JP6690270B2 - Metal member heating method, heated metal member joining method, and metal member heating device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光による金属部材の加熱方法、加熱した金属部材の接合方法、及び金属部材の加熱装置に関する。 The present invention relates to a method for heating a metal member by laser light, a method for joining heated metal members, and a heating device for a metal member.
従来、レーザ光を金属部材の表面に照射し吸収させることによって金属部材を加熱する技術がある(下記特許文献1〜3参照)。このとき、金属部材を加熱する目的は様々である。例えば、その一つとして、特許文献1,2に示すような二部材の接合を目的とするものがある。二部材の接合を行なう場合、例えば、電気回路の接点となる金属部材(例えばリード線)を加熱し、被接合部材(例えば半導体の端子)と金属部材とを直接接合する。このとき、特許文献1,2に示すように、加熱部を液相状態となるまで加熱せずに固相状態でとどめ、金属部材と被接合部材とを所定の圧力で加圧し接合(固相拡散接合)してもよい。また、通常の溶接である、加熱部を溶融させ液相状態にして接合してもよい。これらにより、金属部材と被接合部材とを、例えばハンダによって接合した場合と比べ、高温環境に強い接合とすることができる。
BACKGROUND ART Conventionally, there is a technique of heating a metal member by irradiating and absorbing laser light on the surface of the metal member (see
また、他の加熱の例として、例えば、特許文献3に示すような、既に接合された金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触し接合されているか否かを非破壊状態で検査することを目的とするものもある。特許文献3の技術では、まず、被接合部材と接合されている金属部材へのレーザ光の照射によって金属部材を加熱し昇温させる。このとき、金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触(接合)していれば、昇温した熱は、接触面積に応じ金属部材から被接合部材に向かって良好に移動する。このため、金属部材の昇温速度は緩やかになる。しかし、金属部材と被接合部材とが十分な面積で接触しておらず不十分な接合であれば、金属部材の熱は被接合部材に向かって良好に移動できず昇温速度は急峻となる。この昇温速度の違いによって、金属部材と被接合部材との接合状態を評価するものである。
In addition, as another example of heating, for example, as shown in
なお、上記説明において、照射されるレーザ光は、通常、安価なYAGレーザ等が適用されることが多い。YAGレーザは、レーザ光が近赤外波長(0.7μm〜2.5μm)を有するレーザである。YAGレーザによるレーザ光は、例えば銅製(またはアルミ製)の金属部材に対しては、その吸収率が所定の温度(例えば融点)に達するまでの低温時には非常に低い。このため、例えば、特許文献1〜3において金属部材に銅(またはアルミ)が使用されると、低温時において金属部材に直接レーザ光を照射しても金属部材のレーザ光の吸収率が低いために金属部材の温度上昇は遅く、吸収率が増加する所定の温度に到達するまでに多くのエネルギーを消費してしまうこととなる。
In the above description, an inexpensive YAG laser or the like is usually applied as the laser light to be applied. The YAG laser is a laser whose laser light has a near infrared wavelength (0.7 μm to 2.5 μm). The laser light from the YAG laser is very low at a low temperature until the absorptance of the metal member made of copper (or aluminum) reaches a predetermined temperature (for example, melting point). Therefore, for example, when copper (or aluminum) is used for the metal member in
これに対し、特許文献3の技術では、公知の知見に基づき、金属部材の表面に酸化膜を形成し、低温時における金属部材へのレーザ光の吸収率を向上させている。酸化膜は、酸化膜形成用のレーザ光を金属部材の表面に照射することにより形成する。つまり、酸化膜の膜厚を、所望の吸収率を実現させる所定の膜厚とするため、レーザ光を予め設定された所定の時間だけ金属部材の表面に照射している。その後、形成された酸化膜を介して加熱用レーザ光を金属部材に照射している。そして、酸化膜の形成によりレーザ光の吸収率が向上した金属部材を速やかに昇温させ、効率的に接合状態の評価を行なう。なお、特許文献3では、酸化膜の膜厚が一定の値を超え大きくなるとレーザ光の吸収率が飽和するとの公知の知見に基づき、吸収率が飽和する膜厚を設定し、当該膜厚が形成可能となるようレーザ光の照射時間を設定している。
On the other hand, according to the technique of
しかしながら、特許文献3に記載されるように、吸収率が飽和するような一定膜厚以上の酸化膜を形成するためには、時間がかかりすぎ、高コスト化の要因となる。また、短時間で酸化膜を形成するため、レーザ照射時間を短縮する場合、形成される酸化膜の膜厚は薄くなる。このとき、短時間のレーザ照射で形成可能なゼロ近傍の薄い酸化膜の膜厚と金属部材へのレーザ光の吸収率との関係は、ゼロを超え膜厚が増大する方向では極大値、及び極小値が交互に出現する周期性を有する。そして、この場合、形成した酸化膜の膜厚のバラツキが、大きくなく若干のバラツキであっても、吸収率では大きなばらつきとなって現れ、よって、低コストではあるが、安定したレーザ光の吸収率を得にくい。
However, as described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで形成可能な薄膜の酸化膜によってレーザ光の吸収率を向上させ、安定して高効率な金属部材の加熱が可能な金属部材の加熱方法、加熱した金属部材の接合方法、及び金属部材の加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and improves the absorption rate of laser light by a thin oxide film that can be formed at low cost, and enables stable and highly efficient heating of a metal member. It is an object of the present invention to provide a heating method, a method for joining heated metal members, and a heating device for a metal member.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る加熱用レーザ光の照射によって金属部材を加熱する加熱方法は、前記金属部材の表面に所定の膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜を介して前記金属部材に前記加熱用レーザ光を照射し、照射した前記加熱用レーザ光を前記酸化膜の前記所定の膜厚に応じた吸収率で前記金属部材に吸収させて前記金属部材を所定の温度まで加熱する加熱工程と、を備え、前記吸収率は、前記酸化膜の膜厚との関係において、前記膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、前記酸化膜形成工程で前記ゼロを超えて形成される前記酸化膜の前記所定の膜厚は、前記周期性を有する前記吸収率との関係において、前記酸化膜の膜厚が前記ゼロを超え、はじめに前記吸収率が前記極大値として出現する第一極大値に対応する第一極大膜厚、及び前記第一極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第二極大値に対応する第二極大膜厚を含み、且つ前記第二極大値と前記第二極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第三極大値に対応する第三極大膜厚との間において、前記吸収率が前記極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さな第一範囲に設定される。
In order to solve the above problems, a heating method for heating a metal member by irradiating a heating laser beam according to
このように、加熱用レーザ光の金属部材への吸収率の特性は、酸化膜の膜厚との関係において、極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に前記吸収率が最も小さくなる特性を有している。そして、金属部材の酸化膜の膜厚は、ゼロを超え、はじめに出現する第一極大値、及び第一極大値の次に出現する第二極大値にそれぞれ対応する第一極大膜厚及び第二極大膜厚を含み、且つ第二極大値と第二極大値の次に出現する極大値である第三極大値との間の極小値である第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さくなる第一範囲に設定される。このように、周期性を有する酸化膜の膜厚と吸収率との関係に基づいて、酸化膜の膜厚を広い範囲(第一範囲)で設定可能とした。これにより、酸化膜の形成時に膜厚が若干バラついても、加熱用レーザ光の吸収率は、酸化膜を介さず加熱用レーザ光を金属部材に照射した場合と比較して、確実に大きくすることができ、安定かつ高効率で金属部材を加熱することができる。また、酸化膜の膜厚をゼロ近傍の第一範囲内に限定するため、第一範囲を超える膜厚を形成して無駄な時間がかかり高コスト化することを抑制できる。 As described above, the characteristic of the absorptance of the heating laser light to the metal member has a periodicity in which the maximum value and the minimum value alternately appear in the relationship with the film thickness of the oxide film, and the film of the oxide film is formed. It has a characteristic that the absorptivity becomes the smallest when the thickness is zero. Then, the film thickness of the oxide film of the metal member exceeds zero, and the first maximum film thickness and the second maximum film thickness corresponding to the first maximum value that appears first and the second maximum value that appears next to the first maximum value, respectively. The second minimum film thickness that includes the maximum film thickness and corresponds to the second minimum value that is the minimum value between the second maximum value and the third maximum value that is the maximum value that appears next to the second maximum value. It is set to the smaller first range. As described above, the thickness of the oxide film can be set in a wide range (first range) based on the relationship between the thickness of the oxide film having periodicity and the absorptance. Thereby, even if the film thickness varies slightly during the formation of the oxide film, the absorptance of the heating laser light is surely increased as compared with the case where the heating laser light is applied to the metal member without passing through the oxide film. Therefore, the metal member can be heated stably and highly efficiently. Further, since the film thickness of the oxide film is limited to the first range near zero, it is possible to prevent the film thickness exceeding the first range from being wasted and resulting in cost increase.
また、本発明の請求項14に係る金属部材の接合方法は、前記金属部材の前記表面と背向する前記金属部材の第一接合面と、前記第一接合面と当接する被接合金属部材の第二接合面との接合方法であって、上記加熱方法によって前記金属部材を前記所定の温度まで加熱し、前記第一接合面と前記第二接合面とを、液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とし、前記第一接合面と前記第二接合面とを圧着方向に加圧して接合する。 A method for joining metal members according to a fourteenth aspect of the present invention is directed to a first joining surface of the metal member facing the surface of the metal member and a joining target metal member abutting the first joining surface. A bonding method with a second bonding surface, wherein the metal member is heated to the predetermined temperature by the heating method, and the first bonding surface and the second bonding surface are formed at a temperature lower than a liquid state. Then, the solid state is set so that the joining can be performed in a solid state, and the first joining surface and the second joining surface are pressed and joined in the crimping direction.
このように、第一接合面と第二接合面とを、金属部材が溶融する温度より低温である固相状態まで昇温させて接合する。従って、加熱用レーザ光の必要照射量は金属部材を溶融させる場合と比較して低減される。このため、金属部材に対して酸化膜を設け、加熱用レーザ光の吸収率を向上させたことと合わせて加熱用レーザの使用エネルギー量を大きく減少させることができ、接合の低コスト化を図ることができる。 In this way, the first joining surface and the second joining surface are joined by raising the temperature to a solid state which is lower than the melting temperature of the metal member. Therefore, the required irradiation amount of the heating laser beam is reduced as compared with the case of melting the metal member. Therefore, an oxide film is provided on the metal member to improve the absorption rate of the heating laser beam, and at the same time, the amount of energy used by the heating laser can be greatly reduced, and the cost of bonding can be reduced. be able to.
また、本発明の請求項15に係る金属部材の加熱装置は、加熱用レーザ光の照射によって金属部材を加熱する加熱装置であって、前記加熱装置は、前記金属部材の表面に所定の膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成部と、前記所定の膜厚の前記酸化膜を介して前記金属部材に照射した前記加熱用レーザ光を、前記酸化膜の前記所定の膜厚に応じた吸収率で前記金属部材に吸収させて前記金属部材を所定の温度まで加熱する加熱部と、を備え、前記吸収率は、前記酸化膜の膜厚との関係において、前記膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、前記酸化膜形成部で前記ゼロを越えて形成される前記酸化膜の前記所定の膜厚は、前記周期性を有する前記吸収率との関係において、前記酸化膜の膜厚がゼロを超え、はじめに前記吸収率が前記極大値として出現する第一極大値に対応する第一極大膜厚、及び前記第一極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第二極大値に対応する第二極大膜厚を含み、且つ前記第二極大値と前記第二極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第三極大値に対応する第三極大膜厚との間において、前記吸収率が前記極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さくなる第一範囲に設定される。この加熱装置によって、請求項1と同様の安定かつ高効率な加熱が行なえる。
A heating device for a metal member according to a fifteenth aspect of the present invention is a heating device for heating a metal member by irradiating a heating laser beam, wherein the heating device has a predetermined film thickness on a surface of the metal member. An oxide film forming portion for forming an oxide film of the oxide film, and absorption of the heating laser light applied to the metal member through the oxide film having the predetermined film thickness according to the predetermined film thickness of the oxide film. A heating unit that absorbs the metal member at a rate to heat the metal member to a predetermined temperature, and the absorption rate is in the increasing direction of the film thickness in relation to the film thickness of the oxide film. It has a periodicity in which the maximum value and the minimum value appear alternately with respect to the change, and has the smallest characteristic when the thickness of the oxide film is zero, and exceeds the zero in the oxide film forming portion. The predetermined thickness of the oxide film formed is equal to the peripheral thickness. In the relationship with the absorptivity having the property, the film thickness of the oxide film exceeds zero, and the absorptivity first corresponds to the first maximum value that appears as the maximum value, and the first maximum film thickness. The absorptance next to the local maximum includes a second local maximum film thickness corresponding to the second local maximum appearing as the local maximum, and the absorptivity is next to the second local maximum and the second local maximum. Between the third local maximum film thickness corresponding to the third local maximum value appearing as the local maximum value, the absorption rate is smaller than the second local minimum film thickness corresponding to the second local minimum value appearing as the local minimum value. It is set to one range. With this heating device, stable and highly efficient heating similar to that of
<第一実施形態>
(1.概要)
本発明の第一実施形態に係る金属部材の加熱装置について、図面に基づき説明する。図1は、本発明に係る加熱装置100の概要図である。加熱装置100は、YAGレーザに代表される近赤外波長のレーザ光を、融点以下の低温時においては吸収率が低く昇温の効率が悪いとされる例えば銅などの金属部材(リードフレーム62)に照射し、従来よりも高い吸収率で金属部材にレーザ光を吸収させて効率的に金属部材を加熱し昇温させる装置である。なお、加熱装置100によって加熱した金属部材を、どのような目的(用途)で使用するかは任意である。しかし、本実施形態においては、用途の一例として、被接合金属部材(半導体部品50の表面の金属端子)に接合させる目的で、金属部材(リードフレーム62)を加熱する態様について後に説明する。
<First embodiment>
(1. Overview)
A heating device for a metal member according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a
(2.加熱装置の構成)
まず、加熱装置100について説明する。図1に示すように、加熱装置100は、酸化膜形成部120と、加熱部130と、制御部140と、を備える。酸化膜形成部120は、リードフレーム62(金属部材)の表面に、所定の膜厚αの酸化膜OM(図2参照)を形成する。このとき、所定の膜厚αは、リードフレーム62へのレーザ光の吸収率を従来よりも向上させる任意の膜厚である。
