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(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】P2024076250
(43)【公開日】2024-06-05
(54)【発明の名称】レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/21 20140101AFI20240529BHJP
B23K 26/073 20060101ALI20240529BHJP
B23K 26/082 20140101ALI20240529BHJP
【ＦＩ】
B23K26/21 L
B23K26/073
B23K26/082
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022187731
(22)【出願日】2022-11-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 暢康
(72)【発明者】
【氏名】繁松 孝
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 慶吾
(72)【発明者】
【氏名】松本 諒也
(72)【発明者】
【氏名】安岡 知道
(72)【発明者】
【氏名】高田 一輝
(72)【発明者】
【氏名】寺田 淳
(72)【発明者】
【氏名】酒井 俊明
(72)【発明者】
【氏名】梅野 和行
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168BA02
4E168BA29
4E168BA87
4E168CB04
4E168DA02
4E168DA03
4E168DA13
4E168DA24
4E168DA26
4E168DA28
4E168DA29
4E168DA32
4E168EA05
4E168EA08
4E168EA15
4E168JB01
(57)【要約】
【課題】例えば、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得る。
【解決手段】レーザ溶接方法は、例えば、端子部の導体とは反対側で第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、第一面から端子部を貫通して導体内に至る溶融池を形成する工程と、溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、を備え、溶融池を形成する工程では、第一部位と、溶融池の第一方向の反対方向の先端部と、の間に、導体の非溶融部が介在するとともに、溶融池の第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、第一方向に沿った端子部の厚さ、Ｔ２は、第一方向に沿った導体の厚さ、Ｔｍａｘは、溶融池から非溶融部を介して第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、第一面にレーザ光を照射する。
【選択図】図１
【解決手段】レーザ溶接方法は、例えば、端子部の導体とは反対側で第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、第一面から端子部を貫通して導体内に至る溶融池を形成する工程と、溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、を備え、溶融池を形成する工程では、第一部位と、溶融池の第一方向の反対方向の先端部と、の間に、導体の非溶融部が介在するとともに、溶融池の第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、第一方向に沿った端子部の厚さ、Ｔ２は、第一方向に沿った導体の厚さ、Ｔｍａｘは、溶融池から非溶融部を介して第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、第一面にレーザ光を照射する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接するレーザ溶接方法であって、
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法。
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法。
【請求項2】
前記溶融池を形成する工程では、前記Ｄｐが、以下の式（２－１）
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
（ここに、Ｄｍｉｎは、前記溶接部による前記導体と前記端子部との所要の接合強度が得られる前記深さの最小値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
（ここに、Ｄｍｉｎは、前記溶接部による前記導体と前記端子部との所要の接合強度が得られる前記深さの最小値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項3】
前記Ｔｍａｘは、２０［μｍ］である、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項4】
前記Ｄｍｉｎは、５０［μｍ］である、請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項5】
前記導体は、銅系材料で作られた、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項6】
前記第一部位は、セラミックで作られ、
前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度がセラミックの耐熱衝撃温度となる厚さである、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度がセラミックの耐熱衝撃温度となる厚さである、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項7】
前記回路基板は、窒化ケイ素基板である、請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項8】
前記第一部位は、合成樹脂材料を含み、
