JP4978570B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品から突出して設けられたリードを基材にレーザ溶接するレーザ溶接方法に関する。

一般に、この種のレーザ溶接方法においては、電子部品に対してＣｕなどよりなる板状のリードを当該電子部品から突出して設け、それとともにリードの表面にＳｎ、Ｎｉ、Ａｕ、はんだなどのめっきを施し、これを、当該リードの突出先端部側の部位にて基材にレーザ溶接する（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１０−１３７９５７号公報 特開２００１−８７８７７号公報

本発明者は、この種のレーザ溶接方法について、上記従来技術に基づいて鋭意検討を行った。図７、図８は本発明者の試作におけるレーザ溶接方法を示す工程図である。

図７において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ１−Ａ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）の矢印Ａ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。図７（ａ）では、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２（フレーム材２３におけるリード２０以外の部分）から分離するものである。図８はレーザ溶接工程を示す概略断面図である。

この方法では、まず、リード２０をフレーム２２に一体に連結してなる板状のフレーム材２３に対して当該フレーム材２３の外表面にめっき２０ａを施す（第１の工程）。なお、図７および以下の各平面図において、めっき２０ａの有無を識別するために、めっき２０ａの表面には便宜上、斜線ハッチングを施し、めっき２０ａが無い表面にはハッチングを施さないことにする。

次に、めっき２０ａが施されたフレーム材２３の状態で、リード２０を電子部品１０に設ける（第２の工程）。この第２の工程まで終了した直後のワークの状態が、図７（ａ）に示される。

この後、図７（ａ）中の破線部分にて、フレーム２２からリード２０を切断して分離する。それによって電子部品１０から突出するリード２０を形成する（第３の工程）。これにより、このリード２０のフレーム２２からの切断面が突出先端部２１を構成するが、図７（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、このリード２０の突出先端部２１には、めっき２０ａは無い。

そして、この後、図８に示されるように、板状のリード２０の突出先端部２１側の部位と基材１００とを重ね合わせ、これらをレーザ溶接する（第４の工程）。このとき、リード２０の突出先端部２１には、めっき２０ａが無く母材が露出した面となっているため、この突出先端部２１では、レーザの吸収率が低下し、溶接性の低下を招く。

この対策として、本発明者は、図９に示されるように、切断加工後のリード２０に対して、溶接前に突出先端部２１にめっき２０ａを施すことを行うことを考えた。しかしながら、この場合、この溶接前めっきに工数がかかるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子部品から突出して設けられたリードを当該リードの突出先端部側の部位にて基材にレーザ溶接するレーザ溶接方法において、切断後にリードの突出先端部にめっきを施すことなく、良好な溶接を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、リード（２０）をフレーム（２２）に一体に連結してなる板状のフレーム材（２３）に対して当該フレーム材（２３）の外表面にめっき（２０ａ）を施す第１の工程と、フレーム材（２３）の状態で、リード（２０）を電子部品（１０）に設ける第２の工程と、第１及び第２の工程の後、フレーム（２２）からリード（２０）を切断して分離することにより、電子部品（１０）から突出するリード（２０）を形成する第３の工程と、しかる後、リード（２０）と基材（１００）とのレーザ溶接を行う第４の工程とを備え、フレーム材（２３）として、当該フレーム材（２３）の外表面に、当該外表面より凹んだ穴（２４、２６）を形成し、当該穴（２４、２６）における深さ方向に延びる側面がリード（２０）の切断後における突出先端部（２１）として構成されるものを用意し、第１の工程では、穴（２４、２６）の側面にもめっき（２０ａ）を施すようにすることを特徴としている。

それによれば、リード（２０）の突出先端部（２１）となる穴（２４、２６）の側面にめっき（２０ａ）が施されることから、切断後において、リード（２０）の突出先端部（２１）にめっき（２０ａ）が施された状態となるため、切断後にリード（２０）の突出先端部（２１）にめっきを施すことなく、良好な溶接が可能となる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、穴（２４）はフレーム材（２３）を貫通する貫通穴であるものにしてもよいし、請求項３に記載の発明のように、穴はフレーム材（２３）の厚さ方向に凹んだ凹部（２６）であってもよい。

