JP5755182B2

JP5755182B2 - 接合方法、接合装置、制御装置、およびプログラム

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Publication number: JP5755182B2
Application number: JP2012126231A
Authority: JP
Inventors: 健片桐; 坂元　明; 明坂元
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: JP2013248651A

Description

本発明は、接合方法、接合装置、制御装置、およびプログラムに関する。

半田付けは、部材を接合するための代表的な手法である。特に、接合物を被接合物に半田付けする際に、被接合物にレーザ光を照射することによって半田を溶融させるレーザ半田付けは、光ファイバやレンズなどの光学素子の固定に広く用いられている。このようなレーザ半田付けにおいては、被接合物が半田を溶融させるのに最適な温度になるよう、被接合部に照射するレーザ光の強度を最適な強度に制御することが重要になる。

下記特許文献１には、非接触温度センサで測定した被半田付け部の温度データをレーザ照射パワーにフィードバックすることにより、レーザ照射パワーを決定するレーザ半田付け方法が開示されている。下記特許文献１によれば、被半田付け部の表面の固体差による温度条件の変化に対してきめ細かなレーザパワー制御を行うことができ、これにより、半田付け状態にばらつきが生じないとされている。

特開平０４−２２０１６５号公報（公開日：１９９２年８月１１日）

上記特許文献１に記載の方法においては、半田を濡れ広げる被半田付け部にレーザ光を照射し、照射位置の温度を測定する構成が採用されている。しかしながら、このような構成を採用した場合、以下のような問題を招来する。

すなわち、非接触温度センサに対する被接合物の取り付け精度が低い場合、レーザ光を照射する位置（すなわち、温度を測定する位置）が被半田付け部からずれてしまい、被半田付け部の温度を正確に測定することができなくなる。また、被半田付け部が金属パッドにより構成されている場合、被接触温度センサ（放射温度計）により被半田付け部の温度を正確に測定することができなくなる。被半田付け部の温度を正確に測定することができなければ、半田の温度を目標の値に制御することは困難である。

このような問題を回避するためには、被接合物にレーザ光を照射する際に、半田を濡れ広げる被半田付け部にレーザ光を照射するのではなく、被半田付け部から離間した箇所にレーザ光を照射する構成を採ればよい。

このような構成を採用した接合装置（以下、「間接加熱型接合装置」とも記載）について、図９および図１０を参照して説明する。

図９に、間接加熱型接合装置の第１の構成を示す。図９に示す接合装置９００は、台座９０２、レーザ照射装置９０４、放射温度計９０６を備えている。接合装置９００は、被接合物９１０にレーザ光を照射して加熱し、接合物９１２と被接合物９１０との間に介在する半田９１４を溶融することにより、接合物９１２を被接合物９１０に接合する装置である。被接合物９１０において、レーザ光の照射位置は、図９に示すように、半田９１４を濡れ広げる被半田付け部から離間している。特に、接合装置９００は、レーザ光の照射位置を固定したまま、放射温度計９０６により当該照射位置の温度を測定し、その測定結果に基づいてレーザ光の出力を制御（フィードバック制御）する構成を採用している。

図１０に、間接加熱型接合装置の第２の構成を示す。図１０に示す接合装置１０００は、台座１００２、レーザ照射装置１００４、放射温度計１００６を備えている。接合装置１０００は、被接合物１０１０にレーザ光を照射して加熱し、接合物１０１２と被接合物１０１０との間に介在する半田１０１４を溶融することにより、接合物１０１２を被接合物１０１０に接合する装置である。被接合物１０１０において、レーザ光の照射位置は、図１０に示すように、半田１０１４を濡れ広げる被半田付け部から離間している。特に、接合装置１０００は、レーザ光の照射位置を固定したまま、放射温度計１００６により当該照射位置の温度を測定し、その測定結果に基づいてレーザ光の出力を制御（フィードバック制御）する構成を採用している。接合装置１０００は、被接合物１０１０が片持梁構造を有している点で、図９の接合装置９００と異なる。なお、このような片持梁構造を有する被接合部材１０１０の例としては、国際公開第２０１１／１２２４４０号に記載のファイバ支持部材などが挙げられる。

