JP3994425B2 - レーザーメッキ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中央部のエネルギ強度をその周辺より小さくさせているレーザーメッキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の微小回路（導体パターンや電気接点）の試作や回路修正などを目的としてレーザーメッキが利用される。
レーザーメッキを行う装置は、図３に示すようにメッキ槽１内に被加工物２を浸漬し、たとえば、ＹＡＧ（ネオジムを含むイットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶レーザー発信器３からのレーザー光を、ファイバーコード４を介して集光レンズ５より被加工物２に照射する基本構成を有す。メッキ槽１内にはポンプ６を介してタンク７内の無電解メッキ液を供給しかつ無電解メッキ液を循環させる。
【０００３】
被加工物２へレーザー光を集光照射する集光レンズ５は、図４に示すように、筒体８の内に口経（ｘ）の４０倍の長さ（４０ｘ）を有するカライドスコープ９とコヒーレント（干渉）レンズ１０とを組合せ、ファイバーコード４からのレーザー光を被加工物２に集光照射させている。このようにレーザー光を無電解液中の被加工物２の表面に部分的に集光照射すると、そのエネルギが照射部分で吸収され、被加工物とメッキ液の界面が局部的に加熱され、温度上昇による電荷移動反応の促進がなされ、レーザーメッキを可能とさせる。
【０００４】
レーザーメッキの応用例の一つを図５に示す。熱エネルギを電気エネルギに、又、電気エネルギを熱エネルギに変換する熱電効果を有する熱電半導体は、ｐ型とｎ型の半導体の一端面１１を基板１２に固定された電極１３に固着させ、その他端面１４を別の基板１５に支持された対の離間した電極１６、１７に固着させたもので、たとえば、一方の電極１３側の接合部の温度をＴ1、他方の接合部の温度をＴ0（Ｔ1＞Ｔ0）とすると、熱電効果により電流（Ｉ）が得られるというものである。この場合、電極１３、１６、１７とｐ型とｎ型の半導体の端面１１、１４とはハンダ付けしているが、ハンダのつきが悪いことから、ハンダののりを向上させるためレーザーメッキを該端面１１、１４に施すことが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この方法において形成されるレーザーメッキ皮膜は、均一な膜厚分布を得ることが困難であった。レーザーメッキ皮膜の均一分布でないと、回路ピッチが小さくできない、厚膜化によるコストアップ、抵抗値の増加などの不具合を生じるため、膜厚分布の均一化は品質上たいへん重要なポイントである。断面の膜厚分布をみてみると山状であったり、中央部分が陥没した凹形であったりしている。これはレーザーメッキ膜形成が、レーザーの照射エネルギにより発生する熱が大きく依存することによって起こる。照射エネルギにより発生する熱がメッキ反応を促進するが、過度に熱が高くなると素材や析出したメッキ皮膜が溶解して陥没する結果になってしまう。
通常よく使用されるシングルモードと呼ばれるレーザービームのエネルギ分布は、中央部の強度が強く、外側へ向かうに従い、強度が弱くなる分布を持っている。このシングルモードでビームを照射すると、エネルギ分布と同様に得られるメッキ皮膜は山状の断面となる。このように照射エネルギと発生する熱、またその発生する熱とメッキ形成は重要な影響をもたらすのである。
【０００６】
その他、照射ビームのエネルギ分布を均一にするような、カライドスコープレンズを採用することで均一膜厚分布を得ようとする場合も考えられるが、均一分布レンズによるレーザーメッキでは均一照射は得られるものの中央部が凹状の分布になってしまう。これは中央部の冷却効果がないため熱が蓄積されてしまい、均一な熱分布ではなくなり、結果素材またはメッキ皮膜が溶解してしまうため、凹状の膜厚分布となるのである。
【０００７】
それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解消させることを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、集光レンズからの、レーザー光を中央部分のエネルギ密度をその周囲のそれより低い値とさせ、これを被加工物に集光照射させる技術を基本的に採用する。
【０００９】
好ましくは、本発明は、リングモードレンズを用いて中央部がエネルギ密度の小さいビームプロファイルを作り、これを均一化させようとする手段を用いる。
このような手段の採用は、メッキ部分の中央部の蓄熱が少なく、均一な膜厚を得ることを可能とさせる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
