(57)【要約】【課題】レーザ接合工程で要するレーザパワーの量を削減するには、半田予備成形物で反射され空費されて失われるエネルギを利用して半田予備成形物の加熱を支援することが望ましい。レーザパワーの削減を実現する、シンプルで安価な装置を提供する。【解決手段】エネルギ回収器を用いデバイス取付要素の修正に利用されるレーザの出力パワー量を削減し、レーザ接合工程を支援する。エネルギ回収器は、レーザ接合工程においてデバイス取付要素の近傍に配置可能に構成されたエネルギ回収器端部を有する。エネルギ回収器端部は、レーザ接合工程においてデバイス取付要素で反射したレーザ・エネルギを受取可能に、反射したエネルギを熱に変換する材料で形成される。エネルギ回収器とデバイス取付要素との間で熱に変換されたエネルギを伝導する経路を形成するように、エネルギ回収器と面との間に十分な熱的連繋が形成される。【選択図】図１Ａ
2006326685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ接合工程の支援に用いるエネルギ回収器であって、
レーザ接合工程の際、デバイス取付要素近傍に配置可能に、かつ、前記デバイス取付要素で反射されたレーザ・エネルギを受取可能に、構成されたエネルギ回収器端部を有し、
前記エネルギ回収器端部は、前記デバイス取付要素で反射された前記レーザ・エネルギを熱に変換する材料を含んで形成される、エネルギ回収器。
【請求項２】
さらに、前記エネルギ回収器端部に対して力を作用させる機構を有し、
よって、前記機構は、前記エネルギ回収器端部と面との間に熱的コンタクトを形成し、前記エネルギ回収器端部と前記デバイス取付要素との間に、回収したエネルギのための熱的伝導路を供する請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項３】
さらに、前記エネルギ回収器と連繋されたエネルギ回収器端部ホルダを有し、
前記エネルギ回収器端部ホルダは、前記エネルギ回収器端部の熱伝導性以上の熱伝導性を有する材料を含んで形成され、よって、前記エネルギ回収器端部ホルダは、レーザ・エネルギが当たっていないときには、前記デバイス取付要素近傍領域の冷却を支援する請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項４】
さらに、前記エネルギ回収器と連繋されたエネルギ回収器端部ホルダを有し、
前記エネルギ回収器端部ホルダは、前記エネルギ回収器端部の熱伝導性よりも低い熱伝導性を有する材料を含んで形成され、よって、前記エネルギ回収器端部ホルダは、レーザ・エネルギが当たっているときには、前記デバイス取付要素近傍領域の加熱を支援する請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項５】
前記エネルギ回収器は、前記エネルギ回収器端部から前記デバイス取付要素近傍領域へガスを流すための経路を供するチャネルを有する請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項６】
前記エネルギ回収器端部は、レーザ・ビームの前記デバイス取付要素に対する照射が開始された後１００ミリ秒未満の時間で前記デバイス取付要素近傍領域を所定の温度まで加熱し、かつ、前記レーザ・ビームの前記デバイス取付要素に対する照射が停止された後１００ミリ秒未満の時間で前記デバイス取付要素近傍領域を所定の温度まで冷却するのに十分な熱伝導性を有する材料を含む請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項７】
前記エネルギ回収器端部は、鉄、鋼鉄、および、陶器の少なくともいずれか１つを含む請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項８】
前記エネルギ回収器端部は、前記デバイス取付要素を少なくとも部分的に取り囲み、かつ、レーザ・ビームを通して前記デバイス取付要素に照射させるための開口部を含む請求項１に記載のエネルギ回収器。
【請求項９】
レーザ接合工程で使用するシステムであって、
前記システムは、レーザと、前記レーザに連繋されたエネルギ回収器とを有し、
前記エネルギ回収器は、レーザ接合工程において、デバイス取付要素近傍に配置可能に構成されたエネルギ回収器端部を備え、
前記エネルギ回収器端部は、レーザ接合工程において、前記デバイス取付要素で反射されたレーザ・エネルギを受取可能に構成され、かつ、前記デバイス取付要素で反射された前記レーザ・エネルギを熱に変換する材料を含んで形成される、システム。
