(57)【要約】本発明の一実施形態に係る金属加熱装置は、中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力する光出力部を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力する光出力手段を備える金属加熱装置。
【請求項２】
前記光出力手段は、中心波長が波長範囲３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内にある光を出力する、請求項１記載の金属加熱装置。
【請求項３】
前記光出力手段は、前記光を出力する光源を含む、請求項１又は２記載の金属加熱装置。
【請求項４】
前記光源としてレーザ光を出力するレーザ光源を含む、請求項３記載の金属加熱装置。
【請求項５】
前記光源として半導体素子を用いた光源を含む、請求項３記載の金属加熱装置。
【請求項６】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項１〜５の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項７】
前記導光手段として光ファイバを含む、請求項６記載の金属加熱装置。
【請求項８】
前記光を拡大、拡大、収斂又はコリメートするレンズを更に含む、請求項１〜７の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項９】
前記光出力手段は、前記光を出力する複数の光源を含む、請求項１又は２記載の金属加熱装置。
【請求項１０】
前記複数の光源は、レーザ光を出力するレーザ光源である、請求項９記載の金属加熱装置。
【請求項１１】
前記光源として半導体素子を用いた光源を含む、請求項９記載の金属加熱装置。
【請求項１２】
前記複数の光源は、第１の中心波長の光を出力する第１の光源と、第２の中心波長の光を出力する第２の光源とを含む、請求項９〜１１の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１３】
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部を更に備える、請求項９〜１２の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１４】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項９〜１３の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１５】
前記導光手段は、前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバを含み、
前記複数の光ファイバの各々は、前記複数の光源のうち対応する光源から出力される光を導光する、
請求項１４記載の金属加熱装置。
【請求項１６】
前記導光手段は、前記複数の光ファイバそれぞれの出射端と光学的に結合された入力端と、該入力端に入力した光を出力する出力端とを有する１本の光ファイバを更に含む、請求項１５記載の金属加熱装置。
【請求項１７】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズを更に含む、請求項９〜１６の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１８】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端が一次元的または二次元的に配列されている、請求項１５記載の金属加熱装置。
【請求項１９】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端からの光が交差する面に沿って設けられた搭載手段と、
前記搭載手段上の領域の画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された画像に基づいて、前記搭載手段又は前記出射端を移動させるための案内手段と、
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部と、
を更に備える、請求項１８に記載の金属加熱装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項１９記載の金属加熱装置。
【請求項２１】
前記光を照射することによって半田を加熱する、請求項１〜２０の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項２２】
中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を光出力手段から出力するステップと、
前記光を、金属部材に照射するステップと、
を含む、金属加熱方法。
【請求項２３】
前記光は、中心波長が波長範囲３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内にある光である、請求項２２記載の金属加熱方法。
【請求項２４】
前記光として、レーザ光を出力する、請求項２２又は２３記載の金属加熱方法。
【請求項２５】
導光手段の入力端に前記光出力手段からの光を入力して、該光を前記導光手段によって導光して該導光手段の出射端から出力するステップを更に含む、請求項２２〜２４の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項２６】
前記導光手段としての光ファイバによって前記光を導光する、請求項２５記載の金属加熱方法。
【請求項２７】
前記光をレンズによって拡大、収斂又はコリメートするステップを更に含む、請求項２２〜２６の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項２８】
前記光出力手段としての複数の光源の各々から前記光を出力する、請求項２２又は２３記載の金属加熱方法。
【請求項２９】
前記複数の光源からレーザ光を出力する、請求項２８記載の金属加熱方法。
【請求項３０】
前記複数の光源それぞれの出力動作を制御部によって個々に制御するステップを更に含む、請求項２８又は２９記載の金属加熱方法。
【請求項３１】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項２８〜３０の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項３２】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた前記導光手段としての複数の光ファイバの各々によって、前記複数の光源のうち対応の光源から出力される光を導光する、
請求項３１に記載の金属加熱方法。
【請求項３３】
前記導光手段として前記複数の光ファイバそれぞれの出射端に光学的に結合した１本の光ファイバによって、前記光を更に導光する、請求項３２に記載の金属加熱方法。
【請求項３４】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズによって前記光を収斂又はコリメートするステップを更に含む、請求項２８又は２９記載の金属加熱方法。
【請求項３５】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端が一次元的または二次元的に配列されている、請求項３２記載の金属加熱方法。
【請求項３６】
搭載手段に前記金属部材を搭載するステップと、
撮影手段によって前記金属部材の画像を撮影するステップと、
前記撮影手段によって撮影された画像に基づいて、前記金属部材の位置又は前記出射端の相対位置を調整するステップと、
制御部によって前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御するステップと、
を更に含む、請求項３５に記載の金属加熱方法。
