JP3296070B2 - 接合構造体及びその製造方法 - Google Patents

接合構造体及びその製造方法

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JP3296070B2
JP3296070B2 JP02881894A JP2881894A JP3296070B2 JP 3296070 B2 JP3296070 B2 JP 3296070B2 JP 02881894 A JP02881894 A JP 02881894A JP 2881894 A JP2881894 A JP 2881894A JP 3296070 B2 JP3296070 B2 JP 3296070B2
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laser irradiation
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    • H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，集積回路，センサ等の
回路，又は回路とケースターミナルとの間の配線等に用
いられる接合構造体であって，特に，異種金属を重ね合
わせレーザ溶接する，接合構造体及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来技術】レーザ溶接は，エネルギー密度が極めて高
い熱源によるため，照射箇所以外への熱影響が小さく，
微小部や精度の要求される部品を低歪みで溶接できると
いう特徴を有する。かかるレーザ溶接を用いて異種金属
を溶接する場合には，図２３に示すごとく，一般に異種
金属同志を重ね合せ構造とし，レーザにより溶融しにく
い第１金属部材９１側から，レンズ５を通過したレーザ
５０を照射して，第１金属部材９１をレーザにより溶融
しやすい第２金属部材９２と溶融溶接する。
【０００３】このレーザ入力によって，図２４に示すご
とく，まず表面の第１金属部材９１が溶融し，やがてそ
の溶融部９９は，図２５に示すごとく，その下方の第２
金属部材９２に到達する。これにより，第１，第２金属
部材９１，９２が溶接接合される。
【０００４】また，図２８に示すごとく，表面の第１金
属部材９１にはレーザ溶融し易いめっき膜９１１を，そ
の下方の第２金属部材９２にはレーザ溶接を抑制するめ
っき膜９２２を施し，レーザ照射により，上記第１，第
２金属部材９１，９２を溶融部９９にて溶接接合する場
合がある。
【０００５】次に，上記第１，第２金属部材を，電子部
品の溶接接合部において用いることが考えられる。例え
ば，図２９に示すごとく，第１金属部材９１０を回路基
板から電子情報を取り出すリード１７０として用い，ま
た，第２金属部材９２０を，回路基板収納用の樹脂ケー
ス７９０と一体化したターミナル端子２７０として用い
る場合がある。
【０００６】ターミナル端子２７０の一端はリード１７
０との溶接部２００であり，その他端は樹脂ケース７９
０に埋設されるコネクタ部２０１である。ターミナル端
子２７０はリード１７０との溶融接合性に優れたＮｉめ
っき膜２２９により被覆されている。そして，コネクタ
部２０１の表面だけ，電気伝導の耐久性の向上のため
に，Ｓｎ（錫）めっき膜２３９により被覆されている。
【０００７】上記樹脂ケース７９０と一体化したターミ
ナル端子の製造方法について，図３０を用いて説明す
る。まず，ターミナル端子作製用素材として，Ｓｎめっ
き膜が施された黄銅材を準備する。また，樹脂ケース作
製用素材として，樹脂を準備する。
【０００８】次に，上記ターミナル端子作製用素材を，
金型を用いて所望の形状にプレス加工し，打ち抜いて，
図２９に示すターミナル端子２７０を得る。次に，表面
処理工程として，ターミナル端子２７０の表面全体に，
無電解めっき法によりＮｉめっき膜２２９を形成し，次
いで，ターミナル端子２７０のコネクタ部２０１にのみ
Ｓｎめっき膜２３９を形成する。
【０００９】次いで，金型内に上記ターミナル端子を所
定の個所に固定する。次いで，この金型内に上記樹脂ケ
ース作製用の軟化樹脂を注入して，樹脂ケースをインサ
ート成形する。次に，余分なターミナル端子をプレス切
断し，１７５℃程度でアニーリングを行なう。次いで，
ターミナル端子２７０と樹脂ケース７９０との間の絶縁
検査を行なう。これにより，樹脂ケースと一体化したタ
ーミナル端子が得られる。その後，これを梱包し，他の
場所へ運搬し，そこで，上記リード１７０を用いて，回
路を上記樹脂ケース内に搭載する。
【００１０】尚，上記リード１７０は，はんだめっき９
１１を施した軟銅製の第１金属部材９１０である。ター
ミナル端子２７０とリード１７０とは，レーザ照射によ
り溶接接合される。第２金属部材９２０の厚みは，０．
６４〜０．８ｍｍである。無電解Ｎｉめっき膜２２９の
膜厚は，３．５μｍである。Ｓｎめっき膜２３９の膜厚
は，３μｍである。
【００１１】
【解決しようとする課題】しかしながら，図２６に示す
ごとく，第１金属部材９１の溶融部９９がその下方の第
２金属部材９２に到達した際に，レーザが照射された部
分の第２金属部材９２が照射直後に蒸発し，その溶融金
属９９０が爆飛して，穴明き状態９９１が生じることが
ある。そこで，爆飛を防止するためにレーザ入力を小さ
くすると，図２７に示すごとく，溶融部９９が第２金属
部材９２まで到達せずに，第１金属部材９１の溶融不足
となり，溶接不十分となる。
【００１２】また，図２８に示すごとく，第１，第２金
属部材９１，９２の表面に被膜を形成させた場合には，
両部材の溶接性を向上させることができるが，レーザ溶
融を抑制するめっき膜９２２としてニッケルとリンとの
合金を用いているため，コストがかかる。このめっき膜
９３０をコストの低いＳｎめっきに変更すると，レーザ
により第２金属部材９２が過剰に加熱され，溶融部が爆
飛し，スパッタが発生するおそれがある。そのため，良
好で，安定したレーザ溶接を行うことが困難である。
【００１３】また，図２９に示すごとく，第１，第２金
属部材９１，９２を，それぞれリード１７０及びターミ
ナル端子２７０として用いる場合には，前記したごと
く，樹脂ケース７９０に埋設されるコネクタ部２０１
を，錫めっき膜２３９により被覆しなければならない。