【請求項１０】
さらに、前記エネルギ回収器端部に対して力を作用させる機構を有し、
よって、前記機構は、前記エネルギ回収器端部と面との間に熱的コンタクトを形成し、前記エネルギ回収器端部と前記デバイス取付要素との間に、回収したエネルギのための熱的伝導路を供する請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記エネルギ回収器端部に対して力を作用させる機構は、前記エネルギ回収器端部を前記面に対してバイアスさせるバネを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記レーザは、前記エネルギ回収器と堅固に連繋されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記レーザは、前記エネルギ回収器と連繋され、かつ、前記レーザと前記エネルギ回収器は、互いに独立して運動可能である請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記エネルギ回収器および前記デバイス取付要素の少なくともいずれか１つは、前記エネルギ回収器と前記デバイス取付要素を位置合わせするために移動可能な請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記デバイス取付要素は、半田ガラス、鉛スズ半田、金入り半田、インジウム入り半田、ガリウム入り半田、ビスマス入り半田、カドミウム入り半田、鉛フリー半田、熱硬化性エポキシ、空気硬化性エポキシ、および、紫外硬化性エポキシの少なくともいずれか１つを含む請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記デバイス取付要素は、複数のサブミクロン半田小片を含む半田予備成形物を含んで形成される請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記レーザ・ビームは、８００ナノメートルないし１０００ナノメートルの範囲の波長を有する請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記レーザ・ビームは、２０ワットないし４０ワットの範囲のパワーを有する請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記レーザ・ビームは、１００ミリ秒ないし１秒の範囲のパルス長を有する請求項９に記載のシステム。
【請求項２０】
取付パッドの上端面と前記取付パッドの前記上端面上に配置された前記デバイス取付要素との間に十分な熱的コンタクトを有する面が形成される請求項９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記面は、熱伝導性コーティングを備える請求項９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記エネルギ回収器は、前記エネルギ回収器端部から前記デバイス取付要素近傍領域へガスを流すための経路を供するチャネルを有する請求項９に記載のシステム。
【請求項２３】
さらに、前記チャネルと接続されたガス源を有する請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ガスは、窒素、アルゴン、および、一酸化炭素からなる群より選択されたガスである請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
複数の構成要素を接合するために使用するレーザのパワーの量を削減する方法であって、
前記方法は、
デバイス取付要素を面上に配置するステップと、
前記デバイス取付要素近傍にエネルギ回収器を配置するステップと、
前記デバイス取付要素で反射されたレーザ・ビームのエネルギを回収するステップと、
前記エネルギ回収器と前記面との間に十分な熱的連繋を形成し、よって、前記エネルギ回収器の回収したエネルギが前記デバイス取付要素へ流れるための伝導路を供するステップと、を有し、
前記回収したエネルギを用いて前記デバイス取付要素の修正を支援する方法。
【請求項２６】