【請求項３７】
前記制御部は、前記搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項３６記載の金属加熱方法。
【請求項３８】
前記光を前記金属部材に照射することによって半田を加熱する、請求項２２〜３７の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項３９】
前記金属部材上に錫を含む半田を供給するステップを更に含み、
前記金属部材は、金を含んでおり、
前記金属部材の位置を調整する前記ステップでは、前記半田の位置を第１の領域に調整し、前記金属部材の位置を前記第２の領域に調整する、請求項３７記載の金属加熱方法。
【請求項４０】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の金属部材の反射率より前記第２の金属部材の反射率が大きい波長の前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４１】
前記第２の金属部材が半田である、請求項４０記載の金属加熱方法。
【請求項４２】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記第２の金属部材が錫を主成分とするものであり、
前記光の中心波長が５５０ｎｍ以下である、
請求項４０又は４１記載の金属加熱方法。
【請求項４３】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第２の金属部材の光照射面積より前記第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４４】
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の金属部材のみに前記光を照射する、請求項４３記載の金属加熱方法。
【請求項４５】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記光の中心波長が６００ｎｍ未満である、請求項４３又は４４に記載の金属加熱方法。
【請求項４６】
前記第２の金属部材が錫を主成分とする半田である、請求項４５記載の金属加熱方法。
【請求項４７】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第２の金属部材へのエネルギ付与量より前記第１の金属部材へのエネルギ付与量が大きくなるように前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４８】
前記第２の金属部材が半田である、請求項４７記載の金属加熱方法。
【請求項４９】
前記第１の金属部材が、金を主成分とするものであり、前記第２の金属部材が錫を主成分とするものである、請求項４７又は４８記載の金属加熱方法
【請求項５０】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記光として第１の中心波長の光および第２の中心波長の光を照射する、金属加熱方法。
【請求項５１】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの出射位置が共通である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５２】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光を共通の光ファイバにより導光するステップを更に含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれを前記光ファイバの端面から出射して前記第１の金属部材または前記第２の金属部材に照射する、
請求項５１記載の金属加熱方法。
【請求項５３】
前記光を照射するステップにおいて、
前記第２の金属部材の光照射面積より前記第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記第１の中心波長の光を照射するとともに、
前記第１の金属部材の光照射面積より前記第２の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記第２の中心波長の光を照射する、
請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５４】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光をバンドルファイバにより導光するステップを更に含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれを前記バンドルファイバの互いに異なる出射位置から出射して前記第１の金属部材または前記第２の金属部材に照射する、
請求項５３記載の金属加熱方法。
【請求項５５】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに波長幅以上異なる、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５６】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに１００ｎｍ以上異なる、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５７】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記第１の中心波長が６００ｎｍ未満である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５８】
前記第２の金属部材が錫を主成分とするものであり、前記第２の中心波長が６００ｎｍ以上である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５９】
前記第２の金属部材が半田である、請求項５８記載の金属加熱方法。
【請求項６０】
複数の光源と、
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバと、
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部と、
を備える光源装置。
【請求項６１】
前記制御部は、第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項６０記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、金属加熱装置、金属加熱方法、及び光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  金属を加熱する装置には種々の装置がある。例えば、半田付けは、ヒータによる加熱により行われる他、レーザ光照射による加熱によっても行われる。【０００３】  従来より、日本国公開実用新案公報実開平５−１８７５１号公報、或いは、池田正幸著、「レーザー工学」、オーム社、ｐｐ．５９−６２に記載されているように、レーザ光照射により半田を加熱するために、遠赤外域から長波長可視域の波長のレーザ光が用いられている（例えば特許文献１および非特許文献１を参照）。【０００４】  また、例えば、電子機器を製造する際に、電子部品や配線等を電気的に接続するために半田付けが行われる。半田付けは、金属部材上で半田を溶融させた後に、当該溶融半田を固化させることで行われる。日本国公開特許公報・特開平６−７１４２５号、日本国公開特許公報・特開平１１−１９７８６８号、及び日本国公開特許公報・特開２００２−２３９７１７号には、レーザ光照射により半田を溶融して半田付けを行うことができる装置および方法が開示されている。これらの文献に開示された半田付け方法は、半田の温度上昇速度を向上させることを意図したものである。
【発明の開示】
