特開 2024-34680 レーザ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034680

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】レーザ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20240306BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022139087

(22)【出願日】2022-09-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小暮 勇太

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA02

4E168BA73

4E168BA87

4E168CB03

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA23

4E168DA28

4E168DA40

(57)【要約】      （修正有）

【課題】第１母材上に設けられた第２母材を含む積層部材のレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】積層部材の予め定められた第１の点から、前記第１の点とは異なる第２の点までレーザを走査し、第１の走査経路を形成する段階と、前記積層部材の予め定められた第３の点から、前記第３の点とは異なる第４の点までレーザを走査することで、前記第１の走査経路と少なくとも一部を共有する第２の走査経路を形成し、前記第１の走査経路と前記第２の走査経路との共通領域において、前記第１母材および前記第２母材を溶融する段階と、を備え、前記第１母材の溶接深さが０．２ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である、レーザ溶接方法を提供する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１母材上に設けられた第２母材を含む積層部材のレーザ溶接方法であって、
前記積層部材の予め定められた第１の点から、前記第１の点とは異なる第２の点までレーザを走査し、第１の走査経路を形成する段階と、
前記積層部材の予め定められた第３の点から、前記第３の点とは異なる第４の点までレーザを走査することで、前記第１の走査経路と少なくとも一部を共有する第２の走査経路を形成し、前記第１の走査経路と前記第２の走査経路との共通領域において、前記第１母材および前記第２母材を溶融する段階と、
を備え、
前記第１母材の溶接深さが０．２ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である、レーザ溶接方法。

【請求項2】

前記レーザ溶接方法は、キーホール型溶接である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項3】

前記レーザはファイバレーザから照射され、前記レーザの波長は１．０５μｍ以上、１．１μｍ以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項4】

前記第１母材に照射する前記レーザによって前記第１母材に投入される投入熱量が３８０Ｊ／ｍｍ^２以上、４６０Ｊ／ｍｍ^２以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項5】

前記レーザの走査速度が２２０ｍｍ／ｓ以上、２６０ｍｍ／ｓ以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項6】

前記第１母材の接合面において、前記レーザの走査方向と垂直な方向の短辺の長さが、レーザの照射径よりも大きい、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項7】

前記第１母材の上面において、前記第１母材と前記第２母材との接合面の面積が２．０ｍｍ^２以上、３．５ｍｍ^２以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項8】

前記レーザの照射径が０．２０ｍｍ以上、０．２１ｍｍ以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項9】

前記第３の点は前記第２の点であり、前記第４の点は前記第１の点であり、前記積層部材の前記第１の点と前記第２の点との間を往復しながらレーザを照射する段階を備える、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項10】

前記往復しながらレーザを照射する段階は、前記第１の走査経路を往復する段階を有する、請求項９に記載のレーザ溶接方法。

【請求項11】

前記第１の点と前記第２の点との間の距離が２．８５ｍｍ以上、３．１０ｍｍ以下である、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項12】

前記第１の点と前記第２の点との間の往復回数は５回以上、７回以下である、請求項９に記載のレーザ溶接方法。

【請求項13】

前記第１の点から前記第２の点へ前記レーザを走査するときの前記レーザの照射範囲の中心が描く第１軌跡と、前記第２の点から前記第１の点へ前記レーザを走査するときの前記レーザの照射範囲の中心が描く第２軌跡とが異なる軌跡となるように、前記第１の点と前記第２の点との間を往復する段階を備える、請求項９に記載のレーザ溶接方法。

【請求項14】

前記第１の走査経路と前記第２の走査経路との間は、予め定められた照射位置ずらし量だけ離間している、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項15】

前記照射位置ずらし量は０より大きく、０．２０ｍｍ以下である、請求項１４に記載のレーザ溶接方法。

【請求項16】

前記第１母材は銅を含み、前記第２母材は銅およびニッケルを含む、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項17】