レーザーメッキ装置の基本構成は図３に示しかつ説明したので、ここではその説明を省略し、本発明に係る部分を以下に説明する。図１に示す如く、レーザー光源に通じるファイバーコード４は集光レンズ２０を有し、この集光レンズ２０からのレーザー光が被加工物２を集光照射させ、無電解メッキを照射面に施す。被加工物としては、ポリイミド樹脂、ニッケル板、銅、しんちゅう、アルミニウム、ＢｉＴｅ系半導体等が用いられ、又、メッキ皮膜として析出させ得る金属は、銅、ニッケル、金、銀、パラジウム等である。
【００１１】
集光レンズ２０は、筒体２１内に、コリメートレンズ２２、円すいプリズム２３およびフォーカスレンズ２４からなるリングモードレンズ２５、並びに、コヒーレントレンズ２６およびカライドスコープ２７を含むカライドスコープレンズ２８の組合せ構成である。
図２に示すように、コリメートレンズ２２に入ったレーザー光のエネルギ密度は中央に密となる山形であるが、リングモードレンズ２５を通ったレーザー光は中央のエネルギ密度を小とさせた二つの山を並べたエネルギ密度となる。このエネルギ密度のレーザー光はエネルギ密度を均一化させるカライドスコープレンズ２８を通って中央部のエネルギ密度がやゝ小さい形のエネルギ密度のレーザー光となって被加工物２を集光照射し、メッキを施すことになる。
【００１２】
メッキ槽１内に、次亜リン酸ニッケル２６．７ｇ／ｌ、ほう酸２６．７ｇ／ｌ、硫酸アンモニウム２．６ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム４．９ｇ／ｌの無電解メッキ液を入れ、１μｍ／ｈｒの速さでこれを循環させかつ２１℃の温度に維持した。
被加工物２として、Ｂｉ2Ｔｅ3からなるｎ形とＢｉｓｂＴｅからなるｐ型の熱電半導体を用いその端面１１、１４に無電解メッキ皮膜を生成した。
図１の集光レンズ２０を用いたメッキ皮膜は最大膜厚１．８μｍ、最小膜厚１．４μｍであった。図４の集光レンズを用いたメッキ皮膜は最大膜厚１．８μｍ、最小膜厚０．５μｍであり、中央部の膜厚はその周囲に比べ薄くなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に用いられる集光レンズの断面図である。
【図２】集光レンズの各部分でのエネルギ密度を示す図である。
【図３】メッキ装置の基本構成を示す図である。
【図４】従来の集光レンズの断面図である。
【図５】熱電半導体の分解図である。
【符号の説明】
１ メッキ槽
２ 被加工物
３ レーザー光源
２０ 集光レンズ
２５ リングモードレンズ
２８ カライドスコープレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、中央部のエネルギ強度をその周辺より小さくさせているレーザーメッキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の微小回路（導体パターンや電気接点）の試作や回路修正などを目的としてレーザーメッキが利用される。
レーザーメッキを行う装置は、図３に示すようにメッキ槽１内に被加工物２を浸漬し、たとえば、ＹＡＧ（ネオジムを含むイットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶レーザー発信器３からのレーザー光を、ファイバーコード４を介して集光レンズ５より被加工物２に照射する基本構成を有す。メッキ槽１内にはポンプ６を介してタンク７内の無電解メッキ液を供給しかつ無電解メッキ液を循環させる。
【０００３】
被加工物２へレーザー光を集光照射する集光レンズ５は、図４に示すように、筒体８の内に口経（ｘ）の４０倍の長さ（４０ｘ）を有するカライドスコープ９とコヒーレント（干渉）レンズ１０とを組合せ、ファイバーコード４からのレーザー光を被加工物２に集光照射させている。このようにレーザー光を無電解液中の被加工物２の表面に部分的に集光照射すると、そのエネルギが照射部分で吸収され、被加工物とメッキ液の界面が局部的に加熱され、温度上昇による電荷移動反応の促進がなされ、レーザーメッキを可能とさせる。
【０００４】
レーザーメッキの応用例の一つを図５に示す。熱エネルギを電気エネルギに、又、電気エネルギを熱エネルギに変換する熱電効果を有する熱電半導体は、ｐ型とｎ型の半導体の一端面１１を基板１２に固定された電極１３に固着させ、その他端面１４を別の基板１５に支持された対の離間した電極１６、１７に固着させたもので、たとえば、一方の電極１３側の接合部の温度をＴ1、他方の接合部の温度をＴ0（Ｔ1＞Ｔ0）とすると、熱電効果により電流（Ｉ）が得られるというものである。この場合、電極１３、１６、１７とｐ型とｎ型の半導体の端面１１、１４とはハンダ付けしているが、ハンダのつきが悪いことから、ハンダののりを向上させるためレーザーメッキを該端面１１、１４に施すことが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この方法において形成されるレーザーメッキ皮膜は、均一な膜厚分布を得ることが困難であった。