【０００５】  しかしながら、従来の装置では、対象物に応じた効率の良い加熱が困難であった。
【０００６】  そこで、本発明は、対象物に応じた効率の良い加熱が可能な金属加熱装置、金属加熱方法、及び光源装置を提供することを目的とする。
【０００７】  本発明の一側面に係る金属加熱装置は、中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力する光出力手段を備える。
【０００８】  また、本発明の別の一側面に係る金属加熱方法は、中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を光出力手段から出力するステップと、この光を、金属部材に照射するステップと、を含む。
【０００９】  本発明によれば、光出力手段から出力される光は、中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にあるものである。本発明によれば、光の中心波長が上記波長範囲内であるので、金（Ａｕ）を含む金属部材が効率良く加熱される。なお、本発明では、中心波長が波長範囲３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内にある光が出力されてもよい。
【００１０】  本発明の金属加熱装置は、光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、光出力手段からの光を入力端に入力し、該光を導光して出射端から出力する導光手段を更に備えることが好ましい。また、本発明の金属加熱方法は、導光手段の入力端に上記光出力手段からの光を入力して、該光を導光手段によって導光して該導光手段の出射端から出力するステップを更に含むことが好ましい。この場合には、光出力手段と出射端の相対位置を自由に決めることができるので、装置設計の自由が増す。
【００１１】  ここで、本発明の金属加熱装置では、光出力手段が、光を出力する光源を含むことができる。本発明の金属加熱装置において、当該光源がレーザ光源であることが好適である。この場合には、光の波長幅が小さくなるので、加熱に適した波長の光を効率的に照射することができる。また、当該光源が半導体素子を用いた光源であることが好ましい。これらの場合には、発光効率が高く、光源の寿命が長く、装置を小型化する上で好都合である。また、本発明の金属加熱方法において、上記の光として、レーザ光を出力することが好適である。
【００１２】  本発明の金属加熱装置では、導光手段として光ファイバを含むことが好適である。また、本発明の金属加熱方法では、導光手段としての光ファイバによって光を導光することが好適である。この場合には、光ファイバが軽量で可撓性を有することから、光照射位置の変更が容易で自由度が高い。
【００１３】  本発明に係る金属加熱装置は、光を拡大、収斂又はコリメートするレンズを更に含んでもよい。本発明の金属加熱方法は、光をレンズによって拡大、収斂又はコリメートするステップを更に含んでもよい。この場合には、光を照射する大きさ（径）や光パワー密度を所望の程度に調整することができる。
【００１４】  また、本発明に係る金属加熱装置では、光出力手段が、光を出力する複数の光源を含むことができる。当該複数の光源の各々がレーザ光源であることが好適である。また、当該光源が半導体素子を用いた光源であることが更に好ましい。この場合には、導光手段から出力される光のパワーが大きくなるので、光照射面積の拡大、或いは光パワー密度の増大が可能となる。が可能となる。また、個々の光源に供給される駆動電流を小さくすることができるので、各半導体レーザ光源の故障の発生頻度が低減され得る。また、個々の光源に故障が発生した場合、故障していない他の光源の出力を増大し、故障した光源による出力低下を補う出力制御を行うことによって、装置としての故障の発生頻度が低減され得る。また、本発明に係る金属加熱方法では、複数の光源から光を出力することが好適であり、この場合に、当該光がレーザ光であることが好ましい。
【００１５】  上記の複数の光源は、第１の中心波長の光を出力する第１の光源と、第２の中心波長の光を出力する第２の光源とを含んでもよい。この場合には、各々の光源の中心波長を照射対象の各金属の加熱に適した波長とすることによって、効率的な加熱を行うことが可能である。
【００１６】  本発明の金属加熱装置では、導光手段が複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバを含み、複数の光源のうち対応する光源から出力される光を各光ファイバが導光するのが好適である。本発明の金属加熱方法では、複数の光源に対して１対１に設けられた導光手段としての複数の光ファイバの各々によって、複数の光源のうち対応の光源から出力される光を導光することが好ましい。この場合には、各光源から出力された光は、対応する光ファイバにより導光されて、金属部材に照射される。また、この場合には、強度あるいは中心波長の異なる光源の光を混ぜることなく個別に照射することができるので、二次元的に材料や形状の異なる対象物を効率的に加熱することが可能である。
【００１７】  本発明に係る金属加熱装置は、複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズを更に含んでもよい。また、本発明に係る金属加熱方法では、複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズによって光を収斂又はコリメートするステップを更に含んでもよい。
【００１８】  本発明に係る金属加熱装置は、複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部を更に備えるのが好適である。また、本発明の金属加熱方法は、複数の光源それぞれの出力動作を制御部によって個々に制御するステップを更に含んでもよい。この場合には、複数の光源それぞれの出力動作が個々に制御部により制御され、各光源に対応する光ファイバにより導光されて金属部材に照射される光のパワーは個々に調整され得る。
【００１９】  また、本発明に係る金属加熱装置は、複数の光ファイバそれぞれの出射端が一次元的または二次元的に配列されているのが好適である。この場合には、光が照射される範囲を広くすることができ、また、制御部により個々の光源の出力動作が制御されることにより、光が照射される範囲を可変とすることができる。
【００２０】  本発明に係る金属加熱装置は、複数の光ファイバそれぞれの出射端からの光が交差する面に沿って設けられた搭載手段と、搭載手段上の領域の画像を撮影する撮影手段と、撮影手段によって撮影された画像に基づいて、搭載手段又は出射端を移動させるための案内手段と、複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部とを更に備えることが好ましい。また、本発明に係る金属加熱方法は、搭載手段に金属部材を搭載するステップと、撮影手段によって金属部材の画像を撮影するステップと、撮影手段によって撮影された画像に基づいて、金属部材又は出射端の位置を調整するステップと、制御部によって複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御するステップとを更に含むことが好ましい。本発明によれば、搭載部手段上に金属部材が搭載されることによって、金属部材に対する光の照射位置が精度良く調整される。
【００２１】  本発明の更に別の一側面に係る光源装置は、複数の光源と、複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバと、複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部とを備える。この光源によれば、種々のパターンの光を対象物に照射することが可能である。
