光検出工程と、前記酸化膜形成工程で照射される前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力、及び前記第一反射レーザ光検出工程で検出される前記第一反射レーザ光の前記第二出力に基づき、前記第一金属部材の前記照射面における前記酸化膜形成用レーザ光の第一吸収率を演算する第一吸収率演算工程と、前記第一吸収率が前記所定の吸収率以上であると判定された場合に、前記照射面への前記酸化膜形成用レーザ光の照射を前記加熱接合用レーザ光に切り替えるレーザ光切り替え工程と、前記加熱接合用レーザ光に切り替えられた後、前記加熱接合用レーザ光を、前記照射面に第三出力で照射し、前記第一接合面の温度を所定の接合温度まで加熱して前記第一接合面と前記第二接合面とを接合させる加熱接合工程と、を備える。
このように、酸化膜形成工程において、酸化膜形成用レーザ光を第一金属部材の照射面に照射する。そして、照射面上に酸化膜を形成させながら、照射面で反射する第一反射レーザ光を検出し、酸化膜形成用レーザ光の第一出力と第一反射レーザ光の第二出力とに基づいて吸収率を演算する。つまり、照射面上に形成される酸化膜によって実現される酸化膜形成用レーザ光の実際の吸収率を取得する。そして、酸化膜形成用レーザ光が、所定の吸収率以上となったときに、酸化膜形成用レーザ光を加熱接合用レーザ光に切り替え、加熱接合工程で第一接合面を所定の接合温度まで加熱し、第一接合面と第二接合面とを接合させる。このため、酸化膜形成用レーザ光の照射時間が短く、薄い酸化膜しか得られなくても、所望の吸収率が確実に得られる。つまり、短時間、且つ低コストで形成される薄膜の酸化膜であっても、所望の吸収率が確実に得られる。従って、加熱接合用レーザ光が、第一金属部材に所望の吸収率で吸収され、第一金属部材の第一接合面が所定の接合温度まで短時間で加熱されるので、第一接合面と第二接合面とが短時間で接合できる。
また、上記課題を解決するため、本発明の請求項９に係る金属部材の接合装置は、第一金属部材の照射面に加熱接合用レーザ光を照射して、前記第一金属部材の第一接合面を加熱し、前記第一接合面と、前記第一接合面と当接する第二金属部材の第二接合面と、を接合する接合装置であって、前記接合装置は、前記第一金属部材の前記照射面に酸化膜形成用レーザ光を第一出力で照射し、前記照射面上に、前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜を形成するレーザ光調整照射部と、前記酸化膜形成用レーザ光が前記照射面で反射されて生成される第一反射レーザ光の出力である第二出力を検出する第一反射レーザ光検出部と、前記第一出力及び前記第二出力に基づき、前記第一金属部材の前記照射面における前記酸化膜形成用レーザ光の第一吸収率を演算する第一吸収率演算部と、前記第一吸収率が前記所定の吸収率以上であると判定された場合に、前記照射面への前記酸化膜形成用レーザ光の照射を前記加熱接合用レーザ光に切り替えるレーザ光切り替え部と、前記加熱接合用レーザ光に切り替えられた後、前記加熱接合用レーザ光を、前記照射面に第三出力で照射し、前記第一接合面の温度を所定の接合温度まで加熱して前記第一接合面と前記第二接合面とを接合させる加熱接合制御部と、を備える。この接合装置によって、請求項１と同様の効果を有する金属部材同士の接合が可能となる。
接合させる金属部材の拡大図である。 金属材料別の近赤外レーザ光の波長と吸収率との関係を示すグラフである。 酸化膜厚とレーザ光の吸収率との関係を示すグラフである。 酸化膜形成用レーザ光の照射によって金属部材の表面に形成される酸化膜の膜厚と照射時間との関係を示すグラフである。 第一実施形態に係る接合装置の概要図である。 酸化膜形成用レーザ光及び加熱接合用レーザ光の照射出力と時間との関係を示すグラフＧ１である。 酸化膜形成用レーザ光及び加熱接合用レーザ光の照射出力と時間との関係を示すグラフＧ２である。 酸化膜形成用レーザ光及び加熱接合用レーザ光の照射出力と時間との関係を示すグラフＧ３である。 実施形態に係る接合方法のフローチャートである。 レーザ光の照射によって、金属部材が表面から加熱される状態を示すイメージ図である。 第二実施形態に係る装置本体の概要図である。 第二実施形態の変形例に係る装置本体の概要図である。
＜１．第一実施形態＞
（１−１．概要）
本発明の第一実施形態に係る接合装置の概要について図１を参照して説明する。接合装置は、二つの金属部材をレーザ光の照射によって接合させる装置である。図１に示すように、本実施形態において、二つの金属部材は、例えば銅によって形成される第一金属部材（リードフレーム６２）と、例えばＡｕによって形成される第二金属部材（半導体部品５０の表面の金属端子５１）である。
具体的には、リードフレーム６２の表面６２ａの照射面６２ａ１にレーザ光を照射する。これにより、照射したレーザ光を照射面６２ａ１からリードフレーム６２に吸収させてリードフレーム６２を加熱する。そして、リードフレーム６２の表面６２ａと背向する第一接合面６２ｂを接合可能な温度まで昇温させる。
これにより、表面６２ａと背向するリードフレーム６２の第一接合面６２ｂと半導体部品５０の上面に端子として形成される金属端子５１の上面の第二接合面５１ａとを接合させる。なお、接合される前において、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとは互いに当接している。また、半導体部品５０は、下面を所定の支持部材５２によって支持されている。
なお、本実施形態においては、第一接合面６２ｂを加熱するためリードフレーム６２の照射面６２ａ１に照射するレーザ光として、後に詳述する安価な近赤外波長のレーザ光を使用する。しかし、近赤外波長のレーザ光は、リードフレーム６２を形成する銅に対しては吸収率が非常に低い。このため、レーザ光の照射による第一接合面６２ｂの加熱に時間がかかりすぎるという課題がある。
そこで、本発明では、この課題を解決するため、照射面６２ａ１上に膜厚α１の酸化膜ＯＭを形成し、近赤外波長のレーザ光の吸収率Ｙを向上させることとする。なお、後に詳述するが、酸化膜ＯＭを形成することにより、酸化膜ＯＭがない場合よりもレーザ光の吸収率が向上することは、公知の知見に基づくものである。また、本実施形態において、酸化膜ＯＭは、近赤外波長のレーザ光を照射面６２ａ１に照射することによって形成する。
また、本実施形態では、リードフレーム６２と半導体部品５０の金属端子５１とは、公知の固相拡散接合によって接合させるものとする。固相拡散接合とは、例えばリードフレーム６２（第一金属部材）の第一接合面６２ｂを昇温させて液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とし、この状態で第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを圧着方向に圧力Ｐ１で加圧して接合する公知の接合方法である。
固相拡散接合においては、接合させる第一接合面６２ｂの温度を、リードフレーム６２の融点近傍の温度である接合温度Ｔａで一定時間保持し、その後、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを圧着方向に加圧すると良好な強度を備えた接合が得られることが判っている。なお、固相拡散接合は、あくまで接合の一例であって、これに限定されるものではない。
（１−２．吸収率の説明）
まず、レーザ光の吸収率について図２、図３、図４に基づき説明を行なう。図２は、レーザ光の波長と、金属部材への吸収率との関係を示す一般的なグラフである。図２に示すように、本実施形態において第一金属部材として適用する銅は、常温時において、近赤外波長のレーザ光の吸収率が非常に低い材料である。
このように、本実施形態においては、第一金属部材として、常温時における近赤外波長のレーザ光の吸収率が所定の値以下である「低吸収率材料」を対象とする。なお、このとき吸収率の所定の値は、例えば吸収率３０％とする（図２参照）。この場合、「低吸収率材料」として、銅やアルミ等が対象となり、本実施形態では銅を採用した。
そこで、発明者は、吸収率を向上させるため、銅の表面に酸化膜ＯＭを形成し、酸化膜ＯＭの膜厚αと、近赤外波長のレーザ光の吸収率Ｙとの関係について評価を行なった。図３のグラフは、銅の表面（照射面）に形成された酸化膜ＯＭの膜厚α（ｎｍ）と、照射面における近赤外波長のレーザ光の吸収率Ｙ（％）との関係を示す実験結果に基づくグラフである。
図３のグラフでは、横軸が、酸化膜ＯＭの膜厚α（ｎｍ）であり、縦軸が、酸化膜ＯＭを介してレーザ光Ｌをリードフレーム６２（金属部材）の表面６２ａに照射したときにおけるリードフレーム６２へのレーザ光の吸収率(第一吸収率)Ｙ１（％）である。
図３のグラフを見ると、第一吸収率Ｙ１は、酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係において、膜厚αの増大方向への変化に対して極大値ａ，ｂ（約６０％）と極小値ａａ，ｂｂ（約２０％）とが交互に出現する周期性を有するとともに酸化膜ＯＭの膜厚αがゼロの場合に第一吸収率Ｙ１は最も小さくなる特性を有している。つまり、膜厚が０（ゼロ）を超え、膜厚が増大していく領域では、全ての範囲において、第一吸収率Ｙ１は、膜厚が０のときの吸収率を超えている。
これより、発明者は、照射面６２ａ１上に形成させる酸化膜ＯＭによる第一吸収率Ｙ１を、周期性を有する膜厚αとの関係において、酸化膜ＯＭの膜厚αがゼロを超え、はじめに吸収率Ｙが極大値として出現する第一極大値ａに対応する第一極大膜厚Ａ、及び第一極大値ａの次に第一吸収率Ｙ１が極大値として出現する第二極大値ｂに対応する第二極大膜厚Ｂとの間において、第一吸収率Ｙ１が極小値として出現する第一極小値ａａに対応する第一極小膜厚ＡＡより小さな第一膜厚範囲Ａｒ１ａに対応する第一吸収率範囲Ａｒ２内で設定すればよいことを見出した。