(2. Configuration of heating device)
First, the
なお、このとき、従来とは、リードフレーム62(金属部材)の表面に、酸化膜OMが形成されていない状態のことをいう。所定の膜厚αの設定については、後に詳述する。酸化膜形成部120は、レーザ発振器121、レーザヘッド122、及び筐体123を備える。レーザヘッド122は、筐体123内に配置される。さらに、酸化膜形成部120は、後述する制御部140が備えるレーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部144及び膜厚判定部145を含む。
At this time, "conventional" means a state in which the oxide film OM is not formed on the surface of the lead frame 62 (metal member). The setting of the predetermined film thickness α will be described in detail later. The oxide
レーザ発振器121は、制御部140による切り替え操作によって、出力の異なる連続波CW(図2のイメージ図参照)の照射が可能なレーザ発振器である。連続波CWとは、途切れなく連続的に照射されるレーザ光のことである。本実施形態においては、連続波CWの出力は二段階とする。高出力側の連続波を連続波CW1とし、連続波CW1より出力が小さな低出力側の連続波を連続波CW2とする。高出力側の連続波CW1及び低出力側の連続波CW2は、それぞれレーザ出力調整部141bによる出力調整によって生成される。本実施形態において、連続波CW1は、酸化膜形成用のレーザ光である。連続波CW2は、後に詳述する加熱用のレーザ光である。
The
高出力側の連続波CW1の出力を、例えば100Wとすると、低出力側の連続波CW2の出力は、例えば20W程度である。ただし、この出力値はあくまで一例として例示したものであり、この値に限定されるものではない。出力の大きな連続波CW1は、リードフレーム62(金属部材)の表面62a(図1において上面)に所定の膜厚αの酸化膜OMを形成させる際に、酸化膜形成部120の作動によって表面62aに照射される。
When the output of the continuous wave CW1 on the high output side is, for example, 100 W, the output of the continuous wave CW2 on the low output side is, for example, about 20 W. However, this output value is merely an example, and the output value is not limited to this value. The continuous wave CW1 having a large output is generated by the operation of the oxide
連続波CW2は、リードフレーム62(金属部材)を加熱する場合に、後に詳述する加熱部130の作動によって、表面62aに形成された酸化膜OMを介して表面62aに照射される。なお、本実施形態において連続波CW1、及び連続波CW2は、出力は異なるが、同じ波長を有し、同じ装置(レーザ発振器121及びレーザヘッド122)によって、リードフレーム62の表面62aに照射される同種のレーザ光である。なお、以降、連続波CW1を酸化膜形成用レーザ光L1と称し、連続波CW2を加熱用レーザ光L2と称して説明する。
When heating the lead frame 62 (metal member), the continuous wave CW2 is applied to the
酸化膜形成部120を構成するレーザ発振器121は、レーザ光の種類に応じた所定の波長で発振させて酸化膜形成用レーザ光L1を生成する。酸化膜形成用レーザ光L1(連続波CW1)の波長は、0.7μm〜2.5μmの範囲にあることが好ましい。つまり、酸化膜形成用レーザ光L1は、YAGレーザに代表される近赤外波長のレーザ光であることが好ましい。
The
これにより、レーザ発振器121を安価に製作できる。具体的には、酸化膜形成用レーザ光L1として、HoYAG(波長:約1.5μm)、YVO(イットリウム・バナデイト、波長:約1.06μm)、Yb(イッテルビウム、波長:約1.09μm)およびファイバーレーザなどが採用可能である。また、レーザ発振器121は、レーザ発振器121から発振された酸化膜形成用レーザ光L1をレーザヘッド122に伝送する光ファイバ125を備える。
Thereby, the
図1に示すように、筐体123内に配置されるレーザヘッド122は、リードフレーム62の表面62aから所定の距離を隔て、且つリードフレーム62の表面62aに対向して配置される。レーザヘッド122は、コリメートレンズ132、ミラー134、及びfθレンズ138を有している。コリメートレンズ132は、光ファイバ125から出射された酸化膜形成用レーザ光L1をコリメートして平行光に変換する。
As shown in FIG. 1, the
ミラー134は、コリメートされた酸化膜形成用レーザ光L1が、fθレンズ138に入射するよう酸化膜形成用レーザ光L1の進行方向を変換する。本実施形態において、ミラー134は、酸化膜形成用レーザ光L1の進行方向を90度変換する。fθレンズ138は、ミラー134から入射された平行な酸化膜形成用レーザ光L1を集光するレンズである。
The
なお、本実施形態においては、この酸化膜形成用レーザ光L1は、光軸がリードフレーム62の表面62aと直交して連続照射される。このような酸化膜形成用レーザ光L1の連続照射によって、酸化膜OMが、リードフレーム62の表面62a上に、図3のグラフに示すように形成される。つまり、酸化膜OMが、照射時間Hの経過に応じて、膜厚の増大方向に向かって徐々に成長し、例えば、直径が約200μmで膜厚がゼロを超える所定の膜厚αとなるよう形成される。
In the present embodiment, the oxide film forming laser beam L1 is continuously irradiated with its optical axis orthogonal to the
また、このとき、酸化膜形成用レーザ光L1によって照射されたリードフレーム62の表面62a(照射位置)には、微小な径で表面62aに開口する孔62cが形成される(図4参照)。孔62cの開口径は、例えば、φ10μm程度である。孔62cの形状(径等)は、酸化膜形成用レーザ光L1のプロファイルに応じて決定される。
Further, at this time, on the
なお、レーザ光のプロファイルとは、そのレーザ光が有する特有の照射径(スポット径)や空間的な強度分布をいう。酸化膜形成用レーザ光L1が表面62aに照射されると、そのときの酸化膜形成用レーザ光L1のプロファイルに応じた孔62cが表面62aに形成される。しかし、プロファイルの仕様によっては、酸化膜形成用レーザ光L1を表面62aに照射しても孔62cを形成しないようにすることも可能である。酸化膜形成用レーザ光L1のプロファイルは、形状、配置といったレンズ構成の変更によって任意に設定可能である。
The profile of laser light refers to a specific irradiation diameter (spot diameter) or spatial intensity distribution of the laser light. When the
そして、後述する加熱部130によって、加熱用レーザ光L2(連続波CW2)が表面62aに照射されると、加熱用レーザ光L2の一部は、孔62c内に進入する。そして、孔62c内に進入した加熱用レーザ光L2の一部は、孔62c内の側面に衝突し乱反射しながら吸収され熱に変換されてリードフレーム62の温度上昇に寄与する。なお、あくまで一例として説明すると、表面62aに開口する孔62cの開口径は、前述したように例えば約10μm程度であり、深さが約5μm程度である。ただし、これはあくまで一例であり、孔62cの開口径、及び深さは、この寸法に限定されるものではなく、任意である。
Then, when the heating laser beam L2 (continuous wave CW2) is applied to the
加熱部130は、酸化膜形成部120によってリードフレーム62(金属部材)の表面62a上に形成された酸化膜OMに向かって、加熱用レーザ光L2(連続波CW2)を照射しリードフレーム62を加熱する(図2、図5参照)。前述したように、加熱用レーザ光L2は、酸化膜形成用レーザ光L1に対して、出力のみが異なる(小さい)同種のレーザ光である。
The
そして、加熱用レーザ光L2が、所定の膜厚αで形成された酸化膜OMを透過又は反射しながら、リードフレーム62の表面62a及び孔62c内に効率的に吸収され、リードフレーム62を良好に加熱する。詳細には、表面62aから表面62aに背向する裏面(後述する第一接合面62bに相当)に向かって熱が伝達するよう加熱し、最終的には第一接合面62bを所望の温度まで加熱する。
Then, the heating laser beam L2 is efficiently absorbed in the
なお、図5のD部は、表面62aから第一接合面62bに向かってリードフレーム62が加熱されているイメージを表したものであり、熱の移動の様子をリードフレーム62の断面を示す斜線と太さの異なる斜線によって表している。
Note that the D portion of FIG. 5 represents an image of the
なお、リードフレーム62に対して、この加熱用レーザ光L2の吸収率を向上させる酸化膜OMの作用は、公知の知見に基づくものである。よって、効果を生じさせる原理等の説明は省略する。また、詳細については後述するが、加熱用レーザ光L2のリードフレーム62への吸収率は、酸化膜OMの膜厚に応じて異なる(図6グラフ参照)。このため、予め設定され、酸化膜形成部120によって形成される所定の膜厚αは、加熱用レーザ光L2が、より効率よくリードフレーム62に吸収されることを可能とする膜厚となるよう設定される。
The action of the oxide film OM on the
加熱部130によって、リードフレーム62(金属部材)の表面62a上に形成された酸化膜OMに照射される加熱用レーザ光L2は、上述したとおり酸化膜形成用レーザ光L1(連続波CW1)とは、出力が異なる(小さい)連続波CW2である。加熱用レーザ光L2は、後に詳述する制御部140のレーザ出力調整部141bの指令により、レーザ発振器121が酸化膜形成用レーザ光L1の出力を加熱用レーザ光L2用の出力に変更することによって照射する。加熱部130は、酸化膜形成部120の照射時間計測部143、膜厚演算部144及び膜厚判定部145を除いて、酸化膜形成部120と同様の構成を備える。
The heating laser beam L2 applied to the oxide film OM formed on the
制御部140は、酸化膜形成部120及び加熱部130の作動を制御する制御装置である。図1に示すように、制御部140は、酸化膜形成部120の作動を制御するための、レーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部144及び膜厚判定部145を備える。なお、前述したようにレーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部144及び膜厚判定部145は、酸化膜形成部120に含まれる。
The
また、制御部140は、加熱部130の作動を制御するための、レーザ光制御部141a,レーザ出力調整部141b,及び温度計測部142を備える。つまり、レーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b,及び温度計測部142は酸化膜形成部120と兼用であり、加熱部130にも含まれる。
The
レーザ光制御部141aは、レーザ出力調整部141bを制御し、レーザ発振器121で生成されるレーザ光の出力を変更する。つまり、レーザ光制御部141aは、レーザ出力調整部141bを制御し、酸化膜形成用レーザ光L1(連続波CW1)又は加熱用レーザ光L2(連続波CW2)をリードフレーム62(金属部材)の表面62a上に選択的に照射する。
The
具体的には、レーザ光制御部141aは、レーザ出力調整部141bに対し、照射させるレーザ光の目標出力値を指令する。レーザ出力調整部141bは、レーザ発振器121を制御し、レーザ光制御部141aによって指定された目標出力値でレーザ発振器121を発振させて所望のレーザ光(例えば、酸化膜形成用レーザ光L1)を生成し表面62a上に連続的に照射する。
Specifically, the
この照射(図2参照)によって、リードフレーム62の表面62a上では温度が上昇し、酸化膜OMが、図3のグラフに示す照射時間Hに応じた膜厚で形成される。なお、図3のグラフにおいて、横軸は照射時間H(又は照射継続時間)、縦軸はリードフレーム62の表面62aの膜厚である。また、図3のグラフは、一例を示しただけのものであり、異なる特性を有していてもよい。
By this irradiation (see FIG. 2), the temperature rises on the
このように、酸化膜形成用レーザ光L1の連続照射によって表面62a上に形成される酸化膜OMの膜厚α1は、酸化膜形成用レーザ光L1の照射によって上昇する表面62aの表面温度Tと照射が継続される時間である照射時間Hとに応じた厚さで形成される。つまり、酸化膜OMの膜厚α1は、表面62aの表面温度Tと照射時間Hとによって演算可能である。
As described above, the film thickness α1 of the oxide film OM formed on the
温度計測部142は、表面62a上への酸化膜形成用レーザ光L1の照射時における表面62aの表面温度Tを計測する。このとき、表面温度Tは、非接触式の赤外線放射温度計39によって計測する。ただし、この態様には限定されず、温度計測は、どのような計測器を用いて行なってもよい。計測された表面温度Tのデータは、膜厚演算部144に送信される。
The
また、照射時間計測部143は、酸化膜形成用レーザ光L1の表面62a上への連続照射の照射時間Hを計測する。この場合、実際に照射時間Hを計測してもよい。しかし、この態様には限らず、予め設定されている照射時間データをレーザ光制御部141aから取得してもよい。照射時間Hのデータは、膜厚演算部144に送信される。
Further, the irradiation
膜厚演算部144は、酸化膜形成用レーザ光L1の連続照射によって形成される酸化膜OMの膜厚α1を、温度計測部142、及び照射時間計測部143によって取得される表面温度T、及び照射時間Hに基づいて演算する。
膜厚判定部145は、膜厚演算部144で演算された酸化膜OMの膜厚α1が、予め設定した所定の膜厚αの範囲内に達したか否かを判定する。
The film
The film
なお、このとき、予め設定した所定の膜厚αは、従来よりも高い効率で加熱用レーザ光L2がリードフレーム62の表面62a上に吸収される値に設定される。実際には図6のグラフに示すように、所定の膜厚αは、第一所定範囲Ar1と定義される35nm〜360nmの間に設定される。
At this time, the preset predetermined film thickness α is set to a value at which the heating laser beam L2 is absorbed on the
このように膜厚αの範囲を設定するため、発明者は、繰り返し実験を行ない、酸化膜OMの膜厚と、金属部材のレーザ光Lの吸収率との関係を求めた。図6のグラフは、そのときの実験結果から求めたものである。 In order to set the range of the film thickness α in this manner, the inventor repeatedly performed an experiment and found the relationship between the film thickness of the oxide film OM and the absorptance of the laser light L of the metal member. The graph of FIG. 6 is obtained from the experimental result at that time.
図6のグラフにおいて、横軸は、金属表面に形成された酸化膜OMの膜厚(nm)である。また、縦軸は、形成した酸化膜OMを介してレーザ光Lをリードフレーム62(金属部材)の表面62aに照射したときにおけるリードフレーム62へのレーザ光の吸収率(%)である。
In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents the film thickness (nm) of the oxide film OM formed on the metal surface. The vertical axis represents the absorption rate (%) of the laser beam to the
図6のグラフを見ると、吸収率は、酸化膜OMの膜厚との関係において、膜厚の増大方向への変化に対して極大値(約60%)と極小値(約20%)とが交互に出現する周期性を有している。また、酸化膜OMの膜厚が0のときは、吸収率は10%未満となっている。しかし、膜厚が0(ゼロ)を超え、膜厚が増大していく領域では、全ての範囲において、吸収率は、膜厚が0のときの吸収率を超えている。 Looking at the graph of FIG. 6, the absorption rate has a maximum value (about 60%) and a minimum value (about 20%) with respect to the change in the increasing direction of the film thickness in relation to the film thickness of the oxide film OM. Have a periodicity that alternates. When the thickness of the oxide film OM is 0, the absorption rate is less than 10%. However, in the region where the film thickness exceeds 0 (zero) and the film thickness increases, the absorptance exceeds the absorptance when the film thickness is 0 in all ranges.
これより、発明者は、周期性を有する吸収率との関係において、ゼロを超えて設定される所定の膜厚αを、まず酸化膜OMの膜厚がゼロを超え増大するときに、はじめに吸収率が極大値(60%)として出現する第一極大値aに対応する第一極大膜厚A(85nm)、及び第一極大値aの次に吸収率が極大値(60%)として出現する第二極大値bに対応する第二極大膜厚B(265nm)を含む範囲で設定することとした。 From this, the inventor first absorbs the predetermined film thickness α set to exceed zero in relation to the absorptance having periodicity when the film thickness of the oxide film OM increases beyond zero first. The first maximum film thickness A (85 nm) corresponding to the first maximum value a at which the rate appears as the maximum value (60%), and the absorption rate appears as the maximum value (60%) next to the first maximum value a. It is set within a range including the second maximum film thickness B (265 nm) corresponding to the second maximum value b.
また、同時に、所定の膜厚α(の範囲)を、第二極大値bと第二極大値bの次に吸収率が極大値として出現する第三極大値cに対応する第三極大膜厚Cとの間において、吸収率が極小値として出現する第二極小値bbに対応する第二極小膜厚BBより小さくなる範囲内に設定することとした。そして、この範囲を第一範囲とした。 At the same time, a predetermined film thickness α (range) is set to a third maximum value c corresponding to a second maximum value b and a third maximum value c at which the absorptance appears as a maximum value next to the second maximum value b. Between the film thickness C and the second minimum film thickness BB corresponding to the second minimum value bb that appears as the minimum value, the absorption rate is set to be within a range. Then, on this range with the first range.
具体的には、発明者は、図6に示すように、第一範囲内における所定の膜厚αの範囲を、膜厚の形成及び管理において実用的な範囲となる、上述した35nm〜360nmの範囲(第一所定範囲Ar1)に設定した。なお、図6のグラフをみてわかるように、35nm及び360nmは、ともにレーザ光吸収率が約40%となる膜厚である。 35nm~360nm Specifically, the inventors, as shown in FIG. 6, the range of the predetermined thickness α of definitive Firstly within range, the practical range in the formation and management of the film thickness, the aforementioned Was set to the range (first predetermined range Ar1) . As can be seen from the graph of FIG. 6, 35 nm and 360 nm are both film thicknesses at which the laser light absorptance is about 40%.
なお、上記の実験の条件であるが、金属部材は銅である。また、レーザ光Lは、YAGレーザによるものであり、近赤外波長のレーザ光である。また、レーザ光Lは、連続波CWのレーザ光とした。また、酸化膜OMは、加熱炉内で形成した。さらに、酸化膜OMの膜厚は、SERA法(連続電気化学還元法)によって測定した。このため、本実施形態においては、酸化膜OMの膜厚といった場合、全てSERA法によって測定した場合に得られる膜厚とする。なお、SERA法とは公知の膜厚測定法である。具体的には、まず、金属表面に電解液をあて、電極から微小電流を流して還元反応を起こさせる。このとき、各物質は、固有の還元電位を持つことから、還元に要した時間を測定することで膜厚が算出できる。 Note that the metal member is copper under the conditions of the above experiment. The laser light L is generated by a YAG laser and has a near-infrared wavelength. The laser light L is a continuous wave CW laser light. The oxide film OM was formed in the heating furnace. Furthermore, the film thickness of the oxide film OM was measured by the SERA method (continuous electrochemical reduction method). Therefore, in the present embodiment, the thickness of the oxide film OM is the thickness obtained when the measurement is performed by the SERA method. The SERA method is a known film thickness measuring method. Specifically, first, an electrolytic solution is applied to the metal surface, and a minute current is caused to flow from the electrode to cause a reduction reaction. At this time, since each substance has a unique reduction potential, the film thickness can be calculated by measuring the time required for the reduction.
