JP2939047B2 - 金属の溶射方法 - Google Patents
金属の溶射方法Info
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- JP2939047B2 JP2939047B2 JP4124106A JP12410692A JP2939047B2 JP 2939047 B2 JP2939047 B2 JP 2939047B2 JP 4124106 A JP4124106 A JP 4124106A JP 12410692 A JP12410692 A JP 12410692A JP 2939047 B2 JP2939047 B2 JP 2939047B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属の溶射方法に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】従来技術として例えばプラズマ溶射で
は、アルゴン、窒素、水素等の気体をプラズマ化させ、
その熱と体積膨張で金属材料を溶融噴出させ、基材表面
に皮膜を形成させている。微細領域への皮膜形成方法は
マスクを用いたメッキや蒸着の方法が用いられている。
は、アルゴン、窒素、水素等の気体をプラズマ化させ、
その熱と体積膨張で金属材料を溶融噴出させ、基材表面
に皮膜を形成させている。微細領域への皮膜形成方法は
マスクを用いたメッキや蒸着の方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のプラズ
マ溶射では原理的に溶射ガンの小型化が困難で、微細領
域での皮膜形成ができない。またマスクを用いたメッキ
や蒸着による微細領域への皮膜形成方法では工程が複雑
で皮膜材質や皮膜形成形状の自由度が低く、かつ成膜速
度が遅いという問題がある。
マ溶射では原理的に溶射ガンの小型化が困難で、微細領
域での皮膜形成ができない。またマスクを用いたメッキ
や蒸着による微細領域への皮膜形成方法では工程が複雑
で皮膜材質や皮膜形成形状の自由度が低く、かつ成膜速
度が遅いという問題がある。
【０００４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、微細領域への皮膜形成ができ、皮膜材質や皮
膜形成形状の自由度があり、かつ成膜速度が速い金属の
溶射方法を提供することを目的とする。
のであり、微細領域への皮膜形成ができ、皮膜材質や皮
膜形成形状の自由度があり、かつ成膜速度が速い金属の
溶射方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明による金属の溶射方法は、透光部材からなる透
光管内に溶融金属を充填させ、透光管外から内方へレー
ザ光を照射し、透光管端面から溶融金属を噴出させて基
材の表面に衝突させ、基材表面に金属膜を形成すること
に特徴を有している。
に本発明による金属の溶射方法は、透光部材からなる透
光管内に溶融金属を充填させ、透光管外から内方へレー
ザ光を照射し、透光管端面から溶融金属を噴出させて基
材の表面に衝突させ、基材表面に金属膜を形成すること
に特徴を有している。
【０００６】
【作用】透光管内に溶融金属を充填し、透光管外から内
方へレーザ光を照射し、そのレーザエネルギーで溶融金
属を局部的に蒸発させ、その時の体積膨張による圧力で
透光管端面から溶融金属を噴出させ、溶射を行う。
方へレーザ光を照射し、そのレーザエネルギーで溶融金
属を局部的に蒸発させ、その時の体積膨張による圧力で
透光管端面から溶融金属を噴出させ、溶射を行う。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。先ず第１実施例を図１〜図３を用いて説明す
る。図２のように、例えば石英の透光管１の内（内径約
0.1mm ）にSnPb共晶はんだを入れ、ヒータ４で約２００
℃に保ち溶融状態にする。この時図の矢印の方向に圧力
を加えておく。図３のように、この溶融金属２に透光管
１ごしにレーザ光３、例えばパルスＹＡＧレーザ（〜５
Ｊ／Ｐ）を照射することで、溶融金属２を透光管端面１
ａ側から噴出させる。図１のように、噴出した一部の溶
融金属２は、基材上に設けたAg層上の微小領域にはんだ
をコーティングすることができる。透光管１の内径とレ
ーザ光３のパワーを設定することで、溶融金属２の噴出
量を自由に制御でき、かつ微細領域への皮膜形成が容易
にでき、微細電気回路等を作ることも可能である。
明する。先ず第１実施例を図１〜図３を用いて説明す
る。図２のように、例えば石英の透光管１の内（内径約
0.1mm ）にSnPb共晶はんだを入れ、ヒータ４で約２００
℃に保ち溶融状態にする。この時図の矢印の方向に圧力
を加えておく。図３のように、この溶融金属２に透光管
１ごしにレーザ光３、例えばパルスＹＡＧレーザ（〜５
Ｊ／Ｐ）を照射することで、溶融金属２を透光管端面１