前記第１の走査経路を形成する段階は、一定の出力で前記レーザを照射する段階を含む、請求項１に記載のレーザ溶接方法。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法を実装する、レーザ溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「第１工程で形成した溶融池にレーザ光を照射しないように所定距離だけ離間させ、第１工程で形成した溶融池が固まる前にレーザ光を照射することを特徴」とする、レーザ溶接方法が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２０－１５０５３号公報
［特許文献２］ 特開２０１７－１６４８１１号公報
［特許文献３］ 特開２０２１－５３６８５号公報
［特許文献４］ 特開２０１２－１７８６００号公報

【発明の概要】

【0003】

サイクルタイムを短くしつつ、スパッタやブローホールなどの溶接欠陥を低減することが望ましい。

【0004】

本発明の第１の態様においては、第１母材上に設けられた第２母材を含む積層部材のレーザ溶接方法であって、前記積層部材の予め定められた第１の点から、前記第１の点とは異なる第２の点までレーザを走査し、第１の走査経路を形成する段階と、前記積層部材の予め定められた第３の点から、前記第３の点とは異なる第４の点までレーザを走査することで、前記第１の走査経路と少なくとも一部を共有する第２の走査経路を形成し、前記第１の走査経路と前記第２の走査経路との共通領域において、前記第１母材および前記第２母材を溶融する段階と、を備え、前記第１母材の溶接深さが０．２ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である、レーザ溶接方法を提供する。

【0005】

上記レーザ溶接方法において、前記レーザ溶接方法は、キーホール型溶接であってよい。

【0006】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記レーザはファイバレーザから照射され、前記レーザの波長は１．０５μｍ以上、１．１μｍ以下であってよい。

【0007】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１母材に照射する前記レーザによって前記第１母材に投入される投入熱量は３８０Ｊ／ｍｍ^２以上、４６０Ｊ／ｍｍ^２以下であってよい。

【0008】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記レーザの走査速度が２２０ｍｍ／ｓ以上、２６０ｍｍ／ｓ以下であってよい。

【0009】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１母材の接合面において、前記レーザの走査方向と垂直な方向の短辺の長さが、レーザの照射径よりも大きくてよい。

【0010】

前記第１母材の上面において、前記第１母材と前記第２母材との接合面の面積が２．０ｍｍ^２以上、３．５ｍｍ^２以下であってよい。

【0011】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記レーザの照射径が０．２０ｍｍ以上、０．２１ｍｍ以下であってよい。

【0012】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第３の点は前記第２の点であり、前記第４の点は前記第１の点であり、前記積層部材の前記第１の点と前記第２の点との間を往復しながらレーザを照射する段階を備えてよい。

【0013】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記往復しながらレーザを照射する段階は、前記第１の走査経路を往復する段階を有してよい。

【0014】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１の点と前記第２の点との間の距離が２．８５ｍｍ以上、３．１０ｍｍ以下であってよい。

【0015】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１の点と前記第２の点との間の往復回数は５回以上、７回以下であってよい。

【0016】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１の点から前記第２の点へ前記レーザを走査するときの前記レーザの照射範囲の中心が描く第１軌跡と、前記第２の点から前記第１の点へ前記レーザを走査するときの前記レーザの照射範囲の中心が描く第２軌跡とが異なる軌跡となるように、前記第１の点と前記第２の点との間を往復する段階を備えてよい。

【0017】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１の走査経路と前記第２の走査経路との間は、予め定められた照射位置ずらし量だけ離間していてよい。

【0018】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記照射位置ずらし量は０より大きく、０．２０ｍｍ以下であってよい。

【0019】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１母材は銅を含んでよく、前記第２母材は銅およびニッケルを含んでよい。

【0020】

上記いずれかのレーザ溶接方法において、前記第１の走査経路を形成する段階は、一定の出力で前記レーザを照射する段階を含んでよい。

【0021】

本発明の第２の態様においては、上記いずれかのレーザ溶接方法を実装する、レーザ溶接装置を提供する。

【0022】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】２つの母材をレーザ溶接によって接合する際の模式図である。