そのため，図３０に示すごとく，ターミナル端子２７０
の作製の際に，第２金属部材９２０の表面に２段階に渡
る複雑なめっき工程を行わなければならない。
【００１４】そのため，ターミナル端子２７０の作製
に，長時間を必要とし，コストが高くなるという問題が
ある。そこで，本発明はかかる従来の問題点に鑑み，溶
融部の爆飛を抑制し，良好で安定したレーザ溶接をする
ことができる，安価な接合構造体及びその製造方法を提
供しようとするものである。
【００１５】
【課題の解決手段】本発明は，レーザ照射面を有する第
１部材と，レーザ照射面と反対側に配置され，かつ該第
１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部材とよりなる接
合構造体において，上記第１部材のレーザ照射面には，
第１部材よりもレーザ吸収率が高い第１被膜を配設し，
上記第１部材と上記第２部材との間には，上記第１部材
よりもレーザ吸収率が高い第３被膜と，該第３被膜より
第２部材側に配設され，上記第２部材よりもレーザ吸収
率が低い第２被膜とからなる接合層を設けてなり，これ
らはレーザ溶接により一体的に溶接されていることを特
徴とする接合構造体にある。
【００１６】本発明において最も注目すべきことは，第
１部材のレーザ照射面にレーザ吸収率が高い第１被膜を
設けていること，及び第１部材における該レーザ照射面
の反対面側に，第１部材及び第２部材に対するレーザ吸
収率が異なる２層構造の接合層を介して，上記第１部材
よりもレーザ吸収率の高い第２部材を設けていることで
ある。
【００１７】上記第１部材は，第２部材よりもレーザ吸
収率が低い。第１部材としては，例えば，銅，銅合金，
軟銅，無酸素銅等がある。第２部材としては，上記第１
部材よりもレーザ吸収率が高い材料，例えば黄銅，リン
青銅，軟鋼，鉄ニッケル合金，ステンレス等がある。
【００１８】上記第１被膜は，第１部材のレーザ照射面
を被覆している。第１被膜としては，第１部材よりもレ
ーザ吸収率が高い材料，例えば，レーザ吸収が高い低融
点材料を用いることができ，該材料としては，錫，はん
だ（Ｐｂ−Ｓｎ合金），鉛等がある。第１被膜は，第１
部材の溶融を加速させすぎないよう，かつ第２部材の加
熱を過大とならないように，適切な厚みを選択すること
が好ましい。具体的には，１〜１０μｍであることが好
ましい。１μｍ未満の場合には，レーザによる入熱が不
十分となり，溶融が進行しにくくなるため，強度不十分
となるおそれがある。一方，１０μｍを越えると，溶融
部材の爆飛が発生するおそれがある。
【００１９】上記接合層は，第１部材と第２部材との間
に介設されている。接合層は，２層構造をとり，第１部
材よりもレーザ吸収率が高い第３被膜と，該第３被膜よ
り第２部材側に配設され，該第２部材よりもレーザ吸収
率が低い第２被膜とよりなる。上記第３被膜としては，
上記第１被膜と略同一のレーザ吸収率を有する材料，例
えば，錫，はんだ，鉛等を用いることもできる。
【００２０】上記第２被膜は，第２部材よりもレーザ吸
収率が高い材料であれば特に問題はないが，例えば，上
記第１部材と略同一のレーザ吸収率を有する材料とし
て，例えば，銅，銅合金等を用いることもできる。
【００２１】上記接合層は，上記第３被膜及び第２被膜
に加えて，上記第１部材と第３被膜との間に介設された
上記第１被膜を有していてもよい。また，上記第１被膜
と第３被膜とは，略同一のレーザ吸収率を有するものを
用いてもよく，例えば，両被膜に同一材料を用いること
もできる。この場合，接合層において，第１被膜も第３
被膜と同様に，第１部材から入力されたレーザの進行を
促進させることができる。
【００２２】上記接合層の合計膜厚は，レーザ照射によ
る溶融によって，第１部材と第２部材との中間のレーザ
吸収率となる膜厚であることが好ましい。例えば，上記
接合層を構成する第２被膜及び第３被膜の合計厚みは２
０μｍ以下であることが好ましい。これにより，レーザ
照射による接合層の溶融があたかも制動されながら第２
部材に到達するため，第２部材の過熱による爆飛及びス
パッタの発生を防止することができ，良好で安定したレ
ーザ溶接を行うことができる。
【００２３】上記第２被膜の膜厚は，０．１〜１μｍで
あることが好ましい。０．１μｍ未満の場合には，第１
部材と第２部材との溶接強度が低下するおそれがある。
一方，１μｍを越える場合には，スパッタ，爆飛のおそ
れがある。上記第３被膜の膜厚は，０．１〜２０μｍで
あることが好ましい。０．１μｍ未満の場合，又は２０
μｍを越える場合には，良好な溶接を行なうことができ
るレーザ出力の範囲がせまく，その出力の調整が困難で
ある。
【００２４】上記レーザ吸収率は，例えば，赤外レーザ
に対するレーザ吸収率である。赤外レーザとしては，Ｙ
ＡＧレーザ，炭酸ガスレーザ，ルビーレーザ，アルゴン
レーザ等を用いることができる。本発明の接合構造体
は，上記レーザ照射面からレーザを照射して，上記第１
部材と第２部材とを，上記接合層を介して溶接接合され
る。上記レーザは，例えば，上記に示した赤外レーザで
ある。
【００２５】上記接合構造体の製造方法としては，例え
ば，第１部材の少なくともレーザ照射面に，第１部材よ
りもレーザ吸収率が高い第１被膜をめっき法により形成
し，次いで，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部
材を準備し，該第２部材における少なくとも上記第１部
材側の表面に，第２部材よりもレーザ吸収率が低い第２
被膜をめっき法により形成し，次いで，上記第１部材の
レーザ照射面と反対側か，或いは第２部材における第１
部材側のいずれか，または両方の表面に，第１部材より
もレーザ吸収率が高い第３被膜をめっき法により形成
し，次いで，上記第１部材と上記第２部材とを，第１部
材におけるレーザ照射面と反対側と上記第２部材におけ
る第２被膜側とを向い合わせて，積層し，レーザ照射し
て，これらを一体的に接合することを特徴とする接合構
造体の製造方法がある。
【００２６】上記製造方法において，上記第１部材は，
上記第１被膜を形成した後，上記積層に先立って所望の
形状に加工することができる。
【００２７】また，本発明において，上記のごとくレー
ザ吸収率の異なる第１被膜及び第２被膜に代えて，融点