次に、膜厚判定部145によって、膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達したと判定された場合に、レーザ光制御部141aは、レーザ出力調整部141bを制御して、レーザ発振器121が生成するレーザ光の出力値を変更させる。つまり、連続波CWの出力を高出力側から低出力側に切り替える。これにより、酸化膜形成用レーザ光L1を加熱用レーザ光L2に切り替える。このようにして、加熱用レーザ光L2を、酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射し、リードフレーム62を所定の表面温度Taまで加熱する。
Next, when the film
このとき、加熱用レーザ光L2は、表面62a上に酸化膜OMが形成された分、表面62a上に酸化膜OMが全く形成されていない場合と比較して高効率でリードフレーム62に吸収される。そして、リードフレーム62が所定の表面温度Taまで加熱されたか否かは、前述した赤外線放射温度計39によって実際に測定すればよい。
At this time, the heating laser beam L2 is absorbed by the
しかし、この態様に限らず、図6のグラフから求められるリードフレーム62の表面62aに形成された酸化膜OMの膜厚(推定膜厚)に対応する吸収率と、加熱用レーザ光L2の照射時間と、から表面62aが昇温したであろう温度を演算によって推定してもよい。そして、図略の表面温度判定部が、予め設定した所定の表面温度Taに達したと判定したら、加熱用レーザ光L2の照射を停止する。
However, not limited to this mode, the absorptance corresponding to the film thickness (estimated film thickness) of the oxide film OM formed on the
(3.加熱方法)
次に、加熱装置100によるリードフレーム62(金属部材)の加熱方法について図7のフローチャート1に基づき説明する。加熱方法は、酸化膜形成工程S110と、加熱工程S120とを備える。酸化膜形成工程S110は、酸化膜形成用レーザ光照射工程S111と、温度計測工程S112と、照射時間計測工程S113と、膜厚演算工程S114と、膜厚判定工程S115とを備える。また、加熱工程S120は、切り替え工程S121と、加熱用レーザ光照射工程S122と、表面温度判定工程S123とを備える。
(3. Heating method)
Next, a method of heating the lead frame 62 (metal member) by the
酸化膜形成用レーザ光照射工程S111(酸化膜形成工程S110)では、作業者によって、加熱装置100の図略の起動ボタンが押されると、酸化膜形成用レーザ光L1(連続波CW1)が、レーザ光制御部141a(レーザ出力調整部141b)の制御によって、リードフレーム62(金属部材)の表面62a上に、予め設定された所定の照射条件(出力、照射スポット径等)で連続的に照射される。なお、このとき、酸化膜形成用レーザ光L1の照射によって形成する酸化膜OMの目標の膜厚αは、手動で入力してもよい。また、目標の膜厚αは、制御部140の図略の記憶部に予め記憶されている値を取得してもよい。
In the oxide film forming laser light irradiation step S111 (oxide film forming step S110), when the operator presses a start button (not shown) of the
この連続照射によって、リードフレーム62の表面62a上では表面温度Tが上昇し、図3のグラフに示すように上昇した表面温度Tと照射時間Hとに応じた膜厚(α1)の酸化膜OMが、表面62a上に形成される。
By this continuous irradiation, the surface temperature T rises on the
温度計測工程S112(酸化膜形成工程S110)では、酸化膜形成用レーザ光L1の表面62a上への照射時において、温度計測部142が、一定時間毎に表面62aの表面温度Tを赤外線放射温度計39によって計測し、制御部140の膜厚演算部144に計測データを送信する。
In the temperature measuring step S112 (oxide film forming step S110), during irradiation of the oxide film forming laser beam L1 onto the
また、照射時間計測工程S113(酸化膜形成工程S110)では、照射時間計測部143が、酸化膜形成用レーザ光L1の表面62a上への連続照射時間を計測し、制御部140の膜厚演算部144に計測データを送信する。
In the irradiation time measuring step S113 (oxide film forming step S110), the irradiation
そして、膜厚演算工程S114(酸化膜形成工程S110)では、膜厚演算部144が、温度計測工程S112及び照射時間計測工程S113で取得された表面温度T及び照射時間Hに基づき、形成された酸化膜OMの推定膜厚α1を演算する。
Then, in the film thickness calculating step S114 (oxide film forming step S110), the film
次に、膜厚判定工程S115(酸化膜形成工程S110)では、膜厚判定部145によって、膜厚演算部144で演算された酸化膜OMの推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達したか否かが判定される。推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達していれば、切り替え工程S121(加熱工程S120)に移動する。また、推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達していなければ、酸化膜形成用レーザ光照射工程S111(酸化膜形成工程S110)に再度移動する。そして、膜厚判定工程S115で、推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達したと判定されるまで、S111〜S114の工程を繰り返し処理する。
Next, in the film thickness determination step S115 (oxide film formation step S110), the estimated film thickness α1 of the oxide film OM calculated by the film
次に、切り替え工程S121(加熱工程S120)では、レーザ出力調整部141b(レーザ光制御部141a)が、レーザ発振器121に対してレーザ光の出力を変更させ、酸化膜形成用レーザ光L1を、加熱用レーザ光L2に切り替える(変更する)。
Next, in the switching step S121 (heating step S120), the laser
そして、加熱用レーザ光照射工程S122(加熱工程S120)において、レーザ出力調整部141bが、加熱用レーザ光L2を、レーザヘッド122から酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射させ、リードフレーム62を所定の表面温度Taまで加熱する。なお、このとき、上述したように、リードフレーム62の表面62a(照射位置)には、微小な径の孔62cが形成されている。
Then, in the heating laser light irradiation step S122 (heating step S120), the laser
このため、加熱用レーザ光L2が表面62aに照射されると、前述したように加熱用レーザ光L2の一部が孔62c内に進入し、孔62c内に進入した加熱用レーザ光L2の一部は、孔62c内の側面で乱反射する。これにより、加熱用レーザ光L2は、孔62c内の側面に吸収され、リードフレーム62をさらに短い時間で温度上昇させる。なお、図5では、リードフレーム62の表面62aからリードフレーム62の内部に熱が伝達して行く様子のイメージをリードフレーム62の断面表示とは異なる断面表示を用いて示している。
Therefore, when the heating laser beam L2 is applied to the
次に、表面温度判定工程S123(加熱工程S120)において、図略の表面温度判定部が、リードフレーム62の表面62aの表面温度Tが所定の表面温度Taまで加熱されたか否かを判定する(表面温度T≧Ta)。リードフレーム62の表面温度Tが所定の表面温度Taまで加熱されたか否かの判定は、前述した赤外線放射温度計39によって実際に測定し行なってもよい。また、リードフレーム62の表面62aに形成された酸化膜OMの膜厚に対応する吸収率と加熱用レーザ光L2の照射時間とから昇温した温度を演算によって推定してもよい。
Next, in the surface temperature determination step S123 (heating step S120), the surface temperature determination unit (not shown) determines whether or not the surface temperature T of the
そして、図略の表面温度判定部が、表面62aの表面温度Tが、予め設定した所定の表面温度Taに達したと判定したら、レーザ出力調整部141b(レーザ光制御部141a)が、加熱用レーザ光L2の照射を停止させプログラムを終了する。しかし、表面62aの表面温度Tが、予め設定した所定の表面温度Taに達していないと判定された場合、処理は加熱用レーザ光照射工程S122に移動し、表面温度判定工程S123で表面62aの表面温度T≧表面温度Taとなるまで引き続きS122〜S123の処理を行なう。
Then, when the surface temperature determination unit (not shown) determines that the surface temperature T of the
なお、表面温度Taは、リードフレーム62を加熱する目的毎に異なる設定値となる。例えば、加熱の目的が、リードフレーム62の表面62aに背向する第一接合面62bと他部材との接合(溶接)であれば、第一接合面62bを接合(溶接)に必要な温度Tbまで昇温させる必要がある。そこで、事前に検討を行ない、接合(溶接)に必要な温度Tbまで第一接合面62bが昇温したときにおけるリードフレーム62の表面62aの表面温度を実験等により予め求めておき表面温度Taとして設定する。
The surface temperature Ta has a different set value for each purpose of heating the
また、加熱の目的が、リードフレーム62の切断であれば、表面温度Taの設定は必要ない。この場合、リードフレーム62が切断されるまで、加熱用レーザ光L2を照射し続ければよい。その他の例については、説明を省略するが、このように、表面温度Taは、加熱の目的に合わせて逐次、任意に設定すればよい。
Further, if the purpose of heating is cutting of the
<第一実施形態の変形例1>
上記第一実施形態では、酸化膜形成工程S110において、形成される酸化膜OMの膜厚α1を、温度計測部142が計測した表面温度Tと、照射時間計測部143が計測した酸化膜形成用レーザ光L1の照射開始時からの照射時間Hとに基づいて演算した。しかし、この態様には限らない。第一実施形態の変形例1として、酸化膜OMの推定膜厚α1は、一定時間毎に計測される表面温度tと照射時間hとに基づいて演算される、前回の演算時点から追加して形成される酸化膜OMの各膜厚αA,αB・・・を累積して求めてもよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。
<
In the above-described first embodiment, in the oxide film forming step S110, the film thickness α1 of the oxide film OM to be formed is the surface temperature T measured by the
<第二実施形態>
次に、第二実施形態について説明する。上記第一実施形態では、酸化膜形成用レーザ光L1及び加熱用レーザ光L2を、ともに連続波CWとした。しかし、この態様には限らない。第二実施形態として、第一実施形態における酸化膜形成用レーザ光L1をパルス波PW(図8のイメージ図参照)としてもよい。このとき、第二実施形態の加熱装置200(図9参照)は、第一実施形態の加熱装置100に対して酸化膜形成部120及び制御部140のみ異なる。よって、異なる部分について詳細に説明し、その他の同様部分については説明を省略する。また、同様の構成については、同じ符号を付して説明を行なう場合がある。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the oxide film forming laser beam L1 and the heating laser beam L2 are both continuous waves CW. However, it is not limited to this mode. As the second embodiment, the oxide film forming laser light L1 in the first embodiment may be a pulse wave PW (see the image diagram of FIG. 8). At this time, the
図9は、第二実施形態に係る加熱装置200の概要図である。図9に示すように、加熱装置200は、酸化膜形成部220と、加熱部130と、制御部240と、を備える。酸化膜形成部220は、リードフレーム62(金属部材)の表面に、所定の膜厚α(累積膜厚)の酸化膜OMを形成する。酸化膜形成部220は、レーザ発振器221、レーザヘッド122、及び筐体123を備える。さらに、酸化膜形成部220は、後述する制御部240が備えるレーザ光制御部241a、レーザ出力調整部241b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部244及び膜厚判定部245を含む。
FIG. 9 is a schematic diagram of the
レーザ発振器221は、制御部240によるレーザ光の切り替え制御によって、パルス波PW(図8のイメージ図参照)、及び連続波CW(図2のイメージ図参照)の照射が共に可能なレーザ発振器である。パルス波PWは、断続的に照射されるレーザ光である。パルス波PWは、リードフレーム62(金属部材)の表面62a(図9において上面)上に所定の膜厚αの酸化膜OMを形成する場合に、所定の照射条件(パルス波の照射タイミング、出力、及び照射スポット径等)で表面62a上に照射される。パルス波PWは、連続波CWと比較して瞬間的に大きなエネルギーを出力しやすいため、比較的大出力を必要とする酸化膜OMの形成に適したレーザ光である。
The
なお、本実施形態においてパルス波PW及び連続波CWは、同じ波長を有し、同じ装置(レーザ発振器221及びレーザヘッド122)によって、リードフレーム62の表面62aに照射される同種のレーザ光である。なお、以降、パルス波PWを酸化膜形成用レーザ光L3と称し、連続波CWを加熱用レーザ光L4と称して説明する。加熱用レーザ光L4は、第一実施形態の加熱用レーザ光L2と同じものである。
In the present embodiment, the pulse wave PW and the continuous wave CW have the same wavelength and are the same type of laser light with which the same device (
酸化膜形成用レーザ光L3(パルス波PW)の波長は、第一実施形態と同様、YAGレーザに代表される近赤外波長のレーザ光であることが好ましい。また、レーザヘッド122(コリメートレンズ132、ミラー134、及びfθレンズ138)は、第一実施形態と同様である。
The wavelength of the oxide film forming laser beam L3 (pulse wave PW) is preferably a laser beam having a near infrared wavelength represented by a YAG laser, as in the first embodiment. The laser head 122 (
なお、第二実施形態においては、この酸化膜形成用レーザ光L3は、リードフレーム62の表面62aと直交するよう所定のパルス数で断続照射(パルス照射)される。このような酸化膜形成用レーザ光L3の断続照射によって、リードフレーム62の表面62aに、酸化膜OMの膜厚が、例えば、直径が約200μmで膜厚がゼロを超える所定の膜厚αとなるよう形成される。また、このとき、酸化膜形成用レーザ光L3によって照射されたリードフレーム62の表面62a(照射位置)には、第一実施形態と同様、微小な径で表面62aに開口する孔62cが形成される。また、加熱部130は、第一実施形態の加熱部130と同様のものである。
In the second embodiment, the oxide film forming laser beam L3 is intermittently irradiated (pulse irradiation) with a predetermined number of pulses so as to be orthogonal to the
制御部240は、酸化膜形成部220及び加熱部130の作動を制御する制御装置である。制御部240は、レーザ光制御部241a、レーザ出力調整部241b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部244及び膜厚判定部245を備える。なお、前述したようにレーザ光制御部241a、レーザ出力調整部241b、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部244及び膜厚判定部245は、酸化膜形成部220に含まれる。
The
また、制御部240は、加熱部130の作動を制御するための、レーザ光制御部241a、レーザ出力調整部241b及び温度計測部142を備える。つまり、レーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b及び温度計測部142は酸化膜形成部220と共用であり、加熱部130にも含まれる。
The
レーザ出力調整部241bは、レーザ光制御部241aからの指令によって、酸化膜形成用レーザ光L3(パルス波PW)を生成し、酸化膜形成用レーザ光L3をリードフレーム62(金属部材)の表面62a上に、所定の照射条件で断続的に照射する。図10に示すように、この断続照射される酸化膜形成用レーザ光L3の照射のうち、まず1回目の照射によって、リードフレーム62の表面62a上では、瞬間的に温度が上昇する。これにより、照射位置に酸化膜OMが形成され、その後、温度は空気中において短時間で一気に冷却される。なお、図10のグラフにおいて、横軸は経過時間、縦軸はリードフレーム62の表面62aの温度、及び酸化膜OMの膜厚である。
The laser
酸化膜形成用レーザ光L3による、このような断続的な照射のたびに、リードフレーム62の表面62a上には、酸化膜OMが形成され積層(累積)されていく(図10のα4〜α7参照)。このとき、酸化膜形成用レーザ光L3による断続照射毎に形成される酸化膜OMの各膜厚α4〜α7は、酸化膜形成用レーザ光L3の照射によって上昇する表面62aの表面温度tと照射の照射時間h(照射継続時間)とに応じた厚さで形成される。つまり、酸化膜OMの各膜厚は、表面62aの表面温度tと照射時間h(図示しない)とによって演算可能である。なお、温度計測部142は、第一実施形態と同様のものである。
Each time such intermittent irradiation with the oxide film forming laser beam L3 is performed, an oxide film OM is formed and laminated (accumulated) on the
照射時間計測部143は、酸化膜形成用レーザ光L3の表面62a上への断続照射の各照射時間hを計測する。この場合、実際に照射時間hを計測してもよい。しかし、この態様には限らず、予め設定されている酸化膜形成用レーザ光L3の照射時間データを制御部240から取得してもよい。その後、照射時間データは、制御部240の膜厚演算部244に送信される。
The irradiation
膜厚演算部244は、パルス波である酸化膜形成用レーザ光L3が断続照射されるたびに形成される酸化膜OMの膜厚α4、α5、・・、αnを、温度計測部142、及び照射時間計測部143によって取得される表面温度t、及び照射時間hに基づいて、それぞれ演算する。さらに膜厚演算部244は、既に演算された膜厚α4、α5・・αnを順次累積して、酸化膜OMの累積膜厚Σ(α4+α5+・・+αn)を演算する。
The
膜厚判定部245は、膜厚演算部244で演算された推定膜厚である酸化膜OMの累積膜厚Σ(α4+α5+・・+αn)が、予め設定した所定の膜厚αの範囲に達したか否かを判定する。
In the film
膜厚判定部245によって、累積膜厚Σ(α4+α5+・・+αn)が所定の膜厚αの範囲に達したと判定された場合に、レーザ出力調整部141bは、レーザ光制御部141aの指令によって、酸化膜形成用レーザ光L3の出力を小さくするよう調整し、且つ連続照射するようにして加熱用レーザ光L4を生成する(切り替える)。そして、レーザ出力調整部141bは、加熱用レーザ光L4を、酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射させ、リードフレーム62を所定の表面温度Taまで加熱する。これにより、第一実施形態と同様の効果が得られる。
When the film
次に、加熱装置200によるリードフレーム62(金属部材)の加熱方法について図11のフローチャート2に基づき説明する。加熱方法は、酸化膜形成工程S210と、加熱工程S120とを備える。酸化膜形成工程S210は、酸化膜形成用レーザ光照射工程S211と、温度計測工程S212と、照射時間計測工程S213と、累積膜厚演算工程S214と、膜厚判定工程S215と、を備える。また、加熱工程S120は、切り替え工程S121と、加熱用レーザ光照射工程S122と、表面温度判定工程S123とを備える。加熱工程S120は、第一実施形態の加熱工程S120と同じであるので、説明を省略する。
Next, a method for heating the lead frame 62 (metal member) by the
酸化膜形成工程S210が備える酸化膜形成用レーザ光照射工程S211では、作業者によって、加熱装置200の図略の起動ボタンが押されると、酸化膜形成用レーザ光L3(パルス波PW)が、レーザ光制御部241a、及びレーザ出力調整部241bの制御によって、リードフレーム62(金属部材)の表面62a上に、予め設定された所定の照射条件(出力、照射スポット径等)で断続的に照射される。
In the oxide film forming laser light irradiation step S211, which is included in the oxide film forming step S210, when the operator presses a start button (not shown) of the
この断続照射の各照射によって、リードフレーム62の表面62a上では、それぞれ、図10のグラフに示すように短時間で表面温度tが上昇し、上昇した表面温度tと各照射の照射時間hとに応じた膜厚(α4〜α7)の酸化膜OMが、それぞれ表面62a上に形成され、各温度上昇の後、表面温度tはそれぞれ短時間で一気に低下する。
Each of the intermittent irradiations causes the surface temperature t to rise on the
ただし、リードフレーム62の表面62aの表面温度tは、酸化膜形成用レーザ光L3の各断続照射のたびに完全に初期温度である常温まで戻るわけではない。このため、酸化膜形成用レーザ光L3の2回目以降の断続照射においては、照射開始時点において既に若干の温度上昇がある状態で酸化膜形成用レーザ光L3が照射される。
However, the surface temperature t of the
従って、図10に示すように、照射の出力が、毎回同じであっても酸化膜形成用レーザ光L3の照射による表面温度tの最高到達温度は、少しずつ上昇する。酸化膜形成用レーザ光L3のこのような断続照射のたびに、リードフレーム62の表面62a上には、膜厚α4、α5・・αnの酸化膜OMが形成され累積されていく(図10参照)。なお、図10のグラフには、紙面の都合上、α4〜α7までのみ記載してある。
Therefore, as shown in FIG. 10, even if the output of irradiation is the same each time, the maximum reached temperature of the surface temperature t due to the irradiation of the oxide film forming laser beam L3 gradually increases. Each time such intermittent irradiation of the oxide film forming laser beam L3 is performed, an oxide film OM having a film thickness α4, α5 ... αn is formed and accumulated on the
温度計測工程S212は、第一実施形態の温度計測工程S112と同様である。また、照射時間計測工程S213では、照射時間計測部143によって、酸化膜形成用レーザ光L3の表面62a上への断続照射の各照射時間hを計測し、制御部240の膜厚演算部244に計測データを送信する。
The temperature measuring step S212 is the same as the temperature measuring step S112 of the first embodiment. Further, in the irradiation time measuring step S213, the irradiation
累積膜厚演算工程S214では、膜厚演算部244によって、酸化膜形成用レーザ光L3が表面62a上に断続照射されるたびに、温度計測工程S212及び照射時間計測工程S213で取得された表面温度t及び照射時間hに基づき、形成された酸化膜OMの膜厚α4、α5・・αnをそれぞれ演算し、且つ順次累積して酸化膜OMの推定膜厚である累積膜厚Σ(α4+α5+・・+αn)を演算する。
In the cumulative film thickness calculating step S214, the surface temperature acquired in the temperature measuring step S212 and the irradiation time measuring step S213 is calculated by the film
次に、膜厚判定工程S215では、膜厚判定部245によって、膜厚演算部244で演算された酸化膜OMの累積膜厚Σ(推定膜厚)が、所定の膜厚αに達したか否かが判定される。累積膜厚Σが、所定の膜厚αに達したと判定されれば、加熱工程S120の切り替え工程S121に移動する。
Next, in the film thickness determination step S215, whether the cumulative film thickness Σ (estimated film thickness) of the oxide film OM calculated by the film
また、累積膜厚Σが、所定の膜厚αに達していないと判定されれば、酸化膜形成用レーザ光照射工程S211に再度移動する。そして、膜厚判定工程S215において、膜厚判定部245が、累積膜厚Σが所定の膜厚αの範囲に達したと判定されるまで、S211〜S214を繰り返し処理する。なお、所定の膜厚αの設定方法は、上記で説明したとおりである。加熱工程S120の処理内容については、第一実施形態の加熱工程S120と同じである。これにより、第一実施形態と同様の効果を有した加熱が行なえる。
If it is determined that the cumulative film thickness Σ has not reached the predetermined film thickness α, the process moves to the oxide film forming laser beam irradiation step S211 again. Then, in the film thickness determination step S215, S211 to S214 are repeatedly performed until the film
<第二実施形態の変形例1,2>
上記第二実施形態においては、酸化膜形成用レーザ光L3をパルス波PWとし、加熱用レーザ光L4を連続波CWとした。しかし、この態様には限らない。第二実施形態の変形例1として、酸化膜形成用レーザ光L3を連続波CWとし、加熱用レーザ光L4をパルス波PWとしてもよい。さらに、変形例2として、酸化膜形成用レーザ光L3及び加熱用レーザ光L4をともにパルス波PWとしてもよい。これらによっても、相応の効果は得られる。
<
In the second embodiment, the oxide film forming laser light L3 is the pulse wave PW, and the heating laser light L4 is the continuous wave CW. However, it is not limited to this mode. As a first modification of the second embodiment, the oxide film forming laser light L3 may be a continuous wave CW and the heating laser light L4 may be a pulse wave PW. Furthermore, as a second modification, both the oxide film forming laser beam L3 and the heating laser beam L4 may be pulse waves PW. Even with these, a corresponding effect can be obtained.
