JPH04220164A

JPH04220164A - エネルギービーム接合方法

Info

Publication number: JPH04220164A
Application number: JP3048846A
Authority: JP
Inventors: Masao Kubo; 雅男久保; Yoshimitsu Nakamura; 良光中村; Yoshiyuki Uchinono; 良幸内野々; Tokuo Yoshida; 徳雄吉田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1991-01-23
Publication date: 1992-08-11
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2520052B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエネルギービームを用い
接点材料の如き金属片相互を接合するエネルギービーム
接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザを用いた接合方法としてはレーザ
を用いたはんだ付やレーザろう付等があるが、前者の一
従来例として、例えば特開昭６０─１８２１９４号公報
に示される技術が存在する。この従来技術は、気体によ
り基材を押圧し、基材とはんだとの接触を確保し、熱の
伝達を安定させてはんだ付するというものである。また
、後者のレーザを用いたレーザろう付の従来例として、
入熱を均一化し、接合の信頼性を上げる手段としては特
開昭６１─２２６１６７号公報に記載の技術がある。こ
の従来技術によれば、凹面状の反射鏡を用いてろう付部
上下面より集光してろう付するというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のはんだ付やろう付手段によると、気体による押
圧力のコントロールが煩雑で押圧力自体にも限界があっ
たり、接合用治具以外に反射鏡を用いなければならず、
かつその調整管理も煩雑であるという課題があった。

【０００４】本発明は上記のことに鑑み提案されたもの
で、その目的とするところは、金属片相互を容易、かつ
確実に接合できるエネルギービーム接合方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、（１）接合
する金属片の間に、ろう材，はんだ材を設け、かつ一方
の金属片の周囲を治具により押圧し、その上方からエネ
ルギービームを照射して前記各金属片を接合するように
し、上記目的を達成している。

【０００６】（２）接合する金属片の間に、ろう材，は
んだ材を設け、一方の金属片の周囲を治具により押圧し
、かつ金属片のレーザ光照射部分または金属片に設けた
透光板に光吸収層を設け、この光吸収層を介して前記金
属片の上方からレーザ光を照射し前記各金属片を接合す
るようにし、上記目的を達成している。

【０００７】（３）接合する金属片の一方の金属片側に
筒状治具を設け、この筒状治具の中空部内に上方からレ
ーザ光を照射し、筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反
射させて前記各金属片を接合するようにし、上記目的を
達成している。

【０００８】（４）接合する金属片の間にろう材，はん
だ材を設け、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け
、この筒状治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し
、筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反射させて前記各
金属片を接合するようにし、上記目的を達成している。

【０００９】（５）接合する金属片の間にろう材，はん
だ材を設け、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け
、この筒状治具の中空部内のレーザ光照射部分に光吸収
層を設け、この光吸収層を介し前記一方の金属片にレー
ザ光を照射し、かつ前記筒状治具の内壁面に前記レーザ
光を反射させて前記各金属片を接合するようにし、上記
目的を達成している。

【００１０】（６）接合する金属片相互を予め仮保持さ
せ、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、この筒
状治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し、筒状治
具の内壁面に上記レーザ光を反射させて前記各金属片を
接合するようにし、上記目的を達成している。

【００１１】（７）接合する金属片相互を予め仮保持さ
せ、予め光学系でレーザ光を所望の強度分布に偏向して
照射し入熱状態をコントロールして前記各金属片を接合
するようにし、上記目的を達成している。

【００１２】（８）接合する金属片相互を予め仮保持さ
せ、レーザ光を所望の強度分布に偏向する代わりに、エ
ネルギービームの照射個所を複数設けることで入熱状態
をコントロールして前記各金属片を接合するようにし、
上記目的を達成している。