より好ましくは、第一吸収率Ｙ１を、第一吸収率範囲Ａｒ２内において４０％以上となる第二吸収率範囲Ａｒ３で設定すればよいと考えた。これにより、第二吸収率範囲Ａｒ３に対応する膜厚αの範囲は３５ｎｍ〜１３５ｎｍとなり、膜厚αの幅として十分な大きさが確保できるので、安定的に４０％以上の第一吸収率Ｙ１を得ることができる。
なお、上記の実験の条件であるが、前述したように金属部材は銅である。また、レーザ光Ｌは、ＹＡＧレーザによるものであり、近赤外波長のレーザ光である。また、酸化膜ＯＭは、加熱炉内で形成した。さらに、酸化膜ＯＭの膜厚は、ＳＥＲＡ法（連続電気化学還元法）によって測定した。このため、本実施形態においては、酸化膜ＯＭの膜厚といった場合、全てＳＥＲＡ法によって測定した場合に得られる膜厚とする。
ＳＥＲＡ法とは公知の膜厚測定法である。具体的には、まず、金属表面に電解液をあて、電極から微小電流を流して還元反応を起こさせる。このとき、各物質は、固有の還元電位を持つことから、還元に要した時間を測定することで膜厚が算出できる。
また、図４は、近赤外波長のレーザ光を、例えば、照射出力Ｗｘで銅の表面に照射した際の、照射時間Ｈと、形成される酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係の一例を示すグラフである。
（１−３．接合装置の構成）
次に、接合装置１０の構成について図５及び図１を参照して説明する。図５に示すように、接合装置１０は、装置本体２０、酸化膜形成制御部３０、及び加熱接合制御部４０を備える。酸化膜形成制御部３０は、装置本体２０を制御して、後に詳述する酸化膜形成用レーザ光Ｌ１をリードフレーム６２の表面６２ａ（照射面６２ａ１）に照射し、酸化膜ＯＭを形成する。
加熱接合制御部４０は、装置本体２０を制御して、照射面６２ａ１に形成された酸化膜ＯＭに後述する加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射し、リードフレーム６２の第一接合面６２ｂと金属端子５１の第二接合面５１ａと、を接合させる。
（１−３−１．装置本体）
装置本体２０は、レーザ発振器２１、レーザヘッド２２、筐体２３、パワーメータ２４及び加圧装置２６を備える。レーザ発振器２１は、レーザの種類に応じた波長及び出力で発振させて所望の酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を生成する。酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の波長は、０．７μｍ〜２．５μｍの範囲にあることが好ましい。つまり、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１は、ＹＡＧレーザに代表される近赤外波長のレーザ光であることが好ましい。
これにより、レーザ発振器２１を安価に製作できる。具体的には、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１として、ＨｏＹＡＧ（波長：約１．５μｍ）、ＹＶＯ（イットリウム・バナデイト、波長：約１．０６μｍ）、Ｙｂ（イッテルビウム、波長：約１．０９μｍ）およびファイバーレーザなどが採用可能である。また、レーザ発振器２１は、レーザ発振器２１から発振された酸化膜形成用レーザ光Ｌ１をレーザヘッド２２に伝送する光ファイバ２５を備える。
酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射出力である第一出力Ｗ１は、任意の大きさで設定可能である。ただし、第一出力Ｗ１は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１に対する吸収率Ｙ１が得られる膜厚αの酸化膜ＯＭを所望の時間内でリードフレーム６２の照射面６２ａ１上に形成可能とする強さであることが好ましい。
図５に示すように、筐体２３内に配置されるレーザヘッド２２は、リードフレーム６２の表面６２ａから所定の距離を隔て、且つリードフレーム６２の表面６２ａに対して、所定の角度γ°を有して配置される。レーザヘッド２２は、コリメートレンズ３２、ミラー３４、及び集光レンズ３８を有している。コリメートレンズ３２は、光ファイバ２５から出射された酸化膜形成用レーザ光Ｌ１をコリメートして平行光に変換する。
ミラー３４は、コリメートされた酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が、集光レンズ３８に入射するよう酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の進行方向を変換する。本実施形態において、ミラー３４は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の進行方向を９０度変換する。集光レンズ３８は、ミラー３４から入射された平行な酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を集光する。
パワーメータ２４は、第一反射レーザ光Ｌ２の出力を検出する。第一反射レーザ光Ｌ２は、照射面６２ａ１に向かって照射された酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が、照射面６２ａ１で反射されて、生成されるレーザ光である。第一反射レーザ光Ｌ２は、照射面６２ａ１上に酸化膜ＯＭが形成されている場合には、酸化膜ＯＭを介して照射面６２ａ１で反射される。第一反射レーザ光Ｌ２の出力を第二出力Ｗ２とする。第二出力Ｗ２は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射出力である第一出力Ｗ１から、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１がリードフレーム６２に吸収された出力の分である被吸収出力Ｗａを減算した値となる（Ｗ２＝Ｗ１−Ｗａ）。
第一反射レーザ光Ｌ２は、パワーメータ２４の入力面２４ａから入力される。つまり、パワーメータ２４は、第一反射レーザ光Ｌ２が、全て入力面２４ａから入力されるよう任意の位置及び角度で配置される。なお、パワーメータ２４は、照射されるレーザ光の出力を計測する公知の計測器であるので、詳細な説明は省略する。また、第一反射レーザ光Ｌ２の出力は、パワーメータに限らずビームプロファイラ、ＣＣＤセンサ及びＣＭＯＳセンサ等によって計測してもよい。
加圧装置２６は、リードフレーム６２の上面（表面６２ａ）を下方に向かって押圧する装置である。これにより、加圧装置２６は、接合温度Ｔａまで加熱されたリードフレーム６２の第一接合面６２ｂを、第二接合面５１ａに圧着し接合させる。なお、第一接合面６２ｂを、第二接合面５１ａに圧着させる圧力は事前の実験により確認し設定すればよい。また、加圧装置２６は、接合温度Ｔａに加熱された第一接合面６２ｂを第二接合面５１ａに向かって圧力Ｐ１で加圧できればどのような構造でもよい。なお、圧力Ｐ１は、接合温度Ｔａに加熱された第一接合面６２ｂを第二接合面５１ａに接合可能とする圧力である。
（１−３−２．酸化膜形成制御部）
酸化膜形成制御部３０は、第一レーザ光調整照射部４１（レーザ光調整照射部に相当）、第一反射レーザ光検出部４３、第一吸収率演算部４４、及びレーザ光切り替え部４５を備える。
第一レーザ光調整照射部４１は、レーザ発振器２１と電気的に接続され、レーザ発振器２１が発振するレーザ光の波長及び出力Ｗを制御し照射させる。つまり、第一レーザ光調整照射部４１は、レーザ発振器２１を発振させてリードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１に酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を第一出力Ｗ１で照射する。これにより、照射面６２ａ１上に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１及び照射時間Ｈに応じた膜厚αの酸化膜ＯＭを形成させる（図４参照）。
第一反射レーザ光検出部４３は、パワーメータ２４と電気的に接続される。そして、パワーメータ２４に入力された第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２のデータをパワーメータ２４から受信する。また、第一反射レーザ光検出部４３は、受信した第二出力Ｗ２のデータを第一吸収率演算部４４に送信する。
第一吸収率演算部４４は、第一レーザ光調整照射部４１が、レーザ発振器２１を発振させ、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を照射面６２ａ１に照射した際の出力である第一出力Ｗ１のデータを第一レーザ光調整照射部４１から取得する。そして、第一出力Ｗ１と、第一反射レーザ光検出部４３から取得した第二出力Ｗ２と、に基づき照射面６２ａ１における酸化膜形成用レーザ光Ｌ１のリードフレーム６２（第一金属部材）に対する吸収率である第一吸収率Ｙ１を演算する。このとき、第一吸収率Ｙ１は、Ｙ１＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１で演算される。演算された第一吸収率Ｙ１のデータは、レーザ光切り替え部４５に送信される。