接合装置９００においては、台座９０２の上面に被接合物９１０が載置されており、台座９０２の上面と被接合物９１０の下面とが互いに面接触している。したがって、被接合物９１０に加えられた熱は、被接合物９１０の下面全体を介して台座９０２に伝導する。このため、被接合物９１０には、（１）レーザ光の照射位置において最大となり、（２）該照射位置から遠ざかるに従って急峻に低下する温度勾配が形成される。したがって、接合装置９００においては、半田９１４の温度を十分に上昇させることができない、あるいは、半田９１４の温度が不均一になるといった問題を生じる。

一方、接合装置１０００において、被接合物１０１０は、片持梁構造を有している。すなわち、台座１００２の上面に起立した柱部１０１０Ａと、柱部１０１０Ａによってその一端が支持された梁部１０１０Ｂとを備えている。接合物１０１２は、梁部１０１０Ｂの上面、特に、柱部１０１０Ａ側と反対側の端部に接合される。

レーザ光の照射位置にて発生した熱は、梁部１０１０Ｂ内を柱部１０１０Ａ側と接合物１０１２側との双方に向かって伝導する。そして、梁部１０１０Ｂ内を柱部１０１０Ａ側に向かって伝導した熱は、柱部１０１０Ａを介して台座１００２に伝導する。一方、梁部１０１０Ｂ内を接合物１０１２側に向かって伝導した熱は、梁部１０１０Ｂの接合物１０１２側の端部に滞留する。このため、梁部１０１０Ｂには、（１）レーザ光の照射位置において最大となり、（２）柱部１０１０Ａ側に向かって該照射位置から遠ざかるに従って急峻に低下し、（３）接合物１０１２側に向かって該照射位置から遠ざかるに従って緩慢に低下する温度勾配が形成される。したがって、接合装置１０００においては、半田１０１４の温度を十分に上昇させることができない、あるいは、半田１０１４の温度が不均一になるといった問題を生じ難い。

しかしながら、接合装置１０００であっても、レーザ照射装置１００４と被接合物１０１０との相対位置にずれが生じると、以下のような問題を生じる。

（１）梁部１０１０Ｂにおけるレーザ光の照射位置が柱部１０１０Ａ側に近すぎた場合、梁部１０１０Ｂにて発生した熱の大部分が柱部１０１０Ａを介して台座１００２に逃げてしまう。このため、レーザ光の強度をレーザ照射装置１００４の出力限界値まで高めてもなお、梁部１０１０Ｂの接合物１０１２側の端部を、半田１０１４を溶融させるのに十分な温度に至らしめることができないことがある。

（２）上述したフィードバック制御においては、所定の強度のレーザ光を仮照射したときに得られる測定温度に基づいて、梁部１０１０Ｂの接合物１０１２側の端部が所定の温度（半田１０１４を溶融させるのに最適な温度）に達するよう、本照射時のレーザ強度を決めることになる。より具体的には、仮照射時の測定温度と本照射時のレーザ強度との対応関係（テーブル又は関係式）を事前に特定しておき、この対応関係を参照して仮照射時の測定温度から本照射時のレーザ強度を決定することになる。しかしながら、この対応関係は、レーザ光の照射位置に応じて変化する。したがって、レーザ光の照射位置が所定の位置からずれてしまった場合、照射位置の温度を目標の値に制御した場合であっても、半田１０１４の温度を目標の温度に設定できない虞がある。なお、レーザ光の照射位置毎に上述した対応関係が特定されている場合には、仮照射時の測定温度からレーザ光の照射位置を推定し、推定した照射位置に応じた対応関係を参照して仮照射時の測定温度から本照射時のレーザ強度を決定することが可能になる。しかしながら、この場合、制御の複雑化や精度の低下といった問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合物と被接合物とを接合するための半田の溶融温度を高精度にコントロールすることが可能な接合処理を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、接合物と被接合物との間に介在する半田により前記接合物を前記被接合物に接合する接合方法であって、前記被接合物は、一端に設けられた柱部により支持され、他端に前記接合物が接合される梁部を有する片持梁構造を有しており、当該接合方法は、前記被接合物に予め定められた第１の強度のレーザ光を照射する第１の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記柱部側から前記接合物側に移動させながら実施される第１の照射工程と、前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置の温度を逐次測定する第１の測定工程と、前記被接合物に前記第１の強度よりも強い予め定められた第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程であって、前記第１の測定工程において予め定められた目標温度が得られた照射位置に対して、前記第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。