<第三実施形態>
次に第三実施形態の加熱装置300について説明する。図12に示すように、第三実施形態の加熱装置300は、第一実施形態の加熱装置100に対し、酸化膜形成部120及び制御部140が一部異なる。つまり、第三実施形態の加熱装置300は、酸化膜形成部320と、加熱部130と、制御部340と、を備える。なお、第三実施形態では、第一実施形態と同様、酸化膜形成用レーザ光L5及び加熱用レーザ光L6は、ともに連続波CWとする。なお、加熱装置300の説明に当たって、第一実施形態の加熱装置100と同様の構成については、同じ符号を付して説明する。
<Third embodiment>
Next, the
ここで、第三実施形態に係る加熱装置300の概要について簡単に説明しておく。加熱装置300は、酸化膜形成部320による酸化膜OMの形成時に、吸収率測定用レーザ光をリードフレーム62の表面62aに照射し、表面62aから反射する吸収率測定用レーザ光の反射光の出力に基づいて、リードフレーム62に対する加熱用レーザ光L6の実際の吸収率である実吸収率Abrを演算する。そして、演算した実吸収率Abrと、膜厚演算部144で演算した推定膜厚に基づいて求めた推定吸収率Abeとの吸収率差ΔAbを求める。そして、当該吸収率差ΔAbに基づき、酸化膜形成用レーザ光L5の照射条件を設定(変更)する。なお、演算した推定膜厚は、所定の膜厚αの範囲に達していることを条件とする。
Here, the outline of the
このとき、実吸収率Abrを演算するための測定用レーザ光(実吸収率測定用レーザ光L7)は、加熱用レーザ光L6、又は酸化膜形成用レーザ光L5と同種のレーザ光であることが好ましい。測定用レーザ光を加熱用レーザ光L6、又は酸化膜形成用レーザ光L5と同種のレーザ光とすることで、実吸収率Abrがより精度よく求められる。このため、本実施形態では、実吸収率測定用レーザ光L7は、酸化膜形成用レーザ光L5と共用する。 At this time, the measuring laser beam (the actual absorptivity measuring laser beam L7) for calculating the actual absorptance Abr is the same laser beam as the heating laser beam L6 or the oxide film forming laser beam L5. Is preferred. By setting the measurement laser light to be the same kind as the heating laser light L6 or the oxide film forming laser light L5, the actual absorptance Abr can be obtained more accurately. Therefore, in this embodiment, the actual absorption rate measuring laser beam L7 is also used as the oxide film forming laser beam L5.
ただし、この態様には限らない。実吸収率測定用レーザ光L7を、加熱用レーザ光L6と同じ照射条件のレーザ光とし、得られた反射レーザ光の計測データから加熱用レーザ光L6が照射された場合の吸収率を推定してもよい。さらには、実吸収率測定用レーザ光L7を、酸化膜形成用レーザ光L5及び加熱用レーザ光L6とは異なる照射条件のレーザ光とし、得られた反射レーザ光の計測データから加熱用レーザ光L6が照射された場合の吸収率を推定してもよい。 However, it is not limited to this mode. The actual absorption rate measuring laser beam L7 is set to the same irradiation condition as the heating laser beam L6, and the absorption rate when the heating laser beam L6 is irradiated is estimated from the obtained measurement data of the reflected laser beam. May be. Further, the laser light L7 for measuring the actual absorptance is a laser light under irradiation conditions different from the laser light L5 for forming an oxide film and the laser light L6 for heating, and the laser light for heating is obtained from the measurement data of the obtained reflected laser light. You may estimate the absorption rate when L6 is irradiated.
加熱装置300が備える酸化膜形成部320は、レーザ発振器121、レーザヘッド122、筐体123、及び前述のパワーメータ330を備える。また、酸化膜形成部320は、制御部340が備えるレーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b(実吸収率測定用レーザ光照射部と共用)、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部144、膜厚判定部145、反射レーザ光出力計測部346、実吸収率演算部347、推定吸収率演算部348、吸収率差演算部349、吸収率差判定部350、及び酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351を含む。
The oxide
図12に示すように、レーザヘッド122は、リードフレーム62の表面62aに対して所定の角度γ°を有して配置される。パワーメータ330は、実吸収率測定用レーザ光L7(酸化膜形成用レーザ光L5)が、レーザヘッド122から表面62aに向けて照射された後、表面62aで反射された反射レーザ光L7A(L5A)が、パワーメータ330の入力面に全て入力可能となる任意の位置及び角度で配置される。パワーメータ330は、反射レーザ光出力計測部346と接続され、計測データを反射レーザ光出力計測部346に送信する。
As shown in FIG. 12, the
制御部340は、酸化膜形成部320及び加熱部130の作動を制御する制御装置である。制御部340は、酸化膜形成部320の作動を制御するための、レーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b(実吸収率測定用レーザ光照射部と共用)、温度計測部142、照射時間計測部143、膜厚演算部144、膜厚判定部145、反射レーザ光出力計測部346、実吸収率演算部347、推定吸収率演算部348、吸収率差演算部349、吸収率差判定部350、及び酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351を備える。
The
制御部340は、加熱部130の作動を制御するための、レーザ光制御部141a、及びレーザ出力調整部141bを備える。つまり、レーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141bは、酸化膜形成部320と共用され、加熱部130にも含まれる。
The
制御部340が備えるレーザ光制御部141a、レーザ出力調整部141b(実吸収率測定用レーザ光照射部と兼用)、温度計測部142、照射時間計測部143、及び膜厚演算部144、膜厚判定部145は、第一実施形態の制御部140と同じであるので、説明を省略する。
The
次に、加熱装置300によるリードフレーム62(金属部材)の加熱方法について図13のフローチャート3に基づき説明する。加熱装置300の加熱方法は、酸化膜形成工程S310と、第一実施形態と同様の加熱工程S120とを備える。酸化膜形成工程S310は、酸化膜形成用レーザ光照射工程S111と、温度計測工程S112と、照射時間計測工程S113と、膜厚演算工程S114と、膜厚判定工程S115と、推定吸収率演算工程S311と、実吸収率測定用レーザ光照射工程S312と、反射レーザ光出力計測工程S313と、実吸収率演算工程S314と、吸収率差演算工程S315と、吸収率差判定工程S316と、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317と、を備える。
Next, a method of heating the lead frame 62 (metal member) by the
フローチャート3の酸化膜形成工程S310は、第一実施形態の酸化膜形成工程S110に対し、膜厚判定工程S115までは同様であるが以降の処理が異なる。このため、本実施形態では、膜厚判定工程S115以降の処理についてのみ記載し説明を行なう。また、加熱工程S120についても、フローチャート1と同様であるので、説明を省略する。
The oxide film forming step S310 of the
第三実施形態では、膜厚演算工程S114で酸化膜OMの推定膜厚α1が演算される。そして、膜厚判定工程S115において、演算された酸化膜OMの推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達したか否かが判定される。推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達していれば、推定吸収率演算工程S311に移動する。 In the third embodiment, the estimated film thickness α1 of the oxide film OM is calculated in the film thickness calculation step S114. Then, in the film thickness determination step S115, it is determined whether or not the calculated estimated film thickness α1 of the oxide film OM has reached the range of the predetermined film thickness α. If the estimated film thickness α1 has reached the range of the predetermined film thickness α, the process proceeds to the estimated absorption rate calculation step S311.
また、膜厚判定工程S115において、推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達していないと判定されれば、処理は酸化膜形成用レーザ光照射工程S111に再度移動する。そして、膜厚判定工程S115において、推定膜厚α1は所定の膜厚αの範囲に達したと判定されるまで、各工程S111〜S114を繰り返し処理する。 If it is determined in the film thickness determination step S115 that the estimated film thickness α1 does not reach the range of the predetermined film thickness α, the process moves to the oxide film forming laser beam irradiation step S111 again. Then, in the film thickness determination step S115, the respective steps S111 to S114 are repeatedly processed until it is determined that the estimated film thickness α1 has reached the range of the predetermined film thickness α.
次に、推定吸収率演算工程S311で、推定吸収率Abeを演算する。推定吸収率演算工程S311では、推定吸収率演算部348が、図6に示す周期性を有する酸化膜OMの膜厚と吸収率Abとの関係に基づき、推定吸収率Abeを演算する。即ち、図6のグラフに基づき、膜厚演算部144で演算され、膜厚判定工程S115によって所定の膜厚αに達したと判定された推定膜厚α1に対応する加熱用レーザ光L6の推定吸収率Abeを演算する。例えば、膜厚演算部144で演算された推定膜厚をX1とした場合、図6においては、推定吸収率AbeはY1となる。
Next, in the estimated absorption rate calculation step S311, the estimated absorption rate Abe is calculated. In the estimated absorption rate calculation step S311, the estimated absorption
次に、実吸収率測定用レーザ光照射工程S312(酸化膜形成工程S310)では、実吸収率測定用レーザ光照射部(レーザ出力調整部141bと共用)が、実吸収率測定用レーザ光L7(酸化膜形成用レーザ光L5と共用)を、膜厚判定工程S115によって推定膜厚α1が所定の膜厚αの範囲に達していると判定された酸化膜OMを介してリードフレーム62(金属部材)の表面62aに照射する。
Next, in the actual absorption rate measuring laser beam irradiation step S312 (oxide film forming step S310), the actual absorption rate measuring laser beam irradiation section (shared with the laser
このとき、それまで照射していた酸化膜形成用レーザ光L5を、一度停止させたのち、実吸収率測定のために再び照射すればよい。しかし、この態様に限らず、酸化膜形成用レーザ光L5は、停止させず、継続して照射してもよい。ただし、酸化膜形成用レーザ光L5の照射時間は、短時間とし、新たに酸化膜OMが形成されない照射条件とすることが好ましい。 At this time, the laser beam L5 for forming an oxide film, which has been irradiated until then, may be stopped once and then irradiated again for measuring the actual absorptance. However, without being limited to this aspect, the laser light L5 for oxide film formation may be continuously irradiated without being stopped. However, it is preferable that the irradiation time of the oxide film forming laser beam L5 is short and the irradiation conditions are such that a new oxide film OM is not formed.