また、請求項４に記載の発明のように、穴（２４、２６）の開口形状は、レーザ溶接時のレーザのビーム径と同等の曲率半径を有する円弧形状を有し、当該円弧形状の部分が前記突出先端部（２１）として構成されるものであるようにしてもよい。

それによれば、切断後のリード（２０）の突出先端部（２１）の形状を、レーザ照射面積の大きな形状としやすい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１、図２は、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、図１において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ１−Ｂ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）の矢印Ｂ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。この図１（ａ）では、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２から分離するものである。図２はレーザ溶接工程を示す概略断面図である。

まず、リード２０をフレーム２２に一体に連結してなる板状のフレーム材２３に対して当該フレーム材２３の外表面にめっき２０ａを施す（第１の工程）。このフレーム材２３は、銅などよりなる板材であり、複数のリード２０と、これらリード２０を連結するフレーム２２とが平面的にパターニングされたものである。

ここで、後工程において、フレーム材２３を、図１（ａ）中の破線に沿って切断することにより、個々のリード２０はフレーム２２から分離されて独立したものとなる。フレーム材２３には厚さ方向に貫通する貫通穴としての穴２４、２５が形成されており、この穴２４、２５によって、リード２０およびフレーム２２のパターンが区画されている。

ここで、図１（ａ）中の破線からわかるように、穴２４、２５としては、リード２０の突出先端部２１を区画する第１の穴２４と、電子部品１０側に位置しリード２０の長手方向の側面を区画する第２の穴２５とが形成されている。

つまり、第１の穴２４においては、フレーム材２３のうちリード２０の突出先端部２１となる部位の近傍の外表面に、当該外表面より凹んだ穴ここでは貫通穴としての第１の穴２４を形成し、この第１の穴２４の深さ方向に延びる面である側面が、切断後におけるリード２０の突出先端部２１を構成するようにしている。そして、各リード２０は、その突出方向と平行に延びる側面部のみにてフレーム２２に連結されている。

そして、めっき２０ａは、フレーム材２３の外表面、すなわちフレーム材２３の表裏の両板面およびこれら各穴２４、２５の側面に施す。めっき２０ａとしては、後工程で行うレーザ溶接による溶接性を向上するものとして、レーザを吸収しやすいめっきよりなる。

たとえばめっき２０ａとしては、Ｓｎ、Ｎｉ、はんだ、Ａｕなどのめっきが挙げられる。このようなめっき２０ａの形成は、電気めっき、無電解めっきなどの一般的なめっき方法により行える。

次に、フレーム材２３の状態で、リード２０を電子部品１０に設ける（第２の工程）。この状態が図１（ａ）に示される。電子部品１０は、たとえばＩＣチップをモールド樹脂で封止したモールドＩＣなどである。電子部品１０とリード２０との接続は、たとえばワイヤボンディング、はんだ、バンプ接合、圧入、嵌合、締結などにより行える。

なお、フレーム材２３の電子部品１０への取り付けは、フレーム材２３にめっき２０ａを施す前に行ってもよい。この場合、電子部品１０から突出するフレーム材２３の部分に対して、上記同様に、めっき２０ａを施せばよい。

こうして、第１及び第２の工程を行った後、フレーム２２からリード２０を切断して分離することにより、電子部品１０から突出するリード２０を形成する（第３の工程）。この第３の工程後における切断された１本のリード２０が、図１（ｂ）〜（ｄ）に示される。

図１（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、リード２０の切断後においては、リード２０は、電子部品１０から突出して設けられた板状のものであり、リード２０においては切断面以外の面にめっき２０ａが施されている。