上記接合方法によれば、照射位置を移動させながら第１の強度（半田を溶融不可能な強度に設定される）のレーザ光を仮照射し、目標温度が得られたときの照射位置（すなわち、第２の強度のレーザ光を照射することにより確実に半田を溶融することができる照射位置。以下、「本照射位置」と称する。）に対して、第２の強度（本照射位置に照射したときに半田を溶融可能な強度に設定される）のレーザ光を照射する構成を採用している。このため、半田を溶融させてしまうことなく、上記本照射位置を、高精度で特定することができる。そして、特定した本照射位置に対して、第２の強度のレーザ光を照射することにより、目標とする温度で半田を溶融することができる。すなわち、目標とする温度よりも高い又は低い温度で半田を溶融させたり、半田の温度が融点に達しない虞を回避することができる。

また、本照射位置は、レーザ照射装置の出力限界値以下に設定された第２の強度のレーザ光を照射したときに、半田の温度が目標値に達するように決定される。したがって、レーザ光の強度をレーザ照射装置の出力限界値まで高めても半田の温度が融点に達しないといった不具合が生じることなく、接合物を確実に接合することができる。

また、上記接合方法によれば、レーザ光の照射位置を徐々に接合位置に移動させ、且つ移動中にレーザ光の出力を一定とする構成を採用している。このため、レーザ光の照射位置を固定してレーザ光の出力を徐々に上げる構成と比べて、例えば、レーザ光の初期照射位置が被接合物の支柱部分に近い場合等、レーザ光の照射熱が外部に逃げ易い構成となっている場合であっても、熱が接合位置に十分に伝わらない虞を回避でき、半田の溶融温度を正確にコントロールできる。

また、上記接合方法によれば、レーザ光の照射位置を固定してレーザ光の出力を徐々に上げる構成のように、仮照射時の測定温度からレーザ光の照射位置を推定したり、推定した照射位置に応じた対応関係を参照して仮照射時の測定温度から本照射時のレーザ光の強度を決定したりする必要がない。したがって、制御の複雑化や精度の低下といった問題の発生を回避することができる。

上記接合方法においては、前記第１の照射工程において、前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置に対して、前記第１の強度のレーザ光を予め定められた時間に亘って照射する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、レーザ光の照射時間に起因する測定温度のばらつきを抑制することにより、本照射位置を、より高精度で特定することができる。

上記接合方法においては、前記被接合物に前記第１の強度のレーザ光を照射する第３の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記第１の照射工程における照射位置の移動方向と直交する方向に移動させながら実施される第３の照射工程と、前記第３の照射工程における各照射位置の温度を逐次測定する第２の測定工程と、前記第２の測定工程において測定された温度に基づいて、前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を決定する照射位置決定工程とを、前記第１の照射工程に先行して実施する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、前記第１の照射工程における照射位置の移動方向と直交する方向におけるレーザ光の照射位置に起因する測定温度のばらつきを抑制することにより、本照射位置を、より高精度で特定することができる。

また、本発明に係る接合装置は、接合物と被接合物との間に介在する半田により前記接合物を前記被接合物に接合する接合装置であって、前記被接合物は、一端に設けられた柱部により支持され、他端に前記接合物が接合される梁部を有する片持梁構造を有しており、当該接合装置は、前記被接合物にレーザ光を照射する照射手段と、前記被接合物に前記レーザ光を照射する照射位置の温度を測定する測定手段と、前記照射手段及び前記測定手段とを制御する制御装置とを備えており、前記制御装置は、前記被接合物に予め定められた第１の強度のレーザ光を照射する第１の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記柱部側から前記接合物側に移動させながら実施される第１の照射工程を実施するよう、前記照射手段を制御する第１の照射制御手段と、前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置の温度を逐次測定する第１の測定工程を実施するよう、前記測定手段を制御する測定制御手段と、前記被接合物に前記第１の強度よりも強い予め定められた第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程であって、前記第１の測定工程において予め定められた目標温度が得られた照射位置に対して、前記第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程を実施するよう、前記照射手段を制御する第２の照射制御手段とを備えている、ことを特徴とする。

上記接合装置によれば、上記接合方法と同様の効果を奏することができる。

また、本発明に係るプログラムは、コンピュータを上記制御装置として機能させるためのプログラムであって、上記コンピュータを上記制御装置が備える上記各手段として機能させる。