レーザ光切り替え部４５は、まず、第一吸収率演算部４４から取得した第一吸収率Ｙ１が、例えば４０％以上であるか否かを判定する。そして、第一吸収率Ｙ１が４０％以上であると判定した場合に、第一レーザ光調整照射部４１に対し、照射面６２ａ１への照射を酸化膜形成用レーザ光Ｌ１から加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替える指令を送信する。
（１−３−３．加熱接合制御部）
次に、加熱接合制御部４０について説明する。図５に示すように、加熱接合制御部４０は、第二レーザ光調整照射部４２、第二反射レーザ光検出部４６、第二吸収率演算部４７、レーザ光出力変更部４８、及び加圧部４９を備える。第二レーザ光調整照射部４２は、酸化膜形成制御部３０の第一レーザ光調整照射部４１と同様の機能を有する。よって説明は省略する。
第二反射レーザ光検出部４６は、第一反射レーザ光検出部４３と同様にパワーメータ２４と電気的に接続される。第二反射レーザ光検出部４６は、加熱接合用レーザ光Ｌ３が照射面６２ａ１に第三出力Ｗ３で照射された場合に、照射面６２ａ１で反射される第二反射レーザ光Ｌ４の出力である第四出力Ｗ４を、パワーメータ２４を介して検出する。なお、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１と加熱接合用レーザ光Ｌ３とは、同種のレーザ光であり共に近赤外波長のレーザ光である。
このとき、照射面６２ａ１に対する加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射角度、及び第二反射レーザ光Ｌ４の反射角度は、照射面６２ａ１に対する酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射角度及び第一反射レーザ光Ｌ２の反射角度と同じである。第二反射レーザ光検出部４６は、パワーメータ２４が取得した第二反射レーザ光Ｌ４の第四出力Ｗ４のデータをパワーメータ２４から受信する。また、第二反射レーザ光検出部４６は、受信した第四出力Ｗ４のデータを第二吸収率演算部４７に送信する。
第二吸収率演算部４７は、取得した第三出力Ｗ３、及び第四出力Ｗ４に基づき、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１における加熱接合用レーザ光Ｌ３の第二吸収率Ｙ２を演算する。このとき、第二吸収率Ｙ２は、Ｙ２＝（Ｗ３−Ｗ４）／Ｗ３で演算される。例えば、第二吸収率Ｙ２が大きくなると第四出力Ｗ４は、次第に小さくなる。このとき、第二吸収率Ｙ２が変化し大きくなる要因としては、照射面６２ａ１の温度が上昇する、又は照射面６２ａ１が溶融する等の理由が考えられる。これにより、リードフレーム６２にはより多くの加熱接合用レーザ光Ｌ３が吸収されるので、第一接合面６２ｂの温度の上昇速度は速くなる。演算された第二吸収率Ｙ２のデータはレーザ光出力変更部４８に送信される。
レーザ光出力変更部４８は、加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射時間Ｈの増加に伴い変化（上昇）する第二吸収率Ｙ２に基づき第三出力Ｗ３を調整する。具体的には、第二吸収率Ｙ２が時間の経過に応じて上昇する場合、上昇に応じて、第三出力Ｗ３を減少させるよう第二レーザ光調整照射部４２に指令を送信する。
加圧部４９は、加圧装置２６と電気的に接続される。加圧部４９は、レーザ光出力変更部４８によって、第三出力Ｗ３が制御され、第一接合面６２ｂが、接合温度Ｔａに到達したら、加圧装置２６を制御し、リードフレーム６２の上面（表面６２ａ）を下方に向かって圧力Ｐ１で加圧する。これにより、第一接合面６２ｂを、第二接合面５１ａに圧着し接合させる。なお、加圧する圧力Ｐ１は前述したように事前の実験により確認し設定すればよい。
（１−４.第三出力の調整）
なお、上記のレーザ光出力変更部４８において、第三出力Ｗ３はどのように調整してもよい。例えば、第一，第三出力Ｗ１，Ｗ３と経過時間との関係を示す図６ＡのグラフＧ１に示すように、第三出力Ｗ３を直線状に減少させてもよい。また、図６ＢのグラフＧ２に示すように、第三出力Ｗ３を曲線状に減少させてもよい。さらには、図６ＣのグラフのＧ３に示すように、第三出力Ｗ３を階段状に減少させてもよい。
このように、第三出力Ｗ３を減少させる方向に調整しながら、第一接合面６２ｂの温度を所定の接合温度Ｔａまで加熱するので、第一接合面６２ｂの温度を融点近傍の接合温度Ｔａで保持しやすくなる。これにより、前述した理由により、固相拡散接合において、接合強度が高い良好な接合を得やすい。
（１−５．接合方法）
次に、接合装置１０を用いた接合方法について、図７のフローチャート及び図８に基づいて説明する。図７のフローチャートに示すように、接合方法は、酸化膜厚調整工程Ｓ１と、加熱接合工程Ｓ３とを備える。酸化膜厚調整工程Ｓ１は、酸化膜形成工程Ｓ１０と、第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２と、第一吸収率演算工程Ｓ１４と、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａ，１６Ｂと、を備える。加熱接合工程Ｓ３は、レーザ光調整照射工程Ｓ３０と、第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２と、第二吸収率演算工程Ｓ３４と、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ａ，３６Ｂと、加圧工程Ｓ３８と、を備える。
（１−５−１．酸化膜厚調整工程）
酸化膜厚調整工程Ｓ１の酸化膜形成工程Ｓ１０では、例えば作業者によって、接合装置１０の図略の起動ボタンが押されると、第一レーザ光調整照射部４１が、レーザ発振器２１を発振させ、レーザヘッド２２から、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１をリードフレーム６２（第一金属部材）の表面６２ａ（照射面６２ａ１）上に照射する。この照射によって、照射面６２ａ１上に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１及び照射時間Ｈに応じて膜厚αの酸化膜ＯＭが形成される。
そして、照射面６２ａ１では、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が、第一反射レーザ光Ｌ２として、図１に示す方向に反射される。このとき、照射面６２ａ１では、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１のうち一部の出力（Ｗａ）分が吸収され、第一反射レーザ光Ｌ２は、残った第二出力Ｗ２で反射される。
第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２では、第一反射レーザ光検出部４３が、第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２を、パワーメータ２４を介して検出する。第一反射レーザ光検出部４３は、検出した第二出力Ｗ２のデータを第一吸収率演算部４４に送信する。
第一吸収率演算工程Ｓ１４では、第一吸収率演算部４４が、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１のデータを第一レーザ光調整照射部４１から取得する。そして、第一出力Ｗ１と、第一反射レーザ光検出部４３から取得した第二出力Ｗ２とに基づき、照射面６２ａ１（第一金属部材）における酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の吸収率である第一吸収率Ｙ１を、Ｙ１＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１によって演算する。
レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａでは、レーザ光切り替え部４５が、まず、第一吸収率Ｙ１が所定の吸収率に相当する吸収率Ｙａ（例えば４０％）以上であるか否かを判定する。そして、第一吸収率Ｙ１が４０％以上であると判定された場合に、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ｂ（酸化膜厚調整工程Ｓ１）では、レーザ光切り替え部４５が、第一レーザ光調整照射部４１にレーザ光の切り替え指令を送信する。これにより、第一レーザ光調整照射部４１が、照射面６２ａ１への照射を、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１から加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替える。しかし、レーザ光切り替え部４５が、第一吸収率Ｙ１は４０％未満である、と判定すると、処理は第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２に戻る。そして、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａにおいて、第一吸収率Ｙ１が吸収率Ｙａ以上と判定されるまで、Ｓ１２〜Ｓ１６Ａの処理が繰り返される。
（１−５−２．加熱接合工程）
次に、加熱接合工程Ｓ３について説明する。前述したとおり、加熱接合工程Ｓ３は、レーザ光調整照射工程Ｓ３０と、第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２と、第二吸収率演算工程Ｓ３４と、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃと、加圧工程Ｓ３８とを備える。