レーザーメッキ皮膜の均一分布でないと、回路ピッチが小さくできない、厚膜化によるコストアップ、抵抗値の増加などの不具合を生じるため、膜厚分布の均一化は品質上たいへん重要なポイントである。断面の膜厚分布をみてみると山状であったり、中央部分が陥没した凹形であったりしている。これはレーザーメッキ膜形成が、レーザーの照射エネルギにより発生する熱が大きく依存することによって起こる。照射エネルギにより発生する熱がメッキ反応を促進するが、過度に熱が高くなると素材や析出したメッキ皮膜が溶解して陥没する結果になってしまう。
通常よく使用されるシングルモードと呼ばれるレーザービームのエネルギ分布は、中央部の強度が強く、外側へ向かうに従い、強度が弱くなる分布を持っている。このシングルモードでビームを照射すると、エネルギ分布と同様に得られるメッキ皮膜は山状の断面となる。このように照射エネルギと発生する熱、またその発生する熱とメッキ形成は重要な影響をもたらすのである。
【０００６】
その他、照射ビームのエネルギ分布を均一にするような、カライドスコープレンズを採用することで均一膜厚分布を得ようとする場合も考えられるが、均一分布レンズによるレーザーメッキでは均一照射は得られるものの中央部が凹状の分布になってしまう。これは中央部の冷却効果がないため熱が蓄積されてしまい、均一な熱分布ではなくなり、結果素材またはメッキ皮膜が溶解してしまうため、凹状の膜厚分布となるのである。
【０００７】
それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解消させることを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、集光レンズからの、レーザー光を中央部分のエネルギ密度をその周囲のそれより低い値とさせ、これを被加工物に集光照射させる技術を基本的に採用する。
【０００９】
好ましくは、本発明は、リングモードレンズを用いて中央部がエネルギ密度の小さいビームプロファイルを作り、これを均一化させようとする手段を用いる。
このような手段の採用は、メッキ部分の中央部の蓄熱が少なく、均一な膜厚を得ることを可能とさせる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
レーザーメッキ装置の基本構成は図３に示しかつ説明したので、ここではその説明を省略し、本発明に係る部分を以下に説明する。図１に示す如く、レーザー光源に通じるファイバーコード４は集光レンズ２０を有し、この集光レンズ２０からのレーザー光が被加工物２を集光照射させ、無電解メッキを照射面に施す。被加工物としては、ポリイミド樹脂、ニッケル板、銅、しんちゅう、アルミニウム、ＢｉＴｅ系半導体等が用いられ、又、メッキ皮膜として析出させ得る金属は、銅、ニッケル、金、銀、パラジウム等である。
【００１１】
集光レンズ２０は、筒体２１内に、コリメートレンズ２２、円すいプリズム２３およびフォーカスレンズ２４からなるリングモードレンズ２５、並びに、コヒーレントレンズ２６およびカライドスコープ２７を含むカライドスコープレンズ２８の組合せ構成である。
図２に示すように、コリメートレンズ２２に入ったレーザー光のエネルギ密度は中央に密となる山形であるが、リングモードレンズ２５を通ったレーザー光は中央のエネルギ密度を小とさせた二つの山を並べたエネルギ密度となる。このエネルギ密度のレーザー光はエネルギ密度を均一化させるカライドスコープレンズ２８を通って中央部のエネルギ密度がやゝ小さい形のエネルギ密度のレーザー光となって被加工物２を集光照射し、メッキを施すことになる。
【００１２】
メッキ槽１内に、次亜リン酸ニッケル２６．７ｇ／ｌ、ほう酸２６．７ｇ／ｌ、硫酸アンモニウム２．６ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム４．９ｇ／ｌの無電解メッキ液を入れ、１μｍ／ｈｒの速さでこれを循環させかつ２１℃の温度に維持した。
被加工物２として、Ｂｉ2Ｔｅ3からなるｎ形とＢｉｓｂＴｅからなるｐ型の熱電半導体を用いその端面１１、１４に無電解メッキ皮膜を生成した。
図１の集光レンズ２０を用いたメッキ皮膜は最大膜厚１．８μｍ、最小膜厚１．４μｍであった。図４の集光レンズを用いたメッキ皮膜は最大膜厚１．８μｍ、最小膜厚０．５μｍであり、中央部の膜厚はその周囲に比べ薄くなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に用いられる集光レンズの断面図である。
【図２】集光レンズの各部分でのエネルギ密度を示す図である。
【図３】メッキ装置の基本構成を示す図である。
【図４】従来の集光レンズの断面図である。