上記プログラムによれば、上記接合方法と同様の効果を奏することができる、上記接合装置を実現することができる。

本発明によれば、接合物と被接合物とを接合するための半田の溶融温度を高精度にコントロールすることが可能な接合を実現することができる。

実施形態に係る接合装置の構成を示す。実施形態に係る制御装置の機能構成を示す。実施形態に係る接合装置による接合処理の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る接合装置によって得られた、レーザ照射位置と温度との関係を示すグラフである。実施形態に係る接合装置において、ある照射位置に１５Ｗのレーザ光を照射したときの、レーザ光の照射時間と、測定温度との関係を示すグラフである。実施形態に係る接合装置において、梁部の表面にレーザ光が照射されている状態を概念的に示す。（ａ）は、レーザ光のレーザスポットが梁部内に収まっている状態を示す。（ｂ）は、レーザ光のレーザスポットが梁部内に収まっていない状態を示す。実施形態に係る接合装置１００において、梁部の幅方向におけるレーザ光の照射位置と、その照射位置における測定温度との関係を示すグラフである。実施形態に係る接合装置１００において、梁部の幅方向におけるレーザ光の照射位置と、目標位置における測定温度との関係を示すグラフである。従来の接合装置の構成（第１の構成）を示す。従来の接合装置の構成（第２の構成）を示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

〔実施形態〕
初めに、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（接合装置１００の構成）
図１は、実施形態に係る接合装置１００の構成を示す。接合装置１００は、台座１０２、レーザ照射装置１０４、放射温度計１０６、および制御装置１０８を備えている。接合装置１００は、接合物と被接合物との間に介在する半田をレーザ光の照射熱で溶融することにより、接合物を被接合物に接合するための装置である。

本実施形態では、接合物としてレンズ１２を用いている。また、被接合物として、梁構造を有するセラミック製の基板１０を用いている。また、半田として、半田１４を用いている。すなわち、本実施形態では、接合装置１００により、基板１０にレンズ１２を半田付けする例を説明する。

台座１０２には、基板１０が載置され、図示を省略するクランプ等によって基板１０が固定される。基板１０は、台座１０２の表面に対して垂直に起立している柱部１０Ａと、台座１０２の表面に対して平行であり、且つ柱部１０Ａによってその降端が支持されている梁部１０Ｂとを備えている。レンズ１２は、梁部１０Ｂの先端に接合される。

レーザ照射装置１０４は、基板１０にレーザ光を照射することで、基板１０を加熱する。これにより、レーザ照射装置１０４は、基板１０とレンズ１２との間に設けられた半田１４を溶融し、基板１０にレンズ１２を接合することが可能となっている。

レーザ照射装置１０４は、レーザ光の出力（強度）を調整することが可能となっている。接合装置１００は、レーザ照射装置１０４の出力を調整することによって、基板１０の温度を調整することが可能となっている。

また、レーザ照射装置１０４は、基板１０に対する平行な方向（水平方向）に移動可能となっている。これにより、接合装置１００は、レーザ光の照射位置を移動させることが可能となっている。特に、本実施形態のレーザ照射装置１０４は、基板１０の梁部１０Ｂ部が延伸する方向（図１中方向Ａおよび方向Ｂ。以下、「梁部１０Ｂ部の長さ方向」と表現する。）に移動可能となっている。これにより、接合装置１００は、レーザ光の照射位置を、梁部１０Ｂ部の長さ方向に移動させることが可能となっている。

放射温度計１０６（測定手段）は、基板１０における照射位置の温度を非接触により測定する。放射温度計１０６は、レーザ照射装置１０４とともにクランプによって保持されており、レーザ照射装置１０４との相対的な位置関係が固定されている。これにより、放射温度計１０６は、レーザ照射装置１０４とともに移動し、レーザ照射装置１０４によるレーザ光の照射位置を逐次測定することが可能となっている。

制御装置１０８は、レーザ照射装置１０４によるレーザ光の出力および照射位置を制御する。具体的には、制御装置１０８は、レーザ照射装置１０４に仮照射を行わせ、その照射位置の温度を放射温度計１０６から取得する。仮照射とは、本照射位置を決定するために行うレーザ光の照射を意味する。そして、制御装置１０８は、取得した温度に基づいて、本照射位置を決定する。本照射とは、実際に半田１４を溶融して、基板１０にレンズ１２を接合するために行うレーザ光の照射を意味する。その後、制御装置１０８は、決定した本照射位置に対して、レーザ照射装置１０４に本照射を行わせる。