が異なる第１被膜及び第２被膜を用いた接合構造体があ
る。即ち，レーザ照射面を有する第１部材と，レーザ照
射面と反対側に配置され，かつ該第１部材よりもレーザ
吸収率が高い第２部材とよりなる接合構造体において，
上記第１部材のレーザ照射面には，第１部材よりもレー
ザ吸収率が高い第１被膜を配設し，上記第１部材と上記
第２部材との間には，上記第１部材よりも融点が低い第
３被膜と，該第３被膜より第２部材側に配設され，上記
第２部材よりも融点が高い第２被膜とからなる接合層を
設けてなり，これらはレーザ溶接により一体的に溶接さ
れていることを特徴とする接合構造体である。
【００２８】上記接合層は，第１部材側に配設され該第
１部材よりも融点が低い第３被膜と，第２部材側に配設
され該第２部材よりも融点が高い第２被膜とよりなる。
上記第３被膜としては，上記第１被膜と略同一の融点を
有する材料，例えば，錫等を用いることもできる。上記
第２被膜は第２部材よりも融点が低い材料であれば特に
問題はないが，例えば，上記第１部材の略同一の融点を
有する材料として銅等を用いることもできる。
【００２９】また，上記第３被膜としては，第１部材よ
りもレーザ吸収率が高く，かつ第１部材よりも融点が低
い材料，例えば，はんだ，鉛等を用いることもできる。
また，上記第２被膜としては，第２部材よりもレーザ吸
収率が低く，かつ第２部材よりも融点が高い材料，例え
ば，銅，銅合金等を用いることもできる。
【００３０】上記接合層は，上記第３被膜及び第２被膜
に加えて，上記第１部材と第３被膜との間に介設された
上記第１被膜を有していてもよい。また，上記第１被膜
と第３被膜とは，略同一の融点を有するものを用いても
よく，例えば，両被膜に同一材料を用いることもでき
る。この場合，接合層において，第１被膜も第３被膜と
同様に，第１部材から入力されたレーザによる溶融を促
進させることができる。
【００３１】上記接合層の合計膜厚は，レーザ照射によ
る溶融によって，第１部材と第２部材との中間の融点と
なる膜厚であることが好ましい。これにより，レーザ照
射による接合層の溶融があたかも制動されながら第２部
材に到達するため，第２部材の過熱による爆飛及びスパ
ッタの発生を防止することができ，良好で安定したレー
ザ溶接を行うことができる。その他は，前記の発明と同
様である。
【００３２】上記接合構造体の製造方法としては，例え
ば，第１部材の少なくともレーザ照射面に，第１部材よ
りも融点の低い第１被膜をめっき法により形成し，次い
で，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部材を準備
し，該第２部材における少なくとも上記第１部材側の表
面に，融点が高い第２被膜をめっき法により形成し，次
いで，上記第１部材のレーザ照射面と反対側か，或いは
第２部材における第１部材側のいずれかまたは両方の表
面に，第１部材よりも融点が低い第３被膜をめっき法に
より形成し，次いで，上記第１部材と上記第２部材と
を，第１部材におけるレーザ照射面と反対側と上記第２
部材における第２被膜側とを向かい合わせて，積層し，
レーザ照射して，これらを一体的に接合することを特徴
とする接合構造体の製造方法がある。
【００３３】上記製造方法において，上記第１部材は，
上記第１被膜を形成した後，上記積層に先立って所望の
形状に加工することができる。
【００３４】本発明の接合構造体の具体的使用例として
は，ハイブリッド集積基板とケースターミナル間の接
続，センサ内のの端子と端子との接続を銅リード箔で結
線する場合，電子回路に用いられるプリント板どうしの
回路結線等がある。
【００３５】
【作用及び効果】本発明の接合構造体は，第１部材のレ
ーザ照射面に第１被膜が配設されている。該第１被膜
は，第１部材よりもレーザ吸収率が高いため，第１部材
のレーザの吸収を高め，第１部材のレーザ吸収を増加さ
せる。そのため，低いレーザ入力で，第１部材の温度を
上昇させ，第１部材の溶融を促進させることができる。
【００３６】そうして，第１部材に吸収されたレーザ
は，更に出力を減少させながら進行し，やがて，レーザ
照射面と反対側の第１部材の裏面側に到達する。第１部
材の裏面側には，第２部材との間に，接合層が介在して
いる。接合層は，第１部材側に配設された上記第１部材
よりもレーザ吸収率が高い第３被膜と，第２部材側に配
設された上記第２部材よりもレーザ吸収率が低い第２被
膜とからなる。
【００３７】そのため，レーザが接合層を通過する際に
は，まず第１被膜において一旦その進行を速め，その後
第２被膜において徐々に進行を減速しながら，第２部材
へ到達する。それ故，レーザは，ある程度の出力を維持
しながら，第１部材と溶接接合可能でかつ過剰に溶融し
ない程度に，第２部材に入射する。
【００３８】その結果，爆飛，スパッタの発生もなく，
少ないレーザ出力で第１部材と第２部材とを，良好に安
定して，レーザ溶接することができる。更に，第１，第
２部材を被覆する第１，第２，及び第３被膜には，安価
な材料を用いているため，接合構造体のコストを削減す
ることができる。また，本発明の接合構造体の製造方法
によれば，上記のごとく優れた特性を有する接合構造体
を作製することができる。
【００３９】次に，接合層として，上記の第１，第２部
材に対して融点が異なる第３被膜及び第２被膜を用いた
場合には，レーザによりこの接合層を溶融する際に，ま
ず第１被膜において一旦その溶融速度を速め，その後第
２被膜において徐々にその進行を減速しながら，第２部
材へ到達する。それ故，レーザによる溶融は，ある程度
の速度を維持しながら，第２部材には第１部材と溶接接
合可能でかつ過剰に溶融しない程度に，到達する。
【００４０】その結果，爆飛，スパッタの発生もなく，
少ないレーザ出力で第１部材と第２部材とを，良好に安
定して，レーザ溶接することができる。その他，本発明
においても，上記と同様の効果を得ることができる。以
上のごとく，本発明によれば，溶融部の爆飛を抑制し，
良好で安定したレーザ溶接をすることができる，安価な
接合構造体及びその製造方法を提供することができる。
【００４１】
【実施例】
実施例１ 本発明の実施例に係る接合構造体について，図１〜図５
を用いて説明する。本例の接合構造体は，後述するごと
く，電子部品におけるリードとターミナル端子とを接合