レーザ光調整照射工程Ｓ３０は、酸化膜厚調整工程Ｓ１の酸化膜形成工程Ｓ１０とほぼ同じ内容である。第二レーザ光調整照射部４２が、レーザ発振器２１を発振させ、レーザヘッド２２から、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１に、吸収率４０％以上を実現させる酸化膜ＯＭを介して、加熱接合用レーザ光Ｌ３を第三出力Ｗ３で照射する。
このとき、第三出力Ｗ３は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が照射時に出力した第一出力Ｗ１よりも小さい値で設定される（Ｗ１＞Ｗ３）。これにより、リードフレーム６２（第一接合面６２ｂ）の急激な温度上昇を抑制することができる。そして、照射面６２ａ１では、加熱接合用レーザ光Ｌ３の第二反射レーザ光Ｌ４が、図１，図５に示す方向に反射される。
加熱接合用レーザ光Ｌ３は、第一吸収率Ｙ１が例えば４０％以上となるよう形成された酸化膜ＯＭを透過又は反射しながら、リードフレーム６２の表面６２ａに効率的に吸収され、リードフレーム６２を良好に加熱する。詳細には、図８に示すように、表面６２ａから表面６２ａに背向する裏面（第一接合面６２ｂ）に向かって熱が伝達するよう加熱し、最終的には第一接合面６２ｂを接合温度Ｔａまで加熱する。なお、図８のＤ部は、表面６２ａから第一接合面６２ｂに向かってリードフレーム６２が加熱されているイメージを表したものであり、熱の移動の様子をリードフレーム６２の断面を示す斜線と太さの異なる斜線によって表している。
第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２では、第二反射レーザ光検出部４６が、パワーメータ２４を介して第四出力Ｗ４を検出する。そして、第二反射レーザ光検出部４６は、第四出力Ｗ４のデータを第二吸収率演算部４７に送信する。
第二吸収率演算工程Ｓ３４では、取得した第三出力Ｗ３、及び第四出力Ｗ４に基づき、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１における加熱接合用レーザ光Ｌ３の第二吸収率Ｙ２を演算する。具体的には、第一吸収率演算部４４と同様に、第二吸収率演算部４７が、第三出力Ｗ３と、第四出力Ｗ４とに基づき、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１における加熱接合用レーザ光Ｌ３の吸収率である第二吸収率Ｙ２を、Ｙ２＝（Ｗ３−Ｗ４）／Ｗ３によって演算する。
レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ａでは、レーザ光出力変更部４８が、加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射時間Ｈの増大に伴い変化する第二吸収率Ｙ２に応じた第三出力Ｗ３を演算する。
次に、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ｂでは、演算された第三出力Ｗ３によって、加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射するよう、第二レーザ光調整照射部４２に第三出力Ｗ３に応じた指令値を送信する。つまり、第二吸収率Ｙ２が時間の経過とともに上昇する場合には、第二吸収率Ｙ２の上昇に応じて、第三出力Ｗ３を時間の経過とともに減少させる。
このとき、第三出力Ｗ３の減少のさせ方は、どのようなものでもよく、例えば、前述した図６Ａ〜図６ＣのグラフＧ１〜Ｇ３に示すように減少させてもよい。これにより、加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射面６２ａ１に照射し第一接合面６２ｂを加熱する際、第一接合面６２ｂの温度の上昇速度を良好に抑制できる。
つまり、第一接合面６２ｂの温度を、リードフレーム６２の融点近傍の接合温度Ｔａで保持することが容易になり、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとの間において、良好な接合強度が得られる。
次に、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ｃでは、第一接合面６２ｂの温度Ｔ（推定温度）が、接合温度Ｔａまで加熱されたか否かを判定する。このとき、第一接合面６２ｂの温度は、例えば、第三出力Ｗ３と照射時間Ｈとから推定すればよい。しかし、この態様には限らず、図略の温度計（例えば赤外線温度計）によって照射面６２ａ１の温度を測定し、照射面６２ａ１の温度から推定してもよい。
そして、第一接合面６２ｂの温度が、接合温度Ｔａまで加熱されたと判定されれば、加圧工程Ｓ３８に移動する。また、第一接合面６２ｂの温度が接合温度Ｔａまで加熱されていないと判定されれば、第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２に戻る。そして、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ｃで、第一接合面６２ｂの温度が接合温度Ｔａまで加熱されたと判定されるまでＳ３２〜Ｓ３６Ｃの処理が繰り返される。
加圧工程Ｓ３８では、加圧部４９が加圧装置２６を制御して、リードフレーム６２の表面６２ａを圧力Ｐ１で下方に押圧する。これにより、固相状態にある第一接合面６２ｂと、第二接合面５１ａとを接合する。
なお、本実施形態において、加圧部４９は、第一接合面６２ｂが所定の接合温度Ｔａに達した後に、加圧工程Ｓ３８によって、リードフレーム６２（第一金属部材）の加圧を開始するものとして説明したが、この態様には限らない。加圧部４９による加圧は、レーザ光調整照射工程Ｓ３０において、加熱接合用レーザ光Ｌ３が照射面６２ａ１を照射し第一接合面６２ｂの加熱が開始された以降から、第一接合面６２ｂが所定の接合温度に達するまでの間の任意の時点で開始してもよい。また、加圧部４９による加圧は、レーザ光調整照射工程Ｓ３０において、加熱接合用レーザ光Ｌ３が照射面６２ａ１に照射される以前から開始してもよい。また、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が照射面６２ａ１に照射される以前から加圧部４９によって加圧を開始してもよい。この場合、接合強度を制御しやすい。また、加圧する手段は、どのようなものでもよい。また、加圧の圧力Ｐ１は、固相拡散接合を可能とする圧力であり、事前に検討され決定される。
また、上記接合方法では、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを固相拡散接合によって接合させる態様について説明したが、この態様には限らない。別の接合方法として、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとが、液相状態（溶融状態）となるまで加熱されたのち接合させてもよい。この場合、加熱接合工程Ｓ３では、第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２、第二吸収率演算工程Ｓ３４、レーザ光出力変更工程Ｓ３６Ａ〜３６Ｃ、及び加圧工程Ｓ３８はなくてもよい。また、レーザ光調整照射工程Ｓ３０における加熱接合用レーザ光Ｌ３の第三出力Ｗ３は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１と同じ大きさでもよい。また、第三出力Ｗ３は、第一出力Ｗ１より大きくてもよい。これにより、より短時間で第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとの接合を完了させることができる。
また、上記接合方法の酸化膜厚調整工程Ｓ１において、所定の吸収率Ｙａは、酸化膜ＯＭの膜厚αと第一吸収率Ｙ１との関係を示す図５のグラフに基づいて設定した。しかしこの態様には限らない。吸収率Ｙａは、図５のグラフには基づかず、単に、所望の吸収率で設定してもよい。ただし、酸化膜ＯＭの膜厚αが薄いときには、酸化膜ＯＭの膜厚αに対する第一吸収率Ｙ１は、極大値、及び極小値が交互に出現する特性を備える。このため、所望の吸収率が大きすぎると、極大値を超え、設定できない場合が生じるので、その点を考慮に入れ設定することが必要である。
また、上記接合方法では、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａ（酸化膜厚調整工程Ｓ１）において、第一吸収率Ｙ１が吸収率Ｙａ以上であるか否かを判定する際、基準とする吸収率Ｙａは、４０％であるものとした。しかしこの態様には限らない。吸収率Ｙａは、図５のグラフにおいて、第一極大値ａである６０％としてもよい。これにより、対応する酸化膜ＯＭの膜厚αが一点Ａに限定されるので、抽出するのは困難となるが、最大の吸収率が得られる。このため、加熱接合工程Ｓ３では、より短時間で、加熱接合用レーザ光Ｌ３がリードフレーム６２に吸収され第一接合面６２ｂが接合温度Ｔａまで加熱される。また、図５のグラフにおいて、吸収率Ｙａは、第一膜厚範囲Ａｒ１に対応する第一吸収率範囲Ａｒ２の範囲（約２０％〜６０％）内で設定してもよい。これによっても、相応の効果は得られる。