【００１３】

【作用】本発明では、上記（１）〜（８）のように構成
し、エネルギービームによりろう付，はんだ付を行う場
合、先ず上記（１）〜（３）記載のものは、治具を用い
て一方の金属片の周囲を押圧するようにし、安定した押
圧力が得られ、かつ特別の反射鏡の如き部材を用いるこ
となく、極めて簡単な構成によって金属片相互を接合で
きるようにしている。

【００１４】この場合、治具の押圧により各金属片とろ
う材やはんだ材との接触が機械的に確保され、熱伝達が
安定し接合の信頼性を向上させている。また、ろう材，
はんだ材がレーザエネルギーの熱により溶融する際、こ
れと同時に押圧力により広げられ、ぬれ現象だけでは得
られない高速ろう付，はんだ付を可能としている。

【００１５】なお、上記（２）ではレーザ光照射部分に
光吸収層を設けたり、押圧する治具として光吸収層を有
する透光板を付設し、この透光板の上部に押圧力が加え
られる治具を設けており、レーザ光のエネルギーを光吸
収層を介し効率良く金属片に伝えるように構成されてい
る。

【００１６】また、上記（３）のものは、筒状治具の内
壁面にレーザ光で反射させるようにし、レーザ光の均一
な照射をなすようにする。

【００１７】さらに、上記（４）のものは、筒状の治具
の内壁面でレーザ光を反射させる構成となっているが、
押圧することに限定されるものでない。

【００１８】また、上記（５）のものは、筒状治具の内
壁面でレーザ光を反射させることに加え、レーザ光照射
部分に光吸収層を設け、より効率良くレーザエネルギー
を金属片に伝えるようにしている。

【００１９】また、上記（６）のものは、予め金属片相
互を仮保持してしまい、各金属片の間に、特にろう材，
はんだ材を設けなくても良いようにしている。

【００２０】しかして、上記のように治具を筒状にして
、この内壁面にレーザ光を反射させることで、レーザ光
の強度分布の違いを均一もしくは所望の強度分布に変え
ることができるようにしている。このため、入熱状態を
コントロールでき、信頼性の高い接合を可能としている
。

【００２１】なお、筒状治具は、使用するレーザ波長に
合わせ、よく反射する材料を用いることが必要であり、
例えばＹＡＧレーザ・ＣＯ２　レーザの場合はＣｕ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ａｕ　系材料、もしくはそれによるコーティ
ング材料が挙げられる。

【００２２】また、上記（５）のものにおいて、レーザ
の吸収を安定させるために、金属片のレーザ照射部分、
または治具の一部に透光材を用い、それが金属片のレー
ザ照射部と接触する部分に光吸収層を設け、レーザ光の
エネルギーを効率良く金属片に伝えるようにしている。

【００２３】また、上記（６）のものでは、金属片相互
を予め仮保持するようにしたため、上記作用に加え、接
合する金属片が予め一体化されているので、その取扱い
が容易となり、接合の作業性を良くしている。

【００２４】しかして、上記（７）のものにおいて、金
属片相互を予め仮保持し、予め光学系でレーザ光を所望
の強度分布に偏向して照射し入熱状態をコントロールで
きるようにしている。

【００２５】なお、上記（８）のものでは、金属片相互
を予め仮保持し、エネルギービームの照射個所を複数設
けることで入熱状態をコントロールできるようにしてい
る。

【００２６】

【実施例】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施例を
示すもので、図中１は図示の状態において上側に配置さ
れた一方の金属片であり、この下方にはろう材，はんだ
材２を介し他方の金属片３が配置され、これらは治具４
の上に設けられている。また、一方の金属片１上の例え
ば４ヶ所に第１〜第４の押圧用の治具５ａ〜５ｄが設け
られている。しかして、この実施例では接合する複数の
金属片１，３の間にろう材，はんだ材２を設け、上側に
位置する一方の金属片１の周囲を上側に配置された治具
５ａ〜５ｄにより押圧しつつ治具５ａ〜５ｄの間に照射
したレーザ光Ａのエネルギーにより各金属片１，３相互
を接合するようにしたことに特徴を有している。