した構造を示すもので，リードが第１部材を，ターナル
端子が第２部材を構成している。即ち，本例の接合構造
体は，図１に示すごとく，レーザ照射面１５を有する第
１部材１と，レーザ照射面１５の反対側に配置され，か
つ該第１部材１よりもレーザ吸収率が高い第２部材２と
よりなる。
【００４２】第１部材１の全表面は，第１部材１よりも
レーザ吸収率が高い第１被膜１１により被覆されてい
る。第２部材２の表裏両面には，第２被膜２２及び第３
被膜２３により被覆されている。第２被膜２２は第２部
材２よりもレーザ吸収率が低く，第３被膜２３は第１部
材１よりもレーザ吸収率が高い。
【００４３】第１部材１及び第２部材２は，上記接合層
３を介して，積層されている。上記第１被膜１１，第３
被膜２３，及び第２被膜２２は，接合層３を構成してい
る。上記第１部材１は，第２部材２と反対側の面をレー
ザ照射面１５とし，該レーザ照射面１５からＹＡＧレー
ザ５０が照射されて，上記接合層３を介して第２部材２
とレーザ溶接されている。
【００４４】第１部材１は一方の電子部品におけるリー
ドであり，銅又は銅合金よりなる。第２部材２は他方の
電子部品におけるターミナル端子であり，銅よりレーザ
吸収率が高く，レーザ反射率が低い，黄銅又は軟鋼より
なる。第１被膜１１及び第３被膜２３は，第１部材１よ
りもレーザ吸収率が高い，例えば低融点を有する錫の被
膜である。第２被膜２２は，第２部材２よりもレーザ吸
収率が低いか或いは第２部材２よりも融点が高い銅の被
膜である。表１に，上記第１部材，第２部材，第１被
膜，第２被膜，及び第３被膜に用いられる上記の各材料
のレーザ吸収率及び融点を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】第１被膜１１の厚みは１〜１０μｍであ
り，第３被膜２３の厚みは１０μｍ以下である。第１部
材１の裏面を被覆する第１被膜１１と第３被膜２３との
合計厚みは，２０μｍ以下である。第２被膜２２の厚み
は，０．１〜１μｍである。第３被膜２３の厚みは，１
〜４μｍである。第１被膜１１，第３被膜２３，及び第
２被膜２２から構成される接合層３の合計膜厚は，レー
ザ照射による溶融によって，第１部材１と第２部材２と
の中間のレーザ吸収率となる膜厚（１〜２０μｍ）であ
る。
【００４７】次に，上記接合構造体の製造方法について
説明する。まず，図１に示すごとく，第１部材１の表裏
両面に，電気めっき法により第１被膜１１を形成する。
また，第２部材２の片面に，下地めっきとして第２被膜
２２を施し，該第２被膜２２の表面には電気めっき法に
より第３被膜２３を被覆させる。次に，上記第１部材１
と第２部材２とを重ね合わせて，積層し，レーザ照射に
より，これらを一体的に接合して，本例の接合構造体を
作製する。
【００４８】即ち，上記接合構造体においては，第１部
材１のレーザ照射面１５としての片面に，集光レンズ５
を経たＹＡＧレーザ５０を照射する。これにより，ま
ず，図３に示すごとく，第１部材１のレーザ照射面１５
の表面近傍が溶融し，溶融部１９が形成される。やが
て，溶融部１９は，図４に示すごとく，接合層３に到達
する。そうして，溶融部１９は，図５に示すごとく，更
に，第２部材２の表面付近に至る。これにより，図２に
示すごとく，第１部材１，接合層３及び第２部材２に形
成された溶接部１９にて，第１部材１と第２部材２とが
レーザ溶接される。
【００４９】次に，本例の作用効果について説明する。
本例の接合構造体は，図１に示すごとく，第１部材１の
レーザ照射面１５に第１被膜１１が配設されている。第
１被膜１１は，第１部材１よりもレーザ吸収率が高いた
め，第１部材１のレーザの吸収を高める。そのため，図
３に示すごとく，低いレーザ入力で，第１部材１の温度
を上昇させ，第１部材１の溶融を促進させることができ
る。
【００５０】そうして，第１部材１に吸収されたレーザ
は，更に出力を減少させながら進行し，やがて，レーザ
照射面１５と反対側の第１部材１の裏面側に到達する。
第１部材１の裏面側には，図４に示すごとく，第２部材
２との間に，第１部材１側に配設された第１被膜１１及
び第２被膜２２と，第２部材側に配設された第２被膜２
２とよりなる接合層３が介在している。
【００５１】第１被膜１１及び第３被膜２３は，錫であ
り，第１部材よりもレーザ吸収率が高く，また第１部材
よりも融点が低い性質を有している。一方，第２被膜２
２は，銅であり，第２部材よりもレーザ吸収率が低く，
第２部材よりも融点が高い性質を有している。
【００５２】そのため，レーザが接合層３を通過する際
には，図４に示すごとく，まず第１被膜１１において一
旦その進行を速め，その後第２被膜２２において徐々に
進行を減速しながら，第２部材２へ到達する。それ故，
レーザは，ある程度の出力を維持しながら，第２部材２
には第１部材１と溶接接合可能でかつ過剰に溶融しない
程度に，入射する。
【００５３】また，第３被膜２３は第２部材２よりも融
点が低く，第１，第３被膜１１，２３は第１部材１より
も融点が低いため，図４に示すごとく，レーザによりこ
の接合層３が溶融する際には，まず第１被膜１１におい
て一旦その溶融速度を速め，その後第２被膜２２におい
て徐々にその進行を減速しながら，第２部材２へ到達す
る。それ故，レーザによる溶融は，ある程度の速度を維
持しながら，第１部材１と溶接接合可能でかつ過剰に溶
融しない程度に，第２部材２に到達する。
【００５４】その結果，図２，図５に示すごとく，爆
飛，スパッタの発生もなく，少ないレーザ出力で第１部
材１と第２部材２とを，良好に安定して，レーザ溶接す
ることができる。
【００５５】また，接合層３の合計膜厚は，表１に示す
ごとく，レーザ照射による溶融によって，第１部材１と
第２部材２との中間のレーザ吸収率となる膜厚である。
そのため，レーザ照射による接合層３の溶融があたかも
制動されながら第２部材２に到達するため，第２部材２
の過熱による爆飛及びスパッタの発生を防止することが
できる。
【００５６】また，第１被膜１１及び第３被膜２３は同
じ材料を用いているため，両被膜共に，第１部材１から
入力されたレーザの進行及びレーザによる溶融速度を促
進させることができる。更に，第１，第２部材１，２を
被覆する第１，第２，及び第３被膜１１，２２，２３に
は，安価な材料を用いているため，接合構造体のコスト