（制御装置の機能）
図２は、実施形態に係る制御装置１０８の機能構成を示す。制御装置１０８は、照射位置制御部２０２、照射出力制御部２０４、測定温度取得部２０６、記憶部２０８、および本照射位置決定部２１０を備えている。

記憶部２０８には、レーザ照射装置１０４が照射するレーザ光の出力が記憶されている。記憶部２０８に記憶される出力には、仮照射用の第１の強度、および、本照射用の第２の強度を含んでいる。第１の強度には、基板１０における目標位置（半田１４による接合位置またはその近傍の位置）にレーザ光を照射したときに、半田が溶融しない程度（すなわち、目標位置の温度が半田１４の融点未満の温度となる程度）の出力が用いられる。第２の強度には、基板１０における目標位置にレーザ光を照射したときに、十分に半田１４を溶融させることができる程度（すなわち、目標位置の温度が半田１４の融点以上の温度となる程度）の出力が用いられる。半田１４を融点に近い温度で溶融させた場合、半田１４の濡れ性が悪くなる虞があるので、第２の強度は、例えば、半田１４の温度が融点よりも５０℃高くなるように設定するとよい。本実施形態では、仮照射用の出力には「１５Ｗ」が設定されており、本照射用の出力には「２２Ｗ」が設定されている。

また、記憶部２０８には、本照射位置を決定するための目標温度が記憶されている。記憶部２０８に記憶される目標温度には、基板１０における目標位置を当該目標温度に加熱したときに、半田１４が溶融しない程度（すなわち、目標位置の温度が半田１４の融点未満の温度となる程度）の温度が用いられる。なお、上記目標温度は、半田１４が溶融しない温度の範囲内で、できるだけ高い温度であることが好ましい。一般的に、放射温度計においては、測定温度が高いほど、出力値の傾きが大きくなり、その精度が高くなるからである。本実施形態では、目標温度には半田１４の融点（２７８−３００℃）よりも僅かに（約４０℃）低い「２４０℃」が設定されている。

上記各設定値（第１の強度、第２の強度、および目標温度）は一例であり、記憶部２０８には、任意の設定値を設定可能となっている。上記各設定値は、基板１０の材質、基板１０の形状、半田１４の材質等に応じて、適切な値を設定することが好ましい。上記各設定値は、各種資料、試験結果、シミュレーション結果等から、その適切な値を容易に得ることができる。

照射位置制御部２０２は、レーザ照射装置１０４によるレーザ光の照射位置を制御する。具体的には、照射位置制御部２０２は、上記照射位置を、梁部１０Ｂ部の長さ方向に移動させることができる。すなわち、照射位置制御部２０２は、上記梁部１０Ｂにおける上記照射位置を、半田１４による接合位置に近づく方向（図１中方向Ａ）、および、半田１４による接合位置から離間する方向（図１中方向Ｂ）へ移動させることができる。

照射出力制御部２０４は、レーザ照射装置１０４によるレーザ光の出力を制御する。具体的には、照射出力制御部２０４は、レーザ光の仮照射を行うとき、記憶部２０８に記憶されている仮照射用の出力のレーザ光を照射するように、レーザ照射装置１０４を制御する。また、照射出力制御部２０４は、レーザ光の本照射を行うとき、記憶部２０８に記憶されている本照射用の出力のレーザ光を照射するように、レーザ照射装置１０４を制御する。

測定温度取得部２０６は、放射温度計１０６によって測定された、照射位置の温度を取得する。具体的には、レーザ照射装置１０４がレーザ光を照射すると、放射温度計１０６は、その照射位置の温度を測定する。これに応じて、測定温度取得部２０６は、放射温度計１０６によって測定された温度を、放射温度計１０６から取得する。

本照射位置決定部２１０は、測定温度取得部２０６によって取得された測定温度と、記憶部２０８に記憶されている目標温度とに基づいて、本照射を行う照射位置（以下、「本照射位置」と称する）を決定する。具体的には、本照射位置決定部２１０は、上記測定温度が、上記目標温度に達している場合、上記測定温度が得られた照射位置を、本照射位置として決定する。一方、本照射位置決定部２１０は、上記測定温度が、上記目標温度に達していない場合、上記測定温度が得られた照射位置を、本照射を行う照射位置として決定しない。