前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度が合成樹脂材料の耐熱温度となる厚さである、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度が合成樹脂材料の耐熱温度となる厚さである、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項9】
前記回路基板は、ガラスエポキシ樹脂基板である、請求項８に記載のレーザ溶接方法。
【請求項10】
前記溶融池を形成する工程では、前記第一面への前記レーザ光の照射エネルギであるＥが、次の式（３－１）
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項11】
前記第一面上に形成される前記レーザ光のスポットの幅が１００［μｍ］である場合に、照射エネルギをＥ［Ｊ］、深さをＤｐ［μｍ］としたとき、前記Ｃ１が２１であり、かつ前記Ｃ２が１３５である、請求項１０に記載のレーザ溶接方法。
【請求項12】
前記レーザ光は、前記第一面上で走査され、
前記レーザ光の前記第一面上での走査速度が、１００［ｍｍ／ｓ］以上かつ８００［ｍｍ／ｓ］以下である、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
前記レーザ光の前記第一面上での走査速度が、１００［ｍｍ／ｓ］以上かつ８００［ｍｍ／ｓ］以下である、請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項13】
前記走査速度が、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ６００［ｍｍ／ｓ］以下である、請求項１２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項14】
前記レーザ光は、波長が８００［ｎｍ］以上の第一レーザ光と波長が５５０［ｎｍ］以下の第二レーザ光とを含む請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項15】
前記レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上である、請求項１４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項16】
第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接するレーザ溶接方法であって、
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－２）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法。
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－２）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法。
【請求項17】
前記溶融池を形成する工程では、前記Ｄｐが、以下の式（２－２）
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１６に記載のレーザ溶接方法。
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、請求項１６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項18】
前記レーザ光は、波長が８００［ｎｍ］以上の第一レーザ光と波長が５５０［ｎｍ］以下の第二レーザ光とを含む請求項１６または１７に記載のレーザ溶接方法。
【請求項19】
前記レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上である、請求項１８に記載のレーザ溶接方法。
【請求項20】
第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接するレーザ溶接方法であって、
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法、を実行するレーザ溶接装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記第一面に照射する光学ヘッドと、
を備えた、レーザ溶接装置。
前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、
前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、
前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、
を備え、
前記溶融池を形成する工程では、
前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、
前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、レーザ溶接方法、を実行するレーザ溶接装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記第一面に照射する光学ヘッドと、
を備えた、レーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内部にレーザ溶接によって接合されている導体の接続部分を有した半導体装置が、知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５６３３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
導体同士の溶接においては、所要の接合強度の確保は勿論のこと、導体と接した部位に熱影響を与えないようにすることは、重要である。
【0005】
そこで、本発明の課題の一つは、導体同士をレーザ溶接によって接合する場合に、例えば、当該導体と接した部位に対する熱影響を抑制することが可能となるような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ること、である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のレーザ溶接方法は、例えば、第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接する溶接方法であって、前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、を備え、前記溶融池を形成する工程では、前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する。