【００２７】図２（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施例
を示すもので、この例ではレーザ光Ａの照射部分ａに光
吸収層６を設け、この光吸収層６を介して一方の金属片
１にレーザ光Ａを照射するようにしたことに特徴を有し
ている。このため、よりレーザ光Ａのエネルギーを接合
部に伝えることができ、熱伝達が安定し、速やかに、か
つ確実に接合することができる。なお、その他の構成は
第１実施例と同様であるため、同一部材には同じ符号を
付し、それらの説明は省略する。

【００２８】図３（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例
を示すもので、この実施例では一方の金属片１の上部に
透光板７を設け、この透光板７のレーザ光照射部分ａに
光吸収層６ａを設け、この部分にレーザ光Ａを照射し、
各金属片１，３相互を接合するようにしたものである。その他の構成は第１実施例と同様である。

【００２９】図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４実施例
を示す。この実施例では一方の金属片１の上部に筒状治
具８を設け、この筒状治具８内にレーザ光Ａを照射し、
筒状治具８の内壁面にレーザ光Ａを反射させて各金属片
１，３相互を接合するようにしている。この場合、筒状
治具８は一方の金属片１側に対し必ずしも押圧すること
を要しない。なお押圧しても良いことは勿論である。ま
た、この筒状治具８を一方の金属片１側と離間して配置
しても良いことは勿論である。しかして、通常、単に一
方の金属片１上にレーザ光Ａを照射した場合は、図４（
ｃ）に示す如きレーザ光Ａの強度分布となるが、このよ
うな筒状治具８を用いると（ｄ）に示すような強度分布
となり、レーザ光照射部分に均一に近くレーザ光Ａを集
めて照射することができる。

【００３０】なお、（ｅ）図に示すように、筒状治具８
の内壁面をテーパ状としても良く、この場合、テーパ角
は水平方向に対しほぼ３０°と設定し、かつテーパ下穴
φ２ｍｍ、スポット径φ５ｍｍ、レーザパワー約２０Ｊ
／ｐ．４ｍｓで設定すると上記（ｄ）図に示すように、
テーパ下穴内のレーザ強度分布をほぼ均一にすることが
可能になった。

【００３１】図５（ａ），（ｂ）は本発明の第５実施例
を示す。この実施例では、上記第４実施例において、レ
ーザ光照射部分に光吸収層６ｂを設け、この光吸収層６
ｂを介して一方の金属片１にレーザ光Ａを照射するよう
にしたものである。実施例１〜５において、ろう材，は
んだ材を用いた場合、図１０に示すように金属片の片側
または両側に貫通穴を１〜複数個設けることで溶融した
ろう材，はんだ材中に生じるボイドを逃がすことができ
るという特徴がある。

【００３２】図６（ａ）〜（ｌ）及び図７（ａ）〜（ｆ
）は本発明の第６実施例を示すもので、これらの実施例
は金属片相互を予め仮保持させた後、筒状治具８を用い
、その内壁面にレーザ光Ａを反射させて金属片相互を接
合するようにしたことに特徴を有している。すなわち、
図６（ａ）において、金属片１ａに凹凸状部分１ｂを形
成し、（ｂ）図に示すように、これに他の金属片３を圧
着して仮保持させて、一方の金属片１ａの上部に筒状治
具８を設け、（ｃ）図に示すように、レーザ光Ａを照射
し、筒状治具８の内壁面にレーザ光Ａを反射させるよう
にしている。この場合、筒状治具８としては、（ｄ）図
に示すように、内壁面がテーパ状としたものを用いても
良い。

【００３３】次に、図６（ｅ）ないし（ｈ）は仮保持手
段が異なるもので、先ず（ｅ）に示すように、金属片３
の接合面に凹部３ａを形成し、かつ金属片１ａをポンチ
９を介し絞り加工するなどして塑性変形させ、（ｆ）に
示すように、金属片３の凹部３ａに金属片１ａを仮保持
させ、かつ（ｇ）に示すように、金属片１ａの上部に筒
状治具８を設け、レーザ光Ａを照射するようにしている
。この場合も筒状治具８として、（ｈ）に示すように、
内壁面がテーパ状としたものを用いても良い。