【図2】レーザを走査する際の走査経路を表す模式図である。

【図3A】スパッタ発生量と走査速度の関係を表す図である。

【図3B】比較例における断面の様子を表す図である。

【図3C】実施形態における断面の様子を表す図である。

【図4】レーザを走査する際の断面の模式図である

【図5A】レーザを複数回照射する際の一例である。

【図5B】レーザを複数回照射する際の一例である。

【図5C】レーザを複数回照射する際の一例である。

【図5D】レーザを複数回照射する際の一例である。

【図5E】レーザを複数回照射する際の一例である。

【図6A】レーザを複数回照射した後の表面の様子を表す図である。

【図6B】レーザを複数回照射した後の接合面の様子を表す図である。

【図6C】レーザを複数回照射した後の断面の様子を表す図である。

【図7】溶接深さと引張せん断強度の関係を表す図である。

【図8】投入熱量、走査速度および溶接深さの関係を表す図である。

【図9】接合面積と引張せん断強度の関係を表す図である。

【図10】走査速度と接合面積の関係を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0025】

図１は、２つの母材をレーザ溶接によって接合し、半導体モジュール１０を製造する際の模式図である。半導体モジュール１０は、積層部材３と、絶縁基板４と、積層部材３および絶縁基板４を接着するはんだ５とを有する。

【0026】

積層部材３は、第１母材１と、第１母材上に設けられた第２母材２とを含んでよい。図１では、積層部材３の上方からレーザ２０を照射し、矢印で表したようにレーザ２０を走査することで、第１母材１および第２母材２の両方が溶融し、第１母材１の下面と第２母材２の上面とがそれぞれ溶接される。

【0027】

一例では、第１母材１および第２母材２は銅、ニッケル、アルミニウム、鉄のうち少なくとも１つを含んでよい。一例では、第１母材１は純銅であってよく、第２母材２は、銅を含む母材の表面にニッケルめっきを施したものであってよい。

【0028】

第２母材２は、第１母材１よりも薄くてよい。一例では、第２母材２の厚さは、第１母材１の厚さの３分の１以下であってよく、４分の１以下であってよく、５分の１以下であってよい。一例では、第２母材２の厚さは０．８ｍｍであってよく、第１母材１の厚さは２．４ｍｍであってよい。

【0029】

レーザ２０は、ファイバレーザから照射されてよく、炭酸ガスレーザから照射されてよい。一例では、レーザ２０はＩＲレーザであってよく、レーザ２０の波長は１．０５μｍ以上であってよく、１．１０μｍ以下であってよい。一例では、レーザ２０はグリーンレーザであってよく、レーザ２０の波長は、５００ｎｍであってよい。

【0030】

レーザ２０の出力は、第１母材１と第２母材２との間で少なくともキーホールを発生させ得る値であってよい。キーホールとは、積層部材３にレーザ２０が照射されることにより、第１母材１および第２母材２が蒸発し、蒸気圧により溶融池が凹形状となった結果生じる空孔である。一例では、レーザ２０の出力は２８５０Ｗ以上であってよく、３３００Ｗ以下であってよい。一例では、レーザ２０の出力はレーザ２０の走査中一定であってよい。

【0031】

本明細書においては、一例としてキーホール型溶接である場合について説明するが、これに限られない。即ち、溶接は熱伝導型溶接等のその他の様式で行われてもよい。

【0032】

図２は、レーザ２０を積層部材３の上方から照射しつつ走査する際の上面図である。図２に示すように、積層部材３の上方からレーザ２０を照射しながら、レーザ２０の照準が第１の点Ｘ１から第２の点Ｘ２まで移動するように、第１の軌跡Ｌ１に沿って走査速度Ｖでレーザ２０を走査してよい。第１の点Ｘ１と第２の点Ｘ２との間の距離は、２．８５ｍｍ以上であってよく、３．１０ｍｍ以下であってよい。