なお、本実施形態では、実吸収率測定用レーザ光L7として、加熱用レーザ光L6ではなく、酸化膜形成用レーザ光L5を採用する。このため、加熱用レーザ光L6を、酸化膜OMを介して表面62aに照射し実吸収率Abrを演算した場合と較べて若干の差異が生じる虞がある。しかし、発明者は、この差異は非常に小さいものとして考え、酸化膜形成用レーザ光L5によって、実吸収率Abrを演算することとした。
In this embodiment, as the actual absorption rate measuring laser beam L7, not the heating laser beam L6 but the oxide film forming laser beam L5 is adopted. Therefore, a slight difference may occur as compared with the case where the
そして、表面62aの酸化膜OM上に照射された実吸収率測定用レーザ光L7(酸化膜形成用レーザ光L5)は、リードフレーム62(金属部材)の表面62a上で一部が反射レーザ光L7Aとして反射する。また、実吸収率測定用レーザ光L7のうち反射レーザ光L7A(L5A)以外のレーザ光は、リードフレーム62内に吸収される。
The actual absorption rate measuring laser light L7 (oxide film forming laser light L5) irradiated on the oxide film OM on the
反射レーザ光出力計測工程S313では、反射レーザ光出力計測部346が、接続されたパワーメータ330によって反射レーザ光L7A(L5A)の出力を計測する。パワーメータ330が計測したデータは、実吸収率演算部347に送信される。なお、パワーメータ330は、レーザ光の出力を計測する公知の計測器であるので、詳細な説明は省略する。また、反射レーザ光L7A(L5A)の出力は、パワーメータに限らずビームプロファイラ、CCDセンサ及びCMOSセンサ等によって計測してもよい。
In the reflected laser light output measuring step S313, the reflected laser light
実吸収率演算工程S314では、実吸収率演算部347が、反射レーザ光L7A(L5A)に基づき、加熱用レーザ光L6の実吸収率Abrを演算する。実吸収率Abrは、Abr=((P1−P2)/P1)によって演算される。このとき、P1は、表面62aに照射される実吸収率測定用レーザ光L7(酸化膜形成用レーザ光L5)の初期の出力であり、P2は、計測される反射レーザ光L7A(L5A)の出力である。ここでは、実吸収率Abrは、図6に示すように、Y2とする。
In the actual absorption rate calculation step S314, the actual absorption
次に、吸収率差演算工程S315では、吸収率差演算部349が、推定吸収率演算工程S311で演算された推定吸収率Abeと、実吸収率演算工程S314で演算され、推定吸収率Abeが演算された時点において形成された酸化膜OMに対応する実吸収率Abrと、の吸収率差ΔAb(=Abr−Abe=Y2−Y1)を演算する。そして演算結果は、吸収率差判定部350に送信される。
Next, in the absorption rate difference calculation step S315, the absorption rate
吸収率差判定工程S316では、吸収率差判定部350によって、演算された吸収率差ΔAb(=Y2−Y1)が所定の範囲β内にあるか否かを判定する。吸収率差ΔAbが所定の範囲β内にあれば、推定膜厚の演算結果は信頼できるものと判断し、加熱工程S120の切り替え工程S121に移動する。なお、所定の範囲βは、事前の実験等に基づき任意に設定すればよい。
In the absorption rate difference determination step S316, the absorption rate
そして、加熱工程S120において、レーザ出力調整部141bは、第一実施形態と同様、加熱用レーザ光L6を、酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射する。これにより、レーザ出力調整部141bは、リードフレーム62を所定の表面温度taまで加熱する。次に、図略の表面温度判定部が、予め設定した所定の表面温度taに達したと判定したら、加熱用レーザ光L2の照射を停止する。
Then, in the heating step S120, the laser
しかし、吸収率差判定工程S316での判定において、吸収率差ΔAbが所定の範囲β内にないと判定されれば、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317に移動する。酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317では、例えば、できるだけ短時間で吸収率差ΔAbが範囲β内に入るよう酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351で、酸化膜形成用レーザ光L5の照射条件の変更を行なう。
However, in the determination in the absorption rate difference determination step S316, if it is determined that the absorption rate difference ΔAb is not within the predetermined range β, the process proceeds to the oxide film forming laser light irradiation condition changing step S317. In the oxide film forming laser light irradiation condition changing step S317, for example, the oxide film forming laser light irradiation
ここで、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351は、推定膜厚X1、実吸収率Abr及び周期性を有する酸化膜OMの膜厚と吸収率Abとの関係に基づいて、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を変更する。
Here, the oxide film formation laser light irradiation
言い換えると、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351は、推定膜厚X1に基づき推定吸収率演算部348で演算された推定吸収率Abe、及び実吸収率演算部347で演算され推定吸収率Abeが演算された時点において形成されている酸化膜OMに対応する実吸収率Abrに基づいて、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を変更する。なお、推定吸収率Abeは、推定膜厚X1、及び、周期性を有する酸化膜OMの膜厚と吸収率Abとの関係から求められる。
In other words, the oxide film formation laser light irradiation
また、具体的には、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351は、吸収率差判定部350において、吸収率差ΔAbが所定の範囲β内にないと判定された場合に、吸収率差ΔAbの大きさに応じて、次回の判定では、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を吸収率差ΔAbが所定の範囲内に入るよう変更する。
Further, specifically, the oxide film forming laser light irradiation
例えば、実吸収率Abrの方が、推定吸収率Abeよりも小さく、吸収率差ΔAbが負の方向に大きくなってしまった場合には、酸化膜形成用レーザ光L5の照射条件を酸化膜OMがより形成されやすい照射条件に変更する。また、逆に、実吸収率Abrの方が、推定吸収率Abeよりも大きく、吸収率差ΔAbが正の方向に大きくなった場合には、酸化膜形成用レーザ光L5の照射条件を酸化膜OMが形成されにくい照射条件に変更する。これにより、次回の判定時には、吸収率差ΔAbが所定の範囲β内に入る可能性が向上するので、酸化膜OMに対して短時間で所望の膜厚αが得られ効率的である。 For example, when the actual absorptance Abr is smaller than the estimated absorptance Abe and the absorptance difference ΔAb increases in the negative direction, the irradiation condition of the oxide film forming laser beam L5 is set to the oxide film OM. Is changed to an irradiation condition that is more likely to be formed. On the contrary, when the actual absorptance Abr is larger than the estimated absorptance Abe and the absorptance difference ΔAb increases in the positive direction, the irradiation condition of the oxide film forming laser beam L5 is set to the oxide film. Change the irradiation conditions so that OM is not easily formed. This improves the possibility that the absorption difference ΔAb will fall within the predetermined range β at the time of the next determination, so that the desired film thickness α can be obtained for the oxide film OM in a short time, which is efficient.
<第三実施形態の変形例1>
上記第三実施形態においては、実吸収率測定用レーザ光L7(酸化膜形成用レーザ光L5)を、酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射し、その後、リードフレーム62の表面62aで反射する反射レーザ光L7A(L5A)をパワーメータ330で直接受ける態様とした。しかし、この態様には限らない。
<
In the third embodiment, the actual absorption rate measuring laser beam L7 (oxide film forming laser beam L5) is applied to the
図14に示すように、第三実施形態の変形例1として、酸化膜形成用レーザ光L5(実吸収率測定用レーザ光L8)の光軸上にダイクロイックミラー410を備えてもよい。ダイクロイックミラー410とは、特定の波長域(例えば、近赤外波長)の光(レーザ光)を反射させ、その他の波長域の光を透過させる素子である。このような特性を有するものであれば、ダイクロイックミラーには限らずどのような素子を用いてもよい。
As shown in FIG. 14, as a first modification of the third embodiment, a
図14に示すように、ダイクロイックミラー410は、レーザヘッド122とリードフレーム62の表面62aとの間、つまり酸化膜形成用レーザ光L5(L8)の光軸上において、表面62aに対して約45度の傾きを有して配置される。ダイクロイックミラー410がこのように配置された変形例1では、酸化膜形成用レーザ光L5(L8)の光軸が水平となるよう配置されたレーザヘッド122から酸化膜形成用レーザ光L5(L8)がダイクロイックミラー410に向けて照射される。
As shown in FIG. 14, the
そして、ダイクロイックミラー410に到達した酸化膜形成用レーザ光L5(L8)は、ダイクロイックミラー410の鏡面410aで多くが反射され、一部が透過される。そして、鏡面410aで反射された酸化膜形成用レーザ光L5(L8)は、進行方向を直角に変更されリードフレーム62の表面62a上に到達する。
Then, most of the oxide film forming laser beam L5 (L8) reaching the
その後、酸化膜形成用レーザ光L5(L8)は、一部が表面62aからリードフレーム62に吸収され熱に変換される。また残りの他部が、表面62aで反射され、反射レーザ光L5A(L8A)として、再びダイクロイックミラー410の鏡面410aに向かって進行し、表面62aに対し傾斜して配置される鏡面410aに到達する。このとき、反射レーザ光L5A(L8A)が到達したダイクロイックミラー410の鏡面410aでは、反射レーザ光L5A(L8A)の多くが再び反射され、酸化膜形成用レーザ光L5(L8)の光軸と平行となりレーザヘッド122方向に進行する。
After that, a part of the oxide film forming laser beam L5 (L8) is absorbed by the
また、反射レーザ光L5A(L8A)が到達した鏡面410aでは、反射レーザ光L5A(L8A)の一部がダイクロイックミラー410を透過し、図14における上方に向かって進行する。そして、この透過レーザ光L5AA(L8AA)は、上方に配置されたパワーメータ330に入力され、透過レーザ光L5AA(L8AA)の出力が計測される。これにより、第三実施形態と同様、酸化膜OMの実吸収率Abrが推定できる。このような構成によっても、第三実施形態と同様の効果が得られる。
On the
また、このような、第三実施形態の変形例1では、上記第三実施形態と異なり、レーザヘッド122を水平に配置でき構成が簡素になる。また、パワーメータ330に入力する透過レーザ光L5AA(L8AA)の出力は小さいので、小型のパワーメータが使用でき、コスト低減に寄与できる。
Further, in the modified example 1 of the third embodiment, unlike the third embodiment, the
<第三実施形態の変形例2>
また、上記変形例1の態様には限らない。第三実施形態の変形例2として、図15に示すように、ダイクロイックミラー420と、レーザヘッド122と、パワーメータ330とを配置してもよい。変形例2においては、ダイクロイックミラー420は、垂直方向に光軸を有するレーザヘッド122とリードフレーム62の表面62aとの間、つまり酸化膜形成用レーザ光L5(実吸収率測定用レーザ光L9)の光軸上において、表面62aに対して約45度の傾きを有して配置される。なお、ダイクロイックミラー420とダイクロイックミラー410とは、酸化膜形成用レーザ光L5(L9)の透過または反射の態様が異なるものとする。
<
Further, it is not limited to the aspect of the first modification. As a second modification of the third embodiment, as shown in FIG. 15, a
ダイクロイックミラー420がこのように配置された変形例2では、図15に示すように、光軸が垂直となるよう配置されたレーザヘッド122から酸化膜形成用レーザ光L5(L9)がダイクロイックミラー420に向けて照射される。
In the second modification in which the
そして、ダイクロイックミラー420に到達した酸化膜形成用レーザ光L5(L9)は、ダイクロイックミラー420の鏡面420aで多くが透過される。そして、鏡面420aを透過した酸化膜形成用レーザ光L5(L9)は、リードフレーム62の表面62a上に到達する。
Then, most of the oxide film forming laser light L5 (L9) reaching the
その後、酸化膜形成用レーザ光L5(L9)は、一部が表面62aからリードフレーム62に吸収され熱に変換される。また残りの他部が、表面62aで反射され、再びダイクロイックミラー420の鏡面420bに向かって進行し、表面62aに対し傾斜して配置される鏡面420bに到達する。このとき、反射レーザ光L5A(L9A)が当接したダイクロイックミラー410の鏡面420bでは、反射レーザ光L5A(L9A)の一部が直角に反射され、パワーメータ330に向かって進行する。そして、この反射レーザ光L5AB(L9AB)は、図15において左方に配置されたパワーメータ330に入力され、出力が計測される。これにより、第三実施形態と同様、酸化膜OMの実吸収率Abrが推定できる。このような構成によっても、第三実施形態と同様の効果が得られる。
After that, a part of the oxide film forming laser beam L5 (L9) is absorbed by the
また、このような、第三実施形態の変形例2では、上記第三実施形態と異なりレーザヘッド122を垂直に配置でき構成が簡素になる。また、変形例1と同様、パワーメータ330に入力する反射レーザ光L5AB(L9AB)の出力は小さいので、小型のパワーメータが使用できコスト低減に寄与する。
Further, in the second modification of the third embodiment, unlike the third embodiment, the
<第三実施形態の変形例3>
上記第三実施形態においては、酸化膜形成用レーザ光L5、加熱用レーザ光L6、及び実吸収率測定用レーザ光L7の照射を、一つのレーザ発振器121の切り替え(出力調整)によって、交代で行なった。しかし、この態様には限らない。第三実施形態の変形例3として、実吸収率測定用レーザ光L7用のレーザ発振器を別に設けてもよい(図略)。これにより、酸化膜形成用レーザ光L5の照射と同時に実吸収率Abrが測定できるので、効率がよい。
<
In the third embodiment, the irradiation of the oxide film forming laser beam L5, the heating laser beam L6, and the actual absorption rate measuring laser beam L7 is alternately performed by switching one laser oscillator 121 (output adjustment). I did. However, it is not limited to this mode. As a modified example 3 of the third embodiment, a laser oscillator for the actual absorption rate measuring laser beam L7 may be separately provided (not shown). As a result, the actual absorption rate Abr can be measured at the same time as the irradiation of the oxide film forming laser beam L5, resulting in high efficiency.
<第三実施形態の変形例4,5,6>
また、上記第三実施形態においては、酸化膜形成用レーザ光L5及び加熱用レーザ光L6をともに連続波CWとした。しかし、この態様には限らない。第三実施形態の変形例4として、酸化膜形成用レーザ光L5をパルス波PWとし、加熱用レーザ光L6を連続波CWとしてもよい。また、変形例5として、酸化膜形成用レーザ光L5を連続波CWとし、加熱用レーザ光L6をパルス波PWとしてもよい。さらに、変形例6として、酸化膜形成用レーザ光L5及び加熱用レーザ光L6をともにパルス波PWとしてもよい。これによっても、相応の効果は得られる。
<Modifications 4, 5, 6 of the third embodiment>
Further, in the third embodiment, both the oxide film forming laser beam L5 and the heating laser beam L6 are continuous waves CW. However, it is not limited to this mode. As a modified example 4 of the third embodiment, the oxide film forming laser light L5 may be a pulse wave PW and the heating laser light L6 may be a continuous wave CW. As a fifth modification, the oxide film forming laser light L5 may be a continuous wave CW and the heating laser light L6 may be a pulse wave PW. Further, as a modified example 6, both the oxide film forming laser beam L5 and the heating laser beam L6 may be pulse waves PW. Even with this, a corresponding effect can be obtained.
<第三実施形態の変形例7>
なお、上記第三実施形態においては、酸化膜OMを形成するための酸化膜形成用レーザ光照射工程S111において、酸化膜形成用レーザ光L5の照射を停止したのち、実吸収率測定用レーザ光L7(L5)を照射し、実吸収率Abrを演算した。しかし、この態様には限らない。変形例7として、酸化膜OMを形成する酸化膜形成用レーザ光L5の照射中において、同時に実吸収率測定用レーザ光L7(L5)の反射レーザ光L7Aをパワーメータ330で取得して実吸収率Abrを演算してもよい。
<Modification 7 of the third embodiment>
In the third embodiment described above, in the oxide film forming laser beam irradiation step S111 for forming the oxide film OM, after the irradiation of the oxide film forming laser beam L5 is stopped, the actual absorption rate measuring laser beam is obtained. L7 (L5) was irradiated, and the actual absorption rate Abr was calculated. However, it is not limited to this mode. As a modified example 7, during irradiation of the oxide film forming laser beam L5 for forming the oxide film OM, at the same time, the reflected laser beam L7A of the actual absorption rate measuring laser beam L7 (L5) is acquired by the
なお、上記第一〜第三実施形態においては、酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5の出力を調整することによって加熱用レーザ光L2,L4,L6の照射に切り替えた。しかし、この態様には限らない。制御部140,240,340が、予め設定された出力でレーザ光を照射する照射部をそれぞれ備え、制御部140,240,340は、照射部の切り替えのみによって酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5と加熱用レーザ光L2,L4,L6との照射を切り替えてもよい。
In the first to third embodiments, the irradiation of the heating laser beams L2, L4 and L6 is switched by adjusting the output of the oxide film forming laser beams L1, L3 and L5. However, it is not limited to this mode. The
(4.接合装置)
次に、第一実施形態の加熱装置100を適用した二部材を接合するための接合装置400について説明する。接合としては、加熱用部材として上記で説明したリードフレーム62に、被接合金属部材である半導体部品50の金属端子を公知の固相拡散接合によって接合する態様を例として説明する。なお、固相拡散接合とは、金属部材(リードフレーム62)と被接合金属部材(半導体部品50の金属端子)とを、昇温させ液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とし、第一接合面62bと第二接合面50aとを圧着方向に加圧して接合する公知の接合方法である。
(4. Joining device)
Next, a joining
詳細には、リードフレーム62の表面62aと背向する第一接合面62bと、半導体部品50の上面に端子として形成される金属層51の上面の第二接合面50aとを接合する(図17参照)。金属層51は、例えばAuによって形成される。図16、図17に示すように、接合される前において、第一接合面62bと第二接合面50aとは互いに当接している。また、半導体部品50は、下面を所定の支持部材52によって支持されている。また、接合時には、リードフレーム62の表面62aが第一接合面62bと第二接合面50aとの圧着方向に加圧される(図17の矢印参照)。
Specifically, the
図16に示すように、接合装置400は、加熱装置100(酸化膜形成部120、加熱部130、及び制御部140)を適用した装置である。接合装置400は、加熱装置100と、加圧部430と、制御部440とを備える。加圧部430は、加熱装置100の加熱部130が、加熱用レーザ光L2をリードフレーム62の表面62aに照射し、加熱しているときに、リードフレーム62の表面62aを第一接合面62bと第二接合面50aとが圧着される方向(図17の矢印参照)に加圧する。
As shown in FIG. 16, the joining
このとき、加圧する手段は、どのようなものでもよい。また、加圧の圧力は、固相拡散接合を可能とする圧力であり事前に検討され決定される。また、本実施形態においては、第一接合面62bと第二接合面50aとを圧着させる方向への加圧は、加熱装置100の作動と同時に開始されるものとする。なお、加圧部430は、制御部140のレーザ光制御部141aによって制御される。
At this time, any means may be used for applying pressure. The pressure applied is a pressure that enables solid phase diffusion bonding, and is examined and determined in advance. Further, in the present embodiment, it is assumed that the pressurization in the direction in which the first
制御部440は、温度計測部442、照射時間計測部443、接合強度演算部444、及び接合強度判定部445を備える。温度計測部442は、制御部440の温度計測部142と同様の機能を有するため温度計測部142と兼用してもよい。計測された表面62aの表面温度tの計測データは、制御部440の接合強度演算部444に送信される。照射時間計測部443は、加熱用レーザ光L2による表面62a上への照射の照射時間hを計測する。計測された照射時間hの計測データは、制御部440の接合強度演算部444に送信される。
The
接合強度演算部444は、温度計測部442、及び照射時間計測部443によって取得される表面温度t、及び照射時間hに基づいて演算される第一接合面62bと第二接合面50aとの間の固相拡散接合における接合強度Fを演算する。
The bonding
接合強度判定部445は、接合強度演算部444で演算された接合強度Fが、予め設定した所定の接合強度F1に達したか否かを判定する。つまり、第一接合面62bと第二接合面50aとが、接合強度F(≧所定の接合強度F1)で接合されたか否かを判定する。
The bonding
(5.接合方法)
次に、接合装置400を用いた接合方法について、図18のフローチャート4に基づき説明する。図18のフローチャート4に示すように、接合方法は、酸化膜形成工程S110と、加熱工程S120Aとを備える。酸化膜形成工程S110は、上述した加熱方法の酸化膜形成工程S110と同様である。しかし、加熱工程S120Aは、第一実施形態における加熱方法の加熱工程S120と一部が異なる。よって、図18のフローチャート4では、酸化膜形成工程S110の内容の記載は省略し、加熱工程S120Aについてのみ詳細に記載する。また、説明においても加熱工程S120Aの説明のみ行なう。なお、上記実施形態で説明した加熱方法と同様の構成及び工程については同様の符号を付して説明を行なう。
(5. Joining method)
Next, a joining method using the joining
図18のフローチャート4に示すように、接合方法の加熱工程S120Aは、切り替え工程S121、加熱用レーザ光照射工程S122、温度計測工程S123A、照射時間計測工程S124A、接合強度演算工程S125A、及び接合強度判定工程S126Aを備える。 As shown in the flowchart 4 of FIG. 18, the heating step S120A of the bonding method includes a switching step S121, a heating laser beam irradiation step S122, a temperature measurement step S123A, an irradiation time measurement step S124A, a bonding strength calculation step S125A, and a bonding strength. The determination step S126A is provided.