さらに、前記エネルギ回収器内のチャネルを通じてガスを前記デバイス取付要素の近傍領域へ吹き込み、よって、前記デバイス取付要素の修正を支援するステップを有する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記エネルギ回収器内のチャネルを通じてガスを吹き込むステップは、さらに、前記チャネルを通じ、加熱されたガスを吹き込むステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記チャネルを通じ、加熱されたガスを吹き込むステップは、さらに、前記エネルギ回収器の回収したエネルギを用いて前記ガスが前記チャネルを通過する際に前記ガスを加熱するステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記エネルギ回収器と前記面との間に十分な熱的連繋を形成するステップは、前記エネルギ回収器に対して力を作用させて前記エネルギ回収器と前記面との間に十分な熱的コンタクトを形成するステップを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記エネルギ回収器に対して力を作用させて十分な熱的コンタクトを形成するステップは、前記エネルギ回収器を前記面に対してバイアスさせるバネを使用するステップを含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、必要なレーザのパワーの量を削減することによりレーザ接合の工程を支援する装置に関し、特に、デバイスの取付要素で反射したレーザのエネルギを回収し、回収したレーザのエネルギを、レーザ接合およびファイバ取付け工程において熱に変換する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な系（システム）において、複数の構成要素の取付けを行うためにレーザ半田接合が利用される。この様々なシステムは、光学系、電子装置、ならびに、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）および微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）といった超小型機械系を含む。例えば、レーザ伝送装置を組む場合には、レーザ半田接合によって、レーザ・ダイオードからの光出力を光ファイバへ接続するために、光ファイバをしっかりと位置合わせすることができる。一般に、ファイバ・カップリング・ダイオード・レーザは、金属製バタフライ・パッケージにパッケージングされており、金メッキが施されている場合もある。ファイバは、エポキシ樹脂、レーザ溶接、または、フェルールを付したもしくは付さない半田接合、といったデバイス取付要素を用いてレーザとの位置が調整され決定される。エポキシ樹脂接合は低コストであるが、熱膨張度が高いため高精度の取付けには不適であり、さらには、長期的な信頼性を欠く。なぜなら、経年変化および温度の循環に起因してガス抜け（アウトガス）や位置ずれが生じるおそれがあるからである。レーザ溶接技術は信頼性のある技術であるが、フェルールを付したファイバ（ferrulized fiber）を溶接接合するため、ファイバにフェルールを付す点（ferrulization）、専用に設計されたマウントもしくはクリップを用いる点で費用がかかる。マウントおよびクリップは、比較的大きく、かつ、経時的にクリープを生じるおそれがある。
【０００３】
半田接合技術は、当該分野において広く普及した技術であり、信頼性も高く、かかる費用も多くはない。レーザ半田接合技術は、構成要素を損傷するおそれのある静電放電の生じる可能性を低減することができる。しかし、レーザ半田接合は、比較的大きなレーザパワーを必要とする。レーザのパワーの大部分は、半田表面の高反射性のため、失われ、空費されてしまう。一般的なレーザ接合工程においてレーザが消費する大量のパワーのために、例えば、エポキシ樹脂を用いた接合工程との比較において、このような工程は費用高になっている。この費用は、誘導加温（インダクティブ・ヒーティング）源、直接熱源（ダイレクトヒータ）、または、熱電クーラ（thermo-electric cooler (TEC)）といった付加的低コストエネルギー源を半田の近傍に設置することで低減することができる。しかし、このような低コストエネルギー源では、周囲領域に影響を及ぼすことなしに小さな空間内で、限定的に、目標とする半田接合を行うことができない。さらに、付加的設備を設置することは、システムの複雑化を招く。なおさらには、付加的設備には、高価なものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ接合工程におけるレーザパワー量を削減するには、半田予備成形物（プリフォーム）の加熱に用いられ、半田予備成形物から反射され、空費され失われるエネルギを利用することが望ましい。この、レーザパワー削減のための、安価な装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、例えば、レーザ接合工程支援に用いられるエネルギ回収器として具現化される。本発明にかかるエネルギ回収器は、レーザ接合工程においてデバイス取付要素近傍に配され、デバイス取付要素から反射したレーザ・エネルギを受け取るエネルギ回収器端部を有する。このエネルギ回収器端部は、反射したレーザ・エネルギを熱に変換する材料を含んで形成される。