を削減することができる。
【００５７】また，本例の製造方法によれば，上記のご
とく優れた特性を有する接合構造体を作製することがで
きる。
【００５８】実施例２ 本例は，図６に示すごとく，接合層における第１被膜及
び第３被膜の皮膜厚さ（Ｌ）とレーザ出力（Ｊ）とを種
々に変えた場合の，両部材の接合状態を測定した。本測
定では，実施例１と同様の接合構造体を用いた。皮膜厚
さ（Ｌ）は，図７に示すごとく，種々に厚さを変えた第
１被膜１１と第３被膜２３との合計厚み（μｍ）であ
る。第１被膜１１及び第３被膜２３は，いずれも，第１
部材１の材料よりもレーザ吸収率が高い錫の被膜であ
る。
【００５９】測定の結果を，図６に示した。同図より，
皮膜厚さ（Ｌ）が５〜１５μｍの範囲にある場合に，最
も広範囲のレーザ出力で，安定した溶接接合を行うこと
ができることがわかる。また，皮膜厚さが１５μｍを越
えると，図７に示すごとく，溶融金属１９０が爆飛し，
穴明き状態９９１が生じやすくなる。これは，第１被膜
１１及び第３被膜２３に用いられている錫が，第１部材
１に対して高いレーザ吸収率と低い融点を有するため
に，レーザ照射により溶融部が過剰に加熱されたためで
あると考えられる。
【００６０】一方，第１被膜と第３被膜との合計皮膜厚
さ（Ｌ）が０の場合には，第２被膜２２があたかも溶融
を制動するように働くが，この場合，溶融が第２部材２
に到達するには，より多くのレーザ出力が必要となる。
そこで，レーザ出力を高くすると，ある範囲の出力に達
すると一時は接合状態が良好となる。しかし，その範囲
は非常に狭く，わずかでもレーザ出力を高くしすぎる
と，図８に示すごとく，溶融金属１９０が爆飛し，穴明
き状態９９１が生じることになる。従って，上記皮膜厚
さ（Ｌ）が０である場合には，レーザ出力の加減が非常
に困難であることがわかる。
【００６１】実施例３ 本例の接合構造体は，図９に示すごとく，第２部材２に
おける第１部材１と対向する面のみに，第２被膜２２及
び第３被膜２３を被覆させている。上記第２被膜２２及
び第３被膜２３は，第１部材１の表面を被覆している第
１被膜１１と共に接合層３を構成している。その他は，
実施例１と同様である。本例においても，実施例１と同
様の効果を得ることができる。
【００６２】実施例４ 本例の接合構造体は，図１０に示すごとく，第１部材１
の表面に第１被膜１１３を被覆させており，第２部材２
における第１部材１と対向する面のみに，第２被膜２２
を被覆させている。第１部材１と第２部材２との間に
は，第１被膜１１３と第２被膜２２とから構成された接
合層３が介設されている。第１被膜１１３は錫であり，
その厚みは１〜１０μｍである。その他は，実施例１と
同様である。
【００６３】本例においては，第２部材２と対向する第
１部材１の表面を被覆する第１被膜１１３が，実施例１
で用いた第３被膜と同様の役割を果たしている。そのた
め，本例においても，実施例１と同様に，爆飛及びスパ
ッタの発生がなく，良好で安定したレーザ溶接を行うこ
とができる。尚，第１被膜１１３の厚みを１μｍ未満に
した場合には，高いレーザ入力が必要とされる傾向にあ
った。一方，その厚みが１０μｍを越えた場合には，爆
飛及びスパッタの発生頻度が高くなった。
【００６４】実施例５ 本例の接合構造体は，図１１に示すごとく，第１部材１
のレーザ照射面１５にのみ第１被膜１１を施している。
第１部材１と第２部材２との間には，第３被膜２３及び
第２被膜２２より構成される接合層３が介設している。
第１被膜１１の厚さは，１〜１０μｍである。第２被膜
２２の厚さは，０．２〜０．８μｍである。第３被膜２
３の厚さは，１〜４μｍである。その他は，実施例１と
同様である。本例においても，実施例１と同様の効果を
得ることができる。
【００６５】実施例６ 本例の接合構造体は，図１２に示すごとく，第１部材１
の表裏両面が，第１被膜１１により被覆されている。ま
た，第２部材２における第１部材１と対向する面のみ
に，第２被膜２２及び第３被膜２３が形成されている。
第１部材１及び第２部材２の間には，上記第１被膜１
１，第２被膜２２，及び第３被膜２３から構成される接
合層３が介設されている。その他は，実施例１と同様で
ある。本例においても，実施例１と同様の効果を得るこ
とができる。
【００６６】実施例７ 本例の接合構造体は，図１３に示すごとく，第１部材１
のレーザ照射面１５のみに第１被膜１１が形成されてい
る。また，第２部材２における第１部材１と対向する面
のみに，第２被膜２２及び第３被膜２３が形成されてい
る。第１部材１及び第２部材２の間には，上記第２被膜
２２及び第３被膜２３から構成される接合層３が介設さ
れている。
【００６７】第１被膜１１の厚さは，１〜１０μｍであ
る。第２被膜２２の厚さは，０．２〜０．８μｍであ
る。第３被膜２３の厚さは，１〜４μｍである。その他
は，実施例１と同様である。本例においても，実施例１
と同様の効果を得ることができる。
【００６８】実施例８ 本例の接合構造体は，図１４に示すごとく，第１部材１
の表裏両面に第１被膜１１が形成されている。更に，第
１部材１における第２部材２と対向する側には，上記第
１被膜１１の表面には，厚み１〜４μｍの第３被膜１３
が形成されている。
【００６９】また，第２部材２における第１部材１と対
向する面のみに，第２被膜２２を形成している。その他
は，実施例１と同様である。本例においても，実施例１
と同様の効果を得ることができる。
【００７０】実施例９ 本例の接合構造体は，図１５に示すごとく，第１部材１
の表裏両面に第１被膜１１と同一材料の第３被膜１１３
が形成されている。また，第２部材２における第１部材
１と対向する面には第２被膜２２が形成されている。上
記第１，第３被膜１１，１１３は，電気めっき法によ
り，同時に形成される。
【００７１】第１被膜１１の厚みは，１〜１０μｍであ
る。第２被膜２２の厚みは，０．２〜０．８μｍであ
る。第３被膜１１３の厚みは，１〜４μｍである。その
他は，実施例１と同様である。本例においても，実施例
１と同様の効果を得ることができる。
【００７２】実施例１０ 本例の接合構造体は，図１６に示すごとく，第１部材１
の表裏両面に第１被膜１１が形成されている。更に，第
１部材１における第２部材２と対向する側の，上記第１
被膜１１の表面には，厚み１〜４μｍの第３被膜１３が