また、上記接合方法では、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａ（酸化膜厚調整工程Ｓ１）において、第一吸収率Ｙ１の判定の際に基準とする吸収率Ｙａに対応する酸化膜ＯＭの膜厚αは、第一膜厚範囲Ａｒ１ａ内にあるものとした。しかし、この態様には限らない。吸収率Ｙａに対応する酸化膜ＯＭの膜厚αの範囲は、第一膜厚範囲Ａｒ１ａだけでなく、第二膜厚範囲Ａｒ１ｂを加えた広い範囲であってもよい。
このとき、第二膜厚範囲Ａｒ１ｂは、図３に示すように、第一極小膜厚ＡＡ以上の値である。また、第二膜厚範囲Ａｒ１ｂは、第一極大値ａの次に第一吸収率Ｙ１が極大値として出現する第二極大値ｂに対応する第二極大膜厚Ｂを含む。さらに、第二膜厚範囲Ａｒ１ｂは、第二極大値ｂの次に第一吸収率Ｙ１が極大値として出現する第三極大値ｃに対応する第三極大膜厚Ｃと第二極大膜厚Ｂとの間において、第一吸収率Ｙ１が極小値として出現する第二極小値ｂｂに対応する第二極小膜厚ＢＢより小さな範囲である。このように、第一膜厚範囲Ａｒ１ａと第二膜厚範囲Ａｒ１ｂとを合わせた酸化膜ＯＭの膜厚範囲に対応するよう、所定の吸収率Ｙａを設定することで、膜厚αが大きくなりすぎ所望の膜厚の設定ができないといった虞がなくなる。
＜２．第二実施形態＞
第二実施形態の接合装置について、図９を参照して説明する。上記第一実施形態の装置本体２０においては、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を、酸化膜ＯＭを介してリードフレーム６２の表面６２ａに照射し、その後、リードフレーム６２の表面６２ａの照射面６２ａ１で反射する第一反射レーザ光Ｌ２をパワーメータ２４で直接受ける態様とした。
これに対し、第二実施形態の装置本体２００は、図９に示すように、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（及び加熱接合用レーザ光Ｌ３）の光軸上にダイクロイックミラー１１０を備える。ダイクロイックミラー１１０とは、特定の波長域（例えば、近赤外波長）の光（レーザ光）を反射させ、その他の波長域の光を透過させる素子である。このような特性を有するものであれば、ダイクロイックミラーには限らずどのような素子を用いてもよい。
このように、装置本体２００は、第一実施形態の装置本体２０に対して、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）の光路状にダイクロイックミラー１１０を設けた点と、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）がリードフレーム６２の表面６２ａ（照射面６２ａ１）に対し直角に入射する点のみが異なる。そこで、異なる部分についてのみ説明し、同様の部分については。説明を省略する。また、同様の構成については同じ符号を付して説明する。
図９に示すように、ダイクロイックミラー１１０は、レーザヘッド２２とリードフレーム６２の表面６２ａ（照射面６２ａ１）との間、つまり酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）の光軸上において、表面６２ａに対して約４５度の傾きを有して配置される。ダイクロイックミラー１１０がこのように配置された第二実施形態では、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の光軸が水平となるよう配置されたレーザヘッド２２から酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）がダイクロイックミラー１１０に向けて照射される。
そして、ダイクロイックミラー１１０に到達した酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、ダイクロイックミラー１１０の鏡面１１０ａでその多くが反射され、一部が透過される。鏡面１１０ａで反射された酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、進行方向を直角に変更され、リードフレーム６２の表面６２ａ（照射面６２ａ１）上に表面６２ａ（照射面６２ａ１）と直交して入射する。
その後、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、一部が表面６２ａからリードフレーム６２に吸収され熱に変換される。また残りの他部が、照射面６２ａ１で反射され、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）として、再びダイクロイックミラー１１０の鏡面１１０ａに向かって進行し、照射面６２ａ１に対し傾斜して配置される鏡面１１０ａに到達する。このとき、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）が到達したダイクロイックミラー１１０の鏡面１１０ａでは、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）の多くが再び反射され、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）の光軸と平行となりレーザヘッド２２方向に進行する。
また、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）が到達した鏡面１１０ａでは、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）の一部がダイクロイックミラー１１０を透過し、図９における上方に向かって進行する。そして、この透過レーザ光Ｌ５（第一，第二反射レーザ光Ｌ２，Ｌ４）は、上方に配置されたパワーメータ２４の入力面２４ａに入力され、透過レーザ光Ｌ５（第一，第二反射レーザ光Ｌ２，Ｌ４）の出力（第二，第四出力Ｗ２，Ｗ４）が検出される。
これにより、第一実施形態と同様、酸化膜ＯＭが形成された照射面６２ａ１の第一，第二吸収率Ｙ１，Ｙ２が精度よく検出できる。そして、第一吸収率Ｙ１が、所定の吸収率Ｙａ以上となれば、第一実施形態と同様に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替える。以降は、第一実施形態と同様の工程によってリードフレーム６２（第一金属部材）の第一接合面６２ｂと半導体部品５０の表面の金属端子５１（第二金属部材）の第二接合面５１ａとを接合すればよい。このような構成によっても、第一実施形態と同様の効果が得られる。
また、このような、第二実施形態では、上記第一実施形態と異なり、レーザヘッド２２を水平に配置でき構成が簡素になる。また、パワーメータ２４に入力する透過レーザ光Ｌ５（第一，第二反射レーザ光Ｌ２，Ｌ４）の出力は小さいので、小型のパワーメータが使用でき、コスト低減に寄与できる。また、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）を照射面６２ａ１に対し直角に入力できるので第一，第二吸収率Ｙ１，Ｙ２が精度よく取得できる。
＜３．第二実施形態の変形例＞
また、上記第二実施形態には限らない。第二実施形態の変形例として、図１０に示すように、ダイクロイックミラー２１０と、レーザヘッド２２と、パワーメータ２４とを配置してもよい。変形例においては、ダイクロイックミラー２１０は、垂直方向に光軸を有するレーザヘッド２２とリードフレーム６２の表面６２ａとの間、つまり酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）の光軸上において、表面６２ａ（照射面６２ａ１）に対して約４５度の傾きを有して配置される。なお、ダイクロイックミラー１１０とダイクロイックミラー２１０とは、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）の透過または反射の態様が異なるものとする。
ダイクロイックミラー２１０がこのように配置された変形例では、図１０に示すように、光軸が垂直となるよう配置されたレーザヘッド２２から酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）がダイクロイックミラー２１０に向けて照射される。
そして、ダイクロイックミラー２１０に到達した酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、ダイクロイックミラー２１０の鏡面２１０ａでその多くが透過される。鏡面２１０ａを透過した酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、リードフレーム６２の表面６２ａ（照射面６２ａ１）上に直交して到達（入射）する。
その後、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）は、一部が表面６２ａ（照射面６２ａ１）からリードフレーム６２に吸収され熱に変換される。また残りの他部が、表面６２ａ（照射面６２ａ１）で第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）として反射され、再びダイクロイックミラー２１０の鏡面２１０ｂに向かって進行し、表面６２ａに対し４５度傾斜して配置される鏡面２１０ｂに到達する。
このとき、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）が当接したダイクロイックミラー２１０の鏡面２１０ｂでは、第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）の一部が直角に反射され、パワーメータ２４に向かって進行する。そして、この第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）は、図１０において左方に配置されたパワーメータ２４の入力面２４ａに入力され、出力（第二出力Ｗ２，第四出力Ｗ４）が検出される。これにより、第一実施形態と同様、酸化膜ＯＭが形成された照射面６２ａ１の第一，第二吸収率Ｙ１，Ｙ２が検出できる。このような構成によっても、第一実施形態と同様の効果が得られる。