ａ側から噴出させる。図１のように、噴出した一部の溶
融金属２は、基材上に設けたAg層上の微小領域にはんだ
をコーティングすることができる。透光管１の内径とレ
ーザ光３のパワーを設定することで、溶融金属２の噴出
量を自由に制御でき、かつ微細領域への皮膜形成が容易
にでき、微細電気回路等を作ることも可能である。
【０００８】図４は本発明の第２実施例であり、基材５
の表面に凹凸（例えば表面粗さ１〜５μｍ程度）、また
は孔を設けることで、噴出された溶融金属２の基材５へ
の密着性が向上する。
の表面に凹凸（例えば表面粗さ１〜５μｍ程度）、また
は孔を設けることで、噴出された溶融金属２の基材５へ
の密着性が向上する。
【０００９】図５は本発明の第３実施例であり、基材５
の表面にレーザ光３を照射し、基材５の表面を溶融また
は昇温させながら溶融金属２を基材５へ衝突させる。金
属の皮膜と基材５が界面で融合し密着性が向上する。ま
たレーザ光３の照射と溶融金属２の噴出を時間的に調整
することで、金属の皮膜の緻密化や基材５との合金化が
可能になる。
の表面にレーザ光３を照射し、基材５の表面を溶融また
は昇温させながら溶融金属２を基材５へ衝突させる。金
属の皮膜と基材５が界面で融合し密着性が向上する。ま
たレーザ光３の照射と溶融金属２の噴出を時間的に調整
することで、金属の皮膜の緻密化や基材５との合金化が
可能になる。
【００１０】図６は本発明の第４実施例であり、基材５
に超音波振動（例えば１０〜１００ＫＨｚ）を印加する
ことで、噴出された溶融金属２が基材５の表面にぬれや
すくなり密着性が向上する。
に超音波振動（例えば１０〜１００ＫＨｚ）を印加する
ことで、噴出された溶融金属２が基材５の表面にぬれや
すくなり密着性が向上する。
【００１１】図７は本発明の第５実施例であり、溶融金
属２の噴出を複数回行い膜厚制御することで電気接点や
バンプ形成が可能となる。電気接点：Cu合金基材上にAg
を溶射する。バンプ：Siウェハー上にAuまたははんだを
溶射する。
属２の噴出を複数回行い膜厚制御することで電気接点や
バンプ形成が可能となる。電気接点：Cu合金基材上にAg
を溶射する。バンプ：Siウェハー上にAuまたははんだを
溶射する。
【００１２】図８は本発明の第６実施例であり、透光管
を複数設け複数の溶融金属２の噴出を同時または別々に
行うことで、異なった材料による積層皮膜や傾斜組成皮
膜、及び合金皮膜の形成が可能になる。
を複数設け複数の溶融金属２の噴出を同時または別々に
行うことで、異なった材料による積層皮膜や傾斜組成皮
膜、及び合金皮膜の形成が可能になる。
【００１３】図９は本発明の第７実施例であり、溶融金
属２を透光管１の内部に設けるには金属の溶融保持温度
より高い耐熱性が必要である。またレーザ光３を透光管
１ごしに溶融金属２に照射するには用いるレーザの波長
を透過するような材料を透光管１に用いる必要がある。
そこで、用いるレーザ波長と溶融金属材質に合わせ、透
光部材として、ガラス、石英、または透光セラミックス
が選定される。例えばアルミナ、イットリア、トリア、
酸化スカンジウム、スピネル、マグネシア、リチウムア
ルミネート、ハフニウム、酸化ディスプロシウム、酸化
エルビウム等である。
属２を透光管１の内部に設けるには金属の溶融保持温度
より高い耐熱性が必要である。またレーザ光３を透光管
１ごしに溶融金属２に照射するには用いるレーザの波長
を透過するような材料を透光管１に用いる必要がある。
そこで、用いるレーザ波長と溶融金属材質に合わせ、透
光部材として、ガラス、石英、または透光セラミックス
が選定される。例えばアルミナ、イットリア、トリア、
酸化スカンジウム、スピネル、マグネシア、リチウムア
ルミネート、ハフニウム、酸化ディスプロシウム、酸化
エルビウム等である。
【００１４】図１０は上記の第７実施例で用いられる高
透光性セラミックスの波長と透明度を示す図である。上
から順に、リチウムアルミネート、マグネシア（融点〜
２８００℃）、酸化ディスプロシウム（融点〜２３００
℃）、スピネル（融点〜２１３５℃）、酸化スカンジウ
ム（融点〜２４０５℃）、トリア（融点〜３０００
℃）、イットリア（融点〜２４００℃）、アルミナであ
る。
透光性セラミックスの波長と透明度を示す図である。上
から順に、リチウムアルミネート、マグネシア（融点〜
２８００℃）、酸化ディスプロシウム（融点〜２３００
℃）、スピネル（融点〜２１３５℃）、酸化スカンジウ
ム（融点〜２４０５℃）、トリア（融点〜３０００
℃）、イットリア（融点〜２４００℃）、アルミナであ
る。
【００１５】図１１は本発明の第８実施例であり、レー
ザ光としてエキシマレーザ３ｂを用いることで、その短
波長（紫外線域）と高エネルギーの効果で金属が蒸発
（アブレーション）しやすいため、溶融金属２の噴出を
容易に効率よく行うことができる。例えばAgに対するレ
ーザ光の吸収率はＹＡＧレーザ（１．０６μｍ），ＣＯ
2 レーザ（１０．６μｍ）で５％以下であるが、２４８