【0033】

第１の走査経路Ｒ１は、レーザ２０を第１の点Ｘ１から第２の点Ｘ２まで走査した際に、照射範囲が通過する領域である。線分Ａ１は、第１の走査経路Ｒ１の上端であり、線分Ａ２は下端である。第１の走査経路Ｒ１は、線分Ａ１、Ａ２及び照射範囲Ｓ１、Ｓ２に囲まれた領域である。

【0034】

照射範囲Ｓ１はレーザ２０の照準が点Ｘ１にある場合における照射範囲である。照射範囲Ｓ２はレーザ２０の照準が点Ｘ２にある場合における照射範囲である。照射径Ｓは、照射範囲の半径である。

【0035】

照射径Ｓはレーザ２０の走査中において一定でよい。一例では、照射径Ｓは０．２０ｍｍ以上、０．２１ｍｍ以下であってよい。

【0036】

走査速度Ｖは、レーザ２０の走査方向の速度である。走査速度Ｖはレーザ２０の走査中において一定であってよいし、変化してもよい。走査速度Ｖの好ましい値については後述する。

【0037】

図３Ａは、レーザ２０の走査速度Ｖとスパッタの発生量を表したグラフである。走査速度Ｖが大きくなるほど、後述する溶接深さｄが浅くなり、スパッタおよびブローホールの発生が低減される。ここで、ブローホールとはキーホールに入り込んだエアーが加熱されることで膨張し、溶接個所内部に空洞が生じる現象のことである。また、スパッタとはブローホールが弾けること等によって溶融金属が飛散する現象のことをいう。

【0038】

図３Ａにａで示した範囲は、比較例における走査速度である。図３Ａにａで示した範囲において、スパッタの発生量は１０ｍｇ以上となる。後に図３Ｂに示すように、比較例においてはスパッタおよびブローホールが肉眼で確認できる程度に多く発生していることが分かる。

【0039】

また、図３Ａにｂで示した範囲は、本実施形態における走査速度である。図３Ａにｂで示した範囲において、スパッタの発生量は１０ｍｇ以下に抑えられる。後に図３Ｃに示すように、本実施形態においては、スパッタおよびブローホールの発生は肉眼で確認できない程度に抑えられている。

【0040】

本実施形態においては、走査速度Ｖを所定の値とすることで、レーザ２０の走査中出力を一定にした場合においても、スパッタおよびブローホールの発生量を低減することができる。一例では、走査速度Ｖは２２０ｍｍ／ｓ以上であってよく、２６０ｍｍ／ｓ以下であってよい。

【0041】

図３Ｂは、比較例における走査後の断面図を表す図である。比較例の半導体モジュール５０において、第１母材５１および第１母材５１の上に設けられた第２母材５２を含む積層部材５３の上方から、走査速度Ｖが１９０ｍｍ／ｓとなるように、レーザ２０走査した後の断面図を示している。

【0042】

図３Ｂから明らかなように、比較例においては、第１母材５１の内部にブローホールが発生しており、また、第２母材５２の上面においてスパッタが発生している。

【0043】

一方で、図３Ｃは、本実施形態における走査後の断面図を表す図である。実施形態の半導体モジュール１０において、第１母材１および第１母材１の上に設けられた第２母材２を含む積層部材３の上方から、走査速度Ｖが２３０ｍｍ／ｓとなるように、レーザ２０走査した後の断面図を示している。

【0044】

図３Ｃから明らかなように、本実施形態においては、ブローホールおよびスパッタがほとんど発生していないことが分かる。

【0045】

図４は、図２におけるａ－ａ'線上にレーザ２０が照射されている際のａ－ａ'線に沿った断面図である。レーザ２０が照射されることにより、第１母材１および第２母材２は共に溶融する。溶融池６は、第１母材１および第２母材２が溶融することによって形成される、溶融金属からなる領域である。