また、このような、変形例では、上記第一実施形態と異なりレーザヘッド２２を垂直に配置でき構成が簡素になる。また、第二実施形態と同様、パワーメータ２４に入力する第一反射レーザ光Ｌ２（第二反射レーザ光Ｌ４）の出力は小さいので、小型のパワーメータが使用できコスト低減に寄与する。また、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１（加熱接合用レーザ光Ｌ３）を照射面６２ａ１に対し直角に入力できるので第一，第二吸収率Ｙ１，Ｙ２が精度よく取得できる。
なお、上記実施形態によれば、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１と加熱接合用レーザ光Ｌ３の第三出力Ｗ３との関係は、Ｗ１＞Ｗ３として説明した。しかしこの態様には限らず、第一出力Ｗ１と第三出力Ｗ３との関係は、Ｗ１＝Ｗ３としてもよい。また、第一出力Ｗ１と第三出力Ｗ３との関係は、Ｗ１＜Ｗ３としてもよい。ただし、これらの場合、リードフレーム６２の第一接合面６２ｂの温度が短時間で上昇しすぎないよう注意が必要である。温度が短時間で上昇しすぎると、固相拡散接合の場合には、接合強度が所定の値を満足できない虞がある。ただし、第一金属部材と第二金属部材との接合が、固相拡散接合ではなく溶接である場合には、この限りではない。
また、上記接合装置１０及び接合方法によれば、加熱接合用レーザ光Ｌ３の第三出力Ｗ３は、減少させるよう調整しながら加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射すると説明した。しかし、この態様には限らない。第三出力Ｗ３は一定値でもよい。また、第三出力Ｗ３は、増加させるよう調整しながら加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射してもよい。これらによっても、相応の効果は得られる。
また、上記実施形態では、第一金属部材として「低吸収率材料」である銅を採用した。ただし、この態様に限らず、「低吸収率材料」以外の部材を第一金属部材として適用してもよい。これによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
＜４．実施形態による効果＞
上記実施形態によれば、金属部材の接合方法は、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１に加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射して、リードフレーム６２の第一接合面６２ｂを加熱し、第一接合面６２ｂと、第一接合面６２ｂと当接する半導体部品５０（第二金属部材）の第二接合面５１ａと、を接合する。接合方法は、リードフレーム６２の照射面６２ａ１に酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を第一出力Ｗ１で照射し、照射面６２ａ１上に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜ＯＭを形成する酸化膜形成工程Ｓ１０と、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が照射面６２ａ１で反射されて生成される第一反射レーザ光Ｌ２の出力である第二出力Ｗ２を検出する第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２と、酸化膜形成工程Ｓ１０で照射される酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１、及び第一反射レーザ光検出工程Ｓ１２で検出される第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２に基づき、リードフレーム６２の照射面６２ａ１における酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一吸収率Ｙ１を演算する第一吸収率演算工程Ｓ１４と、第一吸収率Ｙ１が所定の吸収率Ｙａ以上であると判定された場合に、照射面６２ａ１への酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射を加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替えるレーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａ，Ｓ１６Ｂと、加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替えられた後、加熱接合用レーザ光Ｌ３を、照射面６２ａ１に第三出力Ｗ３で照射し、第一接合面６２ｂの温度を所定の接合温度Ｔａまで加熱して第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを接合させる加熱接合工程Ｓ３と、を備える。
このように、酸化膜厚調整工程Ｓ１における酸化膜形成工程Ｓ１０では、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１をリードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１に照射する。そして、照射面６２ａ１上に酸化膜ＯＭを形成させながら、照射面６２ａ１で反射する第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２を検出し、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１と第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２とに基づいて照射面６２ａ１における吸収率を演算する。つまり、照射面６２ａ１上に形成される酸化膜ＯＭによって実現される実際の第一吸収率Ｙ１を取得する。
酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一吸収率Ｙ１が、吸収率Ｙａ以上となったときに、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替える。そして、加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射によって、第一接合面６２ｂを接合温度Ｔａまで加熱し、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを接合させる。このため、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射時間が短く、薄い酸化膜ＯＭしか得られなくても、所望の第一吸収率Ｙ１が確実に得られる。従って、加熱接合用レーザ光Ｌ３は、リードフレーム６２（第一金属部材）に所望の第一吸収率Ｙ１で吸収され、リードフレーム６２の第一接合面６２ｂが所定の接合温度まで短時間で加熱される。これにより、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとが短時間で接合できる。
また、上記実施形態によれば、金属部材の接合方法では、接合温度Ｔａは、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを、液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とする温度であり、加熱接合工程Ｓ３において、第一接合面６２ｂ及び第二接合面５１ａは、固相状態において圧着方向に加圧されて接合される。このように、固相拡散接合によって、第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを接合するので、第一接合面６２ｂを加熱により上昇させる際、高温にする必要がない。これにより、上昇させるために必要なエネルギーは低減され効率的である。
また、上記実施形態によれば、加熱接合工程Ｓ３において照射される加熱接合用レーザ光Ｌ３の第三出力Ｗ３は、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１よりも小さい。このため、加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射によって加熱されるリードフレーム６２の第一接合面６２ｂの温度上昇を緩やかなものにできる。これにより、第一接合面６２ｂの温度を所定の接合温度Ｔａである融点近傍の温度で所定時間保持しやすい。従って、接合面に対し、融点近傍の固相状態を所定時間保持することで接合強度の高い接合が得られる固相拡散接合を行なうのに適している。