形成されている。
【００７３】また，第２部材２の表裏両面には，第２被
膜２２が形成されている。更に，第２部材２における第
２部材２と対向する面と反対側の面には，コネクタ部の
電気伝導の耐久性向上のため，第３被膜２３が形成され
ている。その他は，実施例１と同様である。本例におい
ても，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７４】実施例１１ 本例の接合構造体は，図１７に示すごとく，第１部材１
の表裏両面に第１被膜１１を形成している。また，第２
部材２の表裏両面には，第２被膜２２が形成されてい
る。更に，第２部材２における第１部材１と対向しない
面に形成された第２被膜２２の表面には，コネクタ部の
電気伝導の耐久性向上のため，第３被膜２３１が形成さ
れている。
【００７５】第１被膜１１の厚さは，１〜１０μｍであ
る。第２被膜２２の厚さは，０．２〜０．８μｍであ
る。第３被膜２３１の厚さは，１〜４μｍである。その
他は，実施例１と同様である。本例においても，実施例
１と同様の効果を得ることができる。
【００７６】実施例１２ 本例の接合構造体は，図１８〜図２２に示すごとく，電
子部品におけるＨＩＣ回路とケース一体型ターミナル端
子との電気的接続を図るために用いた例である。上記接
合構造体は，図１８に示すごとく，表裏両面に第１被膜
１１０を被覆させた第１部材１０と，表裏両面に第２被
膜２２０及び第３被膜２３０を被覆させた第２部材２０
とよりなる。
【００７７】第１部材１０及び第２部材２０は，その一
部を重ね合わせ，第１部材１０のレーザ照射部１００か
らＹＡＧレーザ５０を照射することにより，溶接接合さ
れている。 第１被膜１１０，第３被膜２３０，及び第
２被膜２２０は，接合層３を構成している。
【００７８】図１８，図１９に示すごとく，第１被膜１
１０が施された上記第１部材１０は，リード１７であ
る。第２被膜２２０及び第３被膜２３０が施された第２
部材２０は，ケース７９と一体的に形成されたターミナ
ル端子２７である。第１部材１０は軟銅であり，その厚
みは９０〜１５０μｍである。第１被膜１１０ははんだ
めっき膜（Ｐｂ−Ｓｎ）であり，その厚みは１〜１０μ
ｍである。
【００７９】第２部材２０は黄銅であり，その厚みは
０．６４〜０．８ｍｍである。第２被膜２２０はＣｕ
（銅）下地めっき膜であり，その厚みは０．３〜０．８
μｍである。第３被膜２３０は仕上Ｓｎ（錫）めっき膜
であり，その厚みは０．５〜１．５μｍである。表２
に，上記第１部材１０，第１被膜１１０，第２部材２
０，第２被膜２２０，及び第３被膜２３０の材料と，そ
のレーザ吸収率及び融点について示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】上記リード１７とターミナル端子２７は，
図１９に示すごとく，電子部品７の構成部材であり，ハ
イブリッド集積回路基板７０（以下，「ＨＩＣ基板」と
いう。）とケース７９との間の接続用として用いた。上
記ターミナル端子２７の一端は，電子部品７のケース７
９に埋設されており，その一端をケース７９の内壁から
突設させている。上記ケース７９の内部には，ＨＩＣ基
板７０が固定されている。
【００８２】ＨＩＣ基板７０には，半導体チップ７５
１，７５２，及びセラミック基板７１が搭載されてお
り，これらは，配線回路７３により電気的に接続されて
いる。セラミック基板７１とターミナル端子２７と間
は，上記リード１７により電気的に接続されている。リ
ード１７は，溶接部１００において，ターミナル端子２
７とレーザ溶接接合されている。また，リード１７は，
図２０に示すごとく，溶接部１０１において，上記セラ
ミック基板７１に半田７１０により固定された４２アロ
イ製のパッド７１１と溶接接合されている。
【００８３】上記電子部品の製造方法について，図２０
〜図２２を用いて説明する。まず，図２１に示すごと
く，ターミナル端子作製用素材として，錫めっき膜が施
された黄銅材を準備する。また，ケース作製用素材とし
て，樹脂を準備する。
【００８４】次に，上記ターミナル端子作製用素材を，
金型を用いて所望の形状にプレス加工し，打ち抜いて，
ターミナル端子を得る。次いで，金型内に上記ターミナ
ル端子を所定の箇所に固定する。次いで，この金型内に
上記ケース作製用の軟化樹脂を注入して，ケースをイン
サート成形する。
【００８５】次に，余分なターミナル端子をプレス切断
し，１７５℃程度でアニーリングを行う。次いで，ター
ミナル端子とケースとの間の絶縁検査を行う。これによ
り，ケース一体型ターミナル端子を得る。尚，場合によ
っては，その後，ケースと一体化したターミナル端子を
梱包し，他の場所に運搬し，そこで，以下の工程を行な
う。
【００８６】次に，図２２に示すごとく，ケース７９の
内部に上記ＨＩＣ基板７０を搭載する。その一方で，は
んだめっき膜が施された黄銅材を所望の形状に成形し，
リード１７を得る。次いで，図２０に示すごとく，リー
ド１７と上記ターミナル端子２７とを，溶接部１００に
おいて，レーザ照射により溶接接合する。また，リード
１７とＨＩＣ基板７０のパッド７１１とを，溶接部１０
１において溶接接合する。これにより，図１９に示す電
子部品７が得られる。
【００８７】本例の作用効果について説明する。本例に
おいては，ターミナル端子２７の素材として，下地Ｃｕ
めっき膜及びＳｎめっき膜により被覆された黄銅を用い
ている。そのため，ターミナル端子の素材を標準化する
ことができる。
【００８８】また，従来のようにターミナル端子２７の
溶接部２００とコネクタ部２０１とを同一の皮膜構成で
作製することができ，従来のように異なるめっき構造で
作製する必要がない（図３０参照）。そのため，プレ
ス，打ち抜き後のめっき処理を廃止することができ，コ
ストを削減することができる。
【００８９】また，第２，第３被膜２２０，２３０は第
２被膜２２０を下地めっきとして形成可能であるため，
このようなめっき方式で作製される低融点めっき材料，
たとえば，錫めっき付黄銅板をプレス等することによっ
て製品を形成することができる。そのため，プレス後の
次工程においてめっきをする必要がなくなり，工程の簡
略化が期待できる。その他は，実施例１と同様の効果を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の接合構造体の，レーザ溶接前におけ