【００３４】（ｉ）ないし（ｌ）は、さらに他の仮保持
手段を用いた例である。すなわち、金属片３に凸部３ｂ
を形成し、この凸部３ｂを金属片１ａの孔１ｃ内に挿入
し、突出部分をポンチ９にて潰し、（ｊ）に示すように
仮保持させ、ついで、（ｋ）または（ｌ）に示すように
、金属片１ａの上部に筒状治具８を設け、レーザ光Ａを
照射するようにしている。なお、これらにおいて金属片
１ａ，３間に、ろう材，はんだ材を入れても良い。

【００３５】また、図７（ａ）ないし（ｆ）は超音波に
よる仮保持の例を示す。すなわち、（ａ）は一方の金属
片１ａの所定位置に他方の金属片３を重ね合わせて接触
させ、金属片３の上部に超音波ホーン１０を当て、この
超音波ホーン１０を駆動して超音波の振動により金属片
３を金属片１ａの面上に仮保持させている。この場合、
振動により接合面の酸化皮膜を、特に活性剤を用いなく
とも除去することができる。このようにすることでビー
ム照射による入熱で接合する金属片が直接溶融しなくて
も原子の拡散反応が起こり、例えばＡｇとＣｕにこの方
法を用いれば元素の拡散共晶反応によりＡｇ─Ｃｕの合
金層が形成され、安定した接合が得られる。すなわち、
超音波による仮保持の目的は、接合面の酸化皮膜を超音
波摩擦により除去し、清浄な面どうしを密着させて仮保
持させることである。

【００３６】（ｂ）は金属片３を収納する凹部１０ａが
形成された超音波ホーン１０を用い、金属片３を金属片
１ａに仮保持させた例である。（ｃ）は金属片３の上部
を固定部材１１によって固定し、金属片１ａの下部に超
音波ホーン１０を配置して超音波により仮保持するよう
にしたものである。（ｄ）は金属片３側に当てた超音波
ホーン１０を垂直方向に駆動し、接合面に対し垂直方向
に超音波振動を印加して金属片１ａ，３を仮保持するよ
うにしている。このような超音波振動印加によると、金
属片１ａ，３を接点とした場合、接点表面へのダメージ
を低減することができる利点がある。しかして、上記の
ようにして仮保持したものを、（ｅ）または（ｆ）に示
す如き筒状治具８を用い、レーザ光Ａを照射して金属片
１ａ，３相互を接合するようにしている。

【００３７】なお、図６や図７に示した上記実施例でも
金属片１ａと３との間に、ろう材やはんだ材を入れても
良い。このように、これらの実施例では金属片相互を予
め仮保持しているため、接合の作業性が良いという利点
がある。

【００３８】図８（ａ），（ｂ）は本発明の第７実施例
を示すもので、この実施例は金属片相互を予め仮保持さ
せた後、予め光学系でレーザ光を所望の強度分布に偏向
して照射し入熱状態をコントロールして前記各金属片を
接合するようにしたことに特徴を有している。すなほち
、金属片どうしを超音波で仮保持した後、カライドスコ
ープ１３を用いレーザ光の強度分布を均一に偏向して金
属片に照射するようにしたものである。この場合、仮保
持は実施例６に示すよう他の方式でもよく、レーザ光の
偏向光学系もカライドスコープ１３に限らず所望の強度
分布が得られる他の光学系でもよい。また、上記実施例
でも金属片１ａと３の間にろう材やはんだ材を入れても
よい。

