(57)【要約】【課題】素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を全面にわたって確実に剥離させることができる方法を提供する。【解決手段】パルスレーザビームＰＬを用いて素材１の表面に形成されたメッキ層１０の一部領域を剥離させるものであって、パルスレーザビームＰＬとメッキ層１０の剥離させる一部領域とを相対的に移動させてスキャンし、パルスレーザビームＰＬの各ビームスポットＰＬｓの外縁を交差させるように所定のピッチＰで複数の列Ｌ１〜Ｌ４・・・を形成するにあたり、一の列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔと、この一の列に隣接する列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔとを異ならせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザビームを用いて素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させる方法であって、
前記パルスレーザビームと前記メッキ層の一部領域とを相対的に移動させて、前記パルスレーザビームの各ビームスポットの外縁を交差させるように所定のピッチで複数の列を形成するにあたり、一の列におけるビームスポットの外縁の交差する点と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの外縁の交差する点とを異ならせることを特徴とするメッキ層剥離方法。
【請求項２】
前記一の列におけるビームスポットと、該一の列に隣接する列におけるビームスポットとの中心位置をずらして、前記パルスレーザビームを前記メッキ層の一部領域に照射することを特徴とする請求項１に記載のメッキ層剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザビームを用いて素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の回路を構成するパワー半導体モジュールでは、半導体を金属リードフレームにはんだ付けし、電気的・機械的接合を行う構造が提案されている。そして、このようなモジュール構造において、半導体を金属リードフレームにはんだ付けする際、図３の（ｃ）に参照されるように、加熱用のファイバーレーザを用いて連続波レーザビームＣＬをリードフレーム１にデフォーカス照射して高速加熱し、はんだ箔２０を溶融させてはんだ付けを行う工法が提案されている。ここで、図３の（ａ）に示すように、金属製のリードフレーム１は、一般にその表面にニッケル等からなる下地層１１が形成され、さらにその表面に所謂はんだ濡れ性を確保するために金メッキ層１０が形成されていることが多い。
【０００３】
しかし、金メッキ層１０を構成する金は加熱用の連続波レーザビームＣＬを反射する率が高いことから、連続波レーザビームＣＬによる高速加熱が困難である。そのため、図３の（ｂ）に示すように、マーキング用などの低出力のパルスレーザビームＰＬを用いて、加熱する領域の金メッキ層１０を局所的に剥離する手法が提案されている。このマーキング用などのパルスレーザビームＰＬは、一般にＹＶＯ４レーザやファイバーレーザを用いたものが市販されており、図３の（ｃ）に示したような連続波をデフォーカス照射する加熱用の連続波レーザビームＣＬと異なって、パルス波で高エネルギを短時間注入するために、反射率の高い金メッキ層１０の剥離が可能である。このようにメッキ層を剥離するための従来の技術としては、たとえば特許文献１が知られている。
【０００４】
従来の一般的な技術では、図４に示すように、パルスレーザビームＰＬを規定のピッチＰで複数の列Ｌ１〜Ｌ４・・・を形成するように照射している。このパルスレーザビームＰＬを照射する際のビームスポットＰＬｓのピッチＰは、各列Ｌ１〜Ｌ４におけるパルスレーザビームＰＬのビームスポットＰＬｓが部分的に重なるように、すなわち、各列Ｌ１〜Ｌ４において互いに隣接するビームスポットＰＬｓの外縁が２点で交差するように設定される。そして、互いに隣接する列Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４のビームスポットＰＬｓの外縁も交差するように設定される。ここで、互いに隣接する列Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４のビームスポットＰＬｓは、それぞれの中心位置が一致するよう設定され、その結果、図４に示したように、各列Ｌ１〜Ｌ４において互いに隣接するビームスポットＰＬｓの外縁が交差する点Ｔと、互いに隣接する列Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４の各ビームスポットＰＬｓの外縁が交差する点Ｔとが、共通する（一致する、または、重なると表現することもできる。）よう設定されていた。このように、互いに隣接する列Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４のビームスポットＰＬｓの各中心位置Ｃを一致させる設定を、以下の説明では「従来パターン」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６７９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示したようにビームスポットＰＬｓの配置設定を従来パターンとした場合にあっては、一の列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔと、この列に隣接する列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔとが共通することとなる。この共通したビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔでは、メッキ層１０がパルスレーザビームＰＬにより充分に加熱されず、その結果、図５に示すように、金メッキ層１０がその表面から充分に剥離せず残る部分Ｘが存在するという問題があった。