切り替え工程S121では、酸化膜形成工程S110の膜厚判定工程S115で、推定膜厚α1が所定の膜厚α(の範囲)に達したと判定されると、レーザ出力調整部141b(レーザ光制御部141a)が、酸化膜形成用レーザ光L1の出力を調整し、加熱用レーザ光L2の照射に変更する(切り替える)。
In the switching step S121, when it is determined in the film thickness determination step S115 of the oxide film formation step S110 that the estimated film thickness α1 has reached (the range of) the predetermined film thickness α, the laser
加熱用レーザ光照射工程S122では、レーザ出力調整部141bの制御によって、加熱用レーザ光L2を、酸化膜OMを介してリードフレーム62の表面62aに照射する。温度計測工程S123Aでは、リードフレーム62の表面温度tを、赤外線放射温度計39によって計測し、制御部440の接合強度演算部444に計測データを送信する。また、照射時間計測工程S124Aでは、表面62a上への加熱用レーザ光L2の照射時間hを計測し、制御部440の接合強度演算部444に計測データを送信する。
In the heating laser beam irradiation step S122, the
接合強度演算工程S125Aでは、温度計測工程S123A及び照射時間計測工程S124Aで取得された表面温度t及び照射時間hに基づき、第一接合面62bと第二接合面50aとの接合強度Fを演算する。このとき、接合強度演算工程S125Aは、まず表面62aの表面温度t及び照射時間hから第一接合面62bと第二接合面50aの温度を推定する。そして、推定した温度を、予め制御部440が有している第一接合面62b及び第二接合面50aの温度と接合強度Fとの関係に当てはめて接合強度Fを推定する。ただし、この態様には限らず接合強度Fは、どのように演算してもよい。
In the bonding strength calculating step S125A, the bonding strength F between the
次に、接合強度判定工程S126Aによって、推定した接合強度Fが、予め設定した所定の接合強度F1に達していないと判定された場合には、加熱用レーザ光照射工程S122に戻り、接合強度判定工程S126Aにおいて所定の接合強度F1に達したと判定されるまで繰り返し処理を行なう。しかし、接合強度判定工程S126Aによって、推定した接合強度Fが、予め設定した所定の接合強度F1に達したと判定されると、レーザ出力調整部141bが加熱用レーザ光L2の照射を停止し、プログラムを終了する。
Next, when it is determined in the bonding strength determination step S126A that the estimated bonding strength F does not reach the preset predetermined bonding strength F1, the process returns to the heating laser beam irradiation step S122, and the bonding strength determination is performed. The process is repeated until it is determined in step S126A that the predetermined bonding strength F1 has been reached. However, when it is determined by the bonding strength determination step S126A that the estimated bonding strength F has reached the preset predetermined bonding strength F1, the laser
なお、上記で説明した接合方法では、接合強度演算工程S125A、及び接合強度判定工程S126Aを備え、接合強度Fが所定の接合強度F1に達したと判定したときに加熱用レーザ光L2の照射を停止した。しかし、この態様には限らず、接合方法では、接合強度演算工程S125A、及び接合強度判定工程S126Aを備えなくてもよい。この場合、接合方法は、温度計測工程S123Aの計測データ(表面温度t)のみによって、接合が完了したか否かを判定すればよい。これによっても相応の効果は得られる。 The bonding method described above includes a bonding strength calculation step S125A and a bonding strength determination step S126A, and the heating laser beam L2 is emitted when it is determined that the bonding strength F reaches a predetermined bonding strength F1. I stopped. However, the present invention is not limited to this aspect, and the joining method may not include the joining strength calculation step S125A and the joining strength determination step S126A. In this case, the joining method may determine whether or not the joining is completed only by the measurement data (surface temperature t) of the temperature measuring step S123A. This also has the corresponding effect.
なお、このときの判定の基準となる表面62aの表面温度taは、第一接合面62b及び第二接合面50aが固相状態となり、且つ圧着方向への加圧によって固相拡散接合が完了したときにおける表面62aの表面温度であり、これについても事前に検討され設定される。
In addition, regarding the surface temperature ta of the
また、上記接合方法では、第一接合面62bと第二接合面50aとを固相拡散接合によって接合させる態様について説明したが、この態様には限らない。別の態様の接合方法として、第一接合面62bと第二接合面50aとを相互に液相状態(溶融状態)として接合させてもよい。この場合、リードフレーム62の半導体部品50との圧着方向への加圧は不要である。
Moreover, in the said joining method, although the aspect which joins the
このような場合においても、温度計測工程S123Aによって計測した表面温度t、又は接合強度演算工程S125Aによって演算した接合強度Fに基づき接合の完了を判定すればよい。なお、上記と同様、このときの判定基準となる表面温度taも、第一接合面62bと第二接合面50aとが液相状態となって接合されたことが確認可能となる表面62aの表面温度であり、これについても事前に検討され決定される。また、接合強度Fの判定についても、事前に表面温度tと接合強度Fとの関係が取得され、当該関係に基づいて判定されることはいうまでもない。
Even in such a case, the completion of bonding may be determined based on the surface temperature t measured in the temperature measuring step S123A or the bonding strength F calculated in the bonding strength calculating step S125A. Similar to the above, the surface temperature ta that is the criterion for the determination at this time is also the surface of the
(6.実施形態による効果)
上記第一〜第三実施形態によれば、加熱用レーザ光L2の照射によってリードフレーム62(金属部材)を加熱する加熱方法は、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに所定の膜厚αの酸化膜OMを形成する酸化膜形成工程S110と、酸化膜OMを介してリードフレーム62(金属部材)の表面62aに加熱用レーザ光L2を照射し、照射した加熱用レーザ光L2を酸化膜OMの所定の膜厚αに応じた吸収率でリードフレーム62(金属部材)に吸収させてリードフレーム62(金属部材)を所定の表面温度Ta,taまで加熱する加熱工程S120と、を備える。
(6. Effects of the embodiment)
According to the first to third embodiments described above, the heating method of heating the lead frame 62 (metal member) by irradiating the heating laser beam L2 is the predetermined film thickness α on the
また、吸収率は、酸化膜OMの膜厚との関係において、膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに酸化膜OMの膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、酸化膜形成工程S110で形成される酸化膜の所定の膜厚αは、周期性を有する吸収率との関係において、酸化膜OMの膜厚がゼロを超え、はじめに吸収率が極大値として出現する第一極大値aに対応する第一極大膜厚A、及び第一極大値aの次に吸収率が極大値として出現する第二極大値bに対応する第二極大膜厚Bを含み、且つ第二極大値bと第二極大値bの次に吸収率が極大値として出現する第三極大値cに対応する第三極大膜厚Cとの間において、吸収率が極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さな第一範囲に設定される。 In addition, the absorptance has a periodicity in which a maximum value and a minimum value alternately appear with respect to a change in the film thickness in the relationship with the film thickness of the oxide film OM, and the film thickness of the oxide film OM. Has a characteristic that it becomes the smallest when 0 is zero, and the predetermined film thickness α of the oxide film formed in the oxide film forming step S110 is the film thickness of the oxide film OM in relation to the absorptivity having periodicity. The first maximum film thickness A corresponding to the first maximum value a that exceeds zero and the absorption rate first appears as the maximum value, and the second maximum value b that the absorption rate appears as the maximum value next to the first maximum value a. Including the second maximum film thickness B corresponding to the third maximum film thickness b corresponding to the second local maximum value b and the third local maximum value c at which the absorptance appears as the second maximum value. Between C and C, the absorptivity is smaller than the second minimum film thickness corresponding to the second minimum value that appears as the minimum value. It is set to the first range such.
このように、加熱用レーザ光L2のリードフレーム62(金属部材)への吸収率の特性は、酸化膜OMの膜厚との関係において、周期的に極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに酸化膜OMの膜厚がゼロの場合に前記吸収率が最も小さくなる特性を有している。そして、リードフレーム62(金属部材)の酸化膜OMの膜厚は、ゼロを超え、はじめに出現する第一極大値a、及び第一極大値aの次に出現する第二極大値bにそれぞれ対応する第一極大膜厚A及び第二極大膜厚Bを含み、且つ第二極大値bと第二極大値bの次に出現する極大値である第三極大値cとの間の極小値である第二極小値bbに対応する第二極小膜厚BBより小さくなる第一範囲内の第一所定範囲Ar1(35nm〜360nm)に設定される。 As described above, in the characteristic of the absorptance of the heating laser beam L2 into the lead frame 62 (metal member), the maximum value and the minimum value periodically appear alternately in relation to the film thickness of the oxide film OM. It has a periodicity and has a characteristic that the absorptance becomes the smallest when the film thickness of the oxide film OM is zero. The film thickness of the oxide film OM of the lead frame 62 (metal member) exceeds zero and corresponds to the first maximum value a that appears first and the second maximum value b that appears next to the first maximum value a, respectively. Including the first maximum film thickness A and the second maximum film thickness B, and between the second maximum value b and the third maximum value c which is the maximum value that appears next to the second maximum value b. Is set to the first predetermined range Ar1 (35 nm to 360 nm) within the first range that is smaller than the second minimum film thickness BB corresponding to the second minimum value bb.
これにより、酸化膜OMの形成時に膜厚が若干バラついても、加熱用レーザ光L2の吸収率は、酸化膜OMを介さず加熱用レーザ光L2をリードフレーム62(金属部材)に照射した場合と比較して、確実に大きくできるとともに、リードフレーム62(金属部材)を安定的、かつ高効率に加熱することができる。また、酸化膜OMの膜厚をゼロ近傍の第一範囲内に限定するため、第一範囲を超える膜厚を形成して無駄な時間がかかることを抑制できる。 As a result, even if the film thickness varies slightly when the oxide film OM is formed, the absorptance of the heating laser beam L2 is obtained when the heating laser beam L2 is applied to the lead frame 62 (metal member) without passing through the oxide film OM. In comparison with, it is possible to surely increase the size, and it is possible to heat the lead frame 62 (metal member) stably and highly efficiently. Further, the thickness of the oxide film OM to limit the first within range near zero, it is possible to prevent the take wasteful time to form a film thickness of more than a first range.
また、上記第一〜第三実施形態によれば、金属部材であるリードフレーム62は銅であり、酸化膜厚の測定を、連続電気化学還元法によって行なう場合、酸化膜の所定の膜厚αは、第一範囲内である35nm〜360nmの間に設定されるので、リードフレーム62(金属部材)への加熱用レーザ光L2の吸収率は、酸化膜がない場合と比べて確実に大きくなり、よって高効率でリードフレーム62(金属部材)を加熱することができる。
According to the first to third embodiments, the
また、上記第一〜第三実施形態によれば、加熱方法における酸化膜形成工程S110、S210において、酸化膜OMは、所定の照射条件に基づきリードフレーム62(金属部材)の表面62aに照射される酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5の照射によって形成される。これにより、酸化膜形成工程S110、S210と加熱工程S120とで、同じ加熱装置100,200,300が使用できるので、効率的である。
Further, according to the first to third embodiments, in the oxide film forming steps S110 and S210 in the heating method, the oxide film OM is irradiated on the
また、上記第一〜第三実施形態によれば、加熱方法における酸化膜形成工程S110、S210において、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに酸化膜形成用レーザ光L1が照射され、照射位置に孔62cが形成される。これにより、加熱工程S120において、加熱用レーザ光L2の一部を孔62c内に導入し、孔62c内の側面に照射し吸収させることができるので、より高効率なリードフレーム62(金属部材)の加熱が可能となる。
Further, according to the first to third embodiments, in the oxide film forming steps S110 and S210 in the heating method, the
また、上記第一〜第三実施形態の加熱方法によれば、酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5と加熱用レーザ光L2,L4,L6とは、同種(近赤外波長)のレーザ光である。これにより、加熱装置100,200,300は安価に製作できる。
According to the heating methods of the first to third embodiments, the oxide film forming laser beams L1, L3, L5 and the heating laser beams L2, L4, L6 are lasers of the same type (near infrared wavelength). Light. Thereby, the
また、上記第一,第三実施形態によれば、酸化膜形成用レーザ光L1、L5及び、加熱用レーザ光L2、L6は、ともに連続波CWである。これにより、加熱装置100,300は安価に製作できる。
According to the first and third embodiments, the oxide film forming laser lights L1 and L5 and the heating laser lights L2 and L6 are both continuous waves CW. Thereby, the
また、上記第二実施形態によれば、酸化膜形成用レーザ光L1は、パルス波PWであり、加熱用レーザ光L2は、連続波CWである。このように、酸化膜形成及び加熱という異なる目的に適合するようレーザ光の照射態様を変更することで、酸化膜形成と加熱とがそれぞれ効率的に実現可能となる。 Further, according to the second embodiment, the oxide film forming laser light L1 is the pulse wave PW, and the heating laser light L2 is the continuous wave CW. As described above, by changing the irradiation mode of the laser light so as to meet the different purposes of oxide film formation and heating, it is possible to efficiently realize the oxide film formation and the heating, respectively.
また、上記第一〜第三実施形態によれば、加熱方法における酸化膜形成工程S110,S210,S310は、酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5のリードフレーム62(金属部材)の表面62aへの照射時に表面62aの表面温度T,tを計測する温度計測工程S112,S212と、酸化膜形成用レーザ光L1の表面62aへの照射時間H,hを計測する照射時間計測工程S113,S213と、計測された表面温度T,t及び照射時間H,hに基づき、金属部材の表面に形成された酸化膜の累積膜厚を演算する膜厚演算工程S114,S214と、膜厚演算工程S114,S214で演算された酸化膜OMの膜厚(累積膜厚)が、所定の膜厚αに達したか否かを判定する膜厚判定工程S115,S215と、を備える。
Further, according to the first to third embodiments, the oxide film forming steps S110, S210, S310 in the heating method include the
また、加熱工程S120は、膜厚判定工程S115が、累積膜厚が所定の膜厚αに達したと判定した場合に、酸化膜形成用レーザ光L1の照射を、加熱用レーザ光L2の照射に切り替える切り替え工程S121と、加熱用レーザ光L2を、酸化膜OMを介してリードフレーム62(金属部材)の表面62aに照射しリードフレーム62(金属部材)を所定の表面温度Taまで加熱する加熱用レーザ光照射工程S122と、を備える。これにより、リードフレーム62(金属部材)は、さらに効率的で精度よく、且つ安定して加熱される。
Further, in the heating step S120, when the film thickness determination step S115 determines that the cumulative film thickness has reached the predetermined film thickness α, the irradiation of the oxide film forming laser beam L1 is performed and the irradiation of the heating laser beam L2 is performed. A switching step S121 for switching to and a heating laser beam L2 is applied to the
また、第三実施形態の加熱方法によれば、酸化膜形成工程S310は、酸化膜形成用レーザ光L5のリードフレーム62(金属部材)の表面62aへの照射時に表面62aの表面温度を計測する温度計測工程S112と、酸化膜形成用レーザ光L5の表面への照射時間を計測する照射時間計測工程S113と、計測された表面温度及び照射時間に基づき、リードフレーム62(金属部材)の表面に形成された酸化膜OMの膜厚を推定膜厚として演算する膜厚演算工程S114と、酸化膜OMが形成されたリードフレーム62(金属部材)の表面62aに酸化膜OMを介して実吸収率測定用レーザ光L7を照射する実吸収率測定用レーザ光照射工程S312と、実吸収率測定用レーザ光照射工程S312で照射された実吸収率測定用レーザ光L7が表面62aで反射される反射レーザ光L7Aの出力を計測する反射レーザ光出力計測工程S313と、反射レーザ光出力計測工程S313で計測された反射レーザ光L7Aの出力の大きさに基づいて酸化膜OMが形成されたリードフレーム62(金属部材)の表面62aへの加熱用レーザ光L6の実吸収率Abrを演算する実吸収率演算工程S314と、推定膜厚、実吸収率Abr、及び、周期性を有する酸化膜の膜厚と吸収率との関係に基づいて、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を変更する酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317と、を備える。このように、推定膜厚、実吸収率Abr及び、周期性を有する酸化膜の膜厚と吸収率との関係を確認しながら、酸化膜OMを形成するので、所望の吸収率を備えた酸化膜OMが得られる可能性が向上する。
Further, according to the heating method of the third embodiment, the oxide film forming step S310 measures the surface temperature of the
また、第三実施形態の加熱方法によれば、酸化膜形成工程S310は、周期性を有する酸化膜の膜厚と吸収率との関係に基づき膜厚演算工程S114で演算された推定膜厚に対応する加熱用レーザ光L6の推定吸収率Abeを演算する推定吸収率演算工程S311を備える。そして、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317は、推定吸収率演算工程S311で演算された推定吸収率Abe、及び推定吸収率Abeが演算された時点において形成された酸化膜OMに対応する実吸収率Abrに基づいて、酸化膜形成用レーザ光L5の照射条件を変更する。このように、推定吸収率Abe及び実吸収率Abrに基づいて酸化膜OMを形成するので、所望の吸収率を備えた酸化膜OMが得られる可能性がさらに向上する。 Further, according to the heating method of the third embodiment, the oxide film forming step S310 uses the estimated film thickness calculated in the film thickness calculating step S114 based on the relationship between the film thickness of the oxide film having periodicity and the absorption rate. An estimated absorption rate calculation step S311 for calculating the estimated absorption rate Abe of the corresponding heating laser beam L6 is provided. Then, the oxide film forming laser light irradiation condition changing step S317 corresponds to the estimated absorption rate Abe calculated in the estimated absorption rate calculation step S311 and the oxide film OM formed at the time when the estimated absorption rate Abe is calculated. The irradiation condition of the oxide film forming laser beam L5 is changed based on the actual absorption rate Abr. In this way, since the oxide film OM is formed based on the estimated absorption rate Abe and the actual absorption rate Abr, the possibility of obtaining the oxide film OM having a desired absorption rate is further improved.