【００２２】  本発明に係る金属加熱装置では、制御部が、搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、複数の光源の出力動作を制御することが好ましい。また、本発明に係る金属加熱装置は、半田を加熱する装置であることができる。この場合には、半田接続箇所だけを加熱することができ、半田のリフロー工程により半田付け箇所以外の部分も加熱されるようなことがないため、半田付けした部品の歩留りや信頼性を向上することができる。
【００２３】  本発明の金属加熱方法では、前記搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御することが好ましい。また、本発明の金属加熱方法は、光を金属部材に照射することによって半田を加熱する方法であることができる。また、本発明の金属加熱方法は、金属部材上に錫を含む半田を供給するステップを更に含み、金属部材が、金を含んでおり、金属部材の位置を調整するステップでは、半田の位置を第１の領域に調整し、金属部材の位置を第２の領域に調整することが好ましい。また、本発明の光源装置において、制御部は、搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、複数の光源の出力動作を制御することが好ましい。
【００２４】  本発明によれば、例えば、基板の配線パターンとＩＣの端子とを半田付けする場合には、半田を第１の領域に位置させ、配線パターンを第２の領域に位置させることによって、配線パターンの熱によって半田を溶融させることができるので、半田付けの歩留りや信頼性を向上することができる。
【００２５】  本発明に係る金属加熱装置は、複数の光ファイバそれぞれの出射端と光学的に結合された入力端と、該入力端に入力した光を出力する出力端とを有する１本の光ファイバを更に含むことが好適であり、この場合には、半田に照射されるレーザ光のパワーを大きくすることができる。
【００２６】  本発明に係る金属加熱方法は、（１）第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、（２）第１の金属部材および第２の金属部材の双方または第１の金属部材のみに光を照射するステップと、を含む。この光はレーザ光であることが好適である。
【００２７】  本発明の金属加熱方法は、（３ａ）光を照射するステップにおいて、第１の金属部材の反射率より第２の金属部材の反射率が大きい中心波長の光を照射することが好適である。本発明の金属加熱方法によれば、第２の金属部材の温度上昇速度より、第１の金属部材の温度上昇速度を早くすることができる。また、第１の金属部材または第２の金属部材の各位置における温度上昇を制御することができる。
【００２８】  本発明に係る金属加熱方法において、第２の金属部材は半田であってもよい。第１の金属部材が金を主成分とするものであり、第２の金属部材が錫を主成分とするものであってもよく、この場合には、光の中心波長が５５０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、金属部材と半田とは半田付けの相性がよい。また、第１の金属部材の温度を先に高くすることができるので、第１の金属部材に接する部分から半田を溶融させることができる。したがって、歩留りや信頼性が高い半田付けを行うことができる。ここで、ある対象物を「主成分とする」とは、当該対象物を「最も多い割合で含む」という意味である。したがって、５０％以下の割合である場合も含まれる。
【００２９】  本発明に係る金属加熱方法は、（３ｂ）第２の金属部材の光照射面積より第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように光を照射するのが好適である。また、第１の金属部材のみに光を照射することも好適である。また、このとき、第１の金属部材が金を主成分とするものであり、光の中心波長が６００ｎｍ未満であることが好適である。また、第２の金属部材が、錫を主成分とする半田であることが好適である。この場合にも、第２の金属部材の温度上昇速度より第１の金属部材の温度上昇速度を速くすることができる。また、第２の金属部材が半田である場合には、半田のうち第１の金属部材に接する部分を最初に溶融させる上で好都合である。
【００３０】  本発明に係る金属加熱方法は、（３ｃ）第２の金属部材へのエネルギ付与量より第１の金属部材へのエネルギ付与量が大きくなるように光を照射することが好適である。また、第２の金属部材が半田であることが好適であり、第１の金属部材が、金を主成分とするものであり、第２の金属部材が錫を主成分とするものであることが好適である。この場合にも、第２の金属部材の温度上昇速度より第１の金属部材の温度上昇速度を速くすることができる。また、第２の金属部材が半田である場合には、半田のうち第１の金属部材に接する部分を最初に溶融させる上で好都合である。
【００３１】  本発明に係る金属加熱方法は、（３ｄ）レーザ光として第１の中心波長の光および第２の中心波長の光を照射するのが好適である。この場合にも、第２の金属部材の温度上昇速度より第１の金属部材の温度上昇速度を速くすることができる。
【００３２】  本発明に係る金属加熱方法では、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれの出射位置が共通であるのが好適である。また、このとき、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光を共通の光ファイバにより導光して、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれを光ファイバの端面から出射して第１の金属部材または第２の金属部材に照射するのが好適である。この場合には、第１の金属部材または第２の金属部材へレーザ光を導光または照射する為の光学系を簡易かつ安価なものとすることができる。
【００３３】  本発明に係る金属加熱方法では、第２の金属部材の光照射面積より第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように第１の中心波長の光を照射するとともに、第１の金属部材の光照射面積より第２の金属部材の光照射面積が大きくなるように第２の中心波長の光を照射するのが好適である。また、このとき、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光をバンドルファイバにより導光して、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれをバンドルファイバの互いに異なる出射位置から出射して第１の金属部材または第２の金属部材に照射するのが好適である。この場合には、第１の金属部材の温度上昇については第１の中心波長の光の照射が支配的となり、第２の金属部材の温度上昇については第２の中心波長の光の照射が支配的となるので、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれの波長、照射強度および照射範囲等の何れかを調整することで最適な加熱を行うことができる。また、バンドルファイバを用いる場合には、第１の金属部材または第２の金属部材へ光を導光または照射する為の光学系を簡易かつ安価なものとすることができる。
【００３４】  本発明に係る金属加熱方法では、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに波長幅以上異なるのが好適である。或いは、第１の中心波長の光および第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに１００ｎｍ以上異なるのが好適である。このように各々の中心波長が異なる第１の中心波長の光および第２の中心波長の光を用いるとともに、第１の金属材料または第２の金属部材に対する照射の際の諸条件を適切に設定することにより、効率的な加熱を行うことができる。