そして、このメッキ層１０の残った部分を剥離させるためには、かかるメッキ層１０が残った部分Ｘに再度パルスレーザビームＰＬを照射させる必要があり、パルスレーザビームＰＬの照射制御が煩雑となり、また、照射するための出力やその打点数の数が増加するなどの問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、パルスレーザビームを照射するための出力やその打点数の数が増加させることなく、素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を全面にわたって確実に剥離させることができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１のメッキ層剥離方法に係る発明は、上記目的を達成するため、パルスレーザビームを用いて素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させる方法であって、前記パルスレーザビームと前記メッキ層の一部領域とを相対的に移動させて、前記パルスレーザビームの各ビームスポットの外縁を交差させるように所定のピッチで複数の列を形成するにあたり、一の列におけるビームスポットの外縁の交差する点と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの外縁の交差する点とを異ならせることを特徴とする。
請求項２のメッキ層剥離方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、前記一の列におけるビームスポットの中心位置と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの中心位置とをずらして、前記パルスレーザビームを前記メッキ層の一部領域に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１のメッキ層剥離方法では、パルスレーザビームを用いて素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させるに際して、パルスレーザビームをメッキ層の一部領域に対して相対的に移動させて照射し、素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させる。このとき、パルスレーザビームの各ビームスポットの外縁を交差させるように所定のピッチで複数の列を形成する。そして、請求項１の発明では、一の列におけるビームスポットの外縁の交差する点と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの外縁の交差する点とを異ならせる。これにより、請求項１の発明によれば、上記従来パターンのように互いに隣接する列におけるビームスポットの外縁の交差する点が共通することがなくなり、その結果、メッキ層の一部領域をその全面にわたって確実に剥離させることができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記一の列におけるビームスポットの中心位置と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの中心位置とをずらして、前記パルスレーザビームを前記メッキ層の一部領域に照射することにより、一の列におけるビームスポットの外縁の交差する点と、該一の列に隣接する列におけるビームスポットの外縁の交差する点とを異ならせることが具現化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の方法によるパルスレーザビームのビームスポットの配置を説明するために示した平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】パルスレーザビームを用いて素材の表面に形成されたメッキ層の一部領域を剥離させるための一般的な工程を示した説明図である。
【図４】従来パターンのビームスポットの配置を説明するために示した平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のメッキ層剥離方法の実施の一形態を、主に図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本発明のメッキ層剥離方法は、概略、パルスレーザビームＰＬを用いて素材１の表面に形成されたメッキ層１０の一部領域を剥離させるものであって、パルスレーザビームＰＬとメッキ層１０の剥離させる一部領域とを相対的に移動させてスキャンし、パルスレーザビームＰＬの各ビームスポットＰＬｓの外縁を交差させるように所定のピッチＰで複数の列Ｌ１〜Ｌ４・・・を形成するにあたり、一の列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔと、この一の列に隣接する列におけるビームスポットＰＬｓの外縁の交差する点Ｔとを異ならせることを特徴とする。
そして、本発明のメッキ層剥離方法は、さらに、一の列におけるビームスポットＰＬｓと、この一の列に隣接する列におけるビームスポットＰＬｓとの中心位置ＰＬｃを相対的にずらすことにより交差する点Ｔとを異ならせて、パルスレーザビームＰＬをメッキ層１０の一部領域に照射することを特徴とする。
【００１２】
この実施の形態においては、表面にメッキ層１０が形成された素材１として、たとえばパワー半導体モジュールの半導体のリード部２がはんだ付けされる金属製のリードフレーム１の場合で説明する。したがって、以下の説明では、素材をリードフレーム１と称する。図３の（ａ）に示すように、リードフレーム１は、銅合金などからなる導電性素材により構成されており、リードフレーム１の表面にはニッケルなどをメッキしてなる下地層１１が形成されており、さらに下地層１１の表面には金などからなるメッキ層（以下の説明では金メッキ層と称する。）１０が形成されている。金メッキ層１０は、リードフレーム１に対して半導体などのリード部２などをはんだ付けする際の所謂はんだ濡れ性を確保するためのもので、リードフレーム１の最も外側の表面に形成される。また、下地層１１は、加熱時のリードフレーム１と金メッキ層１０と間の拡散を防止するために形成される。
【００１３】