【００３９】図９（ａ），（ｂ）は本発明の第８実施例
を示すもので、この実施例は金属片相互を予め仮保持さ
せた後、エネルギービームの照射個所を複数設けること
で入熱状態をコントロールして前記各金属片を接合する
ようにしたことに特徴を有している。すなわち、金属片
どうしを超音波で仮保持した後、（ａ）はエネルギービ
ームを複数の焦点を持ったレンズ１２で分割集光し金属
片に照射するようにしたものである。（ｂ）は複数のレ
ーザ光をそれぞれ金属片に照射するようにしたもので、
この場合それぞれのレーザ光の照射は、同時でも時間的
にずらしてもどちらでもよい。また、仮保持方法は実施
例６に示すよう他の方法でもよい。また、上記実施例で
も金属片１ａと３の間にろう材やはんだ材を入れてもよ
い。以上の実施例においてレーザ照射時にＯ２　ガスを
吹き付けることでレーザの吸収効果をよくすることがで
き、またレーザ照射部に凹凸（１〜１００μｍ）を１〜
複数個設けることでも同様の効果が得られ、さらに組み
合わせることも効果的であり、接合を安定させることが
できる。なお、上記実施例では主としてレーザ光で説明
したが、本発明はレーザ光に限定されるものではなく、
電子ビームその他のエネルギービームを包含しているこ
とは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、（１）接
合する金属片の間に、ろう材，はんだ材を設け、かつ一
方の金属片の周囲を治具により押圧し、その上方からエ
ネルギービームを照射して前記各金属片を接合する、（
２）接合する金属片の間に、ろう材，はんだ材を設け、
一方の金属片の周囲を治具により押圧し、かつ金属片の
レーザ光照射部分または金属片に設けた透光板に光吸収
層を設け、この光吸収層を介して前記金属片の上方から
レーザ光を照射し前記各金属片を接合する、

【００４１
】（３）接合する金属片の一方の金属片側に筒状治具を
設け，この筒状治具の中空部内に上方からレーザ光を照
射し、筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反射させて前
記各金属片を接合する、（４）接合する金属片の間にろ
う材，はんだ材を設け、かつ前記一方の金属片側に筒状
治具を設け、この筒状治具の中空部内に上方からレーザ
光を照射し、筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反射さ
せて前記各金属片を接合する、（５）接合する金属片の
間にろう材，はんだ材を設け、かつ前記一方の金属片側
に筒状治具を設け、この筒状治具の中空部内のレーザ光
照射部分に光吸収層を設け、この光吸収層を介し前記一
方の金属片にレーザ光を照射し、かつ前記筒状治具の内
壁面に前記レーザ光を反射させて前記各金属片を接合す
る、

【００４２】（６）接合する金属片相互を予め仮保持さ
せ、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、この筒
状治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し、筒状治
具の内壁面に上記レーザ光を反射させて前記各金属片を
接合する、（７）接合する金属片相互を予め仮保持させ
、予め光学系でレーザ光を所望の強度分布に偏向して照
射し入熱状態をコントロールして前記各金属片を接合す
る、（８）接合する金属片相互を予め仮保持させ、レー
ザ光を所望の強度分布に偏向する代わりに、エネルギー
ビームの照射個所を複数設けることで入熱状態をコント
ロールして前記各金属片を接合する、構成とし、

【００
４３】ろう材，はんだ材を金属片間に設け、かつ一方の
金属片を押圧する構成としたものにおいては各金属片相
互の機械的接触が確保され、かつ熱伝達が安定し接合の
信頼性を向上させることができる。また、光吸収層を設
けたり、筒状治具の内壁面にレーザ光を反射させるよう
にしたり、エネルギービームの焦点を分散させたりした
もの等は、入熱およびその熱伝達が安定し、接合の信頼
性の高いレーザ光によるろう付，はんだ付を行うことが
できる。

【００４４】また、接合する金属片相互を予め仮保持さ
せ、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、この筒
状治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し、筒状治
具の内壁面に前記レーザ光を反射させて前記各金属片を
接合するようにし、金属片相互を予め仮保持するように
したものは、上記効果に加え、仮保持されているため、
接合作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施例で、
（ａ）は部分断面平面図、（ｂ）は接合作業の側断面図
である。

