本發(fā)明涉及基于激光的金屬部件的加熱方法、加熱的金屬部件的接合方法以及金屬部件的加熱裝置。
背景技術(shù):
以往,存在通過將激光照射至金屬部件的表面,而使金屬部件吸收激光,來加熱金屬部件的技術(shù)。例如參照日本專利第4894528號公報、日本專利第5602050號公報、日本特開2014-228478號公報。
此時,加熱金屬部件的目的各種各樣。例如,作為其一,存在日本專利第4894528號公報、日本專利第5602050號公報所示那樣的以兩個部件的接合為目的的情況。在進行兩個部件的接合的情況下,例如,對成為電路的接點的金屬部件(例如引線)進行加熱,而使被接合部件(例如半導體的端子)與金屬部件直接接合。此時,如日本專利第4894528號公報、日本專利第5602050號公報所示,也可以不將加熱部加熱至成為液相狀態(tài)而以固相狀態(tài)停止,以規(guī)定的壓力將金屬部件與被接合部件加壓接合(固相擴散接合)。另外,也可以是通常的焊接、即使加熱部熔融而以液相狀態(tài)接合。由此,與例如通過錫焊接合金屬部件與被接合部件的情況相比,能夠形成耐高溫環(huán)境的接合。
另外,作為其他的加熱的例子,例如,存在日本特開2014-228478號公報所示那樣的技術(shù),以非破壞狀態(tài)檢查已經(jīng)被接合的金屬部件與被接合部件是否以充分的面積接觸并被接合為目的。在日本特開2014-228478號公報的技術(shù)中,首先,通過向與被接合部件接合的金屬部件照射激光,加熱金屬部件而使其升溫。此時,若金屬部件與被接合部件以充分的面積接觸(接合),則升溫的熱與接觸面積對應地從金屬部件朝向被接合部件良好地移動。因此,金屬部件的升溫速度變得緩慢。但是,若金屬部件與被接合部件未以充分的面積接觸,為不充分的接合,則金屬部件的熱無法朝向被接合部件良好地移動,從而升溫速度變得急劇。通過該升溫速度的差異,來評價金屬部件與被接合部件的接合狀態(tài)。
此外,在上述說明中,被照射的激光通常應用廉價的yag激光器等的情況較多。yag激光器是激光具有近紅外波長(0.7μm~2.5μm)的激光器。例如銅制或者鋁制的金屬部件,在直至達到規(guī)定的溫度(例如熔點)的低溫時,對基于yag激光器的激光的吸收率非常低。因此,例如,在日本專利第4894528號公報、日本專利第5602050號公報、日本特開2014-228478號公報所記載的技術(shù)中,若作為金屬部件而使用銅或者鋁,則在低溫時,即使向金屬部件直接照射激光,由于金屬部件對激光的吸收率較低,所以金屬部件的溫度上升較慢,從而導致到達到吸收率增加的規(guī)定的溫度為止消耗較多的能量。
與此相對,在日本特開2014-228478號公報所記載的技術(shù)中,基于公知的見解,在金屬部件的表面形成氧化膜,來提高低溫時的金屬部件對激光的吸收率。氧化膜通過將氧化膜形成用的激光照射至金屬部件的表面而形成。換句話說,為了將氧化膜的膜厚設為實現(xiàn)所期望的吸收率的規(guī)定的膜厚,而將激光以預先設定的規(guī)定的時間照射金屬部件的表面。然后,將加熱用激光經(jīng)由所形成的氧化膜照射金屬部件。而且,使通過氧化膜的形成而提高激光的吸收率的金屬部件迅速地升溫,從而高效地進行接合狀態(tài)的評價。此外,在日本特開2014-228478號公報所記載的技術(shù)中,基于若氧化膜的膜厚超過恒定的值,則激光的吸收率飽和這樣的公知的見解,來設定吸收率飽和的膜厚,從而以能夠形成該膜厚的方式設定激光的照射時間。
然而,如日本特開2014-228478號公報所記載的那樣,為了形成吸收率飽和那樣的恒定膜厚以上的氧化膜,而過于耗費時間,成為高成本化的重要因素。另外,為了在短時間內(nèi)形成氧化膜,在縮短激光照射時間的情況下,所形成的氧化膜的膜厚變薄。此時,通過短時間的激光照射能夠形成的接近零的較薄氧化膜的膜厚與金屬部件對激光的吸收率的關(guān)系,具有在膜厚超過零而增大的方向上極大值以及極小值交替地出現(xiàn)的周期性。而且,在該情況下,即使所形成的氧化膜的膜厚的偏差不大而是少許的偏差,在吸收率方面也呈現(xiàn)出較大的差別,因此,雖在低成本方面優(yōu)選,但難以獲得穩(wěn)定的激光的吸收率。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的之一在于提供利用能夠以低成本形成的薄氧化膜來提高激光的吸收率,并且能夠穩(wěn)定且高效率地進行金屬部件的加熱的金屬部件的加熱方法、加熱的金屬部件的接合方法以及金屬部件的加熱裝置。
作為本發(fā)明的一方式的通過加熱用激光的照射來加熱金屬部件的加熱方法具備:氧化膜形成工序,在該工序中,在上述金屬部件的表面形成規(guī)定的膜厚的氧化膜;以及加熱工序,在該工序中,經(jīng)由上述氧化膜向上述金屬部件照射上述加熱用激光,使上述金屬部件以與上述氧化膜的上述規(guī)定的膜厚對應的吸收率吸收所照射的上述加熱用激光,從而將上述金屬部件加熱至規(guī)定的溫度。
在上述吸收率與上述氧化膜的膜厚的關(guān)系中,上述吸收率具有以下特性,即:具有相對于上述膜厚向增大方向的變化交替地出現(xiàn)極大值與極小值的周期性,并且在上述氧化膜的膜厚為零的情況下最小,在上述氧化膜形成工序中超過上述零而形成的上述氧化膜的上述規(guī)定的膜厚設定于第一范圍,在上述規(guī)定的膜厚與具有上述周期性的上述吸收率的關(guān)系中,上述第一范圍包含與上述氧化膜的膜厚超過上述零而上述吸收率首次作為上述極大值出現(xiàn)的第一極大值對應的第一極大膜厚、以及與上述吸收率在上述第一極大值之后再次作為上述極大值出現(xiàn)的第二極大值對應的第二極大膜厚,并且,上述第一范圍比第二極小膜厚小,第二極小膜厚與在上述第二極大值和與在上述第二極大值之后上述吸收率再次作為上述極大值出現(xiàn)的第三極大值之間上述吸收率作為上述極小值出現(xiàn)的第二極小值對應的膜厚。
如上,就金屬部件對加熱用激光的吸收率的特性而言,吸收率在與氧化膜的膜厚的關(guān)系中具有以下特性,即:具有極大值與極小值交替地出現(xiàn)的周期性,并且在上述氧化膜的膜厚為零的情況下上述吸收率最小。而且,金屬部件的氧化膜的膜厚設定于第一范圍,第一范圍包含與膜厚超過零而首次出現(xiàn)的第一極大值以及接著第一極大值出現(xiàn)的第二極大值分別對應的第一極大膜厚以及第二極大膜厚,并且,第一范圍比與第二極小值對應的第二極小膜厚小,其中,第二極小值為在第二極大值與接著第二極大值出現(xiàn)的極大值亦即第三極大值之間的極小值。如上,基于具有周期性的氧化膜的膜厚與吸收率的關(guān)系,能夠在較寬的范圍(第一范圍)內(nèi)設定氧化膜的膜厚。由此,即使在形成氧化膜時膜厚少許偏差,加熱用激光的吸收率與不經(jīng)由氧化膜地將加熱用激光照射至金屬部件的情況相比,也能夠可靠地增大,從而能夠穩(wěn)定且高效率地加熱金屬部件。另外,將氧化膜的膜厚限定于零附近的第一范圍內(nèi),因此能夠抑制形成超過第一范圍的膜厚的不必要的時間增加而導致高成本化。
另外,作為本發(fā)明的其他方式的金屬部件的接合方法是同上述金屬部件的上述表面對置的上述金屬部件的第一接合面與同上述第一接合面抵接的被接合金屬部件的第二接合面的接合方法,通過上述的方式的加熱方法,將上述金屬部件加熱至上述規(guī)定的溫度,將上述第一接合面與上述第二接合面形成在比液相狀態(tài)低的溫度下成立且在固體的狀態(tài)下能夠接合的固相狀態(tài),從而將上述第一接合面與上述第二接合面在壓接方向加壓并接合。
如上,將第一接合面與第二接合面升溫至比金屬部件熔融的溫度低的低溫亦即固相狀態(tài)來接合。因此,加熱用激光的必要照射量與使金屬部件熔融的情況相比能夠減少。因此,相對于金屬部件設置氧化膜,來提高加熱用激光的吸收率,與此對應地能夠大幅度減少加熱用激光的使用能量,從而能夠?qū)崿F(xiàn)接合的低成本化。
另外,作為本發(fā)明的其他方式的金屬部件的加熱裝置為通過加熱用激光的照射來加熱金屬部件的加熱裝置,上述加熱裝置具備:氧化膜形成部,其在上述金屬部件的表面形成規(guī)定的膜厚的氧化膜;以及加熱部,其以使上述金屬部件以與上述氧化膜的上述規(guī)定的膜厚對應的吸收率吸收經(jīng)由上述規(guī)定的膜厚的上述氧化膜照射至上述金屬部件的上述加熱用激光的方式將上述金屬部件加熱至規(guī)定的溫度。上述吸收率在與上述氧化膜的膜厚的關(guān)系中,具有極大值與極小值相對于上述膜厚的增大方向的變化交替地出現(xiàn)的周期性,并且具有在上述氧化膜的膜厚為零的情況下最小的特性,在上述氧化膜形成部超過上述零而形成的上述氧化膜的上述規(guī)定的膜厚在與具有上述周期性的上述吸收率的關(guān)系中,包含在上述氧化膜的膜厚超過零時,與上述吸收率首先作為上述極大值出現(xiàn)的第一極大值對應第一極大膜厚以及與上述吸收率接著上述第一極大值作為上述極大值出現(xiàn)的第二極大值對應的第二極大膜厚,并且,在上述第二極大值與同上述吸收率接著上述第二極大值作為上述極大值出現(xiàn)的第三極大值對應的第三極大膜厚之間,設定于比與上述吸收率作為上述極小值出現(xiàn)的第二極小值對應的第二極小膜厚小的第一范圍。通過該加熱裝置,能夠進行穩(wěn)定且高效率的加熱。
附圖說明
根據(jù)以下參照附圖對實施例進行的詳細說明可了解本發(fā)明的上述以及更多的特點和優(yōu)點,在附圖中,對相同的元素標注相同的附圖標記。
圖1是第一實施方式的加熱裝置的簡圖。
圖2是連續(xù)波的激光向金屬部件的照射以及通過照射形成于表面的氧化膜的圖像視圖。
圖3是表示通過氧化膜形成用激光的照射在金屬部件的表面形成氧化膜的過程的一個例子的坐標圖。
圖4是對通過氧化膜形成用激光的照射在金屬部件的表面形成氧化膜與孔的狀態(tài)進行說明的圖。
圖5是表示通過加熱用激光的照射從表面加熱金屬部件的狀態(tài)的圖像視圖。
圖6是表示氧化膜的膜厚與激光的吸收率的關(guān)系的坐標圖。
圖7是第一實施方式的加熱方法的流程1。
圖8是第二實施方式的加熱裝置中,將氧化膜形成用激光設為脈沖波的情況下的向金屬部件的照射的圖像視圖。
圖9是第二實施方式的加熱裝置的簡圖。
圖10是表示在第二實施方式的加熱裝置中,通過氧化膜形成用激光的照射,在金屬部件的表面形成氧化膜的過程的坐標圖。
圖11是第二實施方式的加熱方法的流程2。
圖12是第三實施方式的加熱裝置的簡圖。
圖13是第三實施方式的加熱方法的流程3。
圖14是對第三實施方式的變形例1的構(gòu)成進行說明的圖。
圖15是對第三實施方式的變形例2的構(gòu)成進行說明的圖。
圖16是應用第一實施方式的加熱裝置的接合裝置的簡圖。
圖17是圖16的局部放大圖。
圖18是圖16的接合裝置的接合方法的流程圖。
具體實施方式