また、上記実施形態によれば、吸収率Ｙは、酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係において、膜厚αの増大方向への変化に対して極大値ａ，ｂと極小値ａａ，ｂｂとが交互に出現する周期性を有するとともに酸化膜ＯＭの膜厚αがゼロの場合に最も小さくなる特性を有する。また、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａにおける所定の吸収率Ｙａは、周期性を有する膜厚との関係において、酸化膜ＯＭの膜厚αがゼロを超え、はじめに第一吸収率Ｙ１が極大値として出現する第一極大値ａに対応する第一極大膜厚Ａ、及び第一極大値ａの次に第一吸収率Ｙ１が極大値として出現する第二極大値ｂに対応する第二極大膜厚Ｂとの間において、第一吸収率Ｙ１が極小値として出現する第一極小値ａａに対応する第一極小膜厚ＡＡより小さな第一膜厚範囲Ａｒ１ａに対応する第一吸収率範囲Ａｒ２内で設定される。
このように、予め準備した第一吸収率Ｙ１と酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係に基づいて、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａにおける判定の基準値となる所定の吸収率Ｙａを設定するので、例えば、存在しない極大値ａ，ｂを超える吸収率で所定の吸収率Ｙａを設定し、時間を浪費する虞はない。
また、上記実施形態によれば、レーザ光切り替え工程Ｓ１６Ａにおいて、第一吸収率Ｙ１を判定する基準値となる所定の吸収率Ｙａは、４０％に設定される。つまり、第一吸収率Ｙ１は４０％以上である。このため、膜厚αの増大方向への変化に対して極大値ａ，ｂと極小値ａａとが交互に出現する周期性を有する第一吸収率Ｙ１と酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係から、膜厚αは所定の幅（３５ｎｍ〜１３５ｎｍ）を有するので、設定しやすい。
また、上記実施形態によれば、図３に示す周期性を有する第一吸収率Ｙ１と酸化膜ＯＭの膜厚αとの関係において、第一膜厚範囲Ａｒ１ａ内及び第二膜厚範囲Ａｒ１ｂ内における酸化膜ＯＭの膜厚αに対応する第一吸収率Ｙ１の範囲は、２０％〜６０％である。このように、膜厚αの広い範囲において十分大きな吸収率が得られる。これにより、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の切替え判定が実行される際、判定に使用される所定の吸収率Ｙａの値の設定次第ではあるが、判定条件は比較的緩やかとなり、容易に対応可能となる。
また、上記第二実施形態、及び変形例によれば、酸化膜形成工程Ｓ１０では、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が、照射面６２ａ１に直交して入射される。これにより、照射面６２ａ１に対する吸収率が精度よく得られる。
また、上記実施形態によれば、加熱接合工程Ｓ３において、照射面６２ａ１に第三出力Ｗ３で照射される加熱接合用レーザ光Ｌ３が、照射面６２ａ１で反射され生成される第二反射レーザ光Ｌ４の出力である第四出力Ｗ４を検出する第二反射レーザ光検出工程Ｓ３２と、第三出力Ｗ３、及び第四出力Ｗ４に基づき、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１における加熱接合用レーザ光Ｌ３の第二吸収率Ｙ２を演算する第二吸収率演算工程Ｓ３４と、を備え、加熱接合工程Ｓ３では、加熱接合用レーザ光Ｌ３の照射時間Ｈの増大に伴い変化する第二吸収率Ｙ２に基づき第三出力Ｗ３を調整する。
これにより、第一接合面６２ｂの温度を接合温度Ｔａである融点近傍の温度で所定時間保持しやすくなるので、前述したとおり、固相拡散接合において、接合強度が高い良好な接合が得られる。
また、上記実施形態によれば、接合装置１０は、リードフレーム６２（第一金属部材）の照射面６２ａ１に加熱接合用レーザ光Ｌ３を照射して、リードフレーム６２の第一接合面６２ｂを加熱し、第一接合面６２ｂと、第一接合面６２ｂと当接する金属端子５１（第二金属部材）の第二接合面５１ａと、を接合する接合装置である。接合装置１０は、リードフレーム６２の照射面６２ａ１に酸化膜形成用レーザ光Ｌ１を第一出力Ｗ１で照射し、照射面６２ａ１上に、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一出力Ｗ１及び照射時間Ｈに応じた膜厚αの酸化膜ＯＭを形成する第一レーザ光調整照射部４１と、酸化膜形成用レーザ光Ｌ１が照射面６２ａ１で反射されて生成される第一反射レーザ光Ｌ２の出力である第二出力Ｗ２を検出する第一反射レーザ光検出部４３と、第一出力Ｗ１及び第二出力Ｗ２に基づき、リードフレーム６２の照射面６２ａ１における酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一吸収率Ｙ１を演算する第一吸収率演算部４４と、第一吸収率Ｙ１が所定の吸収率以上であると判定された場合に、照射面６２ａ１への酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の照射を加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替えるレーザ光切り替え部４５と、加熱接合用レーザ光Ｌ３に切り替えられた後、加熱接合用レーザ光Ｌ３を、照射面６２ａ１に第三出力Ｗ３で照射し、第一接合面６２ｂの温度を所定の接合温度Ｔａまで加熱して第一接合面６２ｂと第二接合面５１ａとを接合させる加熱接合制御部４０と、を備える。これにより、金属部材同士の接合において、上記実施形態の接合で得られる効果と同様の効果を有する接合が得られる。
また、上記実施形態によれば、第一反射レーザ光検出部４３が、第一反射レーザ光Ｌ２の第二出力Ｗ２をパワーメータ２４によって検出する。これにより、精度よく照射面６２ａ１における酸化膜形成用レーザ光Ｌ１の第一吸収率Ｙ１が演算できる。
１０・・・接合装置、 ２０・・・装置本体、 ２４・・・パワーメータ、 ３０・・・酸化膜形成制御部、 ４０・・・加熱接合制御部、 ４１・・・第一レーザ光調整照射部、 ４２・・・第二レーザ光調整照射部、 ４３・・・第一反射レーザ光検出部、 ４４・・・第一吸収率演算部、 ４５・・・レーザ光切り替え部、 ４６・・・第二反射レーザ光検出部、 ４７・・・第二吸収率演算部、 ４８・・・レーザ光出力変更部、 ４９・・・加圧部、 ５１・・・金属端子（第二金属部材）、 ５１ａ・・・第二接合面、 ６２・・・リードフレーム（第一金属部材）、 ６２ａ１・・・照射面、 ６２ｂ・・・第一接合面、 Ａｒ１ａ・・・第一膜厚範囲、 Ａｒ１ｂ・・・第二膜厚範囲、 Ａｒ２・・・第一吸収率範囲、 Ａｒ３・・・第二吸収率範囲、 Ｌ１・・・酸化膜形成用レーザ光、 Ｌ２・・・第一反射レーザ光、 Ｌ３・・・加熱接合用レーザ光、 Ｌ４・・・第二反射レーザ光、 Ｌ５・・・第一反射レーザ光（透過レーザ光）、 ＯＭ・・・酸化膜、 Ｓ１・・・酸化膜厚調整工程、 Ｓ３・・・加熱接合工程、 Ｓ１０・・・酸化膜形成工程、 Ｓ１２・・・第一反射レーザ光検出工程、 Ｓ１４・・・第一吸収率演算工程、 Ｓ１６Ａ，Ｓ１６Ｂ・・・レーザ光切り替え工程、 Ｓ３０・・・レーザ光調整照射工程、 Ｓ３２・・・第二反射レーザ光検出工程、 Ｓ３４・・・第二吸収率演算工程、 Ｓ３６Ａ，Ｓ３６Ｂ，Ｓ３６Ｃ・・・レーザ光出力変更工程、 Ｓ３８・・・加圧工程、 Ｔａ・・・所定の接合温度、 Ｗ１・・・第一出力、 Ｗ２・・・第二出力、 Ｗ３・・・第三出力、 Ｗ４・・・第四出力、 Ｙａ・・・所定の吸収率、 Ｙ１・・・第一吸収率、 Ｙ２・・・第二吸収率、 α・・・膜厚。

Claims (12)

  1. 第一金属部材の照射面に加熱接合用レーザ光を照射して前記第一金属部材の第一接合面を加熱し、前記第一接合面と、前記第一接合面と当接する第二金属部材の第二接合面と、を接合する接合方法であって、
    前記接合方法は、
    前記第一金属部材の前記照射面に酸化膜形成用レーザ光を第一出力で照射し、前記照射面上に、前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
    前記酸化膜形成用レーザ光が前記照射面で反射されて生成される第一反射レーザ光の出力である第二出力を検出する第一反射レーザ光検出工程と、
    前記酸化膜形成工程で照射される前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力、及び前記第一反射レーザ光検出工程で検出される前記第一反射レーザ光の前記第二出力に基づき、前記第一金属部材の前記照射面における前記酸化膜形成用レーザ光の第一吸収率を演算する第一吸収率演算工程と、
    前記第一吸収率が所定の吸収率以上であると判定された場合に、前記照射面への前記酸化膜形成用レーザ光の照射を前記加熱接合用レーザ光に切り替えるレーザ光切り替え工程と、
    前記加熱接合用レーザ光に切り替えられた後、前記加熱接合用レーザ光を、前記照射面に第三出力で照射し、前記第一接合面の温度を所定の接合温度まで加熱して前記第一接合面と前記第二接合面とを接合させる加熱接合工程と、
    を備える金属部材の接合方法。
  2. 前記所定の接合温度は、前記第一接合面と前記第二接合面とを、液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とする温度であり、
    前記加熱接合工程において、前記第一接合面及び前記第二接合面は、前記固相状態において圧着方向に加圧されて接合する、請求項１に記載の金属部材の接合方法。
  3. 前記加熱接合工程において、前記加熱接合用レーザ光の前記第三出力は、前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力よりも小さい、請求項１又は２に記載の金属部材の接合方法。