【0007】
前記レーザ溶接方法では、前記溶融池を形成する工程において、前記Ｄｐが、以下の式（２－１）
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
（ここに、Ｄｍｉｎは、前記溶接部による前記導体と前記端子部との所要の接合強度が得られる前記深さの最小値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
（ここに、Ｄｍｉｎは、前記溶接部による前記導体と前記端子部との所要の接合強度が得られる前記深さの最小値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
【0008】
前記レーザ溶接方法では、前記Ｔｍａｘは、２０［μｍ］であってもよい。
【0009】
前記レーザ溶接方法では、前記Ｄｍｉｎは、５０［μｍ］であってもよい。
【0010】
前記レーザ溶接方法では、前記導体は、銅系材料で作られてもよい。
【0011】
前記レーザ溶接方法では、前記第一部位は、セラミックで作られ、前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度がセラミックの耐熱衝撃温度となる厚さであってもよい。
【0012】
前記レーザ溶接方法では、前記回路基板は、窒化ケイ素基板であってもよい。
【0013】
前記レーザ溶接方法では、前記第一部位は、合成樹脂材料を含み、前記Ｔｍａｘは、前記溶融池を形成する工程での前記第一部位の最高温度が合成樹脂材料の耐熱温度となる厚さであってもよい。
【0014】
前記レーザ溶接方法では、前記回路基板は、ガラスエポキシ樹脂基板であってもよい。
【0015】
前記レーザ溶接方法では、前記溶融池を形成する工程において、前記第一面への前記レーザ光の照射エネルギであるＥが、次の式（３－１）
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
【0016】
前記レーザ溶接方法では、前記第一面上に形成される前記レーザ光のスポットの幅が１００［μｍ］である場合に、照射エネルギをＥ［Ｊ］、深さをＤｐ［μｍ］としたとき、前記Ｃ１が２１であり、かつ前記Ｃ２が１３５であってもよい。
【0017】
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光は、前記第一面上で走査され、前記レーザ光の前記第一面上での走査速度が、１００［ｍｍ／ｓ］以上かつ８００［ｍｍ／ｓ］以下であってもよい。
【0018】
前記レーザ溶接方法では、前記走査速度が、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ６００［ｍｍ／ｓ］以下であってもよい。
【0019】
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光は、波長が８００［ｎｍ］以上の第一レーザ光と波長が５５０［ｎｍ］以下の第二レーザ光とを含んでもよい。
【0020】
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上であってもよい。
【0021】
また、本発明のレーザ溶接方法は、例えば、第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接する溶接方法であって、前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、を備え、前記溶融池を形成する工程では、前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－２）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する。
【0022】
前記レーザ溶接方法では、前記溶融池を形成する工程において、前記Ｄｐが、以下の式（２－２）
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射してもよい。
【0023】
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光は、波長が８００［ｎｍ］以上の第一レーザ光と波長が５５０［ｎｍ］以下の第二レーザ光とを含んでもよい。
【0024】
前記レーザ溶接方法では、前記レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上であってもよい。
【0025】
本発明のレーザ溶接装置は、例えば、第一部位と当該第一部位に対して第一方向に重なった導体とを有した回路基板の当該導体と、導電部材の端子部と、を溶接する溶接方法であって、前記導体に対して前記端子部を前記第一方向に接した状態に重ねる工程と、前記端子部の前記導体とは反対側で前記第一方向を向いた第一面に、レーザ光を照射し、前記第一面から前記端子部を貫通して前記導体内に至る溶融池を形成する工程と、前記溶融池を冷却して固化して溶接部を形成する工程と、を備え、前記溶融池を形成する工程では、前記第一部位と、前記溶融池の前記第一方向の反対方向の先端部と、の間に、前記導体の非溶融部が介在するとともに、前記溶融池の前記第一方向に沿った深さであるＤｐが、以下の式（１－１）
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、溶接方法、を実行するレーザ溶接装置であって、前記レーザ光を出力するレーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記第一面に照射する光学ヘッドと、を備える。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
（ここに、Ｔ１は、前記第一方向に沿った前記端子部の厚さ、Ｔ２は、前記第一方向に沿った前記導体の厚さ、Ｔｍａｘは、前記溶融池から前記非溶融部を介して前記第一部位へ伝導した熱によって当該第一部位の特性変化が生じる前記非溶融部の厚さの最大値）を満たす条件で、前記第一面に前記レーザ光を照射する、溶接方法、を実行するレーザ溶接装置であって、前記レーザ光を出力するレーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記第一面に照射する光学ヘッドと、を備える。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、導体同士をレーザ溶接によって接合する場合に、例えば、当該導体と接した部位に対する熱影響を抑制することが可能となるような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