本照射位置決定部２１０が本照射位置を決定するまで、照射位置制御部２０２は、接合位置に近づく方向に照射位置を移動させつつ、当該照射位置にレーザ光を仮照射するように、レーザ照射装置１０４を制御する。そして、本照射位置決定部２１０が本照射位置を決定すると、照射位置制御部２０２は、当該本照射位置にレーザ光を本照射するように、レーザ照射装置１０４を制御する。

（接合処理の手順）
ここで、図３を参照し、接合装置１００による接合処理の手順を説明する。図３は、接合装置１００による接合処理の手順を示すフローチャートである。

（第１の照射工程、測定工程）
まず、レーザ照射装置１０４が、基板１０における接合位置からある程度離間した位置を初期照射位置とし、当該照射位置に対して、１５Ｗのレーザ光を仮照射する（ステップＳ３０２）。そして、放射温度計１０６が、上記照射位置の温度を測定すると（ステップＳ３０４）、制御装置１０８が、ステップＳ３０４で測定された温度を、放射温度計１０６から取得する（ステップＳ３０６）。

次に、制御装置１０８が、ステップＳ３０６で取得された温度が２４０℃に達しているか否かを判断する（ステップＳ３０８）。ステップＳ３０８において、“２４０℃に達していない”と判断された場合（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、制御装置１０８は、上記照射位置を上記接合位置に近づける（ステップＳ３１０）。そして、接合装置１００は、処理をステップＳ３０２へ戻す。ステップＳ３１０において、制御装置１０８は、上記照射位置を予め定められた距離分上記接合位置に近づけてもよく、複数（少なくとも２つ）の照射位置に関する複数の測定温度に基づいて、目標温度が得られる照射位置を予測し、予測された照射位置へ上記照射位置を移動してもよい。

（第２の照射工程）
一方、ステップＳ３０８において、“２４０℃に達している”と判断された場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、制御装置１０８は、上記照射位置を本照射位置として決定し（ステップＳ３１２）、レーザ照射装置１０４が、上記本照射位置に対し、２２Ｗのレーザ光を照射する（ステップＳ３１４）。これにより、溶融した半田１４によってレンズ１２が基板１０に半田付けされ、接合装置１００は、接合処理を終了する。

（効果）
図４は、実施形態に係る接合装置１００によって得られた、レーザ照射位置と温度との関係を示すグラフである。

図４に示すように、本実施形態の基板１０においては、目標位置に１５Ｗのレーザ光を照射することにより、目標位置の温度が２４０℃となることが分かる。本実施形態の接合装置１００は、１５Ｗのレーザ光を仮照射し、２４０℃の温度が得られたときの照射位置を目標位置として特定する構成を採用している。このため、本実施形態の接合装置１００は、仮照射段階において半田１４を溶融させてしまうことなく、本照射を行うべき適切な位置である目標位置を、高精度で特定することができる。

その結果、図４に示すように、本実施形態の基板１０において、目標位置に対して２２Ｗのレーザ光を本照射することにより、目標位置において、レンズ１２を接合するのに十分な温度（およそ３８０℃）が得られている。

特に、図４に示すように、基板１０における照射位置が目標位置に近づくにつれ、照射位置の温度が線形に上昇することが分かる。基板１０が、その熱が外部に伝達し難く、梁部の先端部分に滞留し易い梁構造を有しているからである。このため、本実施形態の接合装置１００は、温度分布の事前調査を行ったり、複雑な関係式を用いたりすることなく、目標位置（すなわち、目標温度が得られる照射位置）を容易に推測することが可能となっている。

また、本実施形態の接合装置１００によれば、目標位置に本照射するレーザ光の出力（２２Ｗ）は固定であるため、レーザ光の出力が不足する等の不具合が生じることなく、レンズ１２を確実に接合することができる。

〔変形例１〕
以下、図５を参照して、実施形態の変形例１について説明する。この変形例１の接合装置１００は、制御装置１０８（照射出力制御部２０４）がレーザ光の照射時間をさらに制御する点で、図１の接合装置１００と異なる。

図５は、実施形態に係る接合装置１００において、ある照射位置に１５Ｗのレーザ光を照射したときの、レーザ光の照射時間と、測定温度との関係を示すグラフである。図５に示すように、照射位置の測定温度は、レーザ光の照射時間により変動する。特に、照射時間を０〜５秒とした場合は、上記測定温度の変動率が大きくなっている。また、照射時間を５秒以上とした場合であっても、上記測定温度の変動率は、およそ１℃／秒程度となっており、照射時間を２０秒とした場合であっても、上記測定温度の上昇は完全に飽和するに至らない。