  4. 前記第一吸収率は、前記酸化膜の膜厚との関係において、前記膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、
    前記レーザ光切り替え工程における前記所定の吸収率は、前記周期性を有する前記膜厚との関係において、前記酸化膜の膜厚が前記ゼロを超え、はじめに前記第一吸収率が前記極大値として出現する第一極大値に対応する第一極大膜厚、及び前記第一極大値の次に前記第一吸収率が前記極大値として出現する第二極大値に対応する第二極大膜厚との間において、前記第一吸収率が前記極小値として出現する第一極小値に対応する第一極小膜厚より小さな第一膜厚範囲と、前記第一極小膜厚以上で、且つ前記第二極大膜厚を含み、前記第二極大値の次に前記第一吸収率が前記極大値として出現する第三極大値に対応する第三極大膜厚と前記第二極大膜厚との間において、前記第一吸収率が前記極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さな第二膜厚範囲と、を合わせた膜厚範囲に対応する前記第一吸収率の範囲内で設定される、請求項１−３の何れか１項に記載の金属部材の接合方法。
  5. 前記第一吸収率の範囲は、２０％〜６０％である、請求項４に記載の金属部材の接合方法。
  6. 前記レーザ光切り替え工程における前記所定の吸収率は、前記周期性を有する前記膜厚との関係において、前記第一膜厚範囲に対応する前記第一吸収率の範囲内で設定される、請求項４又は５に記載の金属部材の接合方法。
  7. 前記所定の吸収率は、前記第一極大値に設定される、請求項４−６の何れか１項に記載の金属部材の接合方法。
  8. 前記所定の吸収率は、４０％に設定される、請求項４−６の何れか１項に記載の金属部材の接合方法。
  9. 前記酸化膜形成工程では、前記酸化膜形成用レーザ光が、前記照射面に直交して入射される、請求項１−８の何れか１項に記載の金属部材の接合方法。
  10. 前記接合方法は、
    前記加熱接合工程において前記照射面に前記第三出力で照射される前記加熱接合用レーザ光が、前記照射面で反射され生成される第二反射レーザ光の出力である第四出力を検出する第二反射レーザ光検出工程と、
    前記第三出力、及び前記第四出力に基づき、前記第一金属部材の前記照射面における前記加熱接合用レーザ光の第二吸収率を演算する第二吸収率演算工程と、を備え、
    前記加熱接合工程では、
    前記加熱接合用レーザ光の照射時間の増大に伴い変化する前記第二吸収率に基づき前記第三出力を調整する、
    請求項１−９の何れか１項に記載の金属部材の接合方法。
  11. 第一金属部材の照射面に加熱接合用レーザ光を照射して前記第一金属部材の第一接合面を加熱し、前記第一接合面と、前記第一接合面と当接する第二金属部材の第二接合面と、を接合する接合装置であって、
    前記接合装置は、
    前記第一金属部材の前記照射面に酸化膜形成用レーザ光を第一出力で照射し、前記照射面上に、前記酸化膜形成用レーザ光の前記第一出力及び照射時間に応じた膜厚の酸化膜を形成するレーザ光調整照射部と、
    前記酸化膜形成用レーザ光が前記照射面で反射されて生成される第一反射レーザ光の出力である第二出力を検出する第一反射レーザ光検出部と、
    前記第一出力及び前記第二出力に基づき、前記第一金属部材の前記照射面における前記酸化膜形成用レーザ光の第一吸収率を演算する第一吸収率演算部と、
    前記第一吸収率が所定の吸収率以上であると判定された場合に、前記照射面への前記酸化膜形成用レーザ光の照射を前記加熱接合用レーザ光に切り替えるレーザ光切り替え部と、
    前記加熱接合用レーザ光に切り替えられた後、前記加熱接合用レーザ光を、前記照射面に第三出力で照射し、前記第一接合面の温度を所定の接合温度まで加熱して前記第一接合面と前記第二接合面とを接合させる加熱接合制御部と、
    を備える金属部材の接合装置。
  12. 前記第一反射レーザ光検出部では、前記第一反射レーザ光の前記第二出力をパワーメータによって検出する、請求項１１に記載の金属部材の接合装置。
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CN201710223797.5A CN107283057B (zh) 2016-04-12 2017-04-07 金属部件的接合方法以及接合装置
DE102017107627.1A DE102017107627A1 (de) 2016-04-12 2017-04-10 Bondverfahren und Bondgerät für ein Metallelement

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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016119215A1 (de) * 2015-10-15 2017-04-20 Jtekt Corporation Verfahren zum erwärmen eines metallelements, verfahren zum bonden von erwärmten metallelementen und vorrichtung zum erwärmen eines metallelements
US11975405B2 (en) * 2017-11-20 2024-05-07 Ipg Photonics Corporation System and method laser for processing of materials
WO2020242160A1 (ko) * 2019-05-31 2020-12-03 레이저쎌 주식회사 선형 이송 방식의 레이저 리플로우 장치
CN110560900A (zh) * 2019-09-12 2019-12-13 武汉宝悍焊接设备有限公司 一种激光对拼焊接高强硅钢填丝工艺方法
JP2021122829A (ja) * 2020-02-03 2021-08-30 日本電産株式会社 レーザー接合方法及び接合構造体
US11537111B2 (en) * 2020-04-01 2022-12-27 General Electric Company Methods and apparatus for 2-D and 3-D scanning path visualization
CN113798666A (zh) * 2021-09-07 2021-12-17 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 焊接材料的焊接方法、装置、设备、存储介质和电子装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63295093A (ja) * 1987-01-30 1988-12-01 ウアルター・ダブリユ・ダーレイ 金属のレーザー加工効率を向上させる手段
JPH07236984A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工方法及びその装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5123206B2 (ja) 1972-03-14 1976-07-15
JPS562050A (en) 1979-06-21 1981-01-10 Canon Inc Electronic desk-top calculator
JP4894528B2 (ja) 2007-01-17 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 半導体素子の配線接合方法
JP2009123421A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Canon Inc 気密容器の製造方法
JP4991893B2 (ja) * 2010-03-16 2012-08-01 常陽機械株式会社 微小径ワイヤボンディングの良否判定方法及び判定装置
JP5602050B2 (ja) 2010-05-13 2014-10-08 パナソニック株式会社 接合方法ならびに電池
EP2392429A1 (fr) * 2010-06-03 2011-12-07 Lasag Ag Procédé et installation d'usinage laser pulsé, en particulier pour le soudage, avec variation de l' apuissance de chaque impulsion laser
WO2012153340A1 (en) * 2011-05-10 2012-11-15 Technion Research And Development Foundation Ltd. Ultrathin film solar cells
JP6241069B2 (ja) 2013-05-24 2017-12-06 株式会社ジェイテクト 光学非破壊検査方法及び光学非破壊検査装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63295093A (ja) * 1987-01-30 1988-12-01 ウアルター・ダブリユ・ダーレイ 金属のレーザー加工効率を向上させる手段
JPH07236984A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工方法及びその装置

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