【００３５】  本発明に係る金属加熱方法では、第１の金属部材が金を主成分とするものであり、第１の中心波長が６００ｎｍ未満であるのが好適である。また、第２の金属部材が錫を主成分とするものであり、第２の中心波長が６００ｎｍ以上であるのが好適である。また、第２の金属部材は半田であることが好適である。この場合には、第１の金属部材と第２の金属部材である半田との半田付けの相性がよい。中心波長６００ｎｍ未満では金の反射率は小さいので、金を主成分とする第１の金属部材に中心波長６００ｍｍ未満の光を照射することにより、第１の金属部材の加熱を効率的に行うことができる。また、中心波長６００ｎｍ以上の光を出力する光源として比較的安価で高出力のものが入手可能であり、一方、錫の反射率は波長依存性が小さいので、錫を主成分とする第２の金属部材には中心波長６００ｎｍ以上の光を照射することが好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る金属加熱装置の構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る金属加熱装置に含まれるＭ×Ｎ本の光ファイバそれぞれの出射端の配列を説明する図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る金属加熱装置の構成図である。
【図４】図４は、金、銀、及び銅の吸光率の波長依存性を示すグラフである。
【図５】図５は、錫の吸光率の波長依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、第３実施形態に係る金属加熱方法の説明図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る金属加熱方法の変形例の説明図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係る金属加熱方法の説明図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる半田付け装置の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態の金属加熱装置を概略的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、モニタに表示された基板の画面例ある。
【図１３】図１３は、半田付け箇所を拡大して示す図である。
【図１４】図１４は、光ファイバの出射端の他の配列を説明する図である。
【図１５】図１５は、光ファイバの出射端の他の配列を説明する図である。
【図１６】図１６は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。
【図１７】図１７は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。
【図１８】図１８は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。
【図１９】図１９は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】  １，２…金属加熱装置、１０…光出力部、２０…レンズ、３０…導光部、４０…固定部材、５０…制御部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】  以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【００３９】  （第１実施形態）【００４０】  先ず、本発明に係る金属加熱装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る金属加熱装置の構成図である。この図に示される金属加熱装置１は、光出力部１０、Ｍ×Ｎ個のレンズ２０１，１〜２０Ｍ，Ｎ、導光部（導光手段）３０、固定部材４０および制御部５０を備える。ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数である。また、以降で使用するｍは１以上Ｍ以下の任意の整数を表し、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数を表す。【００４１】  光出力部１０は、Ｍ×Ｎ個の光源１０１，１〜１０Ｍ，Ｎを有する。各光源１０ｍ，ｎは、中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力することが好適である。当該光は、レーザ光であることが更に好ましい。ここで、中心波長とは、波長幅の中心における波長であり、波長幅とは、半値幅である。【００４２】  光源１０ｍ，ｎには、半導体素子を用いた光源を用いることができる。例えば、光源１０ｍ，ｎとして、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＤ励起固体レーザ等を用いることができる。中心波長が５５０ｎｍ以下であれば、各種発光ダイオードを用いることができるので、高発光効率、高寿命、装置小型化が可能となる。中心波長３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であれば、高密度記録型デジタルビデオディスク光源として用いられ大量生産されている中心波長が４００ｎｍのレーザダイオードを用いることができ、出射端での高パワー密度を低廉に実現可能である。また、中心波長が３７０ｎｍ以上であれば、光は可視光となり、目視や汎用的な可視光カメラで、光の位置、ビーム径など照射状態を容易に確認できる。【００４３】  なお、レーザダイオードとしては、中心波長４００ｎｍの青紫色レーザダイオードが例示される。発光ダイオードとしては、中心波長４３０ｎｍのＧａＮ製のＬＥＤ、中心波長５００ｎｍのＩｎＧａＮ製のＬＥＤ，中心波長５５０ｎｍのＧａＰ製のＬＥＤ等が例示される。ＬＤ励起固体レーザとしては、中心波長３５５ｎｍのＮｄ−ＹＡＧ３倍波レーザ、中心波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧ２倍波レーザ等が例示される。その他の光源としては、中心波長４４２ｎｍのＨｅ−Ｃｄガスレーザ、中心波長４８８ｎｍ又は５１５ｎｍのＡｒ＋ガスレーザ、中心波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、中心波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ等が例示される。【００４４】  光源１０ｍ，ｎとして、レーザダイオードが用いられる場合には、ハイパワーで、且つ、冷却手段が簡易で小型な、金属加熱装置が提供される。発光ダイオードが用いられる場合には、より高効率な発光が可能であり、ランニングコストが低廉で、且つ、装置コストが低廉な金属加熱装置が提供される。ＬＤ励起固体レーザが用いられる場合には、非常にハイパワーな金属加熱装置が提供される。【００４５】  また、光源１０ｍ，ｎとして、ファイバレーザやＡＳＥ光源等のように、励起用光ダイオードと光ファイバを組み合わせたファイバ型光源が用いられてもよい。この場合には���導光部３０として用いられる光ファイバとの接続が容易になる。【００４６】  導光部３０は、Ｍ×Ｎ本の光ファイバ３０１，１〜３０Ｍ，Ｎを有している。各レンズ２０ｍ，ｎは、対応する光源１０ｍ，ｎから出力される光を集光して、対応する光ファイバ３０ｍ，ｎの入射端に該光を入射させる。各光ファイバ３０ｍ，ｎは、対応する光源１０ｍ，ｎから出力される光を導光するものであり、対応するレンズ２０ｍ，ｎにより集光された光を入射端に入力して、その光を導光して出射端から出力する。各光ファイバ３０ｍ，ｎの出射端には、出射する光をコリメートまたは収斂させる為のレンズといった集光光学系が設けられているのが好適である。【００４７】  固定部材４０は、Ｍ×Ｎ本の光ファイバ３０１，１〜３０Ｍ，Ｎそれぞれの出射端の配置を固定するためのものである。