本実施形態では、上記フレーム材２３へのめっき２０ａの形成において、穴２４、２５の深さ方向の側面にもめっき２０ａが形成されたため、当然ながら、リード２０の突出先端部２１にもめっき２０ａが施されている。ちなみに、従来では、上記図７に示したように、このリードにおけるフレームからの切断面が突出先端部を構成し、この突出先端部には、めっきは無かった。

また、本実施形態では、リード２０におけるその突出方向と平行に延びる側面部にもめっき２０ａが施されているが、当該側面部のうちフレーム２２からの切断面では、めっき２０ａは存在せず、リード２０を構成する銅などの母材が露出している。

次に、本方法では、図２に示されるように、この板状のリード２０と基材１００とのレーザ溶接を行う（第４の工程）。ここで、基材１００としては、リードフレーム、バスバーなどが挙げられ、この基材１００の表面にも同様のめっき２０ａが施されている。具体的には、板状のリード２０の突出先端部２１側の部位と基材１００とを重ね合わせ、これらをＹＡＧレーザなどによってレーザ溶接する。なお、基材１００にはめっき２０ａは無くてもよい。

このとき、本実施形態では、リード２０の突出先端部２１にめっき２０ａが施されているため、突出先端部２１においても良好なレーザ溶接性が確保される。そのため、本溶接方法によれば、リード２０の切断後にリード２０の突出先端部２１にめっきを施すことなく、良好なレーザ溶接が可能となる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、図３において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ１−Ｃ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）の矢印Ｃ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。この図３（ａ）でも、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２から分離するものである。

上記第１実施形態では、フレーム材２３の外表面にフレーム材２３を貫通する貫通穴として第１の穴２４を形成し、この第１の穴２４における当該穴の深さ方向に延びる側面が、リード２０の切断後における突出先端部２１となるようにした。

そして、各リード２０は、その突出方向と平行に延びる側面部のみにてフレーム２２に連結されていたため、切断後におけるリード２０の切断面は、当該側面部にのみ形成され、突出先端部２１には形成されないものであった。そのため、上記第１実施形態では、リード２０の突出先端部２１の全体にめっき２０ａが施された。

それに対して、本実施形態では、図３（ａ）に示されるように、第１の穴２４における当該穴の深さ方向に延びる側面を、リード２０の切断後における突出先端部２１となるようにしていることは上記第１実施形態と同様であるが、突出先端部２１の一部はフレーム２２に連結されている点が上記第１実施形態と相違する。

ここでは、図３（ａ）に示されるように、突出先端部２１におけるリード２０の幅方向の両端の部位がフレーム２２に連結されており、突出先端部２１におけるリード２０の幅方向の中央部が第１の穴２４における上記側面として構成されている。

この場合、図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、リード２０の切断後では、突出先端部２１の一部、ここでは突出先端部２１におけるリード２０の幅方向の両端に切断面が形成され、当該切断面にはめっき２０ａが施されずに母材が露出したものとなる。

しかし、突出先端部２１におけるリード２０の幅方向の中央部には、上記第１の穴２４によって、めっき２０ａが施されているため、本実施形態においても、リード２０の切断後に当該突出先端部２１にめっきを施すことなく、従来に比べて良好な溶接が可能となる。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、図４において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のリード２０の長手方向に沿った概略断面図、（ｃ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ１−Ｄ１概略断面図、（ｅ）は（ｃ）の矢印Ｄ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。この図４（ａ）でも、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２から分離するものである。

上記第１及び第２実施形態では、深さ方向に延びる側面がリード２０の切断後における突出先端部２１となる穴として、貫通穴として第１の穴２４を設けたが、本実施形態では、貫通穴ではなく、当該穴として、フレーム材２３の厚さ方向に凹んだ凹部２６を形成したことが、上記第１実施形態との相違点である。