基于附圖對本發(fā)明的第一實施方式的金屬部件的加熱裝置進行說明。圖1是加熱裝置100的簡圖。加熱裝置100是將yag激光器所代表的近紅外波長的激光照射至在熔點以下的低溫時吸收率較低且升溫的效率較差的例如銅等金屬部件(引線框62),使金屬部件以比以往高的吸收率吸收激光而高效地加熱金屬部件使其升溫的裝置。此外,關(guān)于以怎樣的用途使用通過加熱裝置100加熱的金屬部件沒有特別限定。但是,在本實施方式中,作為用途的一個例子,將在后面針對以與被接合金屬部件(半導體部件50的表面的金屬端子)接合為目的而加熱金屬部件(引線框62)的方式進行說明。
首先,對加熱裝置100進行說明。如圖1所示,加熱裝置100具備氧化膜形成部120、加熱部130以及控制部140。氧化膜形成部120在引線框62(金屬部件)的表面形成規(guī)定的膜厚α的氧化膜om(參照圖2)。此時,規(guī)定的膜厚α是與以往相比提高引線框62對激光的吸收率的任意的膜厚。
此外,此時,以往是指在引線框62(金屬部件)的表面未形成有氧化膜om的狀態(tài)的情況。規(guī)定的膜厚α的設定之后詳述。氧化膜形成部120具備激光振蕩器121、激光頭122以及框體123。激光頭122配置于框體123內(nèi)。并且,氧化膜形成部120包含后述的控制部140具備的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144以及膜厚判定部145。
激光振蕩器121是通過基于控制部140的切換操作,能夠照射輸出不同的連續(xù)波cw(參照圖2的圖像視圖)的激光振蕩器。連續(xù)波cw是指不中斷而連續(xù)地照射的激光。在本實施方式中,連續(xù)波cw的輸出設為兩個階段。將高輸出側(cè)的連續(xù)波設為連續(xù)波cw1,將輸出比連續(xù)波cw1小的低輸出側(cè)的連續(xù)波設為連續(xù)波cw2。高輸出側(cè)的連續(xù)波cw1以及低輸出側(cè)的連續(xù)波cw2通過基于激光輸出調(diào)整部141b的輸出調(diào)整而被調(diào)整輸出,并由激光振蕩器121生成。在本實施方式中,連續(xù)波cw1是氧化膜形成用的激光。連續(xù)波cw2是之后詳述的加熱用的激光。
若將高輸出側(cè)的連續(xù)波cw1的輸出例如設為100w,則低輸出側(cè)的連續(xù)波cw2的輸出例如為20w左右。但是,該輸出值始終作為一個例子進行例示,不限定于該值。輸出較大的連續(xù)波cw1當在引線框62(金屬部件)的表面62a(在圖1中為上表面)形成規(guī)定的膜厚α的氧化膜om時,通過氧化膜形成部120的動作被照射至表面62a。
連續(xù)波cw2在加熱引線框62(金屬部件)的情況下,通過之后詳述的加熱部130的動作,經(jīng)由形成于表面62a的氧化膜om被照射至表面62a。此外,在本實施方式中,連續(xù)波cw1以及連續(xù)波cw2是輸出不同,但具有相同的波長,通過相同的裝置(激光振蕩器121以及激光頭122)被照射至引線框62的表面62a的同種激光。此外,以下,將連續(xù)波cw1稱為氧化膜形成用激光l1、將連續(xù)波cw2稱為加熱用激光l2來進行說明。
構(gòu)成氧化膜形成部120的激光振蕩器121以與激光的種類對應的規(guī)定的波長振蕩而生成氧化膜形成用激光l1。氧化膜形成用激光l1(連續(xù)波cw1)的波長優(yōu)選處于0.7μm~2.5μm的范圍內(nèi)。換句話說,氧化膜形成用激光l1優(yōu)選為yag激光器所代表的近紅外波長的激光。
由此,能夠廉價地制作激光振蕩器121。具體而言,作為氧化膜形成用激光l1,能夠采用hoyag(波長:約1.5μm)、yvo(釩酸釔,波長:約1.06μm)、yb(鐿,波長:約1.09μm)以及纖維激光等。另外,激光振蕩器121具備將從激光振蕩器121振蕩形成的氧化膜形成用激光l1傳送至激光頭122的光纖125。
如圖1所示,配置于框體123內(nèi)的激光頭122從引線框62的表面62a隔著規(guī)定的距離與引線框62的表面62a對置地配置。激光頭122具有準直透鏡132、反射鏡134以及fθ透鏡138。準直透鏡132對從光纖125被出射的氧化膜形成用激光l1進行準直而轉(zhuǎn)換成平行光。
反射鏡134以被準直的氧化膜形成用激光l1入射至fθ透鏡138的方式轉(zhuǎn)換氧化膜形成用激光l1的行進方向。在本實施方式中,反射鏡134將氧化膜形成用激光l1的行進方向轉(zhuǎn)換90度。fθ透鏡138是對從反射鏡134被入射的平行的氧化膜形成用激光l1進行聚光的透鏡。
此外,在本實施方式中,該氧化膜形成用激光l1以光軸與引線框62的表面62a正交的方式被連續(xù)照射。通過上述的氧化膜形成用激光l1的連續(xù)照射,在引線框62的表面62a上形成氧化膜om(參照圖3的坐標圖)。換句話說,氧化膜om與照射時間h的經(jīng)過對應地朝向膜厚增大方向逐漸生長,例如,形成為在以激光l1的光軸為中心的直徑約為200μm的圓形范圍內(nèi),膜厚成為規(guī)定的膜厚α(超過零)。
另外,此時,在被氧化膜形成用激光l1照射的引線框62的表面62a(照射位置)以微小的直徑形成有向表面62a開口的孔62c(參照圖4)。孔62c的開口直徑例如為φ10μm左右。孔62c的形狀(直徑等)與氧化膜形成用激光l1的輪廓對應地被決定。
此外,激光的輪廓是指該激光具有的特有的照射直徑(點徑)、空間上的強度分布。若將氧化膜形成用激光l1照射至表面62a,則在表面62a形成有與此時的氧化膜形成用激光l1的輪廓對應的孔62c。但是,因輪廓的規(guī)格不同,即使將氧化膜形成用激光l1照射至表面62a,也可能不形成孔62c。氧化膜形成用激光l1的輪廓能夠通過透鏡形狀、透鏡的配置之類的透鏡構(gòu)成的變更任意地設定。
而且,若通過后述的加熱部130,將加熱用激光l2(連續(xù)波cw2)照射至表面62a,則加熱用激光l2的一部分進入孔62c內(nèi)。而且,進入孔62c內(nèi)的加熱用激光l2的一部分邊與孔62c內(nèi)的側(cè)面碰撞而不規(guī)則地反射邊被吸收轉(zhuǎn)換成熱,有助于引線框62的溫度上升。此外,若始終作為一個例子進行說明,則向表面62a開口的孔62c的開口直徑如上所述例如約為10μm左右,深度約為5μm左右。但是,這始終為一個例子,孔62c的開口直徑以及深度不限定于該尺寸,是任意的。
加熱部130使加熱用激光l2(連續(xù)波cw2)朝向通過氧化膜形成部120而形成于引線框62(金屬部件)的表面62a上的氧化膜om照射而加熱引線框62(參照圖2、圖5)。如上所述,相對于氧化膜形成用激光l1而言,加熱用激光l2是僅輸出功率較小的同種激光。
而且,加熱用激光l2邊透過以規(guī)定的膜厚α形成的氧化膜om或者被該氧化膜om反射,邊在引線框62的表面62a以及孔62c內(nèi)被高效地吸收,從而良好地加熱引線框62。詳細而言,以從表面62a朝向與表面62a對置的背面(相當于后述的第一接合面62b)傳遞熱的方式進行加熱,最終,將第一接合面62b加熱至所期望的溫度。
此外,圖5的d部表示從表面62a朝向第一接合面62b加熱引線框62的圖像,利用與表示引線框62的剖面的斜線粗細不同的斜線來表示熱的移動的樣子。
此外,針對引線框62,使該加熱用激光l2的吸收率提高的氧化膜om的作用基于公知的見解。因此,省略產(chǎn)生效果的原理等的說明。另外,詳細后述,但引線框62對加熱用激光l2的吸收率根據(jù)氧化膜om的膜厚而不同(參照圖6坐標圖)。因此,預先被設定且由氧化膜形成部120形成的規(guī)定的膜厚α,以成為加熱用激光l2能夠更加高效地被引線框62吸收的膜厚的方式被設定。
通過加熱部130照射至形成于引線框62(金屬部件)的表面62a上的氧化膜om的加熱用激光l2,如上所述是與氧化膜形成用激光l1(連續(xù)波cw1)在輸出方面不同(小)的連續(xù)波cw2。依據(jù)之后詳述的控制部140的激光輸出調(diào)整部141b的指示,激光振蕩器121將氧化膜形成用激光l1的輸出變更成加熱用激光l2用的輸出,從而照射加熱用激光l2。加熱部130除了氧化膜形成部120的照射時間計測部143、膜厚運算部144以及膜厚判定部145之外,具備與氧化膜形成部120相同的構(gòu)成。
控制部140是控制氧化膜形成部120以及加熱部130的動作的控制裝置。如圖1所示,控制部140具備用于控制氧化膜形成部120的動作的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144以及膜厚判定部145。此外,如上所述,激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144以及膜厚判定部145包含于氧化膜形成部120。
另外,控制部140具備用于控制加熱部130的動作的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b以及溫度計測部142。換句話說,激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b以及溫度計測部142與氧化膜形成部120兼用,也包含于加熱部130。
激光控制部141a控制激光輸出調(diào)整部141b,變更在激光振蕩器121生成的激光的輸出。換句話說,激光控制部141a控制激光輸出調(diào)整部141b,將氧化膜形成用激光l1(連續(xù)波cw1)或者加熱用激光l2(連續(xù)波cw2)選擇性地照射至引線框62(金屬部件)的表面62a上。
具體而言,激光控制部141a向激光輸出調(diào)整部141b指示照射的激光的目標輸出值。激光輸出調(diào)整部141b控制激光振蕩器121,使激光振蕩器121以被激光控制部141a指定的目標輸出值振蕩,生成所期望的激光(例如,氧化膜形成用激光l1),并連續(xù)地照射在表面62a上。
通過該照射(參照圖2),引線框62的表面62a上的溫度上升,從而以與圖3的坐標圖所示的照射時間h對應的膜厚形成氧化膜om。此外,在圖3的坐標圖中,橫軸是照射時間h,縱軸是引線框62的表面62a的膜厚。另外,圖3的坐標圖僅表示一個例子,也可以具有不同的特性。
如上,通過氧化膜形成用激光l1的連續(xù)照射而形成于表面62a上的氧化膜om的膜厚α1,形成為與通過氧化膜形成用激光l1的照射而上升的表面62a的表面溫度t和作為繼續(xù)照射的時間的照射時間h對應的厚度。換句話說,氧化膜om的膜厚α1能夠通過表面62a的表面溫度t與照射時間h來運算。
溫度計測部142計測向表面62a上照射氧化膜形成用激光l1時的表面62a的表面溫度t。此時,表面溫度t通過非接觸式的紅外線放射溫度計39計測。但是,不限定于該方式,溫度計測也可以使用任意的計測器來進行。被計測的表面溫度t的數(shù)據(jù)被發(fā)送至膜厚運算部144。