この固定部材４０により、Ｍ×Ｎ本の光ファイバ３０１，１〜３０Ｍ，Ｎそれぞれの出射端が二次元的に配列されている。図２は、第１実施形態に係る金属加熱装置に含まれるＭ×Ｎ本の光ファイバ３０１，１〜３０Ｍ，Ｎそれぞれの出射端の配列を説明する図である。この図に示されるように、二次元的配列において各光ファイバ３０ｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。なお、複数の光ファイバ３０は、図１４に示すように円形に配列されていてもよく、図１５に示す六角形の配列のように多角形に配列されていてもよい。【００４８】  制御部５０は、Ｍ×Ｎ個の光源１０１，１〜１０Ｍ，Ｎそれぞれの出力動作を個々に制御するものである。例えば、制御部５０は、各光源１０ｍ，ｎへ供給する駆動電流の大きさ或いは駆動電流の供給時間を制御してもよいし、変調器を用いて光ファイバ３０ｍ，ｎへの光結合の程度を制御してもよい。【００４９】  この金属加熱装置１は以下のように動作する。Ｍ×Ｎ個の光源１０１，１〜１０Ｍ，Ｎの全て又は何れかから光が出力されると、各光源１０ｍ，ｎから出力された光は、レンズ２０ｍ，ｎにより集光されて光ファイバ３０ｍ，ｎの入射端に入力し、光ファイバ３０ｍ，ｎにより導波され、光ファイバ３０ｍ，ｎの出射端から外部へ出力される。【００５０】  各光ファイバ３０ｍ，ｎの出射端から出力される光は、各光源１０ｍ，ｎから出力されて光ファイバ３０ｍ，ｎの入射端に入力したものである。したがって、Ｍ×Ｎ個の光源１０１，１〜１０Ｍ，Ｎそれぞれの出力動作が個々に制御部５０により制御されることにより、各光ファイバ３０ｍ，ｎの出射端から出力される光のパワーは調整される。そして、この出力された光が金属部材に照射されることで、金属部材が加熱される。【００５１】  本実施形態では、各光ファイバ３０ｍ，ｎの出射端から出力される光のパワーは個々に調整され得るので、加熱されるべき位置に選択的に光が照射され、他の部位への不要な光照射を抑制することができる。また、光照射位置の変更の自由度が大きいので、加熱されるべき位置が異なる複数の部品を連続して加熱することができる。【００５２】  また、本実施形態では、金属部材に照射される光の中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にあることにより、金を含む金属部材の加熱効率に優れる。図４は、金、銀、及び銅の吸光率の波長依存性を示すグラフである。ここで、吸光率は、１−反射率と略同等の関係を有する。【００５３】  従来技術のように赤外レーザ光（中心波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍ）を用いて金を含む金属部材を加熱する場合、図４に示すように赤外レーザ光の金の反射率が高いので、金を含む金属部材の加熱効率が低い。したがって、赤外レーザ光では、金を含む金属部材を効率良く加熱することができない。【００５４】  一方、第１実施形態の金属加熱装置１は、金の反射率が低い中心波長２００〜６００ｎｍの光を、金を含む金属部材に照射するので、当該金属部材を効率良く加熱することができる。すなわち、中心波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍでは、金の吸光率が３％以下と低い。一方、中心波長６００ｎｍ以下では、金の吸光率は１０％（３倍）を超えるので、高効率の加熱が可能となる。また、中心波長４８０ｎｍ以下では、金の吸光率は６０％と、可視光域で最も高い水準となり、更に高効率の加熱が可能となる。【００５５】  また、金属加熱装置１が、金を含む金属部材上で錫を含む半田による半田付けに使用される場合には、半田付けの歩留りや信頼性を向上することができる。図５は、錫の吸光率の波長依存性を示すグラフである。図４及び図５に示すように、錫、或いは錫を含む金属は、中心波長２００〜６００ｎｍの光の吸光率が金より低い。すなわち、上記波長の光を照射した場合の温度上昇速度が、錫より金の方が速い。したがって、半田が供給された金属部材に上記波長の光が照射されると、金属部材が先に加熱されて、半田の金属部材に接する部分が先に溶融する。その結果、半田付けの歩留りや信頼性が向上する。具体的に、中心波長５５０ｎｍ以下では、金の吸光率が錫の吸光率（２５％）より高くなり、温度上昇速度が錫より金の方が速くなる。したがって、信頼性の良い半田付けが可能となる。【００５６】  また、図５に示すように、中心波長８００ｎｍ以上では、銀（Ａｇ）の吸光率が３％以下と低い。一方、中心波長４２０ｎｍ以下では１０％（３倍）を超え、銀の高効率加熱が可能になる。【００５７】  また、図５に示すように、中心波長８００ｎｍ以上では、銅（Ｃｕ）の吸光率は５％以下と低い。一方、中心波長６００ｎｍ以下では、１５％（３倍）を超え、銅の高効率な加熱が可能となる。また、中心波長５００ｎｍ以下では、吸光率は４０％以上と、可視光域で最も、高い水準となり、更に高効率の加熱が可能となる。【００５８】  （第２実施形態）【００５９】  次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る金属加熱装置の構成図である。この図に示される金属加熱装置２は、光出力部１０、Ｋ個のレンズ２０１〜２０Ｋ、導光部（導光手段）３０、および制御部５０を備える。ただし、Ｋは２以上の整数である。また、以降で使用するｋは、１以上Ｋ以下の任意の整数を表す。【００６０】  光出力部１０は、Ｋ個の光源１０１〜１０Ｋを有している。各光源１０ｋは、各中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力することが好適である。当該光はレーザ光であることが更に好ましい。各光源１０ｋには、上述した光源１０ｍ，ｎと同様の光源を用いることができる。【００６１】  導光部３０は、Ｋ本の光ファイバ３０１〜３０Ｋ、及び１本の光ファイバ３１を有している。各レンズ２０ｋは、対応する光源１０ｋから出力される光を集光して、対応する光ファイバ３０ｋの入射端に該光を入射させる。各光ファイバ３０ｋは、対応する光源１０ｋから出力される光を導光するものであり、対応するレンズ２０ｋにより集光された光を入射端に入力して、その光を導光して出射端から出力する。【００６２】  光ファイバ３１の入射端は、Ｋ本の光ファイバ３０１〜３０Ｋそれぞれの出射端と光学的に結合されている。光ファイバ３１は、Ｋ本の光ファイバ３０１〜３０Ｋそれぞれの出射端から出射される光を自己の入射端に入力して、その光を更に導光して出射端から出力する。光ファイバ３１の出射端には、出射する光をコリメートまたは収斂させる為のレンズといった集光光学系が設けられているのが好適である。【００６３】  制御部５０は、Ｋ個の光源１０１〜１０Ｋそれぞれの出力動作を個々に制御するものである。例えば、制御部５０は、各光源１０ｋへ供給する駆動電流の大きさを制御してもよいし、変調器を用いて光ファイバ３０ｋへの光結合の程度を制御してもよい。【００６４】  この金属加熱装置２は以下のように動作する。Ｋ個の半導体レーザ光源１０１〜１０Ｋの全て又は何れかから光が出力されると、各光源１０ｋから出力された光は、レンズ２０ｋにより集光されて光ファイバ３０ｋの入射端に入力し、光ファイバ３０ｋにより導波され、さらに、光ファイバ３１により導波されて、光ファイバ３１の出射端から外部へ出力される。【００６５】  この光ファイバ３１の出射端から出力される光は、各光源１０ｋから出力されて光ファイバ３０ｋの入射端に入力した光が合波されたものである。したがって、Ｋ個の光源１０１〜１０Ｋそれぞれの出力動作が個々に制御部５０により制御されることにより、光ファイバ３１の出射端から出力される光のパワーは調整される。そして、この出力された光が金属部材に照射されることで、金属部材が加熱される。【００６６】  本実施形態では、光ファイバ３１の出射端から出力される光のパワーが適切に調整され得るので、金属部材の加熱に必要なだけのパワーの光が半田に照射され、他の部位の不要な加熱を低減することができる。