【０００６】
また、本発明は、レーザ接合工程において用いられるシステムとして具現化される。本発明にかかるシステムは、レーザおよびレーザと連繋したエネルギ回収器を有する。エネルギ回収器は、レーザ接合工程においてデバイス取付要素近傍に配され、デバイス取付要素から反射したレーザ・エネルギを受け取るエネルギ回収器端部を備える。このエネルギ回収器端部は、反射したレーザ・エネルギを熱に変換する材料を含んで形成される。
【０００７】
本発明は、複数の構成要素を接合するために用いるレーザのパワー量を削減する方法としても具現化される。本方法は、例えば、デバイス取付要素を面上に配置し、そのデバイス取付要素近傍にエネルギ回収器を配置するステップを含む。デバイス取付要素から反射されたレーザ・ビームのエネルギは、エネルギ回収器によって回収される。本方法により、エネルギ回収器と、上記面との間には、エネルギに関するエネルギ回収器とデバイス取付要素と間の熱伝導路を形成するのに十分な連繋がもたらされる。そして、本発明は、回収したレーザ・ビームのエネルギを用い、デバイス取付要素の修正を支援する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明を、添付の図面と共に読むことで、本発明をよく理解することが可能である。通例に従い、図面に含まれる様々な形態にはスケールを与えていないことを注記する。さらに、様々な形態の寸法は、明瞭性のために、任意に伸張または縮小されている。
【０００９】
図１Ａは、本発明にかかる実施形態例の図である。本図に示すとおり、レーザ・ビーム１０４は、面１０２上に配されたデバイス取付要素１０６に照射される。レーザ・エネルギ１０８は、デバイス取付要素１０６から反射され別の方向へ伝播する。エネルギ回収器端部１００は、デバイス取付要素１０６近傍にあって、レーザ・エネルギ１０８の少なくとも一部を、エネルギ回収器端部１００から回収する。また、エネルギ回収器端部１００は、面１０２と接触する。エネルギ回収器端部１００、および、面１０２と接触した回収器端部１００の範囲の精確な位置は図１Ａに示す例に限定されない。
【００１０】
レーザ接合工程におけるデバイス取付要素には、数多くの材料が用いられ、それらは所望の熱的および機械的特性を有すると考えられる。所望の熱的および機械的特性は、接合される構成要素の種類によって変化することに注意すべきである。材料には、半田、熱硬化性エポキシ、紫外（ＵＶ）硬化性エポキシ、および、空気硬化性エポキシを含んでよい。例えば、半田予備成形物は、望ましくは、ガラス半田（glass solder）、鉛スズ半田、金入り半田（gold-based solder）、インジウム入り半田（indium-based solder）、ガリウム入り半田（gallium-based solder）、ビスマス入り半田（bismuth-based solder）、カドミウム入り半田（cadmium-based solder）、鉛フリー半田といった、所望の熱的および機械的特性を備えたあらゆる半田合金でよく、半田予備成形物は、フラックスを含んでも、含まなくともよい。
【００１１】
エネルギ回収器端部は、所望の熱的および機械的特性を備えた様々な材料で構成可能である。この、所望の熱的および機械的特性は、レーザ接合工程に使用する構成要素の種類により変化してもよいことを注記する。望ましくは、エネルギ回収器端部は、デバイス取付要素近傍の範囲を、デバイス取付要素に対するレーザ・ビームの照射開始から１００ミリ秒未満のうちに所定温度まで加熱し、かつ、デバイス取付要素に対するレーザ・ビームの照射停止から１００ミリ秒未満のうちにデバイス取付要素近傍の範囲を所定温度まで冷却するのに十分な熱伝導性を有する材料を含んで構成される。エネルギ回収器端部は、例えば、エネルギ回収器端部は、鉄、鋼鉄、または、陶器（セラミック）といった、所望の熱的および機械的特性を備えたあらゆる材料で構成されればよい。