ここでは、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、凹部２６はフレーム材２３のうちリード２０の突出先端部２１となる部位の外表面に設けられた溝である。また、ここでは、当該溝はその深さ方向の断面形状がＶ字形状をなしているが、溝形状は特に限定するものではなく、たとえばＵ字形状などであってもよい。

そして、図４に示されるように、この溝としての凹部２６における深さ方向に延びる側面が、リード２０の切断後における突出先端部２１として構成される。この場合、めっき２０ａを施す第１の工程では、この凹部２６の内部にもめっき２０ａが施され、凹部２６における上記側面にめっき２０ａが形成される。

また、本実施形態では、切断前のフレーム材２３において凹部２６の底部側ではリード２０の突出先端部２１とフレーム２２とが連結されている。つまり、本実施形態も上記第２実施形態と同様、突出先端部２１の一部がフレーム２２に連結されているものである。

さらに言うならば、上記第２実施形態では、突出先端部２１におけるリード２０の幅方向の中央部を除く両端の部位がフレーム２２に連結されていたが、本実施形態では、突出先端部２１においてリード２０の厚さ方向に沿った一端寄りの部位を除く他端寄りの部位がフレーム２２に連結されている。

そのため、本実施形態では、フレーム２２からリード２０を切断して分離する第３の工程において、フレーム材２３における当該凹部２６の底部側を切断する。また、本実施形態では、凹部２６以外にも、上記実施形態と同様に、リード２０はその突出方向と平行に延びる側面部にてフレーム２２に連結されているので、この部分でも切断を行う。

そして、本実施形態の場合、図４（ｃ）〜（ｅ）に示されるように、リード２０の切断後では、突出先端部２１の一部、ここでは突出先端部２１においてリード２０の厚さ方向に沿った一端寄りの部位にめっき２０ａが施され、他端寄りの部位に切断面が形成され当該切断面にはめっき２０ａが施されずに母材が露出したものとなる。

このように、本実施形態によれば、突出先端部２１におけるリード２０の厚さ方向に沿った一端寄りの部位にめっき２０ａが施されているため、本実施形態においても、リード２０の切断後に当該突出先端部２１にめっきを施すことなく、従来に比べて良好な溶接が可能となる。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、図５において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ１−Ｅ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）の矢印Ｅ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。この図５（ａ）でも、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２から分離するものである。

図５に示されるように、本実施形態においては、貫通穴としての第１の穴２４によりリード２０の突出先端部２１を区画形成する点は、上記第１実施形態と同様であるが、リード２０の突出先端部２１を第１の穴２４に突出させている点が、上記第１実施形態と相違する。

つまり、本実施形態では、フレーム材２３において第１の穴２４の側面を突出させたものとすることにより、リード２０の突出方向と平行に延びる側面部とフレーム２２との連結部分を、突出先端部２１から離したものとしている。

それによって、切断後では、リード２０の当該側面部に形成される切断面、すなわちめっき２０ａが無く母材が露出する面は、突出先端部２１とは離れることになる。レーザ溶接においては、突出先端部２１と当該母材が露出する切断面とは隣接するよりも離れていた方が、突出先端部２１におけるレーザ吸収性に優れることから、本実施形態では、溶接性向上の点で好ましい。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、図６において（ａ）は切断加工前のリード２０を示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリード２０の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ１−Ｆ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）の矢印Ｆ２方向からみたリード２０の突出先端部２１の概略平面図である。この図６（ａ）でも、フレーム材２３を同図中の破線で切断することで、リード２０がフレーム２２から分離するものである。

図６に示されるように、本実施形態においては、貫通穴としての第１の穴２４によりリード２０の突出先端部２１を区画形成する点は、上記第１実施形態と同様であるが、リード２０の突出先端部２１を、レーザ溶接時のレーザのビーム形状と同等の円弧形状とした点が、上記第１実施形態と相違する。

