JP5040269B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
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図5(a)において、下部溶接板材52の上面に上部溶接板材51を重ね合わせ、上部溶接板材51の表面よりレーザ光53を照射する。レーザ光53が上部溶接板材51の表面に照射されると、照射部分でレーザ光53が吸収され、熱エネルギに変換されることにより溶接が進行する。
これを避けるために、レーザ光53が照射される箇所の上部溶接板材51に薄板加工部57(肉厚の薄い箇所)を形成し、この薄板加工部57の凹部58にレーザ光53を照射してパワーを過度に大きくしなくても溶融が十分行われるレーザ溶接方法が開示されている(特許文献1、特許文献2)。この薄板加工部57が形成された上部溶接板材51の要部断面図は図7(a)に示すように、レーザ光53が照射される面に薄板加工部57として凹部58が形成され、この面と反対の裏面59は平坦になっている。
また特許文献1、2に開示されている図7のような方法でも、図7(a)に示すように、上部溶接板材51の裏面59が平坦なため、レーザ光53による熱60が過度に広がり溶融が不完全となり、図7(b)に示すように溶接面積S4を十分大きくできない場合がる。溶接面積S4が小さいと溶接強度が低下してしまう。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、スパッタの発生を抑制して溶接面積が大きくでき、その結果、接合強度を大きくできるレーザ溶接方法を提供することにある。
また、前記低融点材料が、Niメッキ銅であるとよい。
また、前記薄板加工部の厚さが、前記上部溶接板材の前記薄板加工部が形成されない箇所の厚より薄いとよい。
また、前記薄板加工部の厚さが、1mm以下であるとよい。
上部溶接部板材1のレーザ照射箇所には薄板加工部2が形成され、この薄板加工部レーザ照射面側には凹部4が形成され、この凹部4と対向するように薄板加工部2の裏面(上部溶接板材の凹部に対向する裏面)に凸部6が形成されている。
上部、下部溶接板材1、9にNiめっき銅板を用いて、薄板加工部2の直径を1mm程度、薄板加工部の厚さL2を0.5mm程度、上部溶接板材の厚さL1を0.8mm程度、下部溶接板材の厚さL3を1mm程度にした場合、このレーザ光7のスポット径D(焦点の直径)を0.2mm〜0.6mm、レーザ光7のパワーを1kW〜10kWの範囲(パワー密度が3〜5MW/cm2程度)で所定の値を選択することで、スパッタを抑制しながら、溶接面積S1を大きくできて、大きな溶接強度を得ることができる。尚、スポット径Dを0.2mm未満にするとレーザ光7のパワー密度が大き過ぎてスパッタが発生し、0.6mmを超えるとレーザ光7のパワー密度が小さ過ぎて十分溶融しなくなる。
図1(b)において、薄板加工部2を形成した上部溶接板材1と下部溶接板材9に溶融・再凝固部8が形成される。従来、スパッタが発生していたような厚板の上部溶接板材1でも、レーザ光7が照射される箇所(溶接箇所:薄板加工部2)を薄くすることで、スパッタの発生が抑制され、充分な溶接強度を確保することが可能となる。
図2は、薄板加工部を形成する方法であり、同図(a)は平面形状が四角形で底部が平坦な場合、同図(b)は平面形状が円形で底部が平坦な場合、同図(c)は平面形状が円形で底部が半球状の場合である。この薄板加工部2がレーザ溶接を行う箇所であり、この箇所のみ薄板化されている。
図3は、上側溶接板材の薄板加工部である凸部を帯状とした場合であり、同図(a)は凹部の底面が平坦な場合、同図(b)は凹部の底面が半球状の場合である。
図3(b)において、半球状加工治具11eにより薄板加工部2eが帯状に形成されその底面が半球状である。尚、前記の帯状はこれに限るものではなく、溶接箇所を複数個形成できる面積であれば任意の形状の凹部として構わない。
また多数の点状の薄板加工部2a、2b、2cを形成する場合、同時に複数個の薄板加工部2a、2b、2cを形成することはできるが、この場合には溶接箇所が特定されてしまうので製品毎に異なる上部溶接板材1a、1b、1cが必要となり製造コストが高くなる。
図4は、ヒートスプレッダを有する半導体装置の要部断面図である。半導体チップ46の図示しない上部電極上に電気伝導と熱伝導に優れたNiめっき銅板のヒートスプレッダ33が半田48付けされ、このヒートスプレッダ33にNiめっき銅板の上部溶接板材(外部導出端子31)がレーザ溶接されている。また、表面回路パターン43もNiめっき銅板の上部溶接板材(外部導出端子31)がレーザ溶接されている。
2 薄板加工部
3 レーザ照射面
4 凹部
5 裏面
6 凸部
7 レーザ光
8 溶融・再凝固部
9 下部溶接板材
L1 上部溶接板材の厚さ
L2 薄板加工部の厚さ(最小箇所の厚さ)
L3 下部溶接板材の厚さ
D スポット径(焦点の直径)
S1 溶接面積
Claims (5)
- 上部溶接板材と下部溶接板材を重ね合わせてレーザ溶接する方法において、レーザ光が照射される上部溶接板材に該上部溶接板材の厚さより薄い薄板加工部を形成し、該薄板加工部がレーザ光照射側に凹部、該凹部と対向する裏面側に凸部を有し、該凸部を前記下部溶接板材に接触させて前記上部溶接板材と前記下部溶接板材を重ね合わせ、前記レーザ光を前記凹部に照射して前記上部溶接板材と前記下部溶接板材をレーザ溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
- 前記上部溶接板材と下部溶接板材の材質が、互いにNiメッキ銅であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接方法。
- 前記薄板加工部の厚さが、前記上部溶接板材の前記薄板加工部が形成されない箇所の厚より薄いことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接方法。
- 前記薄板加工部の厚さが、1mm以下であることを特徴とする請求項3に記載のレーザ溶接方法。
- 前記下部溶接部材が少なくとも半導体装置のヒートスプレッダであり、前記上部溶接板材が前記半導体装置の外部導出端子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
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