【0029】
以下に示される実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
【0030】
また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、例えば、加工対象Ｗの表面（加工面）の法線方向である。
【0031】
また、本明細書において、序数は、部位や方向等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではないし、数を限定するものでもない。
【0032】
［第１実施形態］
［レーザ溶接装置］
図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａ（１００）の概略構成図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１１，１１２と、光ファイバ１３０と、光学ヘッド１２０Ａ（１２０）と、位置調整機構１４０と、を備えている。
［レーザ溶接装置］
図１は、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａ（１００）の概略構成図である。図１に示されるように、レーザ溶接装置１００は、レーザ装置１１１，１１２と、光ファイバ１３０と、光学ヘッド１２０Ａ（１２０）と、位置調整機構１４０と、を備えている。
【0033】
レーザ装置１１１は、光源としてのレーザ発振器を有している。一例として、レーザ装置１１１は、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。また、レーザ装置１１１は、例えば、内部に複数の半導体レーザ素子を有し、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成されてもよい。また、レーザ装置１１１は、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えてもよい。
【0034】
レーザ装置１１１は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ装置１１１は、第一レーザ装置とも称され、レーザ装置１１１が有するレーザ発振器は、第一レーザ発振器とも称されうる。また、レーザ装置１１１が出力するレーザ光は、第一レーザ光とも称されうる。
【0035】
レーザ装置１１２も、光源としてのレーザ発振器を有している。一例として、レーザ装置１１２は、内部に複数の半導体レーザ素子を有し、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数ｋＷのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるよう構成される。
【0036】
レーザ装置１１２は、例えば、５５０［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。レーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下であるのが好適である。レーザ装置１１２は、第二レーザ装置とも称され、レーザ装置１１２が有するレーザ発振器は、第二レーザ発振器とも称されうる。また、レーザ装置１１２が出力するレーザ光は、第二レーザ光とも称されうる。
【0037】
光ファイバ１３０は、それぞれ、レーザ装置１１１，１１２から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。
【0038】
光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１１，１１２から光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光を、加工対象Ｗに向けて照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、ガルバノスキャナ１２６と、集光レンズ１２２と、を備えている。これらコリメートレンズ１２１、ミラー１２３、フィルタ１２４、ガルバノスキャナ１２６、および集光レンズ１２２は、光学部品とも称されうる。
【0039】
コリメートレンズ１２１は、光ファイバ１３０を介して入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。
【0040】
ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１－１で平行光となったレーザ光を反射する。ミラー１２３で反射されたレーザ光は、フィルタ１２４へ向かう。なお、光学ヘッド１２０内の光学部品のレイアウトによっては、ミラー１２３は不要となる。
【0041】
フィルタ１２４は、レーザ装置１１１が出力したレーザ光を透過し、かつレーザ装置１１２が出力したレーザ光を透過せずに反射するハイパスフィルタである。
【0042】
フィルタ１２４を経由したレーザ光は、ガルバノスキャナ１２６へ向かう。ガルバノスキャナ１２６は、２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂを有しており、当該２枚のミラー１２６ａ，１２６ｂの角度を制御することで、加工対象Ｗの表面上でのレーザ光Ｌの照射位置を移動し、表面上でレーザ光Ｌを走査することができる装置である。ミラー１２６ａ，１２６ｂの角度は、それぞれ、例えばモータを含む不図示のアクチュエータによって変更されうる。
【0043】
集光レンズ１２２は、ガルバノスキャナ１２６を経由したレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗへ照射する。光学ヘッド１２０から出力され加工対象Ｗに照射されるレーザ光には、波長が異なる二つのレーザ光、すなわちレーザ装置１１１が出力したレーザ光と、レーザ装置１１２が出力したレーザ光とが、含まれることになる。
【0044】
位置調整機構１４０は、加工対象Ｗに対する光学ヘッド１２０の相対位置を変更可能に構成されている。
【0045】