【0046】

溶接深さｄは、第１母材１の上面から測った溶融池６の深さである。溶融池６の底面に凹凸がある場合は、溶接深さｄは、第１母材１の上面から測った溶融池６の下端の深さであってよい。溶接深さｄは、溶融池６の最も深い位置の深さであってよい。また、溶接深さｄは、溶融池６の深さのピーク位置の深さであってよい。

【0047】

本実施形態の走査速度Ｖは、レーザ２０を単回走査する場合の走査速度よりも速いので、溶接深さｄが単回走査の場合よりも浅くなる。溶接深さｄは１．０ｍｍ以下であってよい。一例では、溶接深さｄは０．２ｍｍ以上であってよく、０．７ｍｍ以下であってよい。

【0048】

溶接深さｄが浅くなることにより、溶接個所の強度が低下することが懸念される。本実施形態においては、レーザ２０を複数回走査することで、所望の溶接強度を得ることができる。

【0049】

図５Ａは、レーザ２０を複数回走査する際の上面図である。図５Ａにおいて、第１の走査経路Ｒ１を形成した後、更に、レーザ２０の照準が第３の点Ｘ３から第４の点Ｘ４まで移動するように、第２の軌跡Ｌ２に沿って走査速度Ｖでレーザ２０を走査する。

【0050】

第２の走査経路Ｒ２は、第３の点Ｘ３から第４の点Ｘ４までレーザ２０を更に走査した際に、照射範囲が通過する領域である。線分Ａ３は、第２の走査経路Ｒ２の上端であり、線分Ａ４は下端である。第２の走査経路Ｒ２は、線分Ａ３、Ａ４及び照射範囲Ｓ３、Ｓ４に囲まれた領域である。

【0051】

照射範囲Ｓ３は、レーザ２０の照準が点Ｘ３にある場合における照射範囲である。また、照射範囲Ｓ４は、レーザ２０の照準が点Ｘ４にある場合における照射範囲である。

【0052】

照射範囲Ｓ１からＳ４、線分Ａ２、およびＡ３によって囲まれた領域が、第１の走査経路Ｒ１と第２の走査経路Ｒ２との共通領域である。共通領域には複数回走査の過程でレーザ２０が２度以上照射されるので、その他の走査経路上の点よりも溶接深さｄが深くなる。即ち、共通領域を設けることにより、溶接強度を向上させることができる。

【0053】

第３の点Ｘ３は第２の点Ｘ２であってよく、第４の点Ｘ４は第１の点Ｘ１であってよい。また、第２の軌跡Ｌ２は第１の軌跡Ｌ１であってよい。即ち、一例において、レーザ２０の複数回走査は、第１の走査経路Ｒ１を往復するように行われてよい。同一の走査経路上を往復することで、溶接深さｄを深くすることができ、溶接強度を向上させることができる。

【0054】

図５Ｂは、レーザ２０を複数回走査する際の一例である。図５Ｂの例ではまず、レーザ２０の照準が第１の点Ｘ１から第２の点Ｘ２まで移動するように、第１の軌跡Ｌ１に沿ってレーザ２０を走査速度Ｖで走査する。次に、レーザ２０の照準を、点Ｘ２から予め定められた照射位置ずらし量Δｘだけ離れた点Ｘ３まで移動させる。図５Ｂの実施形態においては、点Ｘ２から点Ｘ３まで照準を移動させる際にレーザ２０を照射していないが、この際にレーザ２０を照射してもよい。

【0055】

続いて、レーザ２０の照準が第３の点Ｘ３から第４の点Ｘ４まで移動するように、第２の軌跡Ｌ２に沿ってレーザ２０を走査速度Ｖで走査する。図５Ｂにおいて斜線で示した、照射範囲Ｓ１からＳ４、線分Ａ２、およびＡ３によって囲まれた領域が、第１の走査経路Ｒ１と第２の走査経路Ｒ２との共通領域である。共通領域においては、レーザ２０が点Ｘ１からＸ２まで走査するときと、点Ｘ３からＸ４まで走査するときの両方において、レーザが照射される。