另外,照射時間計測部143計測氧化膜形成用激光l1向表面62a上連續(xù)照射的照射時間h。在該情況下,實際上,也可以計測照射時間h。但是,不限定于該方式,也可以從激光控制部141a取得預先被設定的照射時間數(shù)據(jù)。照射時間h的數(shù)據(jù)被發(fā)送至膜厚運算部144。
膜厚運算部144基于被溫度計測部142以及照射時間計測部143取得的表面溫度t以及照射時間h來運算通過氧化膜形成用激光l1的連續(xù)照射而形成的氧化膜om的膜厚α1。
膜厚判定部145判定由膜厚運算部144運算出的氧化膜om的膜厚α1是否達到預先設定的規(guī)定的膜厚α的范圍內(nèi)。
此外,此時,預先設定的規(guī)定的膜厚α被設定為以比以往高的效率在引線框62的表面62a上吸收加熱用激光l2的值。實際上,如圖6的坐標圖所示,規(guī)定的膜厚α被設定于35nm~360nm之間。
如上設定膜厚α的范圍,因此發(fā)明人進行反復實驗,求得了氧化膜om的膜厚與金屬部件的激光l的吸收率的關(guān)系。圖6的坐標圖根據(jù)此時的實驗結(jié)果求得。
在圖6的坐標圖中,橫軸是形成于金屬表面的氧化膜om的膜厚(nm)。另外,縱軸是將激光l經(jīng)由形成的氧化膜om照射至引線框62(金屬部件)的表面62a時的引線框62對激光的吸收率(%)。
若觀察圖6的坐標圖,則吸收率在與氧化膜om的膜厚的關(guān)系中,相對于膜厚向增大方向的變化具有極大值(約60%)與極小值(約20%)交替地出現(xiàn)的周期性。另外,在氧化膜om的膜厚為0時,吸收率不足10%。但是,在膜厚超過0(零)且膜厚增大的區(qū)域,在全部的范圍內(nèi),吸收率超過膜厚為0時的吸收率。
由此,發(fā)明人進行了如下設計,即:根據(jù)與具有周期性的吸收率的關(guān)系,將超過零的規(guī)定的膜厚α設定為包含第一極大膜厚a(85nm)和第二極大膜厚b(265nm)的范圍,其中,第一極大膜厚a(85nm)是與氧化膜om的膜厚首次超過零而增大時吸收率首次作為極大值(60%)出現(xiàn)的第一極大值a對應的膜厚,第二極大膜厚b(265nm)是與吸收率接著第一極大值a而再次作為極大值(60%)出現(xiàn)的第二極大值b對應的膜厚。
另外,同時進行了如下設計,即:將規(guī)定的膜厚α的范圍設定在比第二極小膜厚bb小的范圍內(nèi),其中,第二極小膜厚bb是,在第二極大值b與吸收率接著第二極大值b而作為極大值出現(xiàn)的第三極大值c所對應的第三極大膜厚c之間,且與吸收率作為極小值出現(xiàn)的第二極小值bb對應的膜厚。而且,將包含上述的范圍設為第一范圍ar1(參照圖6)。
具體而言,如圖6所示,發(fā)明人將第一范圍ar1內(nèi)的規(guī)定的膜厚α設定為在膜厚的形成以及管理中成為實用的范圍的35nm~360nm的范圍內(nèi)。此外,如觀察圖6的坐標圖所能明確的那樣,35nm以及360nm均是激光吸收率成為約40%的膜厚。
此外,雖為上述的實驗條件,但金屬部件是銅。另外,激光l是取決于yag激光器的近紅外波長的激光。另外,激光l形成連續(xù)波cw的激光。另外,氧化膜om在加熱爐內(nèi)形成。并且,氧化膜om的膜厚通過sera法(連續(xù)電化學還原法)測定。因此,在本實施方式中,在稱為氧化膜om的膜厚的情況下,形成在全部通過sera法測定的情況下所獲得的膜厚。此外,sera法是公知的膜厚測定法。具體而言,首先,在金屬表面涂覆電解液,從電極流經(jīng)微小電流而引起還原反應。此時,各物質(zhì)具有固有的還原電位,因此測定還原所需的時間,從而能夠計算膜厚。
接下來,在通過膜厚判定部145判定為膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍的情況下,激光控制部141a控制激光輸出調(diào)整部141b,變更激光振蕩器121生成的激光的輸出值。換句話說,將連續(xù)波cw的輸出從高輸出側(cè)切換成低輸出側(cè)。由此,將氧化膜形成用激光l1切換成加熱用激光l2。這樣,將加熱用激光l2經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a,將引線框62加熱至規(guī)定的表面溫度ta。
此時,與在表面62a上完全不形成氧化膜om的情況相比,加熱用激光l2被引線框62高效率地吸收與在表面62a上形成有氧化膜om的部分相應的量。而且,引線框62是否被加熱至規(guī)定的表面溫度ta,只要通過上述的紅外線放射溫度計39實際測定即可。
但是,不限定于該方式,也可以根據(jù)圖6的坐標圖求得的與形成于引線框62的表面62a的氧化膜om的膜厚(推定膜厚)對應的吸收率以及加熱用激光l2的照射時間,通過運算而推定出表面62a升溫后的溫度。而且,若省略圖示的表面溫度判定部判定為達到預先設定的規(guī)定的表面溫度ta,則使加熱用激光l2的照射停止。
接下來,基于圖7的流程1對基于加熱裝置100的引線框62(金屬部件)的加熱方法進行說明。加熱方法具備氧化膜形成工序s110以及加熱工序s120。氧化膜形成工序s110具備:氧化膜形成用激光照射工序s111、溫度計測工序s112、照射時間計測工序s113、膜厚運算工序s114以及膜厚判定工序s115。另外,加熱工序s120具備:切換工序s121、加熱用激光照射工序s122以及表面溫度判定工序s123。
在氧化膜形成用激光照射工序s111(氧化膜形成工序s110)中,若由工作人員按壓加熱裝置100的省略圖示的起動按鈕,則通過激光控制部141a(激光輸出調(diào)整部141b)的控制將氧化膜形成用激光l1(連續(xù)波cw1)以預先被設定的規(guī)定的照射條件(輸出,照射點徑等)連續(xù)地照射至引線框62(金屬部件)的表面62a上。此外,此時,通過氧化膜形成用激光l1的照射形成的氧化膜om的目標的膜厚α也可以手動輸入。另外,目標的膜厚α也可以取得預先存儲于控制部140的省略圖示的存儲部的值。
通過該連續(xù)照射,在引線框62的表面62a上,表面溫度t上升,從而在表面62a上形成有同如圖3的坐標圖所示上升的表面溫度t與照射時間h對應的膜厚(α1)的氧化膜om。
在溫度計測工序s112(氧化膜形成工序s110)中,在氧化膜形成用激光l1向表面62a上照射時,溫度計測部142每隔恒定時間通過紅外線放射溫度計39計測表面62a的表面溫度t,向控制部140的膜厚運算部144發(fā)送計測數(shù)據(jù)。
另外,在照射時間計測工序s113(氧化膜形成工序s110)中,照射時間計測部143計測氧化膜形成用激光l1向表面62a上的連續(xù)照射時間,向控制部140的膜厚運算部144發(fā)送計測數(shù)據(jù)。
而且,在膜厚運算工序s114(氧化膜形成工序s110)中,膜厚運算部144基于由溫度計測工序s112以及照射時間計測工序s113取得的表面溫度t以及照射時間h,運算出所形成的氧化膜om的推定膜厚α1。
接下來,在膜厚判定工序s115(氧化膜形成工序s110)中,通過膜厚判定部145,判定由膜厚運算部144運算出的氧化膜om的推定膜厚α1是否達到規(guī)定的膜厚α的范圍。若推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍,則向切換工序s121(加熱工序s120)移動。另外,若推定膜厚α1未達到規(guī)定的膜厚α的范圍,則向氧化膜形成用激光照射工序s111(氧化膜形成工序s110)再次移動。而且,反復處理s111~s114的工序,直至在膜厚判定工序s115中,判定為推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍。
接下來,在切換工序s121(加熱工序s120)中,激光輸出調(diào)整部141b(激光控制部141a)相對于激光振蕩器121變更激光的輸出,將氧化膜形成用激光l1切換成加熱用激光l2。
而且,在加熱用激光照射工序s122(加熱工序s120)中,激光輸出調(diào)整部141b使加熱用激光l2從激光頭122經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a,而將引線框62加熱至規(guī)定的表面溫度ta。此外,此時,如上所述,在引線框62的表面62a(照射位置)形成有微小的直徑的孔62c。
因此,若將加熱用激光l2照射至表面62a,則如上所述,加熱用激光l2的一部分進入孔62c內(nèi),進入孔62c內(nèi)的加熱用激光l2的一部分在孔62c內(nèi)的側(cè)面不規(guī)則反射。由此,加熱用激光l2被孔62c內(nèi)的側(cè)面吸收,而使引線框62在進一步短的時間內(nèi)溫度上升。此外,在圖5中,使用與引線框62的剖面顯示不同的剖面顯示表示從引線框62的表面62a向引線框62的內(nèi)部傳遞熱的樣子的圖像。
接下來,在表面溫度判定工序s123(加熱工序s120)中,省略圖示的表面溫度判定部判定引線框62的表面62a的表面溫度t是否被加熱至規(guī)定的表面溫度ta(表面溫度t≥ta)。引線框62的表面溫度t是否被加熱至規(guī)定的表面溫度ta的判定也可以通過上述的紅外線放射溫度計39實際測定而進行。另外,也可以根據(jù)與形成于引線框62的表面62a的氧化膜om的膜厚對應的吸收率以及加熱用激光l2的照射時間,并通過運算推定出升溫的溫度。
而且,省略圖示的表面溫度判定部若判定為表面62a的表面溫度t達到預先設定的規(guī)定的表面溫度ta,則激光輸出調(diào)整部141b(激光控制部141a)使加熱用激光l2的照射停止,而結(jié)束程序。但是,在判定為表面62a的表面溫度t未達到預先設定的規(guī)定的表面溫度ta的情況下,處理向加熱用激光照射工序s122移動,在表面溫度判定工序s123中,進行繼續(xù)s122~s123的處理直至表面62a的表面溫度t≥表面溫度ta。
此外,表面溫度ta成為針對加熱引線框62的目的而不同的設定值。例如,加熱的目的若是其他部件與引線框62的和表面62a對置的第一接合面62b的焊接,則需要使第一接合面62b升溫至焊接所需的溫度tb。因此,預先進行研究,通過實驗等預先求得第一接合面62b升溫至焊接所需的溫度tb時的引線框62的表面62a的表面溫度,并將其設定為表面溫度ta。
另外,加熱的目的若為引線框62的切斷,則不需要設定表面溫度ta。在該情況下,只要持續(xù)照射加熱用激光l2直至引線框62被切斷即可。針對其他的例子,雖省略說明,但如上,表面溫度ta只要以符合加熱的目的的方式依次、任意地設定即可。