ｎｍの波長を持つエキシマレーザ（ＫｒＦ）では吸収率
が約７０％に向上し蒸発が起こりやすくなる。
ザ光としてエキシマレーザ３ｂを用いることで、その短
波長（紫外線域）と高エネルギーの効果で金属が蒸発
（アブレーション）しやすいため、溶融金属２の噴出を
容易に効率よく行うことができる。例えばAgに対するレ
ーザ光の吸収率はＹＡＧレーザ（１．０６μｍ），ＣＯ
2 レーザ（１０．６μｍ）で５％以下であるが、２４８
ｎｍの波長を持つエキシマレーザ（ＫｒＦ）では吸収率
が約７０％に向上し蒸発が起こりやすくなる。
【００１６】図１２は本発明の第９実施例であり、レー
ザ光３を照射する透光管１の端面近傍部分１ｂの内径を
他部分より小さくすることで、その部分熱容量が小さく
なり、低いレーザエネルギーでも溶融金属２を蒸発させ
ることが可能になり溶融金属２の噴出効率が向上する。
ザ光３を照射する透光管１の端面近傍部分１ｂの内径を
他部分より小さくすることで、その部分熱容量が小さく
なり、低いレーザエネルギーでも溶融金属２を蒸発させ
ることが可能になり溶融金属２の噴出効率が向上する。
【００１７】図１３は本発明の第１０実施例であり、透
光管１の内部での金属の溶融保持を、透光管１の外から
内方へのレーザ光３ａの照射による入熱で行うことによ
り、Ni等の高融点金属でも容易に溶融状態にすることが
可能になる。
光管１の内部での金属の溶融保持を、透光管１の外から
内方へのレーザ光３ａの照射による入熱で行うことによ
り、Ni等の高融点金属でも容易に溶融状態にすることが
可能になる。
【００１８】図１４は本発明の第１１実施例であり、管
状体６のレーザ光３を照射する透光窓６ｃだけを透光材
料にすることで、管状体６を自由に形状設計することが
でき、かつレーザ波長と溶融金属材質に合わせた透光部
材の使用を必要最小限に抑えることができる。
状体６のレーザ光３を照射する透光窓６ｃだけを透光材
料にすることで、管状体６を自由に形状設計することが
でき、かつレーザ波長と溶融金属材質に合わせた透光部
材の使用を必要最小限に抑えることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による金属
の溶射方法は、透光部材からなる透光管内に溶融金属を
充填させ、透光管外から内方へレーザ光を照射し、透光
管端面から溶融金属を噴出させて基材の表面に衝突さ
せ、基材表面に金属膜を形成するようにしたので、微細
領域への皮膜形成ができ、皮膜材質や皮膜形成形状の自
由度があり、かつ成膜速度が速い皮膜形成が可能にな
る。
の溶射方法は、透光部材からなる透光管内に溶融金属を
充填させ、透光管外から内方へレーザ光を照射し、透光
管端面から溶融金属を噴出させて基材の表面に衝突さ
せ、基材表面に金属膜を形成するようにしたので、微細
領域への皮膜形成ができ、皮膜材質や皮膜形成形状の自
由度があり、かつ成膜速度が速い皮膜形成が可能にな
る。
【図１】本発明の第１実施例における金属の溶射を説明
する説明図である。
する説明図である。
【図２】本発明の第１実施例における金属溶融工程を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施例におけるレーザ照射気化工
程を説明する説明図である。
程を説明する説明図である。
【図４】本発明の第２実施例における基材に凹凸を設け
た場合の説明図である。
た場合の説明図である。
【図５】本発明の第３実施例における基材表面にレーザ
光を照射した場合の説明図である。
光を照射した場合の説明図である。
【図６】本発明の第４実施例における基材に超音波振動
を印加した場合の説明図である。
を印加した場合の説明図である。
【図７】本発明の第５実施例における基材上の膜厚を制
御する場合の説明図である。
御する場合の説明図である。
【図８】本発明の第６実施例における基材上の膜質を制
御する場合の説明図である。
御する場合の説明図である。
【図９】本発明の第７実施例における透光管の材質を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【図１０】本発明の第７実施例における透光管の材質で
ある高透光性セラミックスの波長と透明度を示す図であ
る。
ある高透光性セラミックスの波長と透明度を示す図であ
る。
【図１１】本発明の第８実施例におけるエキシマレーザ
光を用いた場合の説明図である。
光を用いた場合の説明図である。
【図１２】本発明の第９実施例における透光管の形状を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図１３】本発明の第１０実施例におけるレーザ光によ
る金属の溶融保持を説明する説明図である。
る金属の溶融保持を説明する説明図である。
【図１４】本発明の第１１実施例における管状体に透光
窓を設けた場合の説明図である。
窓を設けた場合の説明図である。