【0056】

照射位置ずらし量Δｘは、第１の走査経路Ｒ１と第２の走査経路Ｒ２とが共通領域を有する値であればよい。また、照射位置ずらし量Δｘは、照射径Ｓの２倍未満であってよい。一例では、Δｘは０より大きく、０．２０ｍｍ以下であってよい。

【0057】

図５Ｃは、レーザ２０を複数回走査する際の一例である。図５Ｃにおいて、第３の点Ｘ３は第２の点Ｘ２であってよい。また、照射範囲Ｓ２と照射範囲Ｓ３とは同一であってよい。即ち、レーザ２０の照準を、点Ｘ２と異なる点まで移動させる段階を有していなくてよい。この場合であっても、第１の走査経路Ｒ１、第２の走査経路Ｒ２および共通領域の定義は、図５Ａの場合と同様である。

【0058】

図５Ｄは、レーザ２０を複数回走査する際の一例である。図５Ｄにおいて、第３の点Ｘ３は第２の点Ｘ２であってよく、第４の点Ｘ４は第１の点Ｘ１であってよい。即ち、一例において、レーザ２０の複数回走査は、異なる２点の間を往復するように行われてよい。

【0059】

図５Ｄにおいて、第１の走査経路Ｒ１を形成する際のレーザ２０の中心が描く第１の軌跡Ｌ１は、曲線であってよい。同様に、第２の走査経路Ｒ２を形成する際のレーザ２０の中心が描く第２の軌跡Ｌ２も、曲線であってよい。また、第１の軌跡Ｌ１と第２の軌跡Ｌ２とは、異なる軌跡であってよい。

【0060】

更なる実施形態において、レーザ２０を点Ｘ４まで走査した後、更にレーザ２０を走査する段階を設けてよい。即ち、走査経路を形成する段階を３回以上設けてよい。レーザ２０を走査する回数は、５回以上であってよく、７回以下であってよい。レーザ２０の走査は、異なる２点の間を複数回往復するように行われてよい。

【0061】

図５Ｅは、レーザ２０を複数回走査する際の一例である。図５Ｅでは、図５Ｂに示した場合のように、照射位置ずらし量Δｘだけ照準をずらして走査する実施形態を表している。図５Ｅでは、点Ｘ１から第１４の点Ｘ１４まで、合計７回に渡ってレーザ２０を走査している。

【0062】

図６Ａは、図５Ｅのようにレーザ２０を複数回照射した後の表面の様子を表す図である。図６Ａにおいては、レーザの出力をＷ、走査速度をＶ、照射径をＳ、照射本数をｎとしたとき、Ｗ＝３０００Ｗ、Ｖ＝２３０ｍｍ／ｓ、Ｓ＝０．２ｍｍ、ｎ＝７の場合における表面の様子が示されている。

【0063】

図６Ｂは、接合面Ｓｊを示す上面図の一例である。図６Ｂは、第１母材１及び第２母材２を図６Ａの条件で溶接した後、第２母材２を取り除いた際の第１母材１の上面の状態を表している。接合面Ｓｊとは、第１母材１の上面と同一の平面における溶融池６の表面のことであってよく、接合面積とは、第１母材１の上面における溶融池６の面積のことであってよい。図６Ｂに示したように、接合面Ｓｊは略長方形を示す。

【0064】

一般的に、接合面Ｓｊの接合面積が大きくなるほど、接合部分の溶接強度は増加する。一例では、接合面Ｓｊの、レーザ２０の走査方向と垂直な方向の短辺の長さは、レーザ２０の照射径Ｓよりも大きくてよい。一例では、接合面の短辺の長さは、０．２ｍｍ以上であってよく、０．６ｍｍ以下であってよい。