レーザ溶接装置１００は、ガルバノスキャナ１２６および位置調整機構１４０の少なくとも一方の作動により、加工対象Ｗの表面上で、レーザ光Ｌのスポットを走査することができる。ガルバノスキャナ１２６および位置調整機構１４０は、走査機構とも称されうる。
【0046】
［加工対象］
加工対象Ｗは、回路基板１０に設けられた導体１２と、導電部材２０の端子部２１と、を含む。レーザ溶接装置１００による溶接処理により、導体１２と端子部２１とが一体化され、回路基板アセンブリ１が形成される。回路基板アセンブリ１は、導体１２が設けられた回路基板１０と、端子部２１を有した導電部材２０と、を備えている。
加工対象Ｗは、回路基板１０に設けられた導体１２と、導電部材２０の端子部２１と、を含む。レーザ溶接装置１００による溶接処理により、導体１２と端子部２１とが一体化され、回路基板アセンブリ１が形成される。回路基板アセンブリ１は、導体１２が設けられた回路基板１０と、端子部２１を有した導電部材２０と、を備えている。
【0047】
回路基板１０は、絶縁体１１と、導体１２と、を有している。回路基板１０は、例えば、プリント配線基板である。
【0048】
絶縁体１１は、例えば、窒化ケイ素のようなセラミックや、ガラスエポキシ樹脂で作られる。すなわち、回路基板１０は、例えば、セラミック基板や、ガラスエポキシ樹脂基板である。ただし、絶縁体１１は、これには限定されず、他の材料で作られてもよい。
【0049】
導体１２は、比較的高い導電性を有した材料で作られる。一例として、導体１２は、純銅や銅合金のような銅系の金属材料で作られる。ただし、これには限定されず、導体１２は、他の金属材料で作られてもよい。
【0050】
絶縁体１１は、板状の形状を有し、Ｚ方向と交差するとともに直交している。また、絶縁体１１は、面１１ａと面１１ｂと、を有している。面１１ａは、Ｚ方向の反対方向を向き、Ｚ方向と交差するとともに直交している。面１１ｂは、Ｚ方向を向き、Ｚ方向と交差するとともに直交している。絶縁体１１は、第一部位の一例である。
【0051】
導体１２は、絶縁体１１と一体化されており、Ｚ方向に露出した面１２ａを有している。面１２ａは、Ｚ方向を向き、Ｚ方向と交差するとともに直交している。面１２ａは、面１１ａとは、略面一か、あるいは面１１ａよりＺ方向に突出している。導体１２のうち端子部２１と溶接される部位は、絶縁体１１とＺ方向に重なっている。なお、導体１２は、これには限定されず、回路基板１０に実装された例えばスイッチング素子のような半導体装置や、電気部品、電子部品の導体であってもよい。この場合、面１２ａは、回路基板１０に実装された半導体装置や、電気部品、電子部品の導体の面となる。
【0052】
導電部材２０は、端子部２１を有している。端子部２１は、略一定の厚さを有した板状の形状を有し、Ｚ方向と交差するとともに直交している。また、端子部２１は、面２１ａと面２１ｂと、を有している。面２１ａは、Ｚ方向の反対方向を向き、Ｚ方向と交差するとともに直交している。面２１ｂは、Ｚ方向を向き、Ｚ方向と交差するとともに直交している。面２１ｂは、第一面の一例である。
【0053】
導電部材２０は、比較的高い導電性および比較的高い熱伝導性を有した材料で作られる。一例として、導電部材２０は、純銅や銅合金のような銅系の金属材料で作られる。ただし、導体１２は、これには限定されず、他の金属材料で作られてもよい。導電部材２０は、バスバーとも称されうる。
【0054】
［波長と光の吸収率］
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図２は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図２のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図２には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図２は、照射するレーザ光の波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図２のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図２には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
【0055】
材料によって特性が異なるものの、図２に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光（第一レーザ光）を用いるよりも、青や緑のレーザ光（第二レーザ光）を用いた方が、エネルギの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅（Ｃｕ）や、金（Ａｕ）等においては顕著となる。
【0056】
使用波長に対して吸収率が比較的低い加工対象Ｗにレーザ光が照射された場合、大部分の光エネルギは反射され、加工対象Ｗに熱としての影響を及ぼさない。そのため、十分な深さの溶融領域を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。
【0057】
他方、使用波長に対して吸収率が比較的高い加工対象Ｗにレーザ光が照射された場合、投入されるエネルギの多くが加工対象Ｗに吸収され、熱エネルギへと変換される。すなわち、過度なパワーを与える必要はないため、キーホールの形成を伴わない熱伝導型の溶融とすることができる。
【0058】
本実施形態では、レーザ光Ｌに含まれる第一レーザ光によって加工対象Ｗにキーホールを形成することにより、迅速に所要の深さの溶融池を形成することができる。また、レーザ光Ｌに含まれる第二レーザ光によって加工対象Ｗの当該溶融池を含む広い範囲を効率良く加熱することにより、加工対象Ｗの場所による急激な温度変化を抑制し、溶融池をより安定化させ、当該溶融池から周囲にスパッタが飛散するのを抑制することができる。レーザ光Ｌを加工対象Ｗの表面上で走査する場合は、第一レーザ光の照射領域に対して第二レーザ光の照射領域の少なくとも一部が走査方向の前方に位置するのが好ましい。本実施形態のような第一レーザ光と第二レーザ光とを含むレーザ光Ｌの照射によるレーザ溶接は、回路基板１０の導体１２と導電部材２０の端子部２１との溶接のように、周囲に導体部分が存在する加工対象Ｗの溶接には好適である。
【0059】
［スポット］
図３は、面２１ｂ上に形成されたレーザ光ＬのスポットＳの平面図である。レーザ光Ｌは、レーザ装置１１１が出力したレーザ光によるビームＢｍ１と、レーザ装置１１２が出力したレーザ光によるビームＢｍ２と、を含んでおり、面２１ｂ上には、当該ビームＢｍ１，Ｂｍ２に対応した照射領域（パワー領域）が形成される。ビームＢｍ２による照射領域は、ビームＢｍ１による照射領域よりも広く、当該ビームＢｍ１による照射領域を少なくとも部分的に含んでいる。ビームＢｍ１による照射領域は、第一パワー領域の一例であり、ビームＢｍ２による照射領域は、第二パワー領域の一例である。