在上述第一實施方式中,在氧化膜形成工序s110中,基于溫度計測部142計測出的表面溫度t以及照射時間計測部143計測出的從照射氧化膜形成用激光l1開始時的照射時間h運算所形成的氧化膜om的膜厚α1。但是,不限定于該方式。作為第一實施方式的變形例1,氧化膜om的推定膜厚α1也可以累積基于每隔一定時間而被計測的表面溫度t與照射時間h而運算的從上次的運算時刻開始追加而形成的氧化膜om的各膜厚αa、αb···來求得。由此,也能夠獲得與上述實施方式相同的效果。
接下來,對第二實施方式進行說明。在上述第一實施方式中,將氧化膜形成用激光l1以及加熱用激光l2均設為連續(xù)波cw。但是,不限定于該方式。作為第二實施方式,也可以將第一實施方式的氧化膜形成用激光l1設為脈沖波pw(參照圖8的圖像視圖)。此時,第二實施方式的加熱裝置200(參照圖9)相對于第一實施方式的加熱裝置100僅氧化膜形成部120以及控制部140不同。因此,針對不同的部分詳細地進行說明,針對其他的相同部分省略說明。另外,針對相同的構(gòu)成,存在標注相同的附圖標記進行說明的情況。
圖9是第二實施方式的加熱裝置200的簡圖。如圖9所示,加熱裝置200具備氧化膜形成部220、加熱部130以及控制部240。氧化膜形成部220在引線框62(金屬部件)的表面形成規(guī)定的膜厚α(累積膜厚)的氧化膜om。氧化膜形成部220具備激光振蕩器221、激光頭122以及框體123。并且,氧化膜形成部220包含后述的控制部240具備的激光控制部241a、激光輸出調(diào)整部241b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部244以及膜厚判定部245。
激光振蕩器221是通過基于控制部240的激光的切換控制,均能夠照射脈沖波pw(參照圖8的圖像視圖)以及連續(xù)波cw(參照圖2的圖像視圖)的激光振蕩器。脈沖波pw是斷續(xù)地被照射的激光。脈沖波pw當在引線框62(金屬部件)的表面62a(在圖9中為上表面)上形成規(guī)定的膜厚α的氧化膜om的情況下,以規(guī)定的照射條件(脈沖波的照射時機、輸出以及照射點徑等)被照射至表面62a上。脈沖波pw與連續(xù)波cw相比,容易輸出瞬間較大的能量,因此是適于形成需要比較大的輸出的氧化膜om的激光。
此外,在本實施方式中,脈沖波pw以及連續(xù)波cw是具有相同的波長,通過相同的裝置(激光振蕩器221以及激光頭122)被照射至引線框62的表面62a的同種激光。此外,以下,將脈沖波pw稱為氧化膜形成用激光l3,將連續(xù)波cw稱為加熱用激光l4進行說明。加熱用激光l4與第一實施方式的加熱用激光l2相同。
氧化膜形成用激光l3(脈沖波pw)的波長與第一實施方式相同,優(yōu)選為yag激光器所代表的近紅外波長的激光。另外,激光頭122(準直透鏡132、反射鏡134以及fθ透鏡138)與第一實施方式相同。
此外,在第二實施方式中,該氧化膜形成用激光l3以與引線框62的表面62a正交的方式以規(guī)定的脈沖數(shù)被斷續(xù)照射(脈沖照射)。通過上述的氧化膜形成用激光l3的斷續(xù)照射,在引線框62的表面62a形成為氧化膜om的膜厚例如成為直徑約為200μm且膜厚超過零的規(guī)定的膜厚α。另外,此時,在被氧化膜形成用激光l3照射的引線框62的表面62a(照射位置)與第一實施方式相同地,以微小的直徑形成有向表面62a開口的孔62c。另外,加熱部130與第一實施方式的加熱部130相同。
控制部240是控制氧化膜形成部220以及加熱部130的動作的控制裝置。控制部240具備:激光控制部241a、激光輸出調(diào)整部241b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部244以及膜厚判定部245。此外,如上所述,激光控制部241a、激光輸出調(diào)整部241b、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部244以及膜厚判定部245包含于氧化膜形成部220。
另外,控制部240具備用于控制加熱部130的動作的激光控制部241a、激光輸出調(diào)整部241b以及溫度計測部142。換句話說,激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b以及溫度計測部142與氧化膜形成部220共用,也包含于加熱部130。
激光輸出調(diào)整部241b通過來自激光控制部241a的指示,生成氧化膜形成用激光l3(脈沖波pw),將氧化膜形成用激光l3以規(guī)定的照射條件斷續(xù)地照射至引線框62(金屬部件)的表面62a上。如圖10所示,通過該斷續(xù)照射的氧化膜形成用激光l3的照射中的首次照射,使引線框62的表面62a上的溫度瞬間上升。由此,在照射位置形成有氧化膜om,然后,溫度在空氣中在短時間內(nèi)一下子冷卻。此外,在圖10的坐標圖中,橫軸是經(jīng)過時間,縱軸是引線框62的表面62a的溫度以及氧化膜om的膜厚。
每當基于氧化膜形成用激光l3進行上述的斷續(xù)照射時,均在引線框62的表面62a上形成氧化膜om并被層疊(累積)(參照圖10的α4~α7)。此時,每當基于氧化膜形成用激光l3的斷續(xù)照射時均形成的氧化膜om的各膜厚α4~α7形成為和通過氧化膜形成用激光l3的照射而上升的表面62a的表面溫度t與照射的照射時間h(照射繼續(xù)時間)對應的厚度。換句話說,氧化膜om的各膜厚能夠根據(jù)表面62a的表面溫度t與照射時間h(未圖示)運算。此外,溫度計測部142與第一實施方式相同。
照射時間計測部143計測氧化膜形成用激光l3向表面62a上斷續(xù)照射的各照射時間h。在該情況下,實際上,也可以計測照射時間h。但是,不限定于該方式,也可以從控制部240取得預先被設定的氧化膜形成用激光l3的照射時間數(shù)據(jù)。然后,照射時間數(shù)據(jù)被發(fā)送至控制部240的膜厚運算部244。
膜厚運算部244基于由溫度計測部142以及照射時間計測部143取得的表面溫度t以及照射時間h分別運算每當斷續(xù)照射作為脈沖波的氧化膜形成用激光l3時均形成的氧化膜om的膜厚α4、α5、··、αn。另外,膜厚運算部244依次累積已經(jīng)運算出的膜厚α4、α5··αn,而運算氧化膜om的累積膜厚σ(α4+α5+··+αn)。
膜厚判定部245判定由膜厚運算部244運算出的推定膜厚亦即氧化膜om的累積膜厚σ(α4+α5+··+αn)是否達到預先設定的規(guī)定的膜厚α的范圍。
在通過膜厚判定部245判定為累積膜厚σ(α4+α5+··+αn)達到規(guī)定的膜厚α的范圍的情況下,激光輸出調(diào)整部141b通過激光控制部141a的指示,以減小氧化膜形成用激光l3的輸出的方式進行調(diào)整,并且以連續(xù)照射的方式切換成加熱用激光l4。而且,激光輸出調(diào)整部141b使加熱用激光l4經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a,而將引線框62加熱至規(guī)定的表面溫度ta。由此,能夠獲得與第一實施方式相同的效果。
接下來,基于圖11的流程2對基于加熱裝置200的引線框62(金屬部件)的加熱方法進行說明。加熱方法具備氧化膜形成工序s210以及加熱工序s120。氧化膜形成工序s210具備:氧化膜形成用激光照射工序s211、溫度計測工序s212、照射時間計測工序s213、累積膜厚運算工序s214以及膜厚判定工序s215。另外,加熱工序s120具備:切換工序s121、加熱用激光照射工序s122以及表面溫度判定工序s123。加熱工序s120與第一實施方式的加熱工序s120相同,因此省略說明。
在氧化膜形成工序s210具備的氧化膜形成用激光照射工序s211中,若由工作人員按壓加熱裝置200的省略圖示的起動按鈕,則氧化膜形成用激光l3(脈沖波pw)通過激光控制部241a以及激光輸出調(diào)整部241b的控制,以預先被設定的規(guī)定的照射條件(輸出、照射點徑等)斷續(xù)地被照射至引線框62(金屬部件)的表面62a上。
通過該斷續(xù)照射的各照射,在引線框62的表面62a上,分別如圖10的坐標圖所示,在短時間內(nèi)表面溫度t上升,同上升的表面溫度t與各照射的照射時間h對應的膜厚(α4~α7)的氧化膜om分別被形成于表面62a上,在各溫度上升后,表面溫度t分別在短時間內(nèi)一下子降低。
但是,引線框62的表面62a的表面溫度t每當氧化膜形成用激光l3的各斷續(xù)照射時,并非均完全返回至作為初始溫度的常溫。因此,在氧化膜形成用激光l3的第二次以下的斷續(xù)照射中,在照射開始時刻,在溫度已經(jīng)稍微上升的狀態(tài)下照射氧化膜形成用激光l3。
因此,如圖10所示,即使照射的輸出每次相同,基于氧化膜形成用激光l3的照射的表面溫度t的最高達到溫度也一點點上升。每當氧化膜形成用激光l3的上述的斷續(xù)照射時,均在引線框62的表面62a上形成并累積膜厚α4、α5··αn的氧化膜om(參照圖10)。此外,為了符合紙面,在圖10的坐標圖僅記載α4~α7。
溫度計測工序s212與第一實施方式的溫度計測工序s112相同。另外,在照射時間計測工序s213中,通過照射時間計測部143,計測氧化膜形成用激光l3向表面62a上的斷續(xù)照射的各照射時間h,向控制部240的膜厚運算部244發(fā)送計測數(shù)據(jù)。
在累積膜厚運算工序s214中,通過膜厚運算部244,每當氧化膜形成用激光l3被斷續(xù)照射至表面62a上時,均基于由溫度計測工序s212以及照射時間計測工序s213取得的表面溫度t以及照射時間h,分別運算所形成的氧化膜om的膜厚α4、α5··αn,并且依次累積來運算作為氧化膜om的推定膜厚的累積膜厚σ(α4+α5+··+αn)。
接下來,在膜厚判定工序s215中,通過膜厚判定部245,判定由膜厚運算部244運算出的氧化膜om的累積膜厚σ(推定膜厚)是否達到規(guī)定的膜厚α。若判定為累積膜厚σ達到規(guī)定的膜厚α,則向加熱工序s120的切換工序s121移動。
另外,若判定為累積膜厚σ未達到規(guī)定的膜厚α,則向氧化膜形成用激光照射工序s211再次移動。而且,反復處理s211~s214,直至在膜厚判定工序s215中,膜厚判定部245判定為累積膜厚σ達到規(guī)定的膜厚α的范圍。此外,規(guī)定的膜厚α的設定方法如以上說明的那樣。加熱工序s120的處理內(nèi)容與第一實施方式的加熱工序s120相同。由此,能夠進行具有與第一實施方式相同的效果的加熱。
在上述第二實施方式中,將氧化膜形成用激光l3設為脈沖波pw,將加熱用激光l4設為連續(xù)波cw。但是,不限定于該方式。作為第二實施方式的變形例1,也可以將氧化膜形成用激光l3設為連續(xù)波cw,將加熱用激光l4設為脈沖波pw。并且,作為變形例2,也可以將氧化膜形成用激光l3以及加熱用激光l4均視為脈沖波pw。通過這些,也能夠獲得相應的效果。