この場合、第１の穴２４の開口形状において、当該第１の穴２４のうちその側面がリード２０の突出先端部２１を構成する部分を、レーザ溶接時のレーザのビーム径と同等の曲率半径を有する円弧形状とする。それにより、切断後には、当該円弧形状の部分が突出先端部２１として構成される。

レーザのビーム形状、すなわち当該ビームの照射方向と直交する断面形状は円形であり、このビーム径は直径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。そこで、上記円弧形状においても、このビーム径と同じ曲率半径となるように円弧を形成する。それによって、切断後のリード２０の突出先端部２１において、レーザ照射面積を大きくすることができ、溶接性の向上につながる。

また、本実施形態は、リード２０の突出先端部２１を構成する穴が上記第３実施形態のような凹部である場合でも適用が可能である。この場合、当該凹部の開口形状を、上記レーザのビーム径と同等の曲率半径を有する円弧形状を有するものとすればよい。

（他の実施形態）
なお、上記フレーム材２３に設けられ切断後のリード２０の突出先端部２１を構成する穴２４、２６としては、その開口形状は上記図に示した四角形、溝形状などに限定されるものではなく、各種の多角形、円形など適宜変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ１−Ｂ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ２矢視概略平面図である。 第１実施形態に係るレーザ溶接工程を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ１−Ｃ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ２矢視概略平面図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のリードの長手方向に沿った概略断面図、（ｃ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ１−Ｄ１概略断面図、（ｅ）は（ｃ）のＤ２矢視概略平面図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ１−Ｅ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）のＥ２矢視概略平面図である。 本発明の第５実施形態に係るレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ１−Ｆ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）のＦ２矢視概略平面図である。 本発明者の試作におけるレーザ溶接方法を示す工程図であり、（ａ）は切断加工前のリードを示す概略平面図、（ｂ）は切断加工後のリードの概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ１−Ａ１概略断面図、（ｄ）は（ｂ）のＡ２矢視概略平面図である。 本発明者の試作におけるレーザ溶接工程を示す概略断面図である。 切断加工後のリードに対して溶接前に突出先端部にめっきを施した状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 電子部品
２０ リード
２０ａ めっき
２１ リードの先端部
２２ フレーム
２３ フレーム材
２４ 第１の穴
２６ 凹部
１００ 基材

Claims (4)

1. 電子部品（１０）に対して当該電子部品（１０）から突出して設けられ表面にめっき（２０ａ）が施されてなる板状のリード（２０）を、当該リード（２０）の突出先端部（２１）側の部位にて基材（１００）にレーザ溶接するレーザ溶接方法において、
   前記リード（２０）をフレーム（２２）に一体に連結してなる板状のフレーム材（２３）に対して当該フレーム材（２３）の外表面に前記めっき（２０ａ）を施す第１の工程と、
   前記フレーム材（２３）の状態で、前記リード（２０）を前記電子部品（１０）に設ける第２の工程と、
   前記第１及び第２の工程の後、前記フレーム（２２）から前記リード（２０）を切断して分離することにより、前記電子部品（１０）から突出する前記リード（２０）を形成する第３の工程と、
   しかる後、前記リード（２０）と前記基材（１００）とのレーザ溶接を行う第４の工程とを備え、
   前記フレーム材（２３）として、当該フレーム材（２３）の外表面に、当該外表面より凹んだ穴（２４、２６）を形成し、当該穴（２４、２６）における深さ方向に延びる側面が前記リード（２０）の切断後における前記突出先端部（２１）として構成されるものを用意し、
   前記第１の工程では、前記穴（２４、２６）の前記側面にも前記めっき（２０ａ）を施すようにすることを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記穴（２４）は前記フレーム材（２３）を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 前記穴は前記フレーム材（２３）の厚さ方向に凹んだ凹部（２６）であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記穴（２４、２６）の開口形状は、レーザ溶接時のレーザのビーム径と同等の曲率半径を有する円弧形状を有し、当該円弧形状の部分が前記突出先端部（２１）として構成されるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のレーザ溶接方法。

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