る断面説明図。
【図２】実施例１の，溶融接合された接合構造体の要部
斜視図。
【図３】実施例１の接合構造体にレーザ照射をした時の
第１部材の溶融状態を示す説明図。
【図４】図３に続く，第１部材及び接合層の溶融状態を
示す説明図。
【図５】図４に続く，第１部材及び第２部材が溶融接合
された状態を示す説明図。
【図６】実施例２の，接合層における皮膜厚さ及びレー
ザ出力に対する，接合構造体の溶接状態を測定した結果
を示すグラフ。
【図７】実施例２の，穴明き状態の溶融部を示す説明
図。
【図８】実施例２の，皮膜厚さＬが０の場合の，穴明き
状態の溶融部を示す説明図。
【図９】実施例３の接合構造体の，レーザ溶接前におけ
る断面説明図。
【図１０】実施例４の接合構造体の断面図。
【図１１】実施例５の接合構造体の断面図。
【図１２】実施例６の接合構造体の断面図。
【図１３】実施例７の接合構造体の断面図。
【図１４】実施例８の接合構造体の断面図。
【図１５】実施例９の接合構造体の断面図。
【図１６】実施例１０の接合構造体の断面図。
【図１７】実施例１１の接合構造体の断面図。
【図１８】実施例１２の接合構造体の断面図。
【図１９】実施例１２の，電子部品の斜視図。
【図２０】実施例１２の，ターミナル端子とセラミック
基板との接合状態を示す説明図。
【図２１】実施例１２の，ケース一体型ターミナル端子
の製造方法を示す工程説明図。
【図２２】実施例１２の，ケース内にＨＩＣ基板を搭載
し，両者をリードにより電気的に接続する方法を示す説
明図。
【図２３】従来例の接合構造体の断面図。
【図２４】従来例の接合構造体において，レーザ照射を
した時の金属部材の溶融状態を示す説明図。
【図２５】従来例の，接合構造体が溶融接合された状態
を示す説明図。
【図２６】従来例の，穴明き状態の接合構造体を示す説
明図。
【図２７】従来例の，接合不良の接合構造体を示す説明
図。
【図２８】他の従来例の，接合構造体が溶融接合された
状態を示す説明図。
【図２９】他の従来例の接合構造体を，樹脂ケース一体
型ターミナル端子及びリードとして用いた場合の使用例
を示す説明図。
【図３０】他の従来例の，ターミナル端子の製造方法を
示す工程説明図。
【符号の説明】
１，１０．．．第１部材， １１，１１３，１１０．．．第１被膜， １３，２３，２３０．．．第３被膜， １５．．．レーザ照射面， １７．．．リード， １９．．．溶融部， ２，２０．．．第２部材， ２２，２２０．．．第２被膜， ２７．．．ターミナル端子， ３．．．接合層，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−68691（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−318155（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−160148（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／828（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/18 B23K 26/00

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ照射面を有する第１部材と，レー
    ザ照射面と反対側に配置され，かつ該第１部材よりもレ
    ーザ吸収率が高い第２部材とよりなる接合構造体におい
    て， 上記第１部材のレーザ照射面には，第１部材よりもレー
    ザ吸収率が高い第１被膜を配設し， 上記第１部材と上記第２部材との間には，上記第１部材
    よりもレーザ吸収率が高い第３被膜と，該第３被膜より
    第２部材側に配設され，上記第２部材よりもレーザ吸収
    率が低い第２被膜とからなる接合層を設けてなり，これ
    らはレーザ溶接により一体的に溶接されていることを特
    徴とする接合構造体。
  2. 【請求項２】 請求項１において，上記接合層の合計膜
    厚は，レーザ照射により接合層を溶融状態としたとき，
    上記第１部材と第２部材との中間のレーザ吸収率となる
    膜厚であることを特徴とする接合構造体。
  3. 【請求項３】 請求項１，又は２において，上記第１被
    膜と上記第３被膜とは，略同一のレーザ吸収率を有する
    ことを特徴とする接合構造体。
  4. 【請求項４】 請求項１，２，又は３において，上記第
    ２被膜と上記第１部材とは，略同一のレーザ吸収率を有
    することを特徴とする接合構造体。
  5. 【請求項５】 レーザ照射面を有する第１部材と，レー
    ザ照射面と反対側に配置され，かつ該第１部材よりもレ
    ーザ吸収率が高い第２部材とよりなる接合構造体におい
    て， 上記第１部材のレーザ照射面には，第１部材よりもレー
    ザ吸収率が高い第１被膜を配設し， 上記第１部材と上記第２部材との間には，上記第１部材
    よりも融点が低い第３被膜と，該第３被膜より第２部材
    側に配設され，上記第２部材よりも融点が高い第２被膜
    とからなる接合層を設けてなり，これらはレーザ溶接に
    より一体的に溶接されていることを特徴とする接合構造
    体。
  6. 【請求項６】 請求項５において，上記接合層の合計膜
    厚は，レーザ照射により接合層を溶融状態としたとき，
    上記第１部材と第２部材との中間の融点となる膜厚であ
    ることを特徴とする接合構造体。
  7. 【請求項７】 請求項５，又は６において，上記第１被
    膜と上記第３被膜とは，略同一の融点を有することを特
    徴とする接合構造体。
  8. 【請求項８】 請求項５，６，又は７において，上記第
    ２被膜と上記第１部材とは，略同一の融点を有すること
    を特徴とする接合構造体。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至７，又は８において，上記
    接合層は，上記第３被膜及び第２被膜に加えて，上記第
    １部材と上記第３被膜との間に介設された上記第１被膜