【図２】図２（ａ），（ｂ）は同上の第２実施例である
。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は同上の第３実施例である
。

【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４実施例で、
（ａ）は部分断面平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は
通常のレーザ光のスポット状態の説明図、（ｄ）は（ｅ
）図示構成のスポット状態の説明図、（ｅ）は筒状治具
の内壁面をテーパとした場合の側断面図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は本発明の第５実施例であ
る。

【図６】図６（ａ）〜（ｌ）は本発明の第６実施例であ
り、金属片相互を機械的結合により仮保持させた後、レ
ーザ接合した各種の例である。

【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は本発明の第６実施例であ
り、金属片相互を超音波により仮保持させた後、レーザ
接合した各種の例を示す。

【図８】図８は本発明の第７実施例である。

【図９】図９は本発明の第８実施例である。

【図１０】図１０本発明の第１〜第５実施例におけるボ
イド処理の説明図である。

【符号の説明】

１，１ａ，３　　金属片１ｂ　　凹部３ａ　　凹部３ｂ　　凸部２　　ろう材，はんだ材４　　治具５ａ〜５ｄ　　治具６，６ｂ　　光吸収層７　　透光板８　　筒状治具９　　ポンチ１０　　超音波ホーン１０ａ　　凹部１１　　固定部材１２　　複数焦点レンズ１３　　カライドスコープ１４　　貫通穴Ａ　　レーザ光ａ　　レーザ光照射部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　接合する金属片の間に、ろう材，はん
だ材を設け、かつ一方の金属片の周囲を治具により押圧
し、その上方からエネルギービームを照射して前記各金
属片を接合することを特徴としたエネルギービーム接合
方法。
【請求項２】　　接合する金属片の間に、ろう材，はん
だ材を設け、一方の金属片の周囲を治具により押圧し、
かつ金属片のレーザ光照射部分または金属片に設けた透
光板に光吸収層を設け、この光吸収層を介して前記金属
片の上方からレーザ光を照射し前記各金属片を接合する
ことを特徴としたエネルギービーム接合方法。
【請求項３】　　接合する金属片の一方の金属片側に筒
状治具を設け、この筒状治具の中空部内に上方からレー
ザ光を照射し、筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反射
させて前記各金属片を接合することを特徴としたエネル
ギービーム接合方法。
【請求項４】　　接合する金属片の間にろう材，はんだ
材を設け、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、
この筒状治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し、
筒状治具の内壁面に前記レーザ光を反射させて前記各金
属片を接合することを特徴としたエネルギービーム接合
方法。
【請求項５】　　接合する金属片の間にろう材，はんだ
材を設け、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、
この筒状治具の中空部内のレーザ光照射部分に光吸収層
を設け、この光吸収層を介し前記一方の金属片にレーザ
光を照射し、かつ前記筒状治具の内壁面に前記レーザ光
を反射させて前記各金属片を接合することを特徴とした
エネルギービーム接合方法。
【請求項６】　　接合する金属片相互を予め仮保持させ
、かつ前記一方の金属片側に筒状治具を設け、この筒状
治具の中空部内に上方からレーザ光を照射し、筒状治具
の内壁面に上記レーザ光を反射させて前記各金属片を接
合することを特徴としたエネルギービーム接合方法。
【請求項７】　　接合する金属片相互を予め仮保持させ
、予め光学系でレーザ光を所望の強度分布に偏向して照
射し入熱状態をコントロールして前記各金属片を接合す
ることを特徴としたエネルギービーム接合方法。
【請求項８】　　接合する金属片相互を予め仮保持させ
、エネルギービームの照射個所を複数設けることで入熱
状態をコントロールして前記各金属片を接合することを
特徴としたエネルギービーム接合方法。