【００１２】
図２を参照すれば、レーザ接合工程に要するレーザパワー量をさらに削減するために、反射がより少ない半田予備成形物を用いることが望まれる。図２は、多孔性表面を備えた半田予備成形物の例を示す図である。図２に示すように、半田予備成形物２００は、小さな複数の半田小片（チップ）２０２で構成される。望ましくは、半田小片２０２は、サブミクロン領域の径を有する。半田小片２０２は、半田予備成形物２００の表面を多孔性に富んだものにすることができる。半田予備成形物２００でレーザ・ビーム２０４のレーザ・エネルギ２０６が反射する際、レーザ・エネルギ２０８は、半田予備成形物２００に吸収されることによって半田予備成形物の加熱に資する。多孔性半田予備成形物は、金属製ダイキャストに半田小片２０２をセットして作成すればよい。
【００１３】
図６は、デバイス取付要素から反射されたエネルギを回収し、回収したエネルギを用いてデバイス取付要素の修正を支援する方法の例を示すフローチャートである。ステップ６００において、デバイス取付要素は面上に載置される。次に、ステップ６０２において、ユーザは、エネルギ回収器端部をデバイス取付要素近傍に配置する。エネルギ回収器端部の精確な位置は、様々な素因を考慮して決定すればよい。例えば、以下に記すように、エネルギ回収器端部の材料に基づいて位置を決定すればよい。或いは、エネルギ回収器端部の厳密な位置を、ユーザがエネルギ回収器端部によって回収を望む、デバイス取付要素から反射されるレーザ・エネルギの量で決定してもよい。ユーザは、エネルギ回収器を図１Ａに示すような位置に配置すればよい。或いは、ユーザが望むのであれば、図３に示すように、エネルギ回収器端部をデバイス取付要素のより近くに配置し、デバイス取付要素から反射されたより多くのレーザ・エネルギを回収することもできる。
【００１４】
ステップ６０４において、デバイス取付要素で反射されたレーザ・ビームのレーザ・エネルギが回収される。上述のとおり、回収されるエネルギ量は、エネルギ回収器端部の位置により決定される場合もある。また、回収されるエネルギ量は、エネルギ回収器端部を形成する材料によって決定される場合もある。上述のとおり、エネルギ回収器端部は、レーザ接合工程に使用される構成要素の種類に基づいて、所望の熱的および機械的特性を有するような数多くの材料から構成されればよい。
【００１５】
ステップ６０６において、エネルギ回収器と面との間に十分な熱的連繋（接続性）が形成され、エネルギ回収器とデバイス取付要素との間にエネルギ伝導路が形成される。十分な熱的接触性は、様々な素因により決定される。この素因には、エネルギ回収器を構成する材料、面を構成する材料、レーザパワー、ならびに、上述のような、デバイス取付要素近傍の領域を加熱および冷却にかける時間を含んでよい。例えば、より大きな物理的接触領域を有するエネルギ回収器は、小さな物理的接触領域を有するエネルギ回収器よりも短時間で、面を介して熱をデバイス取付要素へ伝導する。ユーザは、例えば、図１Ａに示したような、十分な熱的連繋を備えるのに望ましい、エネルギ回収器と面との間の物理的接触を定めればよい。図１Ｂは、本発明にかかる別の実施形態例を示す図である。本図に示すように、エネルギ回収器端部１２０の領域も、面１２２と物理的な接触を有する。しかしながら、図１Ｂに示した物理的接触領域は、図１Ａに示した物理的接触領域よりも小さい。エネルギ回収器端部に対し力を及ぼし、よってエネルギ回収器端部と面との間の物理的接触を良好な状態に保つための機構を用いてもよい。このような、物理的接触領域を形成するために力を及ぼすための機構は、エネルギ回収器端部を面に対してバイアスするバネを含むことができる。当然のことだが、それ以外の方法を用いて力を加えてもよい。
【００１６】
図３は、本発明にかかるさらに別の実施形態例を示す図である。図３に示すように、エネルギ回収器端部３００は、面３０２上、部分的にデバイス取付要素３０６を取り囲むように配置される。エネルギ回収器端部３００は、開口部３１０を有し、当該開口部３１０は、レーザ・ビーム３０４が通り抜けてデバイス取付要素３０６を照射するように設けられる。レーザ・エネルギ３０８は、デバイス取付要素３０６で反射され、エネルギ回収器端部３００に回収される。エネルギ回収器端部がデバイス取付要素３０６を完全に取り囲んでいるために、図３に示す実施形態例においては、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示す実施形態例よりも大量のエネルギを回収することができる。
【００１７】