    を有することを特徴とする接合構造体。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至８，又は９において，上
    記第１被膜は，錫，はんだ，又は鉛であることを特徴と
    する接合構造体。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至９，又は１０において，
    上記第１被膜の膜厚は，１〜１０μｍであることを特徴
    とする接合構造体。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１０，又は１１におい
    て，上記第３被膜は，錫，はんだ，又は鉛であることを
    特徴とする接合構造体。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１１，又は１２におい
    て，上記第３被膜の膜厚は，０．１〜２０μｍであるこ
    とを特徴とする接合構造体。
  14. 【請求項１４】 請求項１乃至１２，又は１３におい
    て，上記第２被膜は，銅，又は銅合金であることを特徴
    とする接合構造体。
  15. 【請求項１５】 請求項１乃至１３，又は１４におい
    て，上記第２被膜の膜厚は，０．１〜１０μｍであるこ
    とを特徴とする接合構造体。
  16. 【請求項１６】 請求項１乃至１４，又は１５におい
    て，上記第２被膜及び第３被膜の合計厚みは２０μｍ以
    下であることを特徴とする接合構造体。
  17. 【請求項１７】 請求項１乃至１５，又は１６におい
    て，上記第１部材は，銅，銅合金，軟鋼，又は無酸素銅
    であることを特徴とする接合構造体。
  18. 【請求項１８】 請求項１乃至１６，又は１７におい
    て，上記第２部材は，黄銅，リン青銅，軟鋼，又は鉄ニ
    ッケル合金，ステンレスであることを特徴とする接合構
    造体。
  19. 【請求項１９】 請求項１乃至１７，又は１８におい
    て，上記レーザ吸収率は，赤外レーザに対するレーザ吸
    収率であることを特徴とする接合構造体。
  20. 【請求項２０】 請求項１乃至１８，又は１９におい
    て，上記第１部材は銅又は銅合金であり，上記第２部材
    は黄銅又は軟鋼であって， 上記第１部材のレーザ照射面だけでなく，該レーザ照射
    面と反対側にも，第１被膜が設けられており， 上記第１被膜及び第３被膜は錫であり，上記第２被膜は
    銅であることを特徴とする接合構造体。
  21. 【請求項２１】 請求項１乃至１８，又は１９におい
    て，上記第１部材は軟銅であり，上記第２部材は黄銅で
    あって， 上記第１部材のレーザ照射面だけでなく，該レーザ照射
    面と反対側にも，第１被膜が設けられており， 上記第１被膜ははんだであり，上記第２被膜は銅であ
    り，上記第３被膜は錫であることを特徴とする接合構造
    体。
  22. 【請求項２２】 請求項１乃至２０，又は２１におい
    て，上記接合構造体は，上記レーザ照射面からレーザを
    照射して，上記第１部材と第２部材とを，上記接合層を
    介して溶接接合されることを特徴とする接合構造体。
  23. 【請求項２３】 請求項２２において，上記レーザは，
    赤外レーザであることを特徴とする接合構造体。
  24. 【請求項２４】 第１部材の少なくともレーザ照射面
    に，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第１被膜をめっ
    き法により形成し， 次いで，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部材を
    準備し，該第２部材における少なくとも上記第１部材側
    の表面に，第２部材よりもレーザ吸収率が低い第２被膜
    をめっき法により形成し， 次いで，上記第１部材のレーザ照射面と反対側か，或い
    は第２部材における第１部材側のいずれか，または両方
    の表面に，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第３被膜
    をめっき法により形成し， 次いで，上記第１部材と上記第２部材とを，第１部材に
    おけるレーザ照射面と反対側と上記第２部材における第
    ２被膜側とを向い合わせて，積層し，レーザ照射して，
    これらを一体的に接合することを特徴とする接合構造体
    の製造方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２４において，上記第１部材
    は，上記第１被膜を形成した後，上記積層に先立って所
    望の形状に加工することを特徴とする接合構造体の製造
    方法。
  26. 【請求項２６】 第１部材の少なくともレーザ照射面
    に，第１部材よりも融点の低い第１被膜をめっき法によ
    り形成し， 次いで，第１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部材を
    準備し，該第２部材における少なくとも上記第１部材側
    の表面に，融点が高い第２被膜をめっき法により形成
    し， 次いで，上記第１部材のレーザ照射面と反対側か，或い
    は第２部材における第１部材側のいずれかまたは両方の
    表面に，第１部材よりも融点が低い第３被膜をめっき法
    により形成し， 次いで，上記第１部材と上記第２部材とを，第１部材に
    おけるレーザ照射面と反対側と上記第２部材における第
    ２被膜側とを向かい合わせて，積層し，レーザ照射し
    て，これらを一体的に接合することを特徴とする接合構
    造体の製造方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２６において，上記第１部材
    は，上記第１被膜を形成した後，上記積層に先立って所
    望の形状に加工することを特徴とする接合構造体の製造
    方法。
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