なお、この実施の形態においては、図３の（ｃ）に示したように、リードフレーム１の上面にはんだ付けする半導体などのリード部２に設けられたはんだ箔２０が接合され、リードフレーム１の下面に対して加熱用のデフォーカスされた連続波レーザビームＣＬを光学ヘッド３１から照射して高速加熱し、はんだ箔２０を溶融させてはんだ付けを行う。また、図３に示した実施の形態では、下地層１１と金メッキ層１０がリードフレーム１の全面にわたって形成されており、図３の（ｂ）に示したように、加熱用の連続波レーザビームＣＬをデフォーカス照射するリードフレーム１の下面の一部領域の金メッキ層１０に対してパルスレーザビームＰＬを光学ヘッド３０から所定のスポット径で照射し、この一部領域における金メッキ層１０を蒸発させて剥離する。
【００１４】
リードフレーム１に対して半導体などのリード部２をはんだ付けするに際して、最初に、図３の（ａ）に示すように、リードフレーム１とこれにはんだ付けする半導体などのリード部２とを接合させ位置決めする部品組付け工程を行う。このとき、半導体などのリード部２にははんだ箔２０が設けられており、部品組付け工程が完了した時点で、このはんだ箔２０はリードフレーム１の表面に形成された金メッキ層１０と接した状態となっている。
【００１５】
次いで、図３の（ｂ）に示すように、リードフレーム１の下面における金メッキ層１０の、後の工程（図３の（ｃ））で少なくとも加熱用の連続波レーザビームＣＬが照射される予定の領域に対して、パルスレーザビームＰＬを照射して部分的に剥離させる。なお、この金メッキ層１０を剥離する領域は、加熱用の連続波レーザビームＣＬが照射される予定の領域だけに設定しても良く、また、この加熱用の連続波レーザビームＣＬが照射される予定の領域を含めてリードフレーム１の全幅にわたって設定しても良い。
【００１６】
この金メッキ層１０を部分的に剥離するために、パルスレーザビームＰＬをリードフレーム１の金メッキ層１０を剥離する領域に照射しつつ、パルスレーザビームＰＬとリードフレーム１とを相対的に移動させてスキャンする。このとき、パルスレーザビームＰＬの互いに隣接するビームスポットＰＬｓが所定量重なるように、言い換えれば、ビームスポットＰＬｓの外縁が二つの点Ｔで交差するように所定のピッチＰで複数の列Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・・を形成するように、パルスレーザビームＰＬが照射される。そして、
このビームスポットＰＬｓの配置は、図１に平面図で示すように、互いに隣接する列Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４のビームスポットＰＬｓの中心位置Ｃを相対的にピッチＰの半分だけずらして交差する点Ｔが共通することなく異なる（一致しない、または、重ならないと表現することもできる。）ように設定する。その結果、図５の従来の技術と比較することができる図２に示したように、少なくとも金メッキ層１０がその厚さだけ蒸発する程度に充分に加熱されて剥離される。そして、このように、充分に金メッキ層１０を剥離させるための本発明によるビームスポットＰＬｓの配置（図１）と、従来パターンにおけるビームスポットＰＬｓの配置（図４）とでは、金メッキ層１０を剥離させるために一の列とこの列に隣接する列とでビームスポットＰＬｓの中心位置Ｃが異なるに過ぎず、パルスレーザビームＰＬを照射するための光学ヘッド３０からの出力やビームスポットＰＬｓの打点の数を増加させる必要はない。
【００１７】
このようにして部品組付け工程（図３の（ａ））とメッキ層剥離工程（図３の（ｂ））とを終えると、図３の（ｃ）に示すように、金メッキ層１０が部分的に剥離された領域に対して、加熱用のファイバーレーザを用いて連続波レーザビームＣＬがデフォーカス照射され、高速で加熱される。この熱は、図３の（ｃ）に矢印で示すように、リードフレーム１を伝わってはんだ箔２０を溶融させ、半導体などのリード部２をリードフレーム１にはんだ付けする。
【実施例】
【００１８】
以下に、ビームスポットＰＬｓの、本発明による配置（図１）と、従来パターン（図４）とを比較する。この実施例では、条件としていずれの場合も、リードフレーム１の金メッキ層１０の厚さが０．０２５μｍ、剥離させる領域の大きさが直径１５ｍｍであり、パルスレーザビームＰＬとして、ＹＶＯ４レーザにより、出力を１５Ｗ、パルス打点間隔（ピッチ）を０．１ｍｍ、スキャン速度（パルスレーザビームＰＬとリードフレーム１との相対移動速度）を８０００ｍｍ／ｓに設定した。そして、金メッキ層１０の剥離の後に、加熱用の連続波レーザビームＣＬを照射し、その吸収率を測定した。
【００１９】
その結果、ビームスポットＰＬｓの配置が従来パターン（図４）の場合では、加熱用の連続波レーザビームＣＬの吸収率が９１．２％であったのに対し、本発明のビームスポットＰＬｓの配置では、加熱用の連続波レーザビームＣＬの吸収率が９４．８％となり、吸収率を３．６％改善することができた。
【００２０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。たとえば、図１においてビームスポットＰＬｓの列Ｌ１〜Ｌ４を図の縦方向で示したが、図の横方向または斜め方向に設定することもできる。また、本発明は、素材１の部分的に剥離するメッキ層１０として、リードフレームの金メッキ層に限定されることはなく、他の用途に用いられる素材の金以外のメッキ層を部分的に剥離させる場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１：リードフレーム（素材）、  １０：金メッキ層（メッキ層）、  ２：半導体などのリード部、  ２０：はんだ箔、  ＰＬ：パルスレーザビーム、  ＰＬｓ：ビームスポット、  Ｔ：互いに隣接するビームスポットの交差する点、  Ｃ：ビームスポットの中心位置、  Ｐ：ビームスポットのピッチ、Ｌ１〜Ｌ４：ビームスポットの列
【図１】
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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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