また、個々の光源の駆動電流を小さくすることができるので、光源の故障の発生頻度が低減され得る。【００６７】  また、この金属加熱装置２が、金属加熱装置１と同様に金を含む部材を効率良く加熱することができる。更に、金属加熱装置２が、金属加熱装置１と同様に、金を含む金属部材への錫を含む半田による半田付けに用いられる場合には、半田付けの歩留りや信頼性を向上することができる。【００６８】  （第３実施形態）【００６９】  以下、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る半田付け方法の説明図である。この第３実施形態に係る金属加熱方法は、金属部材（第１の金属部材）１１１上に半田（第２の金属部材）１１２を供給し、金属部材１１１上で半田１１２を溶融させて半田付けする方法である。この金属加熱方法では、金属部材１１１および半田１１２の双方または金属部材１１１のみにレーザ光Ｌが照射される。このようにレーザ光Ｌが照射されることによって、金属部材１１１の上に置かれた半田１１２のうち金属��材１１１に対向する部分、すなわち半田１１２の金属部材１１１に接する部分が最初に溶融する。このように、金属部材１１１の上に置かれた半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分が、この対向部分とは反対側の部分より先に溶融することで、半田付けの歩留りや信頼性が高いものとなる。【００７０】  この金属加熱方法では、金属部材１１１の反射率より半田１１２の反射率が大きい波長のレーザ光Ｌを照射するのが好適である。また、図４及び図５に金および錫それぞれの吸光率の波長依存性が示されるように、波長５５０ｎｍ以下では錫の吸光率より金の吸光率が大きいことから、金属部材１１１が金を主成分とするものであり、半田１１２が錫を主成分とするものであるのが好適であり、レーザ光Ｌの中心波長が５５０ｎｍ以下であるのが好適である。この場合には、半田１１２の温度上昇速度より金属部材１１１の温度上昇速度を速くして、半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分を最初に溶融させる上で好都合である。また、この場合には、金属部材１１１と半田１１２とは半田付けの相性がよい。なお、近年では、環境に対する配慮から、鉛を含む半田に替えて、錫を主成分として含む半田（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）の利用が増えてきている。【００７１】  また、半田１１２のレーザ光照射面積より金属部材１１１のレーザ光照射面積が大きくなるようにレーザ光Ｌを照射するのも好適である。また、図７に示されるように、金属部材１１１のみにレーザ光Ｌを照射するのも好適である。また、このとき、図４及び図５に示されるように波長６００ｎｍ未満では金の吸光率が大きいことから、金属部材１１１が金を主成分とするものであり、レーザ光Ｌの中心波長が６００ｎｍ未満であるのが好適である。この場合にも、半田１１２の温度上昇速度より金属部材１１１の温度上昇速度を速くして、半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分を最初に溶融させる上で好都合である。【００７２】  また、半田１１２へのエネルギ付与量より金属部材１１１へのエネルギ付与量が大きくなるようにレーザ光Ｌを照射するのが好適である。ここで、エネルギ付与量は、照射エネルギと吸光率との積で表される。金属部材１１１および半田１１２それぞれへのエネルギ付与量を調整するには、各々のレーザ光反射率（つまり、レーザ光Ｌの波長）、各々のレーザ光照射強度、および、各々のレーザ光照射範囲、等の何れかを調整すればよい。この場合にも、半田１１２の温度上昇速度より金属部材１１１の温度上昇速度を速くして、半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分を最初に溶融させる上で好都合である。【００７３】  （第４実施形態）【００７４】  次に、本発明の第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に係る金属加熱方法の説明図である。この第４実施形態に係る金属加熱方法は、金属部材（第１の金属部材）１１１上に半田（第２の金属部材）１１２を供給し、金属部材１１１上で半田１１２を溶融させて半田付けする方法であって、金属部材１１１または半田１１２にレーザ光Ｌ１，Ｌ２が照射される。このようにレーザ光Ｌ１，Ｌ２が照射されることによって、金属部材１１１の上に置かれた半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分、すな���ち、半田１１２の金属部材１１１に接する部分が最初に溶融する。このように、金属部材１１１の上に置かれた半田１１２のうち金属部材１１１に対向する部分が、この対向部分とは反対側の部分より先に溶融することで、半田付けの歩留りや信頼性が高いものとなる。【００７５】  この第４実施形態に係る金属加熱方法は、金属部材１１１または半田１１２に照射するレーザ光として、第１の中心波長のレーザ光Ｌ１および第２の中心波長のレーザ光Ｌ２を用いる点に特徴を有する。【００７６】  図９は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の一例を示す図である。この図に示される金属加熱装置４では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、光出力部１０から出力されて結合光学系（レンズ）２０を経て導光部（光ファイバ）３０の一端に入射され、この導光部３０により導波された後に導光部３０の他端から出射され、レンズ１２０により集光またはコリメートされて、金属部材１１１または半田１１２に照射される。このように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれの出射位置が共通であるのが好適である。このようにすることにより、金属部材１１または半田１２へレーザ光Ｌ１，Ｌ２を導光または照射する為の光学系を簡易かつ安価なものとすることができる。【００７７】  図１０は、第４実施形態に係る金属加熱方法で好適に用いられる金属加熱装置の構成の他の例を示す図である。この図に示される金属加熱装置４ａは、レンズ１２０を備える点を除いて、図１に示した金属加熱装置１と同様の構成を有する。この金属加熱装置４ａでは、光出力部１０が複数の光源１０ｋを有しており、複数の光源１０ｋのうち一部が第１の中心波長のレーザ光Ｌ１を出力し、他の一部が第２の中心波長のレーザ光Ｌ２を出力する。なお、ｋは１以上の整数であり、図１０においては、ｋが１及び２の場合の例が示されている。【００７８】  一方のレーザ光Ｌ１は、光出力部１０の光源１０１から出力されて結合光学系（レンズ）２０１を経て、導光部３０としてのバンドルファイバの一端に入射される。他方のレーザ光Ｌ２は、光源１０２から出力されて結合光学系（レンズ）２０２を経て導光部３０としてのバンドルファイバの一端に入射される。バンドルファイバ３０の一端に入射したレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、バンドルファイバ３０により導波された後にバンドルファイバ３０の他端から出射され、レンズ１２０により集光またはコリメートされて、金属部材１１１または半田１１２に照射される。【００７９】  この図１０に示されるようにバンドルファイバ３０を用いることにより、レーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれをバンドルファイバ３０の互いに異なる出射位置から出射して金属部材１１１または半田１１２に照射することが容易となる。また、半田１１２のレーザ光照射面積より金属部材１１１のレーザ光照射面積が大きくなるようにレーザ光Ｌ１を照射するとともに、金属部材１１１のレーザ光照射面積より半田１１２のレーザ光照射面積が大きくなるようにレーザ光Ｌ２を照射することが容易となる。