接下來,對第三實施方式的加熱裝置300進行說明。如圖12所示,第三實施方式的加熱裝置300相對于第一實施方式的加熱裝置100,氧化膜形成部120以及控制部140局部不同。換句話說,第三實施方式的加熱裝置300具備氧化膜形成部320、加熱部130以及控制部340。此外,在第三實施方式中,與第一實施方式相同,氧化膜形成用激光l5以及加熱用激光l6均形成連續(xù)波cw。此外,在說明加熱裝置300時,針對與第一實施方式的加熱裝置100相同的構(gòu)成標注相同的附圖標記來進行說明。
此處,預先對第三實施方式的加熱裝置300的概要簡單地進行說明。加熱裝置300在形成基于氧化膜形成部320的氧化膜om時,將吸收率測定用激光照射至引線框62的表面62a,基于從表面62a反射的吸收率測定用激光的反射光的輸出,運算引線框62相對于加熱用激光l6的實際的吸收率亦即實際吸收率abr。而且,求得運算出的實際吸收率abr與基于由膜厚運算部144運算出的推定膜厚求得的推定吸收率abe的吸收率差δab。而且,基于該吸收率差δab,設定氧化膜形成用激光l5的照射條件。此外,以運算出的推定膜厚達到規(guī)定的膜厚α的范圍為條件。
此時,用于運算實際吸收率abr的測定用激光(實際吸收率測定用激光l7)優(yōu)選為與加熱用激光l6或者氧化膜形成用激光l5同種的激光。將測定用激光形成與加熱用激光l6或者氧化膜形成用激光l5同種的激光,從而能夠更加高精度地求得實際吸收率abr。因此,在本實施方式中,實際吸收率測定用激光l7與氧化膜形成用激光l5共用。
但是,不限定于該方式。也可以將實際吸收率測定用激光l7形成與加熱用激光l6相同的照射條件的激光,根據(jù)所獲得的反射激光的計測數(shù)據(jù),推定照射加熱用激光l6的情況下的吸收率。另外,也可以將實際吸收率測定用激光l7形成與氧化膜形成用激光l5以及加熱用激光l6不同的照射條件的激光,根據(jù)所獲得的反射激光的計測數(shù)據(jù)推定照射加熱用激光l6的情況下的吸收率。
加熱裝置300具備的氧化膜形成部320具備激光振蕩器121、激光頭122、框體123以及上述的功率計330。另外,氧化膜形成部320包含:控制部340具備的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b(與實際吸收率測定用激光照射部共用)、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144、膜厚判定部145、反射激光輸出計測部346、實際吸收率運算部347、推定吸收率運算部348、吸收率差運算部349、吸收率差判定部350以及氧化膜形成用激光照射條件變更部351。
如圖12所示,激光頭122相對于引線框62的表面62a具有規(guī)定的角度γ°地配置。功率計330在實際吸收率測定用激光l7(氧化膜形成用激光l5)從激光頭122朝向表面62a被照射后,以被表面62a反射的反射激光l7a(l5a)能夠全部輸入功率計330的輸入面的任意的位置以及角度配置。功率計330與反射激光輸出計測部346連接,將計測數(shù)據(jù)發(fā)送至反射激光輸出計測部346。
控制部340是控制氧化膜形成部320以及加熱部130的動作的控制裝置??刂撇?40具備:用于控制氧化膜形成部320的動作的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b(與實際吸收率測定用激光照射部共用)、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144、膜厚判定部145、反射激光輸出計測部346、實際吸收率運算部347、推定吸收率運算部348、吸收率差運算部349、吸收率差判定部350以及氧化膜形成用激光照射條件變更部351。
控制部340具備用于控制加熱部130的動作的激光控制部141a以及激光輸出調(diào)整部141b。換句話說,激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b與氧化膜形成部320共用,也包含于加熱部130。
控制部340具備的激光控制部141a、激光輸出調(diào)整部141b(與實際吸收率測定用激光照射部兼用)、溫度計測部142、照射時間計測部143、膜厚運算部144以及膜厚判定部145與第一實施方式的控制部140相同,因此省略說明。
接下來,基于圖13的流程3對基于加熱裝置300的引線框62(金屬部件)的加熱方法進行說明。加熱裝置300的加熱方法具備氧化膜形成工序s310以及與第一實施方式相同的加熱工序s120。氧化膜形成工序s310具備:氧化膜形成用激光照射工序s111、溫度計測工序s112、照射時間計測工序s113、膜厚運算工序s114、膜厚判定工序s115、推定吸收率運算工序s311、實際吸收率測定用激光照射工序s312、反射激光輸出計測工序s313、實際吸收率運算工序s314、吸收率差運算工序s315、吸收率差判定工序s316以及氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317。
流程3的氧化膜形成工序s310相對于第一實施方式的氧化膜形成工序s110,直至膜厚判定工序s115為相同,但以下的處理不同。因此,在本實施方式中,僅記載膜厚判定工序s115以下的處理來進行說明。另外,加熱工序s120也與流程1相同,因此省略說明。
在第三實施方式中,在膜厚運算工序s114中,運算氧化膜om的推定膜厚α1。而且,在膜厚判定工序s115中,判定運算出的氧化膜om的推定膜厚α1是否達到規(guī)定的膜厚α的范圍。若推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍,則向推定吸收率運算工序s311移動。
另外,在膜厚判定工序s115中,若判定為推定膜厚α1未達到規(guī)定的膜厚α的范圍,則處理向氧化膜形成用激光照射工序s111再次移動。而且,反復處理各工序s111~s114,直至在膜厚判定工序s115中,判定為推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍。
接下來,在推定吸收率運算工序s311中,運算推定吸收率abe。在推定吸收率運算工序s311中,推定吸收率運算部348基于圖6所示的具有周期性的氧化膜om的膜厚與吸收率ab的關(guān)系,運算推定吸收率abe。即,基于圖6的坐標圖,通過膜厚運算部144進行運算,運算被膜厚判定工序s115判定為達到規(guī)定的膜厚α的與推定膜厚α1對應的加熱用激光l6的推定吸收率abe。例如,在將由膜厚運算部144運算出的推定膜厚設為x1的情況下,在圖6中,推定吸收率abe成為y1。
接下來,在實際吸收率測定用激光照射工序s312(氧化膜形成工序s310)中,實際吸收率測定用激光照射部(與激光輸出調(diào)整部141b共用)將實際吸收率測定用激光l7(與氧化膜形成用激光l5共用)經(jīng)由被膜厚判定工序s115判定為推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α的范圍的氧化膜om照射至引線框62(金屬部件)的表面62a。
此時,在使至此照射的氧化膜形成用激光l5暫時停止后,為了測定實際吸收率,只要再次照射即可。但是,不限定于該方式,氧化膜形成用激光l5也可以不停止,而繼續(xù)照射。但是,氧化膜形成用激光l5的照射時間優(yōu)選形成短時間,以不新形成氧化膜om為照射條件。
此外,在本實施方式中,作為實際吸收率測定用激光l7,不采用加熱用激光l6,而采用氧化膜形成用激光l5。因此,存在與將加熱用激光l6經(jīng)由氧化膜om照射至表面62a來運算實際吸收率abr的情況相比,產(chǎn)生少許的差異的擔憂。但是,發(fā)明人考慮該差異非常小,從而通過氧化膜形成用激光l5,運算實際吸收率abr。
而且,照射于表面62a的氧化膜om上的實際吸收率測定用激光l7(氧化膜形成用激光l5)在引線框62(金屬部件)的表面62a上,一部分作為反射激光l7a反射。另外,實際吸收率測定用激光l7中的反射激光l7a(l5a)以外的激光被吸收于引線框62內(nèi)。
在反射激光輸出計測工序s313中,反射激光輸出計測部346通過被連接的功率計330計測反射激光l7a(l5a)的輸出。功率計330計測出的數(shù)據(jù)被發(fā)送至實際吸收率運算部347。此外,功率計330是計測激光的輸出的公知的計測器,因此省略詳細的說明。另外,反射激光l7a(l5a)的輸出不限定于功率計,也可以通過光束分析儀、ccd傳感器以及cmos傳感器等進行計測。
在實際吸收率運算工序s314中,實際吸收率運算部347基于反射激光l7a(l5a),運算加熱用激光l6的實際吸收率abr。實際吸收率abr通過abr=((p1-p2)/p1)進行運算。此時,p1是照射至表面62a的實際吸收率測定用激光l7(氧化膜形成用激光l5)的初期的輸出,p2是被計測的反射激光l7a(l5a)的輸出。此處,如圖6所示,實際吸收率abr形成y2。
接下來,在吸收率差運算工序s315中,吸收率差運算部349運算出在推定吸收率運算工序s311中運算出的推定吸收率abe與在實際吸收率運算工序s314中運算出且與在運算推定吸收率abe的時刻所形成的氧化膜om對應的實際吸收率abr之間的吸收率差δab(=abr-abe=y(tǒng)2-y1)。而且,運算結(jié)果被發(fā)送至吸收率差判定部350。
在吸收率差判定工序s316中,通過吸收率差判定部350,判定運算出的吸收率差δab(=y(tǒng)2-y1)是否處于規(guī)定的范圍β內(nèi)。若吸收率差δab處于規(guī)定的范圍β內(nèi),則判斷為能夠信賴推定膜厚的運算結(jié)果,從而向加熱工序s120的切換工序s121移動。此外,規(guī)定的范圍β只要基于預先的實驗等任意地設定即可。
而且,在加熱工序s120中,激光輸出調(diào)整部141b與第一實施方式相同地,將加熱用激光l6經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a。由此,激光輸出調(diào)整部141b將引線框62加熱至規(guī)定的表面溫度ta。接下來,若省略圖示的表面溫度判定部判定為達到預先設定的規(guī)定的表面溫度ta,則使加熱用激光l2的照射停止。
但是,在吸收率差判定工序s316的判定時,若判定為吸收率差δab不處于規(guī)定的范圍β內(nèi),則向氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317移動。在氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317中,例如,通過氧化膜形成用激光照射條件變更部351盡可能地在短時間內(nèi)以吸收率差δab落入范圍β內(nèi)的方式變更氧化膜形成用激光l5的照射條件。