このことから、レーザ光の照射時間にばらつきがあると、測定温度にばらつきが生じ、例えそのばらつきが１℃程度であったとしても、これに起因して、本照射位置の精度の低下を招くことが考えられる。そこで、本変形例１の接合装置１００においては、仮照射を行う際のレーザ照射時間を、予め定められた時間としている。これにより、本変形例１の接合装置１００は、照射時間に起因する測定温度のばらつきを抑制し、本照射位置の精度をより向上することが可能となっている。

〔変形例２〕
以下、図６〜図８を参照して、実施形態の変形例２について説明する。この変形例２の接合装置１００は、制御装置１０８（照射位置制御部２０２）が、梁部１０Ｂの長さ方向とは直交する方向（以下、「梁部１０Ｂの幅方向」と表現する。）に、レーザ光の照射位置をさらに制御する点で、図１の接合装置１００と異なる。

図６は、実施形態に係る接合装置１００において、梁部１０Ｂの表面にレーザ光が照射されている状態を概念的に示す。図６（ａ）は、レーザ光のレーザスポットが梁部１０Ｂ内に収まっている状態を示す。図６（ｂ）は、レーザ光のレーザスポットが梁部１０Ｂ内に収まっていない状態を示す。

図６（ａ）に示す例では、直径０．６ｍｍのレーザスポットは、梁部１０Ｂの幅方向における略中心位置である照射位置Ｐ１に位置しており、これにより、幅１．０ｍｍの梁部１０Ｂ内に収まっている。

一方、図６（ｂ）に示す例では、直径０．６ｍｍのレーザスポットは、梁部１０Ｂの幅方向において照射位置Ｐ１よりもずれた位置である照射位置Ｐ１´に位置しており、これにより、幅１．０ｍｍの梁部１０Ｂ内に収まっていない。

図７は、実施形態に係る接合装置１００において、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置と、その照射位置における測定温度との関係を示すグラフである。図８は、実施形態に係る接合装置１００において、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置と、目標位置における測定温度との関係を示すグラフである。

図７に示すように、照射位置の測定温度は、梁部１０Ｂの幅方向における位置によって変動する。同様に、図８に示すように、目標位置の測定温度も、梁部１０Ｂの幅方向における位置によって変動する。特に、上記照射位置の測定温度および上記目標位置の測定温度のいずれにおいても、レーザスポットが梁部１０Ｂ内に収まっていないときほど、測定温度の変動率が大きくなっている。梁部１０Ｂに照射されるレーザ光の照射面積が変動するからであると考えられる。

このことから、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置が不定であると、測定温度にばらつきが生じ、これに起因して、本照射位置の精度の低下を招くことが考えられる。特に、レーザ光の照射位置が梁部１０Ｂの領域外にずれてしまうと、梁部１０Ｂが十分に加熱されず、いくら照射位置を接合位置に近づけても、照射位置の温度が目標温度に到達しない場合も生じ得る。

そこで、本変形例２の接合装置１００は、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置が、梁部１０Ｂ内に収まるように制御している。特に、本変形例２の接合装置１００は、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置が、梁部１０Ｂの略中心となるように制御している。

図７に示すように、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置が、梁部１０Ｂの中心に近いほど、その測定温度が高くなる。すなわち、梁部１０Ｂの中心において、測定温度が最も高くなる。

そこで、本変形例２の接合装置１００は、図３の処理を行う前に、１５Ｗのレーザ光を梁部１０Ｂに照射しながら、その照射位置を梁部１０Ｂの幅方向に移動させ、その照射位置の温度を逐次測定する。そして、本変形例２の接合装置１００は、その測定温度が最も高い照射位置に、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置を固定し、図３の処理を行う。

これにより、本変形例２の接合装置１００は、梁部１０Ｂの幅方向におけるレーザ光の照射位置に起因する測定温度のばらつきを抑制し、本照射位置の精度をより向上することが可能となっている。

〔実施形態の補足説明〕
実施形態では、レーザ照射装置１０４の位置を移動させることにより、レーザ光の照射位置を移動させる構成を採用しているが、レーザ照射装置１０４の位置を固定したまま、基板１０の位置を移動させることにより、レーザ光の照射位置を移動させるようにしてもよい。