図３は、面２１ｂ上に形成されたレーザ光ＬのスポットＳの平面図である。レーザ光Ｌは、レーザ装置１１１が出力したレーザ光によるビームＢｍ１と、レーザ装置１１２が出力したレーザ光によるビームＢｍ２と、を含んでおり、面２１ｂ上には、当該ビームＢｍ１，Ｂｍ２に対応した照射領域（パワー領域）が形成される。ビームＢｍ２による照射領域は、ビームＢｍ１による照射領域よりも広く、当該ビームＢｍ１による照射領域を少なくとも部分的に含んでいる。ビームＢｍ１による照射領域は、第一パワー領域の一例であり、ビームＢｍ２による照射領域は、第二パワー領域の一例である。
【0060】
スポットＳの幅Ｗｂ（最大幅、最大直径）は、スポットＳ内のピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の幅として定義することができる。スポットＳを面２１ｂ上で走査する場合、幅Ｗｂは、走査方向に対して直交する方向における幅として定義することができる。
【0061】
［レーザ溶接方法の手順］
図４は、レーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、まずは、回路基板１０および導電部材２０を、図１に示されるように、導体１２と端子部２１とがＺ方向に重なるとともに、端子部２１が導体１２に対してＺ方向に接した状態に、セットする（Ｓ１）。次に、端子部２１の面２１ｂにレーザ光Ｌを照射することにより、面２１ｂから端子部２１を貫通して導体１２内に至る溶融池を形成する（Ｓ２）。次に、溶融池を自然冷却または強制冷却によって固化する（Ｓ３）。固化した溶融池が溶接部（溶接金属）となり、当該溶接部によって導体１２と端子部２１とが接合され、これにより導体１２と端子部２１とが電気的に接続される。導体１２、導電部材２０、および溶接部は、電気的な回路の一部を構成する。Ｚ方向は、第一方向の一例である。
図４は、レーザ溶接方法の手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、まずは、回路基板１０および導電部材２０を、図１に示されるように、導体１２と端子部２１とがＺ方向に重なるとともに、端子部２１が導体１２に対してＺ方向に接した状態に、セットする（Ｓ１）。次に、端子部２１の面２１ｂにレーザ光Ｌを照射することにより、面２１ｂから端子部２１を貫通して導体１２内に至る溶融池を形成する（Ｓ２）。次に、溶融池を自然冷却または強制冷却によって固化する（Ｓ３）。固化した溶融池が溶接部（溶接金属）となり、当該溶接部によって導体１２と端子部２１とが接合され、これにより導体１２と端子部２１とが電気的に接続される。導体１２、導電部材２０、および溶接部は、電気的な回路の一部を構成する。Ｚ方向は、第一方向の一例である。
【0062】
［溶融池の深さ］
図５は、Ｓ２において形成される溶融池Ｍの断面図である。図５に示されるように、溶融池Ｍは、面２１ｂから端子部２１を貫通し、導体１２内に至っている。ここで、本実施形態では、Ｓ２においては、溶融池Ｍの先端部、すなわちＺ方向の反対方向の端部Ｍａが、絶縁体１１には至らず、導体１２のうち当該端部Ｍａと絶縁体１１との間の部位が、非溶融部１２ｂとなるよう、レーザ溶接の諸条件を設定する。
図５は、Ｓ２において形成される溶融池Ｍの断面図である。図５に示されるように、溶融池Ｍは、面２１ｂから端子部２１を貫通し、導体１２内に至っている。ここで、本実施形態では、Ｓ２においては、溶融池Ｍの先端部、すなわちＺ方向の反対方向の端部Ｍａが、絶縁体１１には至らず、導体１２のうち当該端部Ｍａと絶縁体１１との間の部位が、非溶融部１２ｂとなるよう、レーザ溶接の諸条件を設定する。
【0063】
ここで、溶融池ＭのＺ方向に沿った深さをＤｐ、端子部２１のＺ方向に沿った厚さをＴ１、導体１２のＺ方向に沿った厚さをＴ２、非溶融部１２ｂのＺ方向に沿った厚さをＴ３、とした場合、次の式（１－０）が成り立つ。
Ｄｐ＝Ｔ１＋Ｔ２－Ｔ３ ・・・（１－０）
発明者らの鋭意研究の結果、Ｓ１２においては、絶縁体１１のうち端部Ｍａに最も近い点Ｐの温度が最も高くなり、当該温度は、非溶融部１２ｂの厚さＴ３が薄い（小さい）ほど高くなることが判明した。このため、非溶融部１２ｂの厚さＴ３を、溶融池Ｍから非溶融部１２ｂを介して絶縁体１１の点Ｐへ伝導した熱によって特性変化が生じないように厚くすれば、絶縁体１１の略全体において、熱による特性変化が生じないことになる。溶融池Ｍの導体１２との境界部分の温度は、導体１２の融点であるため、非溶融部１２ｂの厚さと点Ｐの温度との関係は、シミュレーションや実験により求めることができる。すなわち、シミュレーションや実験により、溶融池Ｍから非溶融部１２ｂを介して絶縁体１１の点Ｐへ伝導した熱によって当該点Ｐにおいて特性変化が生じる当該非溶融部１２ｂの厚さの最大値Ｔｍａｘを求めた上で、次の式（１－１）を満たす深さＤｐの溶融池Ｍを形成すればよい。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
絶縁体１１が、例えば窒化ケイ素のようなセラミックである場合、最大値Ｔｍａｘは、Ｓ２における絶縁体１１中の最高温度、すなわち点Ｐの温度が耐熱衝撃温度（例えば、約８００［℃］）となる厚さとすればよい。また、絶縁体１１が、例えばガラスエポキシ樹脂のように合成樹脂材料を含む場合、最大値Ｔｍａｘは、Ｓ２における絶縁体１１中の最高温度、すなわち点Ｐの温度が耐熱温度（例えば、約２４０［℃］）となる厚さとすればよい。また、発明者らの鋭意研究により、このような条件を満たす最大値Ｔｍａｘは、２０［μｍ］であることが判明した。この場合、式（１－１）は、次の式（１－２）となる。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
Ｄｐ＝Ｔ１＋Ｔ２－Ｔ３ ・・・（１－０）