此處,氧化膜形成用激光照射條件變更部351基于推定膜厚x1、實際吸收率abr以及具有周期性的氧化膜om的膜厚與吸收率ab的關(guān)系,變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件。
換言之,基于由推定吸收率運算部348根據(jù)推定膜厚x1而運算出的推定吸收率abe、以及由實際吸收率運算部347運算且與在運算推定吸收率abe的時刻所形成的氧化膜om對應的實際吸收率abr,氧化膜形成用激光照射條件變更部351變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件。此外,推定吸收率abe根據(jù)推定膜厚x1以及具有周期性的氧化膜om的膜厚與吸收率ab的關(guān)系求得。
另外,具體而言,氧化膜形成用激光照射條件變更部351在吸收率差判定部350中,在判定為吸收率差δab不處于規(guī)定的范圍β內(nèi)的情況下,根據(jù)吸收率差δab的大小,在下次判定中,以吸收率差δab落入規(guī)定的范圍內(nèi)的方式變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件。
例如,在實際吸收率abr比推定吸收率abe小,且吸收率差δab向負方向增大的情況下,將氧化膜形成用激光l5的照射條件變更成更加容易形成氧化膜om的照射條件。另外,相反,在實際吸收率abr比推定吸收率abe大,且吸收率差δab向正方向增大的情況下,將氧化膜形成用激光l5的照射條件變更成難以形成氧化膜om的照射條件。由此,在下次判定時,吸收率差δab落入規(guī)定的范圍β內(nèi)的可能性提高,因此能夠相對于氧化膜om在短時間內(nèi)獲得所期望的膜厚α,從而高效。
在上述第三實施方式中,將實際吸收率測定用激光l7(氧化膜形成用激光l5)經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a,然后,形成通過功率計330直接接受被引線框62的表面62a反射的反射激光l7a(l5a)。但是,不限定于該方式。
如圖14所示,作為第三實施方式的變形例1,也可以在氧化膜形成用激光l5(實際吸收率測定用激光l8)的光軸上具備二向色鏡410。二向色鏡410是使特定的波段(例如,近紅外波長)的光反射,且供其他的波段的光透過的元件。若具有上述的特性,則不限定于二向色鏡,也可以使用任意的元件。
如圖14所示,二向色鏡410在激光頭122與引線框62的表面62a之間,換句話說在氧化膜形成用激光l5(l8)的光軸上,配置為相對于表面62a具有約45度的傾斜。在如上配置二向色鏡410的變形例1中,從配置為氧化膜形成用激光l5(l8)的光軸成為水平的激光頭122朝向二向色鏡410照射氧化膜形成用激光l5(l8)。
而且,達到二向色鏡410的氧化膜形成用激光l5(l8)的大部分被二向色鏡410的鏡面410a反射,一部分透過。而且,被鏡面410a反射的氧化膜形成用激光l5(l8)通過將行進方向變更成直角而達到引線框62的表面62a上。
然后,氧化膜形成用激光l5(l8)的一部分從表面62a被引線框62吸收而轉(zhuǎn)換成熱。另外,剩余的其他部分被表面62a反射,作為反射激光l5a(l8a),再次朝向二向色鏡410的鏡面410a行進,而達到相對于表面62a傾斜地配置的鏡面410a。此時,在反射激光l5a(l8a)達到的二向色鏡410的鏡面410a中,反射激光l5a(l8a)的大部分再次被反射,成為與氧化膜形成用激光l5(l8)的光軸平行,向激光頭122方向行進。
另外,在反射激光l5a(l8a)達到的鏡面410a中,反射激光l5a(l8a)的一部分透過二向色鏡410,朝向圖14的上方進行。而且,該透過激光l5aa(l8aa)被輸入配置于上方的功率計330,而計測透過激光l5aa(l8aa)的輸出。由此,能夠與第三實施方式相同地,推定氧化膜om的實際吸收率abr。通過上述的構(gòu)成,也能夠獲得與第三實施方式相同的效果。
另外,在上述的第三實施方式的變形例1中,與上述第三實施方式不同,能夠水平地配置激光頭122,從而構(gòu)成變得簡單。另外,輸入功率計330的透過激光l5aa(l8aa)的輸出較小,因此能夠使用小型的功率計,從而能夠有助于成本減少。
另外,不限定于上述變形例1的方式。作為第三實施方式的變形例2,如圖15所示,也可以配置二向色鏡420、激光頭122以及功率計330。在變形例2中,二向色鏡420配置為在沿垂直方向具有光軸的激光頭122與引線框62的表面62a之間,換句話說在氧化膜形成用激光l5(實際吸收率測定用激光l9)的光軸上,相對于表面62a具有約45度的傾斜。此外,二向色鏡420與二向色鏡410的供氧化膜形成用激光l5(l9)透過或者將其反射的方式不同。
在如上配置二向色鏡420的變形例2中,如圖15所示,氧化膜形成用激光l5(l9)從配置為光軸成為垂直的激光頭122朝向二向色鏡420被照射。
而且,達到二向色鏡420的氧化膜形成用激光l5(l9)的大部分透過二向色鏡420的鏡面420a。而且,透過鏡面420a的氧化膜形成用激光l5(l9)達到引線框62的表面62a上。
然后,氧化膜形成用激光l5(l9)的一部分從表面62a被引線框62吸收而轉(zhuǎn)換成熱。另外,剩余的其他部分被表面62a反射,再次朝向二向色鏡420的鏡面420b行進,而達到相對于表面62a傾斜地配置的鏡面420b。此時,在供反射激光l5a(l9a)抵接的二向色鏡410的鏡面420b中,反射激光l5a(l9a)的一部分被反射成直角,朝向功率計330行進。而且,該反射激光l5ab(l9ab)在圖15中被輸入配置于左方的功率計330,從而能夠計測輸出。由此,能夠與第三實施方式相同地,推定氧化膜om的實際吸收率abr。通過上述的構(gòu)成,也能夠獲得與第三實施方式相同的效果。
另外,在上述的第三實施方式的變形例2中,與上述第三實施方式不同,能夠垂直地配置激光頭122,從而構(gòu)成變得簡單。另外,與變形例1相同,輸入功率計330的反射激光l5ab(l9ab)的輸出較小,因此能夠使用小型的功率計,從而有助于成本減少。
在上述第三實施方式中,通過一個激光振蕩器121的切換(輸出調(diào)整)交替地進行氧化膜形成用激光l5、加熱用激光l6以及實際吸收率測定用激光l7的照射。但是,不限定于該方式。作為第三實施方式的變形例3,也可以單獨設置實際吸收率測定用激光l7用的激光振蕩器(省略圖示)。由此,能夠與氧化膜形成用激光l5的照射同時地測定實際吸收率abr,因此效率良好。
另外,在上述第三實施方式中,將氧化膜形成用激光l5以及加熱用激光l6均設為連續(xù)波cw。但是,不限定于該方式。作為第三實施方式的變形例4,也可以將氧化膜形成用激光l5設為脈沖波pw,將加熱用激光l6設為連續(xù)波cw。另外,作為變形例5,也可以將氧化膜形成用激光l5設為連續(xù)波cw,將加熱用激光l6設為脈沖波pw。并且,作為變形例6,也可以將氧化膜形成用激光l5以及加熱用激光l6均設為脈沖波pw。由此,也能夠獲得相應的效果。
此外,在上述第三實施方式中,在用于形成氧化膜om的氧化膜形成用激光照射工序s111中,在使氧化膜形成用激光l5的照射停止后,照射實際吸收率測定用激光l7(l5),而運算實際吸收率abr。但是,不限定于該方式。作為變形例7,在形成氧化膜om的氧化膜形成用激光l5的照射過程中,也可以同時通過功率計330取得實際吸收率測定用激光l7(l5)的反射激光l7a來運算實際吸收率abr。
此外,在上述第一實施方式~第三實施方式中,調(diào)整氧化膜形成用激光l1、l3、l5的輸出,由此切換成加熱用激光l2、l4、l6的照射。但是,不限定于該方式??刂撇?40、240、340分別具備以預先被設定的輸出照射激光的照射部,控制部140、240、340也可以僅通過照射部的切換來切換氧化膜形成用激光l1、l3、l5與加熱用激光l2、l4、l6的照射。
接下來,對應用第一實施方式的加熱裝置100的用于將兩個部件接合的接合裝置400進行說明。作為接合,以通過公知的固相擴散接合將作為被接合金屬部件的半導體部件50的金屬端子接合在作為加熱用部件的上述說明的引線框62的方式為例進行說明。此外,固相擴散接合是指如下的公知的接合方法,即:使金屬部件(引線框62)與被接合金屬部件(半導體部件50的金屬端子)升溫,且以比液相狀態(tài)低的溫度成立而形成能夠在固體的狀態(tài)下接合的固相狀態(tài),沿壓接方向加壓接合第一接合面62b與第二接合面50a。
詳細而言,將引線框62的與表面62a對置的第一接合面62b和作為端子形成于半導體部件50的上表面的金屬層51的上表面的第二接合面50a接合(參照圖17)。金屬層51例如由au形成。如圖16、圖17所示,在接合前,第一接合面62b與第二接合面50a相互抵接。另外,半導體部件50的下表面被規(guī)定的支承部件52支承。另外,在接合時,引線框62的表面62a沿第一接合面62b與第二接合面50a的壓接方向被加壓(參照圖17的箭頭)。
如圖16所示,接合裝置400是應用加熱裝置100(氧化膜形成部120、加熱部130以及控制部140)的裝置。接合裝置400具備加熱裝置100、加壓部430以及控制部440。加壓部430在加熱裝置100的加熱部130將加熱用激光l2向引線框62的表面62a照射,而對其加熱時,沿第一接合面62b與第二接合面50a被壓接的方向(參照圖17的箭頭)加壓引線框62的表面62a。
此時,加壓的機構(gòu)也可以任意的。另外,加壓的壓力是能夠?qū)崿F(xiàn)固相擴散接合的壓力,預先研究決定。另外,在本實施方式中,向使第一接合面62b與第二接合面50a壓接的方向的加壓與加熱裝置100的動作同時開始。此外,加壓部430被控制部140的激光控制部141a控制。
控制部440具備溫度計測部442、照射時間計測部443、接合強度運算部444以及接合強度判定部445。溫度計測部442具有與控制部440的溫度計測部142相同的功能,因此也可以與溫度計測部142兼用。計測出的表面62a的表面溫度t的計測數(shù)據(jù)被發(fā)送至控制部440的接合強度運算部444。照射時間計測部443計測加熱用激光l2向表面62a上照射的照射時間h。計測出的照射時間h的計測數(shù)據(jù)被發(fā)送至控制部440的接合強度運算部444。
接合強度運算部444根據(jù)由溫度計測部442以及照射時間計測部443取得的表面溫度t以及照射時間h,運算第一接合面62b與第二接合面50a之間的固相擴散接合的接合強度f。
接合強度判定部445判定由接合強度運算部444運算出的接合強度f是否達到預先設定的規(guī)定的接合強度f1。換句話說,判定第一接合面62b與第二接合面50a是否以接合強度f(≥規(guī)定的接合強度f1)被接合。