１ 透光管 １ａ 透光管端面 １ｂ 端面近傍部分 １ｃ 透光窓 ２ 溶融金属 ３ レーザ光 ３ａ 金属溶融用レーザ光 ３ｂ エキシマレーザ光 ４ ヒータ ５ 基材 ６ 管状体 ６ａ 管状体端面 ６ｃ 透光窓
Claims (11)
- 【請求項１】 透光部材からなる透光管内に溶融金属を
充填させ、透光管外から内方へレーザ光を照射し、透光
管端面から溶融金属を噴出させて基材の表面に衝突さ
せ、基材表面に金属膜を形成することを特徴とする金属
の溶射方法。 - 【請求項２】 前記基材の表面に凹凸または孔を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項３】 前記基材の表面にレーザ光を照射するこ
とを特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項４】 前記基材に超音波振動を印加することを
特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項５】 前記溶融金属の噴出を同位置で数回行
い、膜厚制御することを特徴とする請求項１記載の金属
の溶射方法。 - 【請求項６】 前記透光管を複数設け複数の溶融金属の
噴出を同時又は別々に行い、形成される膜質を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項７】 前記透光管の透光部材として、ガラス、
石英、又は透光セラミックス、例えばアルミナ、イット
リア、トリア、酸化スカンジウム、スピネル、マグネシ
ア、リチウムアルミネート、ハフニウム、酸化ディスプ
ロシウム、酸化エルビウム等を用いることを特徴とする
請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項８】 前記レーザ光としてエキシマレーザを用
いることを特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項９】 レーザ光を照射する前記透光管の端面近
傍部分の内径を他部分より小さくしたことを特徴とする
請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項１０】 透光管内部での金属の溶融保持を透光
管外から内方へのレーザ光照射による入熱で行うことを
特徴とする請求項１記載の金属の溶射方法。 - 【請求項１１】 管状体内に溶融金属を充満させ、管状
体の一部に設けたレーザ透光体からなる透光窓の外から
内方へレーザ光を照射し、管状体端面から溶融金属を噴
出させて基材の表面に衝突させ、基材表面に金属膜を形
成することを特徴とする金属の溶射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4124106A JP2939047B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 金属の溶射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4124106A JP2939047B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 金属の溶射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05295514A JPH05295514A (ja) | 1993-11-09 |
| JP2939047B2 true JP2939047B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=14877071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4124106A Expired - Lifetime JP2939047B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 金属の溶射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939047B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009007609A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Meidensha Corp | 金属部材の補修方法 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP4124106A patent/JP2939047B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05295514A (ja) | 1993-11-09 |
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