【図５】熱電半導体の分解図である。
【符号の説明】
１ メッキ槽
２ 被加工物
３ レーザー光源
２０ 集光レンズ
２５ リングモードレンズ
２８ カライドスコープレンズ
Claims (3)
- レーザー光源からのレーザー光を、集光レンズを介してメッキ槽の被加工物に集中照射し、照射面をメッキするレーザーメッキ装置において、
前記集光レンズがリングモードレンズとカライドスコープレンズとの組合せからなり、中央部分のエネルギ密度がその周囲のエネルギ密度に比べ低い密度のレーザー光を照射することを特徴とするレーザーメッキ装置。 - 前記リングモードレンズは、コリメートレンズ、円すいプリズムおよびフォーカスレンズからなり、
前記カライドスコープレンズは、コヒーレントレンズおよびカライドスコープを含む請求項１記載のレーザーメッキ装置。 - メッキ槽内のメッキ液が無電解メッキ液であり、レーザー光源がＹＡＧ又はＡｒからなる請求項２記載のレーザーメッキ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18543198A JP3994425B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | レーザーメッキ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18543198A JP3994425B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | レーザーメッキ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017443A JP2000017443A (ja) | 2000-01-18 |
| JP3994425B2 true JP3994425B2 (ja) | 2007-10-17 |
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ID=16170675
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18543198A Expired - Fee Related JP3994425B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | レーザーメッキ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3994425B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102817051A (zh) * | 2012-09-14 | 2012-12-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种激光脉冲电镀系统 |
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| JP2001350117A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-21 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | レーザ光強度分布平坦化マスクおよびそれを用いたレーザメッキ装置ならびにレーザメッキ方法 |
| JP2011122213A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Iwate Industrial Research Center | コールドスプレーによる皮膜形成方法及びコールドスプレー装置 |
| JP2018101798A (ja) * | 2018-02-13 | 2018-06-28 | 株式会社ニコン | 湿式処理方法 |
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1998
- 1998-06-30 JP JP18543198A patent/JP3994425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN102817051A (zh) * | 2012-09-14 | 2012-12-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种激光脉冲电镀系统 |
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| JP2000017443A (ja) | 2000-01-18 |
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