また、第三実施形態の加熱方法によれば、酸化膜形成工程S310は、推定吸収率演算工程S311で演算された推定吸収率Abeと、推定吸収率が演算された時点において形成された酸化膜OMに対応する実吸収率Abrと、の吸収率差ΔAbを演算する吸収率差演算工程S315と、演算された吸収率差ΔAbが所定の範囲β内にあるか否かを判定する吸収率差判定工程S316を備える。そして、酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程S317は、吸収率差判定工程S316において、吸収率差ΔAbが所定の範囲β内にないと判定された場合に、吸収率差ΔAbの大きさに応じて、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を吸収率差ΔAbが所定の範囲β内に入るよう変更する。これにより、所望の吸収率を備えた酸化膜OMが確実に形成される。 According to the heating method of the third embodiment, the oxide film forming step S310 includes the estimated absorption rate Abe calculated in the estimated absorption rate calculation step S311 and the oxide film formed at the time when the estimated absorption rate is calculated. Absorption rate difference calculation step S315 for calculating the absorption rate difference ΔAb between the actual absorption rate Abr corresponding to the OM and the absorption rate difference for determining whether the calculated absorption rate difference ΔAb is within the predetermined range β. The determination step S316 is provided. Then, in the oxide film forming laser light irradiation condition changing step S317, when it is determined in the absorptance difference determination step S316 that the absorptance difference ΔAb is not within the predetermined range β, the absorptance difference ΔAb is set to the magnitude. Accordingly, the predetermined irradiation condition of the oxide film forming laser beam L5 is changed so that the absorption rate difference ΔAb falls within the predetermined range β. As a result, the oxide film OM having a desired absorptance is reliably formed.
また、上記第一〜第三実施形態によれば、加熱装置100,200,300は、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに所定の膜厚αの酸化膜OMを形成する酸化膜形成部120,220、320と、形成された所定の膜厚αの酸化膜OMを介してリードフレーム62(金属部材)に加熱用レーザ光L2,L4,L6を照射し、照射した加熱用レーザ光L2,L4,L6を酸化膜OMの所定の膜厚αに応じた吸収率でリードフレーム62(金属部材)に吸収させてリードフレーム62(金属部材)を所定の表面温度Ta,taまで加熱する加熱部130と、を備える。
Further, according to the first to third embodiments, the
また、吸収率は、酸化膜OMの膜厚との関係において、膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに酸化膜OMの膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、酸化膜形成部120,220、320で形成される酸化膜OMの所定の膜厚αは、周期性を有する吸収率との関係において、酸化膜OMの膜厚がゼロを超え、はじめに吸収率が極大値として出現する第一極大値aに対応する第一極大膜厚A、及び第一極大値aの次に吸収率が極大値として出現する第二極大値bに対応する第二極大膜厚Bを含み、且つ第二極大値bと第二極大値bの次に吸収率が極大値として出現する第三極大値cに対応する第三極大膜厚Cとの間において、吸収率が極小値として出現する第二極小値bbに対応する第二極小膜厚BBより小さな第一範囲Ar1に設定される。この加熱装置100,200,300によって、上記加熱方法と同様の効率的な加熱が行なえる。
In addition, the absorptance has a periodicity in which a maximum value and a minimum value alternately appear with respect to a change in the film thickness in the relationship with the film thickness of the oxide film OM, and the film thickness of the oxide film OM. Has a characteristic that it becomes the smallest when 0 is zero, and the predetermined film thickness α of the oxide film OM formed in the oxide
また、上記第三実施形態によれば、加熱装置300の酸化膜形成部320において、酸化膜OMは、所定の照射条件に基づきリードフレーム62(金属部材)の表面62aに照射される酸化膜形成用レーザ光L5の照射によって形成される。また、酸化膜形成部320は、酸化膜形成用レーザ光L5のリードフレーム62(金属部材)の表面62aへの照射時に、表面の表面温度を計測する温度計測部142と、酸化膜形成用レーザ光L5の表面62aへの照射時間を計測する照射時間計測部143と、計測された表面温度及び照射時間に基づき、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに形成された酸化膜OMの膜厚を推定膜厚として演算する膜厚演算部144と、酸化膜OMが形成されたリードフレーム62(金属部材)の表面62aに酸化膜OMを介して実吸収率測定用レーザ光L7を照射する実吸収率測定用レーザ光照射部(レーザ出力調整部141b)と、実吸収率測定用レーザ光照射部(レーザ出力調整部141b)で照射された実吸収率測定用レーザ光L7が表面62aで反射される反射レーザ光L7Aの出力を計測する反射レーザ光出力計測部346と、反射レーザ光出力計測部346で計測された反射レーザ光L7Aの出力の大きさに基づいて酸化膜OMが形成されたリードフレーム62(金属部材)の表面62aへの加熱用レーザ光L6の実吸収率を演算する実吸収率演算部347と、推定膜厚、実吸収率Abr及び周期性を有する酸化膜OMの膜厚と吸収率Abとの関係に基づいて、酸化膜形成用レーザ光L5の所定の照射条件を変更する酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部351と、を備える。これにより、加熱装置300によって、第三実施形態の加熱方法と同様の効果を有する加熱が行なえる。
Further, according to the third embodiment, in the oxide
また、上記実施形態の接合装置400による接合方法は、リードフレーム62(金属部材)の表面62aと背向するリードフレーム62の第一接合面62bと、第一接合面62bと当接する被接合金属部材の第二接合面50aとの接合方法であって、上記第一〜第三実施形態に記載の加熱方法によってリードフレーム62(金属部材)を所定の温度まで加熱し、第一接合面62bと第二接合面50aとを、液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とし、第一接合面62bと第二接合面50aとを圧着方向に加圧して接合する。
Further, the joining method by the joining
このように、第一接合面62bと第二接合面50aとを、銅製のリードフレーム62(金属部材)が溶融する温度より低温である固相状態まで昇温させて接合するので、加熱用レーザ光L2の必要照射量はリードフレーム62(金属部材)を溶融させる場合と比較して低減される。このため、酸化膜形成工程S110,S210,S310によって、リードフレーム62(金属部材)に対して酸化膜OMを設け、加熱用レーザ光L2の吸収率を向上させたことと合わせて加熱用レーザ光L2の必要エネルギー量を大きく減少させることができ、接合に対して低コスト化を図ることができる。
In this way, the first joining
(7.その他)
なお、上記第一〜第三実施形態では、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに形成する酸化膜OMの所定の膜厚αは、周期性を有する吸収率との関係において、酸化膜OMの膜厚がゼロを超え、はじめに吸収率が極大値として出現する第一極大値aに対応する第一極大膜厚A、及び第一極大値aの次に吸収率が極大値として出現する第二極大値bに対応する第二極大膜厚Bを含み、且つ第二極大値bと第二極大値bの次に吸収率が極大値として出現する第三極大値cに対応する第三極大膜厚Cとの間において、吸収率が極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さな第一範囲Ar1に設定された。
(7. Others)
In the first to third embodiments described above, the predetermined film thickness α of the oxide film OM formed on the
しかし、この態様には限らない。図6のグラフに示すように、酸化膜OMの所定の膜厚αは、第一極大膜厚Aを含み、且つ第一極大値aと第二極大値bとの間において、吸収率が極小値として出現する第一極小値aaに対応する第一極小膜厚AAより小さい第二範囲内の第二所定範囲Ar2、または第二極大膜厚Bを含み、且つ第一極小膜厚AAより大きく第二極小膜厚BBより小さい第三範囲内の第三所定範囲Ar3に設定されてもよい。 However, it is not limited to this mode. As shown in the graph of FIG. 6, the predetermined film thickness α of the oxide film OM includes the first maximum film thickness A, and the absorption coefficient is minimum between the first maximum value a and the second maximum value b. includes a first minimum film thickness AA smaller than the second range the second predetermined range of囲内Ar2 or second maximum thickness B, which corresponds to the first minimum value aa appearing as a value, and larger than the first minimum film thickness AA It may be set to the third predetermined range Ar3 within the third range smaller than the second minimum film thickness BB .
つまり、金属部材を銅製とし、酸化膜OMの膜厚をSERA法によって測定した上記実施形態において、酸化膜OMの所定の膜厚αは、第一所定範囲Ar1である35nm〜360nmの間に設定されたが、この態様に限らず、酸化膜OMの所定の膜厚αは、第二所定範囲Ar2である35nm〜135nmの間、または第三所定範囲Ar3である165nm〜360nmの間の何れかに設定されてもよい。これにより、所定の膜厚αの範囲は上記実施形態で設定した範囲より狭くなって安定し、吸収率の平均値が向上するので、一層効率のよい加熱結果が得られる。 That is , in the above embodiment in which the metal member is made of copper and the film thickness of the oxide film OM is measured by the SERA method, the predetermined film thickness α of the oxide film OM is set within the first predetermined range Ar1 of 35 nm to 360 nm. However, not limited to this aspect, the predetermined film thickness α of the oxide film OM is either between 35 nm and 135 nm which is the second predetermined range Ar2 or between 165 nm and 360 nm which is the third predetermined range Ar3. May be set to. As a result, the range of the predetermined film thickness α becomes narrower than the range set in the above embodiment and becomes stable, and the average value of the absorptance is improved, so that a more efficient heating result can be obtained.
また、上記第一〜第三実施形態では、金属部材を銅製のリードフレーム62とした。しかし、金属部材は、銅に限らずアルミや鉄等の金属でもよい。ただし、アルミや鉄を適用した場合、各金属部材毎に、酸化膜形成部120,220,320及び加熱部130で使用するレーザ光の吸収率−酸化膜厚特性が異なる。この場合、各金属部材に対応した吸収率−酸化膜厚特性を把握した上で、所定の膜厚αを新たに設定すればよい。
Further, in the first to third embodiments, the metal member is the
また、上記第一〜第三実施形態では、酸化膜OMを、酸化膜形成工程S110,S210,S310において、リードフレーム62(金属部材)の表面62aに酸化膜形成用レーザ光L1,L3,L5を照射することによって形成した。しかし、この態様には限らず、酸化膜OMは、例えば、加熱炉内で形成してもよい。これにより、酸化膜OMを形成する効率は低下するが、加熱工程S120だけに着目した場合、上記実施形態と同様の効果が得られる。
In the first to third embodiments, the oxide film OM is formed on the
また、上記第一〜第三実施形態の加熱装置100,200,300による加熱方法は、銅、鉄、アルミ等の部材に対する切断及びマーキングを行なう際にも適用できる。また、3Dプリンタにおいて、銅、鉄、アルミ等の金属部材を積層する際にも上記加熱方法及び接合方法が適用できる。
Further, the heating method by the
また、上記第二実施形態では、実施形態における加熱方法を説明する図11のフローチャート2のS215において、酸化膜の累積膜厚Σが所定の膜厚αの範囲に達せず、酸化膜形成用レーザ光照射工程S211に戻る(移動する)際、単に、先回と同じパルス数で酸化膜形成用レーザ光L1を照射するのではなく、不足する膜厚を形成するのに適した照射パルス数に変更して酸化膜形成用レーザ光L3を照射してもよい。
Further, in the second embodiment, the cumulative film thickness Σ of the oxide film does not reach the range of the predetermined film thickness α in S215 of the
また、上記接合装置400、及び接合方法は、第一実施形態の加熱装置100を適用するものとして説明したが、この態様には限らない。接合装置400、及び接合方法には、第二〜第三実施形態の加熱装置200、又は加熱装置300を適用させてもよい。
Moreover, although the said joining
50a・・・第二接合面、 62b・・・第一接合面、 62c・・・孔、 100,200,300・・・加熱装置、 120,220,320・・・酸化膜形成部、 130・・・加熱部、 140,240,340,440・・・制御部、 141a,241a・・・レーザ光制御部、 141b,241b・・・レーザ出力調整部、 142,442・・・温度計測部、 143,443・・・照射時間計測部、 144,244・・・膜厚演算部、 145,245・・・膜厚判定部、 330・・・パワーメータ、 346・・・反射レーザ光出力計測部、 347・・・実吸収率演算部、 348・・・推定吸収率演算部、 349・・・吸収率差演算部、 350・・・吸収率差判定部、 351・・・酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部、 400・・・接合装置、 430・・・加圧部、 444・・・接合強度演算部、 445・・・接合強度判定部、 a・・・第一極大値、 A・・・第一極大膜厚、 aa・・・第一極小値、 AA・・・第一極小膜厚、 Abe・・・推定吸収率、 Abr・・・実吸収率、 Ar1・・・第一範囲、 Ar2・・・第二範囲、 Ar3・・・第三範囲、 OM・・・酸化膜、 L1,L3,L5・・・酸化膜形成用レーザ光、 L2,L4,L6・・・加熱用レーザ光、 L7,L8,L9・・・実吸収率測定用レーザ光、 L7A・・・反射レーザ光、 S110,S210,S310・・・酸化膜形成工程、 S111・・・酸化膜形成用レーザ光照射工程、 S112,S123A・・・温度計測工程、 S113,S124A・・・照射時間計測工程、 S114・・・膜厚演算工程、 S115・・・膜厚判定工程、 S120,S120A・・・加熱工程、 S121・・・切り替え工程、 S122・・・加熱用レーザ光照射工程、 S123・・・表面温度判定工程、 S125A・・・接合強度演算工程、 S126A・・・接合強度判定工程、 S311・・・推定吸収率演算工程、 S312・・・実吸収率測定用レーザ光照射工程、 S313・・・反射レーザ光出力計測工程、 S314・・・実吸収率演算工程、 S315・・・吸収率差演算工程、 S316・・・吸収率差判定工程、 S317・・・酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程。
50a ... Second bonding surface, 62b ... First bonding surface, 62c ... Hole, 100, 200, 300 ... Heating device, 120, 220, 320 ... Oxide film forming part, 130. ..Heating section, 140, 240, 340, 440 ... Control section, 141a, 241a ... Laser light control section, 141b, 241b ... Laser output adjusting section, 142, 442 ... Temperature measuring section, 143, 443 ... Irradiation time measurement unit, 144, 244 ... Film thickness calculation unit, 145, 245 ... Film thickness determination unit, 330 ... Power meter, 346 ... Reflected laser light
Claims (16)
前記加熱方法は、
前記金属部材の表面に所定の膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜を介して前記金属部材に前記加熱用レーザ光を照射し、照射した前記加熱用レーザ光を前記酸化膜の前記所定の膜厚に応じた吸収率で前記金属部材に吸収させて前記金属部材を所定の温度まで加熱する加熱工程と、
を備え、
前記吸収率は、前記酸化膜の膜厚との関係において、前記膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、
前記酸化膜形成工程で前記ゼロを超えて形成される前記酸化膜の前記所定の膜厚は、
前記周期性を有する前記吸収率との関係において、前記酸化膜の膜厚が前記ゼロを超え、はじめに前記吸収率が前記極大値として出現する第一極大値に対応する第一極大膜厚、及び前記第一極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第二極大値に対応する第二極大膜厚を含み、且つ前記第二極大値と前記第二極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第三極大値に対応する第三極大膜厚との間において、前記吸収率が前記極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さな第一範囲に設定される、金属部材の加熱方法。 A heating method for heating a metal member by irradiating a heating laser beam,
The heating method is
An oxide film forming step of forming an oxide film having a predetermined thickness on the surface of the metal member;
Irradiating the heating laser light to the metal member through the oxide film, the irradiated heating laser light is absorbed by the metal member at an absorption rate according to the predetermined film thickness of the oxide film, A heating step of heating the metal member to a predetermined temperature,
Equipped with
The absorptivity has a periodicity in which a maximum value and a minimum value alternately appear with respect to a change in the film thickness in the relation to the film thickness of the oxide film, and the film thickness of the oxide film. Has the smallest property when is zero,
The predetermined film thickness of the oxide film formed above the zero in the oxide film forming step is
In the relationship with the absorptivity having the periodicity, the film thickness of the oxide film exceeds the zero, the first maximum film thickness corresponding to the first maximum value at which the absorptivity first appears as the maximum value, and After the first maximum value, the absorption rate includes a second maximum film thickness corresponding to the second maximum value that appears as the maximum value, and the absorption is next to the second maximum value and the second maximum value. Between the third local maximum film thickness corresponding to the third local maximum value that appears as the local maximum value, the absorption rate from the second local minimum film thickness corresponding to the second local minimum value that appears as the local minimum value. A heating method for a metal member, which is set in a small first range.