図１Ｃは、本発明にかかるさらなる別の実施形態例を示す図である。図１Ｃに示すように、エネルギ回収器端部１３０は、面１３２との物理的な接触がない。しかし、ユーザは、エネルギ回収器端部１３０と面１３２との間に十分な熱的連繋、例えば放射を用いた連繋、が形成されるように、エネルギ回収器端部１３０の面１３２からの距離を定めればよい。
【００１８】
面および／またはエネルギ回収器の表面上に熱伝導性コーティングを施すことにより、熱的連繋を強化してもよい。図４は、本発明にかかるさらなる別の実施形態例を示す図である。本形態は、エネルギ回収器４００およびデバイス取付要素４０６を有し、エネルギ回収器４００およびデバイス取付要素４０６は、熱伝導性コーティング４０４上に配置される。熱伝導性コーティング４０４もまた、十分な熱的接触性を定めるための素因となりうる。熱伝導性コーティングはその表面を介してデバイス取付要素へ短時間に熱を伝導することができる。そのため、熱伝導性コーティングを備えることにより、例えば、ユーザは、エネルギ回収器端部とその表面との間の物理的接触領域を小さくしたり、または、エネルギ回収器端部をその表面の近くに配置したりすることができる。
図５は、本発明にかかるさらに別の実施形態例の図である。本形態例は、取付パッド５０２を備える。エネルギ回収器５００は、取付パッド５０２の上端面５０４上に配置される。デバイス取付要素５０６も、取付パッド５０２上に配置される。（図示しない）熱伝導性コーティングを、取付パッド５０２上に配してもよい。
【００１９】
再度、図６を参照すれば、ステップ６０８において、回収したエネルギを用いてデバイス取付要素の修正を支援する。上述のように、エネルギ回収器端部は、デバイス取付要素近傍の範囲を、デバイス取付要素に対するレーザ・ビームの照射開始から１００ミリ秒未満のうちに所定温度まで加熱し、かつ、デバイス取付要素に対するレーザ・ビームの照射停止から１００ミリ秒未満のうちにデバイス取付要素近傍の範囲を所定温度まで冷却するのに十分な熱伝導性を有する材料を含んで構成されればよい。エネルギ回収器端部は、異なる熱的特性を備えた材料を含んで構成され、その少なくとも１つがデバイス取付要素で反射されたレーザ・エネルギを熱に変換すればよい。エネルギ回収器端部がデバイス取付要素で反射されたレーザ・エネルギを熱に変換するように説明しているが、エネルギ回収器端部に直接的に及んだレーザ・エネルギを熱に変換することも可能である。
【００２０】
レーザ・エネルギを熱エネルギ（熱）に変換した後、レーザ接合工程の際に、デバイス取付要素を、その熱を用いて修正することができる。上述のように、エネルギ回収器と面との間に十分な熱的連繋が形成されることにより、エネルギ回収器とデバイス取付要素との間で熱を移動させるための伝導路が形成され、デバイス取付要素近くの面を加熱可能となる。故に、エネルギ回収器の回収したレーザ・エネルギを用いて、より均質なデバイス取付要素に対する加熱を可能とする修正工程を支援することができる。
【００２１】
図７を参照すれば、デバイス取付要素近くの領域にガスを供給することにより、工程を支援し、さらに均質なデバイス取付要素に対する加熱を行うことが望ましい。上記デバイス取付要素近くの領域に供給されるガスは、面付近において加熱されるか、または、デバイス取付要素により加熱される。しかしながら、ガスは、エネルギ回収器の回収したエネルギおよびデバイス取付要素の吸収したレーザ・エネルギで加熱される、面またはデバイス取付要素よりも、均質に加熱することができる。故に、ガスは、レーザ接合工程の際、デバイス取付要素に対する、より均質な加熱に資する。図７は、エネルギ回収器例を示す側方断面図である。本図においては、エネルギ回収器例の中心線に沿った断面を図示しており、本例は、ガスを流す経路となるチャネルを含む。図７に示すように、エネルギ回収器７００は、面７０２上に配置され、エネルギ回収器７００からデバイス取付要素７０６へのガスの流れの経路を提供することでデバイス取付要素の修正を支援するチャネル７０４を含む。ガス源の例として、不活性ガス（イナート・ガス）を用いることができる。不活性ガスは、エネルギ回収器、面の素材、または、デバイス取付要素といった周囲にある要素と化学反応を起こさない気体である。それらガスの例としては、例えば、窒素、アルゴン、または、一酸化炭素が挙げられる。
【００２２】