接下來,基于圖18的流程4對使用接合裝置400的接合方法進行說明。如圖18的流程4所示,接合方法具備氧化膜形成工序s110以及加熱工序s120a。氧化膜形成工序s110與上述的加熱方法的氧化膜形成工序s110相同。但是,加熱工序s120a的一部分與第一實施方式的加熱方法的加熱工序s120不同。因此,在圖18的流程4中,省略氧化膜形成工序s110的內(nèi)容的記載,僅對加熱工序s120a詳細地記載。另外,在說明中,也僅說明加熱工序s120a。此外,對在上述實施方式中說明的加熱方法相同的構(gòu)成以及工序標注相同的附圖標記來進行說明。
如圖18的流程4所示,接合方法的加熱工序s120a具備:切換工序s121、加熱用激光照射工序s122、溫度計測工序s123a、照射時間計測工序s124a、接合強度運算工序s125a以及接合強度判定工序s126a。
在切換工序s121中,在氧化膜形成工序s110的膜厚判定工序s115中,若判定為推定膜厚α1達到規(guī)定的膜厚α(的范圍),則激光輸出調(diào)整部141b(激光控制部141a)調(diào)整氧化膜形成用激光l1的輸出,而切換成加熱用激光l2的照射。
在加熱用激光照射工序s122中,通過激光輸出調(diào)整部141b的控制,將加熱用激光l2經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62的表面62a。在溫度計測工序s123a中,通過紅外線放射溫度計39計測引線框62的表面溫度t,向控制部440的接合強度運算部444發(fā)送計測數(shù)據(jù)。另外,在照射時間計測工序s124a中,計測加熱用激光l2向表面62a上照射的照射時間h,向控制部440的接合強度運算部444發(fā)送計測數(shù)據(jù)。
在接合強度運算工序s125a中,基于在溫度計測工序s123a以及照射時間計測工序s124a中取得的表面溫度t以及照射時間h,運算第一接合面62b與第二接合面50a的接合強度f。此時,接合強度運算工序s125a首先根據(jù)表面62a的表面溫度t以及照射時間h推定第一接合面62b與第二接合面50a的溫度。然后,預先在控制部440具有的第一接合面62b以及第二接合面50a的溫度與接合強度f的關(guān)系中應用推定出的溫度,以便推定接合強度f。但是,不限定于該方式,接合強度f也可以任意地運算。
接下來,在接合強度判定工序s126a中,在判定為推定出的接合強度f未達到預先設定的規(guī)定的接合強度f1的情況下,返回加熱用激光照射工序s122,進行反復處理直至在接合強度判定工序s126a中判定為達到規(guī)定的接合強度f1。但是,在接合強度判定工序s126a中,若判定為推定出的接合強度f達到預先設定的規(guī)定的接合強度f1,則激光輸出調(diào)整部141b使加熱用激光l2的照射停止,結(jié)束程序。
此外,在上述說明的接合方法中,具備接合強度運算工序s125a以及接合強度判定工序s126a,在判定為接合強度f達到規(guī)定的接合強度f1時,使加熱用激光l2的照射停止。但是,不限定于該方式,在接合方法中,也可以不具備接合強度運算工序s125a以及接合強度判定工序s126a。在該情況下,接合方法只要僅通過溫度計測工序s123a的計測數(shù)據(jù)(表面溫度t),判定接合是否結(jié)束即可。由此,也能夠獲得相應的效果。
此外,成為此時的判定的基準的表面62a的表面溫度ta是第一接合面62b以及第二接合面50a成為固相狀態(tài),并且通過向壓接方向的加壓使固相擴散接合結(jié)束時的表面62a的表面溫度,這也是預先被研究設定的。
另外,在上述接合方法中,對通過固相擴散接合將第一接合面62b與第二接合面50a接合的方式進行了說明,但不限定于該方式。作為其他方式的接合方法,也可以使第一接合面62b與第二接合面50a相互形成液相狀態(tài)(熔融狀態(tài))來接合。在該情況下,不需要沿引線框62與半導體部件50的壓接方向的加壓。
即使在上述的情況下,也只要基于由溫度計測工序s123a計測出的表面溫度t或者由接合強度運算工序s125a運算出的接合強度f判定接合的結(jié)束即可。此外,與上述相同,成為此時的判定基準的表面溫度ta也是能夠確認第一接合面62b與第二接合面50a成為液相狀態(tài)被接合的表面62a的表面溫度,這也是預先研究決定的。另外,針對接合強度f的判定,也可以預先取得表面溫度t與接合強度f的關(guān)系,基于該關(guān)系來判定。
根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,通過加熱用激光l2的照射加熱引線框62(金屬部件)的加熱方法具備:氧化膜形成工序s110,在該工序中,在引線框62(金屬部件)的表面62a形成規(guī)定的膜厚α的氧化膜om;以及加熱工序s120,在該工序中,將加熱用激光l2經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62(金屬部件)的表面62a,使引線框62(金屬部件)以與氧化膜om的規(guī)定的膜厚α對應的吸收率吸收照射的加熱用激光l2,而將引線框62(金屬部件)加熱至規(guī)定的表面溫度ta、ta。
另外,吸收率在與氧化膜om的膜厚的關(guān)系中,相對于膜厚的增大方向的變化具有極大值與極小值交替地出現(xiàn)的周期性,并且具有在氧化膜om的膜厚為零的情況下最小的特性,對應在氧化膜形成工序s110中形成的氧化膜的規(guī)定的膜厚α設定于第一范圍ar1,該第一范圍ar1包含第一極大膜厚a和第二極大膜厚b,其中,在與具有周期性的吸收率之間的關(guān)系中,第一極大膜厚a是與氧化膜om的膜厚超過零而增大時吸收率首次作為極大值出現(xiàn)的第一極大值a對應的膜厚,第二極大膜厚b是與吸收率接著第一極大值a而再次作為極大值出現(xiàn)的第二極大值b對應的膜厚,并且第一范圍ar1比第二極小膜厚小,其中,第二極小膜厚是,在第二極大值b與吸收率接著第二極大值b而作為極大值出現(xiàn)的第三極大值c所對應的第三極大膜厚c之間,且與吸收率作為極小值出現(xiàn)的第二極小值對應的膜厚。
如上,在引線框62(金屬部件)對加熱用激光l2的吸收率的特性與氧化膜om的膜厚的關(guān)系中,具有極大值與極小值呈周期性交替地出現(xiàn)的周期性,并且具有在氧化膜om的膜厚為零的情況下上述吸收率最小的特性。而且,引線框62(金屬部件)的氧化膜om的膜厚設定于第一范圍ar1(35nm~360nm),其中,第一范圍ar1包括超過零而首次出現(xiàn)的第一極大值a以及接著第一極大值a而出現(xiàn)的第二極大值b分別對應的第一極大膜厚a以及第二極大膜厚b,并且,比第二極小膜厚bb小,其中,第二極小膜厚bb是與在第二極大值b與接著第二極大值b出現(xiàn)的極大值亦即第三極大值c之間的極小值亦即第二極小值bb對應的膜厚。
由此,即使在形成氧化膜om時膜厚少許偏差,加熱用激光l2的吸收率與不經(jīng)由氧化膜om地將加熱用激光l2照射至引線框62(金屬部件)的情況相比,也能夠可靠地增大,并且能夠穩(wěn)定且高效率地加熱引線框62(金屬部件)。另外,將氧化膜om的膜厚限定于零附近的第一范圍ar1內(nèi),因此能夠抑制形成超過第一范圍ar1的膜厚的不必要的時間增加。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,作為金屬部件的引線框62為銅,在通過連續(xù)電化學還原法進行氧化膜厚的測定的情況下,氧化膜的規(guī)定的膜厚α被設定于第一范圍亦即35nm~360nm之間,因此引線框62(金屬部件)對加熱用激光l2的吸收率與不存在氧化膜的情況相比可靠地增大,因此能夠高效率地加熱引線框62(金屬部件)。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,在加熱方法的氧化膜形成工序s110、s210中,氧化膜om通過基于規(guī)定的照射條件照射至引線框62(金屬部件)的表面62a的氧化膜形成用激光l1、l3、l5的照射而形成。由此,在氧化膜形成工序s110、s210與加熱工序s120中,能夠使用相同的加熱裝置100、200、300,因此高效。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,在加熱方法的氧化膜形成工序s110、s210中,向引線框62(金屬部件)的表面62a照射氧化膜形成用激光l1,而在照射位置形成有孔62c。由此,在加熱工序s120中,將加熱用激光l2的一部分導入孔62c內(nèi),能夠使加熱用激光l2的一部分照射至該孔62c內(nèi)的側(cè)面而被其吸收,因此能夠進行更加高效率的引線框62(金屬部件)的加熱。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式的加熱方法,氧化膜形成用激光l1、l3、l5與加熱用激光l2、l4、l6為同種(近紅外波長)的激光。由此,加熱裝置100、200、300能夠廉價地制作。
另外,根據(jù)上述第一實施方式、第三實施方式,氧化膜形成用激光l1、l5以及加熱用激光l2、l6均為連續(xù)波cw。由此,加熱裝置100、300能夠廉價地制作。
另外,根據(jù)上述第二實施方式,氧化膜形成用激光l1為脈沖波pw,加熱用激光l2為連續(xù)波cw。如上,以適合氧化膜形成以及加熱這樣的不同的目的的方式變更激光的照射方式,從而能夠分別高效地實現(xiàn)氧化膜形成與加熱。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,加熱方法的氧化膜形成工序s110、s210、s310具備:在氧化膜形成用激光l1、l3、l5向引線框62(金屬部件)的表面62a照射時計測表面62a的表面溫度t、t的溫度計測工序s112、s212、計測氧化膜形成用激光l1向表面62a的照射時間h、h的照射時間計測工序s113、s213、基于計測出的表面溫度t、t以及照射時間h、h運算形成于金屬部件的表面的氧化膜的累積膜厚的膜厚運算工序s114、s214以及判定在膜厚運算工序s114、s214中運算出的氧化膜om的膜厚(累積膜厚)是否達到規(guī)定的膜厚α的膜厚判定工序s115、s215。
另外,加熱工序s120具備:在膜厚判定工序s115判定為累積膜厚達到規(guī)定的膜厚α的情況下將氧化膜形成用激光l1的照射切換成加熱用激光l2的照射的切換工序s121以及將加熱用激光l2經(jīng)由氧化膜om照射至引線框62(金屬部件)的表面62a而將引線框62(金屬部件)加熱至規(guī)定的表面溫度ta的加熱用激光照射工序s122。由此,引線框62(金屬部件)進一步高效、高精度且穩(wěn)定地被加熱。