前記第一極大膜厚を含み、且つ前記第一極大値と前記第二極大値との間において、前記吸収率が前記極小値として出現する第一極小値に対応する第一極小膜厚より小さい第二範囲、または前記第二極大膜厚を含み、且つ前記第一極小膜厚より大きく前記第二極小膜厚より小さい第三範囲の何れかの範囲に設定される、請求項1に記載の金属部材の加熱方法。 The predetermined thickness of the oxide film is
Including the first local maximum film thickness, and between the first local maximum value and the second local maximum value, the absorption rate is smaller than the first local minimum film thickness corresponding to the first local minimum value appearing as the local minimum value. The second range, or the third range including the second maximum film thickness and larger than the first minimum film thickness and smaller than the second minimum film thickness, is set to any one of the ranges. Method of heating metal member.
前記酸化膜の膜厚の測定を、連続電気化学還元法によって行なう場合、
前記酸化膜の前記所定の膜厚は、前記第一範囲内である35nm〜360nmの間に設定される、請求項1に記載の金属部材の加熱方法。 The metal member is copper,
When the thickness of the oxide film is measured by a continuous electrochemical reduction method,
The method for heating a metal member according to claim 1, wherein the predetermined film thickness of the oxide film is set within the first range of 35 nm to 360 nm.
前記酸化膜の膜厚の測定を、連続電気化学還元法によって行なう場合、
前記酸化膜の前記所定の膜厚は、前記第二範囲内である35nm〜135nmの間、または前記第三範囲内である165nm〜360nmの間の何れかに設定される、請求項2に記載の金属部材の加熱方法。 The metal member is copper,
When the thickness of the oxide film is measured by a continuous electrochemical reduction method,
Wherein the predetermined thickness of the oxide film during the 35nm~135nm is within the second range, or is set to any one between the 165nm~360nm is within the third range, according to claim 2 Method for heating metal member of.
前記酸化膜は、所定の照射条件に基づき前記金属部材の前記表面に照射される酸化膜形成用レーザ光の照射によって形成される、請求項1〜4の何れか1項に記載の金属部材の加熱方法。 In the oxide film forming step,
The said oxide film is formed of the metal member of any one of Claims 1-4 formed by irradiation of the laser beam for oxide film formation with which the said surface of the said metal member is irradiated based on predetermined irradiation conditions. Heating method.
前記金属部材の前記表面に前記酸化膜形成用レーザ光を照射して照射位置に孔を形成する、請求項5に記載の金属部材の加熱方法。 In the oxide film forming step,
The method for heating a metal member according to claim 5, wherein the surface of the metal member is irradiated with the laser beam for forming an oxide film to form a hole at an irradiation position.
前記加熱用レーザ光は、連続波である、請求項5〜7の何れか1項に記載の金属部材の加熱方法。 The laser light for forming the oxide film is a pulse wave,
The method for heating a metal member according to claim 5, wherein the heating laser light is a continuous wave.
前記酸化膜形成用レーザ光の前記金属部材の前記表面への照射時に前記表面の表面温度を計測する温度計測工程と、
前記酸化膜形成用レーザ光の前記表面への照射時間を計測する照射時間計測工程と、
前記計測された前記表面温度及び前記照射時間に基づき、前記金属部材の前記表面に形成された前記酸化膜の膜厚を推定膜厚として演算する膜厚演算工程と、
前記膜厚演算工程で演算された前記酸化膜の前記推定膜厚が、前記所定の膜厚に達したか否かを判定する膜厚判定工程と、を備え、
前記加熱工程は、
前記膜厚判定工程が、前記推定膜厚が前記所定の膜厚に達したと判定した場合に、前記酸化膜形成用レーザ光の照射を、前記加熱用レーザ光の照射に切り替える切り替え工程と、
前記加熱用レーザ光を、前記酸化膜を介して前記金属部材の前記表面に照射し前記金属部材を前記所定の温度まで加熱する加熱用レーザ光照射工程と、を備える、請求項5〜9の何れか1項に記載の加熱方法。 In the oxide film forming step,
A temperature measurement step of measuring the surface temperature of the surface when the oxide film forming laser light is applied to the surface of the metal member;
An irradiation time measuring step of measuring the irradiation time of the oxide film forming laser light on the surface,
A film thickness calculating step of calculating the film thickness of the oxide film formed on the surface of the metal member as an estimated film thickness based on the measured surface temperature and the irradiation time;
The estimated film thickness of the oxide film calculated in the film thickness calculation step, a film thickness determination step of determining whether or not to reach the predetermined film thickness,
The heating step,
When the film thickness determination step determines that the estimated film thickness has reached the predetermined film thickness, the switching step of switching the irradiation of the oxide film forming laser light to the irradiation of the heating laser light,
The heating laser light irradiation step of irradiating the surface of the metal member with the heating laser light through the oxide film to heat the metal member to the predetermined temperature. The heating method according to any one of items.
前記酸化膜形成用レーザ光の前記金属部材の前記表面への照射時に前記表面の表面温度を計測する温度計測工程と、
前記酸化膜形成用レーザ光の前記表面への照射時間を計測する照射時間計測工程と、
前記計測された前記表面温度及び前記照射時間に基づき、前記金属部材の前記表面に形成された前記酸化膜の膜厚を推定膜厚として演算する膜厚演算工程と、
前記膜厚演算工程で演算された前記酸化膜の前記推定膜厚が、前記所定の膜厚に達したか否かを判定する膜厚判定工程と、
前記膜厚判定工程によって前記推定膜厚が前記所定の膜厚に達したと判定された前記酸化膜を介して前記金属部材の前記表面に実吸収率測定用レーザ光を照射する実吸収率測定用レーザ光照射工程と、
前記実吸収率測定用レーザ光照射工程で照射された前記実吸収率測定用レーザ光が前記表面で反射される反射レーザ光の出力を計測する反射レーザ光出力計測工程と、
前記反射レーザ光出力計測工程で計測された前記反射レーザ光の出力の大きさに基づいて前記酸化膜が形成された前記金属部材の表面への前記加熱用レーザ光の実吸収率を演算する実吸収率演算工程と、
前記推定膜厚、前記実吸収率、及び、前記周期性を有する前記酸化膜の膜厚と前記吸収率との前記関係に基づいて、前記酸化膜形成用レーザ光の前記所定の照射条件を変更する酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程と、
を備える、請求項5〜9の何れか1項に記載の加熱方法。 In the oxide film forming step,
A temperature measurement step of measuring the surface temperature of the surface when the oxide film forming laser light is applied to the surface of the metal member;
An irradiation time measuring step of measuring the irradiation time of the oxide film forming laser light on the surface,
A film thickness calculating step of calculating the film thickness of the oxide film formed on the surface of the metal member as an estimated film thickness based on the measured surface temperature and the irradiation time;
A film thickness determination step of determining whether or not the estimated film thickness of the oxide film calculated in the film thickness calculation step has reached the predetermined film thickness,
Actual absorptivity measurement by irradiating the surface of the metal member with a laser beam for an actual absorptance measurement through the oxide film determined to have the estimated film thickness reached the predetermined film thickness by the film thickness determination step. Laser light irradiation step for
A reflected laser light output measuring step of measuring the output of the reflected laser light that is reflected by the surface is the actual absorptivity measurement laser light irradiated in the actual absorptance measurement laser light irradiation step,
The actual absorption rate of the heating laser light on the surface of the metal member on which the oxide film is formed is calculated based on the output power of the reflected laser light measured in the reflected laser light output measuring step. Absorption rate calculation process,
The predetermined irradiation condition of the oxide film forming laser light is changed based on the estimated film thickness, the actual absorption rate, and the relationship between the film thickness and the absorption rate of the oxide film having the periodicity. A laser light irradiation condition changing step for forming an oxide film,
The heating method according to any one of claims 5 to 9, further comprising:
前記周期性を有する前記酸化膜の膜厚と前記吸収率との前記関係に基づき、前記膜厚判定工程によって前記所定の膜厚に達したと判定された前記酸化膜の前記推定膜厚に対応する前記加熱用レーザ光の推定吸収率を演算する推定吸収率演算工程を備え、
前記酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程は、
前記推定吸収率演算工程で演算された前記推定吸収率、及び前記推定吸収率が演算された時点において形成された前記酸化膜に対応する前記実吸収率に基づいて、前記酸化膜形成用レーザ光の照射条件を変更する、請求項11に記載の加熱方法。 In the oxide film forming step,
Corresponding to the estimated film thickness of the oxide film determined to have reached the predetermined film thickness in the film thickness determination step based on the relationship between the film thickness of the oxide film having the periodicity and the absorption rate. An estimated absorption rate calculation step of calculating an estimated absorption rate of the heating laser light
The laser beam irradiation condition changing step for forming the oxide film,
Based on the estimated absorption rate calculated in the estimated absorption rate calculation step and the actual absorption rate corresponding to the oxide film formed at the time when the estimated absorption rate is calculated, the oxide film forming laser beam The heating method according to claim 11, wherein the irradiation condition is changed.
前記推定吸収率演算工程で演算された前記推定吸収率と、前記推定吸収率が演算された時点において形成された前記酸化膜に対応する前記実吸収率と、の吸収率差を演算する吸収率差演算工程と、
演算された前記吸収率差が所定の範囲内にあるか否かを判定する吸収率差判定工程を備え、
前記酸化膜形成用レーザ光照射条件変更工程は、
前記吸収率差判定工程において、前記吸収率差が前記所定の範囲内にないと判定された場合に、前記吸収率差の大きさに応じて、前記酸化膜形成用レーザ光の前記所定の照射条件を前記吸収率差が前記所定の範囲内に入るよう変更する、請求項12に記載の加熱方法。 In the oxide film forming step,
Absorption rate for calculating the absorption rate difference between the estimated absorption rate calculated in the estimated absorption rate calculation step and the actual absorption rate corresponding to the oxide film formed at the time when the estimated absorption rate is calculated. Difference calculation process,
An absorption rate difference determination step of determining whether or not the calculated absorption rate difference is within a predetermined range,
The laser beam irradiation condition changing step for forming the oxide film,
In the absorptivity difference determination step, when it is determined that the absorptivity difference is not within the predetermined range, the predetermined irradiation of the oxide film forming laser beam is performed according to the magnitude of the absorptivity difference. The heating method according to claim 12, wherein the conditions are changed so that the absorption rate difference falls within the predetermined range.
請求項1〜13の何れか1項に記載の加熱方法によって前記金属部材を前記所定の温度まで加熱し、前記第一接合面と前記第二接合面とを、液相状態より低い温度で成立し固体の状態で接合が可能となる固相状態とし、前記第一接合面と前記第二接合面とを圧着方向に加圧して接合する、接合方法。 A method for joining a first joining surface of the metal member facing the surface of the metal member and a second joining surface of a joined metal member that is in contact with the first joining surface,
The metal member is heated to the predetermined temperature by the heating method according to claim 1, and the first bonding surface and the second bonding surface are formed at a temperature lower than a liquid phase state. Then, a joining method in which the solid state is set so that the joining can be performed in a solid state, and the first joining surface and the second joining surface are pressed together in the crimping direction to join.
前記加熱装置は、
前記金属部材の表面に所定の膜厚の酸化膜を形成する酸化膜形成部と、
前記所定の膜厚の前記酸化膜を介して前記金属部材に照射した前記加熱用レーザ光を、前記酸化膜の前記所定の膜厚に応じた吸収率で前記金属部材に吸収させて前記金属部材を所定の温度まで加熱する加熱部と、
を備え、
前記吸収率は、前記酸化膜の膜厚との関係において、前記膜厚の増大方向への変化に対して極大値と極小値とが交互に出現する周期性を有するとともに前記酸化膜の膜厚がゼロの場合に最も小さくなる特性を有し、
前記酸化膜形成部で前記ゼロを超えて形成される前記酸化膜の前記所定の膜厚は、
前記周期性を有する前記吸収率との関係において、前記酸化膜の膜厚が前記ゼロを超え、はじめに前記吸収率が前記極大値として出現する第一極大値に対応する第一極大膜厚、及び前記第一極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第二極大値に対応する第二極大膜厚を含み、且つ前記第二極大値と前記第二極大値の次に前記吸収率が前記極大値として出現する第三極大値に対応する第三極大膜厚との間において、前記吸収率が前記極小値として出現する第二極小値に対応する第二極小膜厚より小さくなる第一範囲に設定される、金属部材の加熱装置。 A heating device for heating a metal member by irradiating a heating laser beam,
The heating device is
An oxide film forming portion for forming an oxide film having a predetermined film thickness on the surface of the metal member,
The metal laser member is made to absorb the heating laser light irradiated to the metal member through the oxide film having the predetermined film thickness by the metal member at an absorption rate according to the predetermined film thickness of the oxide film. A heating unit that heats up to a predetermined temperature,
Equipped with
The absorptivity has a periodicity in which a maximum value and a minimum value alternately appear with respect to a change in the film thickness in the relation to the film thickness of the oxide film, and the film thickness of the oxide film. Has the smallest property when is zero,
The predetermined film thickness of the oxide film formed above the zero in the oxide film forming portion is
In the relationship with the absorptivity having the periodicity, the film thickness of the oxide film exceeds the zero, the first maximum film thickness corresponding to the first maximum value at which the absorptivity first appears as the maximum value, and After the first maximum value, the absorption rate includes a second maximum film thickness corresponding to the second maximum value that appears as the maximum value, and the absorption is next to the second maximum value and the second maximum value. Between the third local maximum film thickness corresponding to the third local maximum value that appears as the local maximum value, the absorption rate from the second local minimum film thickness corresponding to the second local minimum value that appears as the local minimum value. A heating device for a metal member, which is set in a smaller first range.
前記酸化膜は、所定の照射条件に基づき前記金属部材の前記表面に照射される酸化膜形成用レーザ光の照射によって形成され、
前記酸化膜形成部は、
前記酸化膜形成用レーザ光の前記金属部材の前記表面への照射時に前記表面の表面温度を計測する温度計測部と、
前記酸化膜形成用レーザ光の前記表面への照射時間を計測する照射時間計測部と、
前記計測された前記表面温度及び前記照射時間に基づき、前記金属部材の前記表面に形成された前記酸化膜の膜厚を推定膜厚として演算する膜厚演算部と、
前記酸化膜が形成された前記金属部材の前記表面に前記酸化膜を介して実吸収率測定用レーザ光を照射する実吸収率測定用レーザ光照射部と、
前記実吸収率測定用レーザ光照射部で照射された前記実吸収率測定用レーザ光が前記表面で反射される反射レーザ光の出力を計測する反射レーザ光出力計測部と、
前記反射レーザ光出力計測部で計測された前記反射レーザ光の出力の大きさに基づいて前記酸化膜が形成された前記金属部材の表面への前記加熱用レーザ光の実吸収率を演算する実吸収率演算部と、
前記推定膜厚、前記実吸収率および前記周期性を有する前記酸化膜の膜厚と前記吸収率との前記関係に基づいて、前記酸化膜形成用レーザ光の前記所定の照射条件を変更する酸化膜形成用レーザ光照射条件変更部と、を備える、請求項15に記載の加熱装置。 In the oxide film forming part of the heating device,
The oxide film is formed by irradiation of an oxide film forming laser beam with which the surface of the metal member is irradiated under predetermined irradiation conditions,
The oxide film forming portion,
A temperature measuring unit that measures the surface temperature of the surface when the oxide film forming laser light is applied to the surface of the metal member,
An irradiation time measurement unit that measures the irradiation time of the surface of the oxide film forming laser beam,
A film thickness calculation unit that calculates a film thickness of the oxide film formed on the surface of the metal member as an estimated film thickness based on the measured surface temperature and the irradiation time;
A laser beam irradiation unit for actual absorption rate measurement, which irradiates the actual absorption rate measurement laser beam through the oxide film on the surface of the metal member on which the oxide film is formed,
A reflected laser light output measuring unit that measures the output of the reflected laser light that is reflected by the surface of the actual absorptivity measurement laser light emitted by the actual absorptance measurement laser light irradiation unit,
The actual absorption rate of the heating laser light on the surface of the metal member on which the oxide film is formed is calculated based on the output level of the reflected laser light measured by the reflected laser light output measurement unit. Absorption rate calculation unit,
Oxidation for changing the predetermined irradiation condition of the oxide film forming laser beam based on the relationship between the estimated film thickness, the actual absorption rate, and the film thickness of the oxide film having the periodicity and the absorption rate. The heating device according to claim 15, further comprising a film forming laser light irradiation condition changing unit.
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