ガスがデバイス取付要素近傍の領域に到達するよりも前に、ガスを加熱することが望ましい。ガスが、エネルギ回収器のチャネル内に進入するよりも前に、加熱してもよい。或いは、または、さらに加えて、ガスがチャネル内を流れる際に、エネルギ回収器の熱でガスを加熱してもよい。また、エネルギ回収器内のチャネルを使用せずに、ガスをデバイス取付要素近傍領域に流してもよい。チャネルを通さずにデバイス取付要素近くの領域に送られるガスは、当該領域に到達する前に加熱されればよい。回収したエネルギを用い、デバイス取付要素の修正を支援し、ステップ６１０における工程は終了する。
【００２３】
ガスを用い、冷却工程も支援することが望ましい。この工程の向上を目的に、ガスを所定の温度まで冷却してもよい。エネルギ回収器端部内のチャネルを通さずに、ガスを、デバイス取付要素近傍領域に送ってもよい。或いは、チャネルを介し、ガスをエネルギ回収器近傍領域へ送ってもよい。
【００２４】
レーザ接合工程においては、種々の熱を加えるための方法が存在する。例えば、ユーザは、レーザ・パルス加熱を用いてデバイス取付要素を修正することができる。この方法は、非常に精確な、位置制御および修正されるデバイス取付要素の容積制御が可能な方法の例である。パルス状のダイレクト・ダイオード・レーザといったパルスレーザ源からのレーザ光パルスを少なくともひとつ使用して修正されたデバイス取付要素を照射することができる。レーザの種類、パワーのレンジ、パルス幅、および、波長を決定するために、デバイス取付要素の材料、エネルギ回収器の材料、エネルギ回収器のデバイス取付要素に対する近接性、および、用いる接合工程の効率、といった数多くのパラメータを使用することができる。しかし、いずれの場合においても、デバイス取付要素に入射させるレーザ光のパルスは、デバイス取付要素を構成する材料の溶発しきい（アブレーション・スレッショルド）未満のフルエンスを有することが望ましい。出力パワーが２０ワットから４０ワットの範囲にあり、波長が８００ナノメートルから１０００ナノメートルの範囲にあり、かつ、パルス幅が１００ミリ秒から１秒の間にあるレーザ・ビームを発するダイレクト・ダイオード・レーザは、フラックスレス・ガラス半田で形成されたデバイス取付要素の修正に適していることが知られている。
【００２５】
図８を参照すれば、レーザ接合工程の際使用が望まれるシステムが示されている。このシステムは、レーザとエネルギ回収器とを連繋する。図８に示すように、エネルギ回収器８００は、面８０２上、デバイス取付要素８０４近傍に配置され、デバイス取付要素８０４で反射されたレーザ・エネルギ８０８を回収する。エネルギ回収器８００、レーザ８１０、および、コントローラ８１２は、連繋されている。コントローラ８１２は、エネルギ回収器８００の運動、レーザ８１０の運動、ならびに／または、レーザ・ビーム８０６のパルス幅および出力パワーを制御可能に構成されてよい。コントローラ８１２は、レーザ８１０およびエネルギ回収器８００を制御可能に構成されることで、両者は堅固に連繋され、レーザ８１０の運動とエネルギ回収器８００の運動とは互いに従属関係を有することが可能である。さらに望ましくは、コントローラ８１２は、レーザ８１０とエネルギ回収器８００とが互いに独立して運動可能に、構成される。例えば、デバイス取付要素８０４から反射されたレーザ・エネルギ８０８を回収するために、エネルギ回収器８００が、所望の位置のデバイス取付要素８０４に対して位置を揃えるように移動してもよい。或いは、デバイス取付要素８０４から反射するレーザ・エネルギ８０８を回収するためにデバイス取付要素８０４に対して位置合わせされたエネルギ回収器８００の後を、レーザ８１０が運動してもよい。
【００２６】
エネルギ回収器を静止させておき、デバイス取付要素を動かしてデバイス取付要素をエネルギ回収器に対して位置合わせさせることが望ましい。デバイス取付要素は、基板または取付パッドの面上にあってよく、デバイス取付要素の移動には、基板または取付パッドを動かしてデバイス取付要素をエネルギ回収器に対して位置合わせすることも含めてよい。コントローラは、ｘ−ｙ平面に沿って、または、三次元的にデバイス取付要素を移動可能に構成してよく、そうすることによりデバイス取付要素をエネルギ回収器に対して位置合わせしてよい。
【００２７】