【0065】

図６Ｃは、図６Ａの実施形態における積層部材３の断面図である。図６Ｃから明らかなように、本実施形態においては、レーザ２０を複数回走査した場合であっても、ブローホールおよびスパッタがほとんど発生していないことが分かる。

【0066】

ここまで、本実施形態においては、走査速度Ｖを単回走査の場合よりも大きくすることで、第１母材１および第２母材２の両方が溶融するような出力でレーザ２０を走査しても、スパッタやブローホールなどの発生を抑えることができる。また、走査速度Ｖが大きくなるので、溶接深さｄが単回走査の場合よりも浅くなり、接合強度が低下することが懸念されるが、レーザ２０を複数回走査することで、溶接深さｄおよび接合面積を調節し、所望の接合強度を得ることができる。以下では、走査速度Ｖと接合強度の関係について詳述する。

【0067】

図７は、溶接深さｄと溶接個所の引張せん断強度との関係を表した図である。図７より、溶接深さｄが大きくなるにつれて、引張せん断強度が増加することが分かる。一例では、引張せん断強度は、２０ｋｇｆ以上である。溶接深さｄは、０．２ｍｍ以上であってよく、０．７ｍｍ以下であってよい。

【0068】

図８は、第１母材１に入熱される単位面積当たりの投入熱量Ｑとレーザ２０の走査速度および溶接深さｄの関係を示した図である。投入熱量Ｑは、レーザの出力をＷ、走査速度をＶ、照射径をＳ、照射本数をｎとしたとき、Ｑ＝ｎＷ／ＶＳで表される。即ち、出力Ｗ、照射径Ｓおよび照射本数ｎが一定であるとき、投入熱量Ｑは走査速度Ｖの関数である。図７においては、一例として、Ｗ＝３０００Ｗ、Ｓ＝０．２ｍｍ、ｎ＝７の場合が示されている。

【0069】

ここで、投入熱量Ｑが大きすぎる場合、溶接深さｄが深くなりすぎてしまい、第１母材１と絶縁基板４とを接合するはんだ５が溶融する可能性がある。一例では、投入熱量Ｑは３８０Ｊ／ｍｍ^２以上、４６０Ｊ／ｍｍ^２以下であってよい。また、走査速度Ｖは２２０ｍｍ／ｓ以上であってよく、２６０ｍｍ／ｓ以下であってよい。

【0070】

図９は、接合面積と溶接個所の引張せん断強度との関係を表した図である。図９より、接合面積が大きくなるにつれて、引張せん断強度が増加することが分かる。一例では、接合面積は２．０ｍｍ^２以上であってよく、３．５ｍｍ^２以下であってよい。

【0071】

図１０は、走査速度と接合面積の関係を表した図である。図１０より、走査速度Ｖが大きくなるにつれて、接合面積は減少することが分かる。一例では、走査速度Ｖは１９０ｍｍ／ｓ以上であってよく、２７０ｍｍ／ｓ以下であってよい。

【0072】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0073】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0074】

１、５１・・・第１母材
２、５２・・・第２母材
３、５３・・・積層部材
４・・・絶縁基板
５・・・はんだ
６・・・溶融池
１０、５０・・・半導体モジュール
２０・・・レーザ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４・・・線分
ｄ・・・溶接深さ
Ｌ１・・・第１の軌跡
Ｌ２・・・第２の軌跡
ｎ・・・照射本数
Ｑ・・・投入熱量
Ｒ１・・・第１の走査経路
Ｒ２・・・第２の走査経路
Ｓ・・・照射径
Ｓｊ・・・接合面
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・照射範囲
Ｖ・・・走査速度
Ｗ・・・出力
Ｘ１・・・第１の点
Ｘ２・・・第２の点
Ｘ３・・・第３の点
Ｘ４・・・第４の点
Ｘ１４・・・第１４の点
Δｘ・・・照射位置ずらし量

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】