另外,根據(jù)第三實施方式的加熱方法,氧化膜形成工序s310具備:在氧化膜形成用激光l5向引線框62(金屬部件)的表面62a照射時計測表面62a的表面溫度的溫度計測工序s112、計測氧化膜形成用激光l5向表面照射的照射時間的照射時間計測工序s113、基于計測出的表面溫度以及照射時間將形成于引線框62(金屬部件)的表面的氧化膜om的膜厚運算為推定膜厚的膜厚運算工序s114、經(jīng)由氧化膜om向形成有氧化膜om的引線框62(金屬部件)的表面62a照射實際吸收率測定用激光l7的實際吸收率測定用激光照射工序s312、計測在實際吸收率測定用激光照射工序s312中照射出的實際吸收率測定用激光l7被表面62a反射的反射激光l7a的輸出的反射激光輸出計測工序s313、基于在反射激光輸出計測工序s313中計測出的反射激光l7a的輸出的大小運算形成有氧化膜om的引線框62(金屬部件)的表面62a對加熱用激光l6的實際吸收率abr的實際吸收率運算工序s314以及基于推定膜厚、實際吸收率abr以及具有周期性的氧化膜的膜厚與吸收率的關(guān)系變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件的氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317。如上,邊確認推定膜厚、實際吸收率abr以及具有周期性的氧化膜的膜厚與吸收率的關(guān)系,邊形成氧化膜om,因此能夠獲得具備所期望的吸收率的氧化膜om的可能性提高。
另外,根據(jù)第三實施方式的加熱方法,氧化膜形成工序s310具備基于具有周期性的氧化膜的膜厚與吸收率的關(guān)系,運算與在膜厚運算工序s114中運算出的推定膜厚對應的加熱用激光l6的推定吸收率abe的推定吸收率運算工序s311。而且,氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317基于在推定吸收率運算工序s311中運算出的推定吸收率abe以及與在運算推定吸收率abe的時刻所形成的氧化膜om對應的實際吸收率abr,變更氧化膜形成用激光l5的照射條件。如上,基于推定吸收率abe以及實際吸收率abr形成氧化膜om,因此能夠獲得具備所期望的吸收率的氧化膜om的可能性進一步提高。
另外,根據(jù)第三實施方式的加熱方法,氧化膜形成工序s310具備運算在推定吸收率運算工序s311中運算出的推定吸收率abe與同在運算推定吸收率的時刻所形成的氧化膜om對應的實際吸收率abr之間的吸收率差δab的吸收率差運算工序s315、以及判定運算出的吸收率差δab是否處于規(guī)定的范圍β內(nèi)的吸收率差判定工序s316。而且,氧化膜形成用激光照射條件變更工序s317在吸收率差判定工序s316中,在判定為吸收率差δab不處于規(guī)定的范圍β內(nèi)的情況下,根據(jù)吸收率差δab的大小,以吸收率差δab落入規(guī)定的范圍β內(nèi)的方式變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件。由此,可靠地形成具備所期望的吸收率的氧化膜om。
另外,根據(jù)上述第一實施方式~第三實施方式,加熱裝置100、200、300具備:氧化膜形成部120、220、320,其在引線框62(金屬部件)的表面62a形成規(guī)定的膜厚α的氧化膜om;以及加熱部130,其將加熱用激光l2、l4、l6經(jīng)由所形成的規(guī)定的膜厚α的氧化膜om照射至引線框62(金屬部件),并使引線框62(金屬部件)以與氧化膜om的規(guī)定的膜厚α對應的吸收率吸收照射的加熱用激光l2、l4、l6,而將引線框62(金屬部件)加熱至規(guī)定的表面溫度ta、ta。
另外,吸收率在與氧化膜om的膜厚的關(guān)系中,具有極大值與極小值相對于膜厚的增大方向的變化交替地出現(xiàn)的周期性,并且具有在氧化膜om的膜厚為零的情況下最小的特性,由氧化膜形成部120、220、320形成的氧化膜om的規(guī)定的膜厚α設定于第一范圍ar1,其中,在與具有周期性的吸收率的關(guān)系中,該第一范圍ar1包含與氧化膜om的膜厚超過零而吸收率首次作為極大值出現(xiàn)的第一極大值a對應的第一極大膜厚a以及與吸收率接著第一極大值a而再次作為極大值出現(xiàn)的第二極大值b對應的第二極大膜厚b,并且,第一范圍ar1比第二極小膜厚bb小,其中,該第二極小膜厚bb與在第二極大值b與同吸收率接著第二極大值b作為極大值出現(xiàn)的第三極大值c對應的第三極大膜厚c之間、且吸收率作為極小值出現(xiàn)的第二極小值bb對應。通過該加熱裝置100、200、300,能夠進行與上述加熱方法相同的高效的加熱。
另外,根據(jù)上述第三實施方式,在加熱裝置300的氧化膜形成部320中,氧化膜om通過基于規(guī)定的照射條件照射至引線框62(金屬部件)的表面62a的氧化膜形成用激光l5的照射而形成。另外,氧化膜形成部320具備:在氧化膜形成用激光l5向引線框62(金屬部件)的表面62a照射時計測表面的表面溫度的溫度計測部142、計測氧化膜形成用激光l5向表面62a照射的照射時間的照射時間計測部143、基于計測出的表面溫度以及照射時間將形成于引線框62(金屬部件)的表面62a的氧化膜om的膜厚運算為推定膜厚的膜厚運算部144、將實際吸收率測定用激光l7經(jīng)由氧化膜om照射至形成有氧化膜om的引線框62(金屬部件)的表面62a的實際吸收率測定用激光照射部(激光輸出調(diào)整部141b)、計測由實際吸收率測定用激光照射部(激光輸出調(diào)整部141b)照射出的實際吸收率測定用激光l7被表面62a反射的反射激光l7a的輸出的反射激光輸出計測部346、基于由反射激光輸出計測部346計測出的反射激光l7a的輸出的大小運算形成有氧化膜om的引線框62(金屬部件)的表面62a對加熱用激光l6的實際吸收率的實際吸收率運算部347以及基于推定膜厚、實際吸收率abr以及具有周期性的氧化膜om的膜厚與吸收率ab的關(guān)系變更氧化膜形成用激光l5的規(guī)定的照射條件的氧化膜形成用激光照射條件變更部351。由此,通過加熱裝置300,能夠進行具有與第三實施方式的加熱方法相同的效果的加熱。
另外,上述實施方式的基于接合裝置400的接合方法是同引線框62(金屬部件)的表面62a對置的引線框62的第一接合面62b與同第一接合面62b抵接的被接合金屬部件的第二接合面50a的接合方法,通過上述第一實施方式~第三實施方式所記載的加熱方法將引線框62(金屬部件)加熱至規(guī)定的溫度,將第一接合面62b與第二接合面50a形成在比液相狀態(tài)低的溫度下成立且在固體的狀態(tài)下能夠接合的固相狀態(tài),從而將第一接合面62b與第二接合面50a在壓接方向加壓并接合。
如上,將第一接合面62b與第二接合面50a升溫至比銅制的引線框62(金屬部件)熔融的溫度低的低溫亦即固相狀態(tài)來接合,因此,加熱用激光l2的必要照射量與使引線框62(金屬部件)熔融的情況相比能夠減少。因此,通過氧化膜形成工序s110、s210、s310,相對于引線框62(金屬部件)設置氧化膜om,來提高加熱用激光l2的吸收率,與此對應地能夠大幅度減少加熱用激光l2的必要能量,從而能夠相對于接合實現(xiàn)低成本化。
此外,在上述第一實施方式~第三實施方式中,形成于引線框62(金屬部件)的表面62a的氧化膜om的規(guī)定的膜厚α設定于第一范圍ar1,在與具有周期性的吸收率的關(guān)系中,第一范圍ar1包含在氧化膜om的膜厚超過零時,與吸收率首先作為極大值出現(xiàn)的第一極大值a對應的第一極大膜厚a以及與吸收率接著第一極大值a作為極大值出現(xiàn)的第二極大值b對應的第二極大膜厚b,并且,第一范圍ar1比第二極小膜厚小,其中,第二極小膜厚是與在第二極大值b與同吸收率接著第二極大值b作為極大值出現(xiàn)的第三極大值c對應的第三極大膜厚c之間、且吸收率作為極小值出現(xiàn)的第二極小值對應的膜厚。
但是,不限定于該方式。如圖6的坐標圖所示,氧化膜om的規(guī)定的膜厚α也可以設定為第二范圍ar2或第三范圍ar3中的任一范圍,其中,第二范圍ar2包含第一極大膜厚a并且比第一極小膜厚aa小,第一極小膜厚aa是與在第一極大值a與第二極大值b之間且吸收率作為極小值出現(xiàn)的第一極小值aa對應的膜厚,第三范圍ar3包含第二極大膜厚b并且比第一極小膜厚aa大且比第二極小膜厚bb小。由此,規(guī)定的膜厚α的范圍比在上述實施方式中設定的范圍窄,更穩(wěn)定,吸收率的平均值提高,因此能夠獲得效率更加良好的加熱結(jié)果。
另外,在將金屬部件設為銅制,通過sera法測定氧化膜om的膜厚的上述實施方式中,氧化膜om的規(guī)定的膜厚α被設定于第一范圍ar1亦即35nm~360nm之間。但是,不限定于該方式,氧化膜om的規(guī)定的膜厚α也可以設定于第二范圍ar2亦即35nm~135nm之間或者第三范圍ar3亦即165nm~360nm之間的任一個。由此,膜厚α穩(wěn)定,從而吸收率的平均值提高,因此能夠獲得效率進一步良好的加熱結(jié)果。
另外,在上述第一實施方式~第三實施方式中,將金屬部件設為銅制的引線框62。但是,金屬部件不限定于銅,也可以為鋁、鐵等金屬。但是,在應用鋁、鐵的情況下,針對各金屬部件,在氧化膜形成部120、220、320以及加熱部130中使用的激光的吸收率-氧化膜厚特性不同。在該情況下,在掌握與各金屬部件對應的吸收率-氧化膜厚特性后,只要新設定規(guī)定的膜厚α即可。
另外,在上述第一實施方式~第三實施方式中,在氧化膜形成工序s110、s210、s310中,將氧化膜形成用激光l1、l3、l5照射至引線框62(金屬部件)的表面62a,由此形成氧化膜om。但是,不限定于該方式,氧化膜om例如也可以在加熱爐內(nèi)形成。由此,形成氧化膜om的效率降低,但在僅著眼于加熱工序s120的情況下,能夠獲得與上述實施方式相同的效果。
另外,相對于銅、鐵、鋁等部件的切斷以及印字時也能夠應用上述第一實施方式~第三實施方式的基于加熱裝置100、200、300的加熱方法。另外,在3d打印機中,在將銅、鐵、鋁等金屬部件層疊時,也能夠應用上述加熱方法以及接合方法。
另外,在上述第二實施方式中,在對實施方式的加熱方法進行說明的圖11的流程2的s215中,在氧化膜的累積膜厚σ未達到規(guī)定的膜厚α的范圍,而返回(移動至)氧化膜形成用激光照射工序s211時,也可以不以與上次相同的脈沖數(shù)照射氧化膜形成用激光l1,而變更成適于形成不足的膜厚的照射脈沖數(shù)來照射氧化膜形成用激光l3。
另外,上述接合裝置400以及接合方法應用第一實施方式的加熱裝置100進行說明,但不限定于該方式。在接合裝置400以及接合方法也可以應用第二實施方式~第三實施方式的加熱裝置200或者加熱裝置300。