発明者らの鋭意研究の結果、Ｓ１２においては、絶縁体１１のうち端部Ｍａに最も近い点Ｐの温度が最も高くなり、当該温度は、非溶融部１２ｂの厚さＴ３が薄い（小さい）ほど高くなることが判明した。このため、非溶融部１２ｂの厚さＴ３を、溶融池Ｍから非溶融部１２ｂを介して絶縁体１１の点Ｐへ伝導した熱によって特性変化が生じないように厚くすれば、絶縁体１１の略全体において、熱による特性変化が生じないことになる。溶融池Ｍの導体１２との境界部分の温度は、導体１２の融点であるため、非溶融部１２ｂの厚さと点Ｐの温度との関係は、シミュレーションや実験により求めることができる。すなわち、シミュレーションや実験により、溶融池Ｍから非溶融部１２ｂを介して絶縁体１１の点Ｐへ伝導した熱によって当該点Ｐにおいて特性変化が生じる当該非溶融部１２ｂの厚さの最大値Ｔｍａｘを求めた上で、次の式（１－１）を満たす深さＤｐの溶融池Ｍを形成すればよい。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－Ｔｍａｘ ・・・（１－１）
絶縁体１１が、例えば窒化ケイ素のようなセラミックである場合、最大値Ｔｍａｘは、Ｓ２における絶縁体１１中の最高温度、すなわち点Ｐの温度が耐熱衝撃温度（例えば、約８００［℃］）となる厚さとすればよい。また、絶縁体１１が、例えばガラスエポキシ樹脂のように合成樹脂材料を含む場合、最大値Ｔｍａｘは、Ｓ２における絶縁体１１中の最高温度、すなわち点Ｐの温度が耐熱温度（例えば、約２４０［℃］）となる厚さとすればよい。また、発明者らの鋭意研究により、このような条件を満たす最大値Ｔｍａｘは、２０［μｍ］であることが判明した。この場合、式（１－１）は、次の式（１－２）となる。
Ｄｐ＜Ｔ１＋Ｔ２－２０ ・・・（１－２）
【0064】
さらに、深さＤｐについては、所要の接合強度が得られることが前提となる。すなわち、溶融池Ｍが固化した溶接部３０による導体１２と端子部２１との所要の接合強度が得られる溶融池Ｍの深さの最小値をＤｍｉｎとすると、次の式（２－１）を満たす深さＤｐの溶融池Ｍを形成すればよい。
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
発明者らの鋭意研究により、このような条件を満たす最小値Ｄｍｉｎは、典型的には５０［μｍ］であることが判明した。この場合、式（２－１）は、次の式（２－２）となる。
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
Ｄｐ＞Ｄｍｉｎ ・・・（２－１）
発明者らの鋭意研究により、このような条件を満たす最小値Ｄｍｉｎは、典型的には５０［μｍ］であることが判明した。この場合、式（２－１）は、次の式（２－２）となる。
Ｄｐ＞５０ ・・・（２－２）
【0065】
［照射エネルギ］
レーザ光による照射エネルギが大きくなるほど、溶融池Ｍの深さＤｐは深くなる。図６は、照射エネルギＥと、深さＤｐとの関係を実験的に求めたグラフである。発明者らの鋭意研究により、照射エネルギＥと深さＤｐとの間には、図６に示されるような線形性があり、一方を他方の１次関数として近似的に表せることが判明した。図６の場合、
Ｄｐ＝Ｃ２×Ｅ－Ｃ１ ・・・（３－０）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）と表すことができる。式（３－０）を変形して、照射エネルギＥは、次の式（３－１）で表すことができる。
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
発明者らの鋭意研究により、面２１ｂ上のスポットＳの幅Ｗｂが１００［μｍ］である場合、照射エネルギＥ［Ｊ］は、深さＤｐ［μｍ］に応じた次の式（３－２）で表せることが判明した。
Ｅ＝（Ｄｐ＋２１）／１３５ ・・・（３－２）
この場合、Ｃ１＝２１、Ｃ２＝１３５である。式（３－１）、（３－２）を用いることにより、Ｓ２において、所要の深さＤｐを得るための照射エネルギＥを決定することができる。
レーザ光による照射エネルギが大きくなるほど、溶融池Ｍの深さＤｐは深くなる。図６は、照射エネルギＥと、深さＤｐとの関係を実験的に求めたグラフである。発明者らの鋭意研究により、照射エネルギＥと深さＤｐとの間には、図６に示されるような線形性があり、一方を他方の１次関数として近似的に表せることが判明した。図６の場合、
Ｄｐ＝Ｃ２×Ｅ－Ｃ１ ・・・（３－０）
（ここに、Ｃ１，Ｃ２は係数）と表すことができる。式（３－０）を変形して、照射エネルギＥは、次の式（３－１）で表すことができる。
Ｅ＝（Ｄｐ＋Ｃ１）／Ｃ２ ・・・（３－１）
発明者らの鋭意研究により、面２１ｂ上のスポットＳの幅Ｗｂが１００［μｍ］である場合、照射エネルギＥ［Ｊ］は、深さＤｐ［μｍ］に応じた次の式（３－２）で表せることが判明した。
Ｅ＝（Ｄｐ＋２１）／１３５ ・・・（３－２）
この場合、Ｃ１＝２１、Ｃ２＝１３５である。式（３－１）、（３－２）を用いることにより、Ｓ２において、所要の深さＤｐを得るための照射エネルギＥを決定することができる。
【0066】
［走査速度］
面２１ｂ上でレーザ光ＬのスポットＳを走査する場合、走査速度が遅すぎると、レーザ光Ｌによる照射エネルギが過多となって溶融池Ｍが深くなり、絶縁体１１の点Ｐにおいて特性変化が生じてしまう。逆に、走査速度が速すぎると、レーザ光Ｌによる照射エネルギが過少となって溶融池Ｍが浅くなり、溶接部３０による所要の接合強度が得られなくなる。このような観点から、発明者らの鋭意研究により、式（３－１）、（３－２）を満たすような典型的なレーザ光Ｌの照射条件にあっては、走査速度は、１００［ｍｍ／ｓ］以上かつ８００［ｍｍ／ｓ］以下であるのが好ましく、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ６００［ｍｍ／ｓ］以下であるのがより好ましいことが判明した。
面２１ｂ上でレーザ光ＬのスポットＳを走査する場合、走査速度が遅すぎると、レーザ光Ｌによる照射エネルギが過多となって溶融池Ｍが深くなり、絶縁体１１の点Ｐにおいて特性変化が生じてしまう。逆に、走査速度が速すぎると、レーザ光Ｌによる照射エネルギが過少となって溶融池Ｍが浅くなり、溶接部３０による所要の接合強度が得られなくなる。このような観点から、発明者らの鋭意研究により、式（３－１）、（３－２）を満たすような典型的なレーザ光Ｌの照射条件にあっては、走査速度は、１００［ｍｍ／ｓ］以上かつ８００［ｍｍ／ｓ］以下であるのが好ましく、３００［ｍｍ／ｓ］以上かつ６００［ｍｍ／ｓ］以下であるのがより好ましいことが判明した。
【0067】
以上、説明したように、本実施形態によれば、導体１２と端子部２１とをレーザ溶接によって接合する場合に、例えば、絶縁体１１のような導体１２と接した部位に対する熱影響を抑制することが可能となるような、改善された新規なレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置１００を得ることができる。