エネルギ回収器端部ホルダをエネルギ回収器端部と連繋してもよい。エネルギ回収器端部ホルダは、エネルギ回収器端部に対して力を及ぼすための機構を備え、もって、エネルギ回収器端部と面との間に、上述のような、十分な熱的連繋を形成する。エネルギ回収器端部ホルダはまた、エネルギ回収器とコントローラとの連繋のために用いられてもよい。上述のとおり、エネルギ回収器端部は、望ましくは、デバイス取付要素近傍の領域を、レーザ・ビームのデバイス取付要素に対する照射の開始から１００ミリ秒未満で所定の温度にまで加熱し、かつ、レーザ・ビームのデバイス取付要素に対する照射の停止から１００ミリ秒未満で所定の温度にまで冷却するのに十分な熱伝導性を有する材料を含んで構成される。しかし、レーザ接合工程に用いられる構成要素の種類によって所望の熱的特性は変化することがある。よって、エネルギ回収器端部ホルダは、例えば、上記所望の熱的特性を備えるような複数の相異なる材料を含んで構成されてもよい。或いは、エネルギ回収器端部ホルダは、断熱材として機能することで加熱工程を支援するような、低い伝導性を有する材料を含んで構成されてもよい。
【００２８】
以上、本発明について、具体的実施形態例を用いて説明したが、本発明は、これら細部により限定されるものではない。本発明から逸脱することなく、クレームの均等の範囲内において、細部を様々に変形させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】エネルギ回収器と面との間の物理的接触領域を含み、十分な熱的連繋を形成する、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器例を示す側面図である。
【図１Ｂ】より小さな、エネルギ回収器と面との間の物理的接触領域を含む、十分な熱的連繋を形成する、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器の別例を示す側面図である。
【図１Ｃ】エネルギ回収器と面との間に物理的な接触を持たず、面の近くに配置され、十分な熱的連繋を形成する、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器のさらなる別例を示す側面図である。
【図２】多孔性表面部を備え、本発明にかかる一実施形態によるレーザ接合工程において使用される、半田予備成形物例を示す平面図である。
【図３】部分的にデバイス取付要素を取り囲み、レーザ・ビームを通してデバイス取付要素に照射させる開口部を有する、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器の他の例を示す側面図である。
【図４】熱伝導性コーティングを備えた面上に配置された、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器のさらなる他の例を示す側面図である。
【図５】取付パッドの上端面と連繋した、本発明にかかる一実施形態によるエネルギ回収器のなおさらなる他の例を示す側面図である。
【図６】デバイス取付要素で反射されたエネルギを回収し、回収したエネルギをデバイス取付要素の修正を支援する目的で使用する、本発明にかかる一実施形態による方法の例を示すフローチャートである。
【図７】ガスの流れの経路を提供するチャネルを含むエネルギ回収器の一例を示す、エネルギ回収器の中心線に沿った側方断面図である。
【図８】互いに連繋した、レーザ、エネルギ回収器、および、コントローラを含む、本発明にかかる一実施形態によるシステムの例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００・・・エネルギ回収器端部
１０２・・・面
１０４・・・レーザ・ビーム
１０６・・・デバイス取付要素
１０８・・・レーザ・エネルギ
１２０・・・エネルギ回収器端部
１２２・・・面
１３０・・・エネルギ回収器端部
１３２・・・面
２００・・・半田予備成形物
２０２・・・半田小片
２０４・・・レーザ・ビーム
２０６・・・レーザ・エネルギ
２０８・・・レーザ・エネルギ
３００・・・エネルギ回収器端部
３０２・・・面
３０４・・・レーザ・ビーム
３０６・・・デバイス取付要素
３０８・・・レーザ・エネルギ
３１０・・・開口部
４００・・・エネルギ回収器
４０４・・・熱伝導性コーティング
４０６・・・デバイス取付要素
５００・・・エネルギ回収器
５０２・・・取付パッド
５０４・・・上端面
５０６・・・デバイス取付要素
７００・・・エネルギ回収器
７０２・・・面
７０４・・・チャネル
７０６・・・デバイス取付要素
８００・・・エネルギ回収器
８０２・・・面
８０４・・・デバイス取付要素
８０６・・・レーザ・ビーム
８０８・・・レーザ・エネルギ
８１０・・・レーザ
８１２・・・コントローラ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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