また、実施形態では、第１の強度を１５Ｗとし、第２の強度を２２Ｗとし、目標温度を２４０℃としているが、これら各設定値は、適宜変更され得るものである。また、実施形態では、接合物としてレンズ１２を用い、半田として半田１４を用い、被接合物として、基板１０を用いているが、これら各部材の形状や材質は、適宜変更され得るものである。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、レーザ半田接合に広く用いることができる。特に、調心されたレンズのような接合位置に高い精度が要求される接合物の接合に有用である。

１０基板（被接合物）
１２レンズ（接合物）
１４半田
１００接合装置
１０２台座
１０４レーザ照射装置（第１の照射手段、第２の照射手段）
１０６放射温度計（測定手段）
１０８制御装置
２０２照射位置制御部（第１の照射制御手段、第２の照射制御手段）
２０４照射出力制御部（第１の照射制御手段、第２の照射制御手段）
２０６測定温度取得部（測定制御手段）
２０８記憶部
２１０本照射位置決定部

Claims

接合物と被接合物との間に介在する半田により前記接合物を前記被接合物に接合する接合方法であって、
前記被接合物は、一端に設けられた柱部により支持され、他端に前記接合物が接合される梁部を有する片持梁構造を有しており、
当該接合方法は、
前記被接合物に予め定められた第１の強度のレーザ光を照射する第１の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記柱部側から前記接合物側に移動させながら実施される第１の照射工程と、
前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置の温度を逐次測定する第１の測定工程と、
前記被接合物に前記第１の強度よりも強い予め定められた第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程であって、前記第１の測定工程において予め定められた目標温度が得られた照射位置に対して、前記第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程と、
前記被接合物に前記第１の強度のレーザ光を照射する第３の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記第１の照射工程における照射位置の移動方向と直交する方向に移動させながら実施される第３の照射工程と、
前記第３の照射工程における各照射位置の温度を逐次測定する第２の測定工程と、
前記第２の測定工程において測定された温度に基づいて、前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を決定する照射位置決定工程と、を含んでおり、
前記第３の照射工程と、前記第２の測定工程と、前記照射位置決定とを、前記第１の照射工程に先行して実施する、
ことを特徴とする接合方法。
前記第１の照射工程において、前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置に対して、前記第１の強度のレーザ光を予め定められた時間に亘って照射する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
接合物と被接合物との間に介在する半田により前記接合物を前記被接合物に接合する接合装置であって、
前記被接合物は、一端に設けられた柱部により支持され、他端に前記接合物が接合される梁部を有する片持梁構造を有しており、
当該接合装置は、前記被接合物にレーザ光を照射する照射手段と、前記被接合物に前記レーザ光を照射する照射位置の温度を測定する測定手段と、前記照射手段及び前記測定手段とを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記被接合物に予め定められた第１の強度のレーザ光を照射する第１の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記柱部側から前記接合物側に移動させながら実施される第１の照射工程を実施するよう、前記照射手段を制御する第１の照射制御手段と、
前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する各照射位置の温度を逐次測定する第１の測定工程を実施するよう、前記測定手段を制御する第１の測定制御手段と、
前記被接合物に前記第１の強度よりも強い予め定められた第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程であって、前記第１の測定工程において予め定められた目標温度が得られた照射位置に対して、前記第２の強度のレーザ光を照射する第２の照射工程を実施するよう、前記照射手段を制御する第２の照射制御手段と、
前記被接合物に前記第１の強度のレーザ光を照射する第３の照射工程であって、前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を、前記第１の照射工程における照射位置の移動方向と直交する方向に移動させながら実施される第３の照射工程を実施するよう、前記照射手段を制御する第３の照射制御手段と、
前記第３の照射工程における各照射位置の温度を逐次測定する第２の測定工程を実施するよう、前記測定手段を制御する第２の測定制御手段と、
前記第２の測定工程において測定された温度に基づいて、前記第１の照射工程において前記第１の強度のレーザ光を照射する照射位置を決定する照射位置決定手段と、を備えており、
前記第３の照射工程と、前記第２の測定工程と、前記照射位置決定とを、前記第１の照射工程に先行して実施する、
ことを特徴とする接合装置。
コンピュータを請求項３に記載の制御装置として機能させるためのプログラムであって、前記コンピュータを前記制御装置が備える前記各手段として機能させるプログラム。