【0068】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ｂ（１００）の概略構成図である。図７に示されるように、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａが有していたレーザ装置１１２および当該レーザ装置１１２の出力したレーザ光（第二レーザ光）を伝送するためのコリメートレンズ１２１－２やフィルタ１２４のような光学部品を備えていない。また、本実施形態では、光学ヘッド１２０Ｂ（１２０）は、コリメートレンズ１２１とミラー１２３との間に、回折光学素子１２５（diffractive optical element、以下、ＤＯＥ１２５と称する）を有している。これらの点を除き、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａと同様の構成を備えている。
図７は、第２実施形態のレーザ溶接装置１００Ｂ（１００）の概略構成図である。図７に示されるように、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａが有していたレーザ装置１１２および当該レーザ装置１１２の出力したレーザ光（第二レーザ光）を伝送するためのコリメートレンズ１２１－２やフィルタ１２４のような光学部品を備えていない。また、本実施形態では、光学ヘッド１２０Ｂ（１２０）は、コリメートレンズ１２１とミラー１２３との間に、回折光学素子１２５（diffractive optical element、以下、ＤＯＥ１２５と称する）を有している。これらの点を除き、レーザ溶接装置１００Ｂは、第１実施形態のレーザ溶接装置１００Ａと同様の構成を備えている。
【0069】
ＤＯＥ１２５は、レーザ光のビームの形状（以下、ビーム形状と称する）を成形する。図８は、ＤＯＥ１２５の原理の概念を示す説明図である。図８に示されるように、ＤＯＥ１２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２５は、平行光を、各回折格子１２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、ビーム形状を成形することができる。ＤＯＥ１２５は、ビームシェイパとも称されうる。
【0070】
図９は、加工対象Ｗの面２１ｂ上に形成されたレーザ光ＬのスポットＳの例示的かつ模式的な平面図である。図９に示されるように、ＤＯＥ１２５の作用により、レーザ光Ｌは、面２１ｂ上に、複数のビームＢｍの照射領域を形成することができる。図９の例では、複数のビームＢｍは、面２１ｂ上に、中央部に少なくとも一つ（図９の例では１個）のビームＢｍ１（Ｂｍ）により形成されるパワー領域と、その周囲を取り囲む複数の（図９の例では１６個）のビームＢｍ２（Ｂｍ）により形成される略環状のパワー領域と、を形成している。ＤＯＥ１２５の適宜な設計により、面２１ｂ上には、図９の例に限らず、ビームの数、ビームの配置、形状、大きさ、パワー密度等のスペックが異なる種々のパワー領域を形成することができる。また、ＤＯＥ１２５を有した構成にあっては、ＤＯＥ１２５を有しない構成に比べて、面２１ｂ上に、より広いスポットＳを形成しやすくなり、溶融池の周辺部分のより広い範囲を加熱しやすい。よって、本実施形態によっても、加工対象Ｗの場所による急激な温度変化を抑制し、溶融池をより安定化させ、当該溶融池から周囲にスパッタが飛散するのを抑制することができる。なお、スポットＳの幅Ｗｂは、互いに最も離れたビームＢｍの最も離れた外縁間の距離として定義することができる。この場合も、スポットＳを面２１ｂ上で走査する場合、幅Ｗｂは、走査方向に対して直交する方向における幅として定義することができる。
【0071】
以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
【0072】
例えば、上述した条件を満たす照射を実行できれば、レーザ光は、第一レーザ光および第二レーザ光を含まなくてもよいし、ＤＯＥによってビームモード制御されなくてもよい。
【符号の説明】
【0073】
１…回路基板アセンブリ
１０…回路基板
１１…絶縁体（第一部位）
１１ａ…面
１１ｂ…面
１２…導体
１２ａ…面
１２ｂ…非溶融部
２０…導電部材
２１…端子部
２１ａ…面
２１ｂ…面（第一面）
３０…溶接部
１００，１００Ａ，１００Ｂ…レーザ溶接装置
１１１，１１２…レーザ装置
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２５…ＤＯＥ（回折光学素子）
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ（走査機構）
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
１４０…位置調整機構（走査機構）
Ｂｍ，Ｂｍ１，Ｂｍ２…ビーム
Ｃ１，Ｃ２…係数
Ｄｍｉｎ…最小値
Ｄｐ…深さ
Ｅ…照射エネルギ
Ｌ…レーザ光
Ｍ…溶融池
Ｍａ…端部（先端部）
Ｐ…点
Ｓ…スポット
Ｓ１～Ｓ３…工程
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…厚さ
Ｔｍａｘ…最大値
Ｗ…加工対象
Ｗｂ…幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）
１０…回路基板
１１…絶縁体（第一部位）
１１ａ…面
１１ｂ…面
１２…導体
１２ａ…面
１２ｂ…非溶融部
２０…導電部材
２１…端子部
２１ａ…面
２１ｂ…面（第一面）
３０…溶接部
１００，１００Ａ，１００Ｂ…レーザ溶接装置
１１１，１１２…レーザ装置
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１２５…ＤＯＥ（回折光学素子）
１２５ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ（走査機構）
１２６ａ，１２６ｂ…ミラー
１３０…光ファイバ
１４０…位置調整機構（走査機構）
Ｂｍ，Ｂｍ１，Ｂｍ２…ビーム
Ｃ１，Ｃ２…係数
Ｄｍｉｎ…最小値
Ｄｐ…深さ
Ｅ…照射エネルギ
Ｌ…レーザ光
Ｍ…溶融池
Ｍａ…端部（先端部）
Ｐ…点
Ｓ…スポット
Ｓ１～Ｓ３…工程
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…厚さ
Ｔｍａｘ…最大値
Ｗ…加工対象
Ｗｂ…幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向（第一方向）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】