このようにすることにより、金属部材１１１の温度上昇についてはレーザ光Ｌ１の照射が支配的となり、半田１１２の温度上昇についてはレーザ光Ｌ２の照射が支配的となるので、レーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれの波長、照射強度および照射範囲等の何れかを調整することで最適な半田付けを行うことができる。また、バンドルファイバ３０を用いることにより、金属部材１１１または半田１１２へレーザ光Ｌ１，Ｌ２を導光または照射する為の光学系を簡易かつ安価なものとすることができる。【００８０】  なお、レーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれの中心波長は、互いに波長幅以上異なるのが好適であり、或いは、互いに１００ｎｍ以上異なるのが好適である。このように各々の中心波長が異なるレーザ光Ｌ１，Ｌ２を用いるとともに、金属材料１１１または半田１１２に対する照射の際の諸条件を適切に設定することにより、効率的な半田付けを行うことができる。【００８１】  また、金属部材１１１が金を主成分とするものであり、レーザ光Ｌ１の中心波長が６００ｎｍ未満であるのが好適である。また、半田１１２が錫を主成分とするものであり、レーザ光Ｌ２の中心波長が６００ｎｍ以上であるのが好適である。このようにすることにより、金属部材１１１と半田１１２とは半田付けの相性がよい。図４及び図５に示されるように波長６００ｎｍ未満では金の反射率は小さいので、金を主成分とする金属部材１１１に中心波長６００ｍｍ未満のレーザ光Ｌ１を照射することにより、金属部材１１１の加熱を効率的に行うことができる。また、中心波長６００ｎｍ以上のレーザ光Ｌ２を出力する光源１０ｋとして比較的安価で高出力のもの（例えば、出力波長８００ｎｍの半導体レーサ光源、出力波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光源、等）が入手可能であり、図４及び図５に示されるように錫の反射率は波長依存性が小さいので、錫を主成分とする半田１１２には中心波長６００ｎｍ以上のレーザ光Ｌ２を照射するのが好都合である。【００８２】  なお、光源１０ｋからのレーザ光がファイバ３０に十分に導かれる場合には、図１６に示すように、レンズ２０ｋが無くてもよい。また、図１７に示すように、単一のレンズ２０によって光源１０ｋからのレーザ光がファイバ３０に導かれてもよい。また、図１８に示すように、ファイバを用いずにレンズ１２０によってレーザ光を集光して照射してもよい。また、図１９に示すように、光源１０ｋから直接、光を照射してもよい。【００８３】  （第５実施形態）【００８４】  以下、本発明の第５実施形態について説明する。図１１は、第５実施形態の金属加熱装置を概略的に示す斜視図である。この図に示される金属加熱装置５には、上述した金属加熱装置１、２、４、或いは４ａを、光源装置６０として用いることができる。光源装置６０は、光出力部１０及び制御部５０を内蔵したモジュール６２を有しており、モジュール６２には、導光部３０が接続されている。【００８５】  また、金属加熱装置５は、ベース６４、第１のステージ（搭載手段）６６、ガイド（案内手段）６８ａ及び６８ｂ、支柱７０、第２のステージ７２、半田供給ユニット７４、カメラ（撮影手段）７６、並びにモニタ７８を備えている。【００８６】  ベース６４は、ガイド６８ａ及び６８ｂを介して第１のステージ６６を支持している。第１のステージ６６は、導光部３０の出力端３０ａからの光が交差する面に沿って設けられている。第１のステージ６６は、上記光の光軸に交���する二方向にガイド６８ａ及び６８ｂによって移動可能になっている。なお、第１のステージ６６を移動させるためのステップモータ等の駆動系が設けられていてもよい。【００８７】  支柱７０は、ベース６４に支持され、上記の光軸と同方向に延びている。第２のステージ７２は、支柱７０に支持されており、且つ支柱７０に沿って移動可能となっている。なお、第２のステージ７２を移動させるためのエアシリンダ等を有する駆動系が設けられていてもよい。【００８８】  半田供給ユニット７４は、第１のステージ６６上に搭載された金属部材に半田を供給するものであり、リールに巻かれた糸半田を金属部材上に供給可能になっている。【００８９】  カメラ７６は、第１のステージ６６上の領域の画像を撮影し、モニタ７８に当該画像を出力する。したがって、第１のステージ６６上に搭載された金属部材の画像がモニタ７８によって表示される。【００９０】  また、金属加熱装置５は、第１のステージ６６上の領域の温度を計測する温度センサ８０を備えていてもよい。この場合には、温度センサ８０からの出力が制御部５０に与えられることによって、光出力部１０からの光出力が制御される。温度センサ８０は、赤外線ＣＣＤカメラのように、二次元の温度分布を測定する装置であることが好ましい。この場合には、温度分布の測定結果に基づいて、制御部５０によって複数の光源の光出力を個別に調整することにより、目標とする最適な温度分布になるよう加熱することが可能となる。【００９１】  以下、金属加熱装置１を光源装置６０として備えた金属加熱装置５を例として、その動作を説明する。ここでは、金属部材として金を含有するパターンが設けられた基板上に、ＩＣチップが搭載され、当該パターンとＩＣチップの端子が錫を含む半田によって半田付けされる例を説明する。【００９２】  図１２は、モニタに表示された基板の画面例を示している。当該金属加熱装置５を用いる場合には、まず、第１のステージ６６上に基板９０が搭載される。そして、カメラ７６によって撮影された基板９０の画像に基づいて、第１のステージ６６が移動される。例えば、図１２に示すように、二つのＩＣチップ９２を基板９０に搭載する場合には、ＩＣチップ９２を搭載する領域９８ａ及び９８ｂの一方に、出力端３０ａからの光が照射されるように、第１のステージ６６を移動させる。この移動は、出力端３０ａからの光が照射される領域のうち、第１の領域に後述する半田が位置し、第２の領域に基板９０のパターン９０ａが位置するように実行される。なお、この移動は、画像処理の結果に基づき第１のステージ６６の駆動系を制御することによって実行されてもよく、手動によって実行されてもよい。【００９３】  次に、基板９０上にＩＣチップ９２が搭載される。次いで、基板９０のパターン９０ａ上及びＩＣチップ９２の端子９２ａ上に半田９６が、半田供給ユニット７４によって供給される。【００９４】  そして、制御部５０からの駆動電流によって光出力部１０から光が出力される。図１３は、半田付け箇所を拡大して示す図である。図１３において、点線で記した円形のマークは、各光ファイバ３０ｍ，ｎからの基板９０上におけるスポット光を示している。【００９５】  ここで、制���部５０は、第２の領域に照射する光を出力する光源１０ｍ，ｎに与える駆動電流を、第１の領域に照射する光を出力する光源１０ｍ，ｎの駆動電流より大きくする。他の領域に照射する光を出力する光源１０ｍ，ｎは、更に小さい駆動電流が供給されるか、又は駆動電流が供給されない。この第１の領域とは、図１３において斜線のハッチングを付したスポット光が照射される領域であり、半田９６が位置すべき領域である。また、第２の領域とは、図１３において格子状のハッチングを付したスポット光が照射される領域であり、パターン９０ａが位置すべき領域である。これによって、パターン９０ａに照射する光の強度を強くすることができ、半田９６よりパターン９０ａの温度を先に上昇させることができる。その結果、パターン９０ａに接する部分の半田９６が先に溶融し、信頼性の高い半田付けが達成される。また、第２の領域は、第１の領域の一部を囲むようになっており、ＩＣチップ９２に強度の大きい光が照射されない。したがって、ＩＣ９２の故障が防止される。【００９６】  半田９６の溶融後には、光源１０ｍ，ｎへの電流供給が停止され、半田が硬化される。このとき、基板９０を強制的に冷却することによって、硬化時間を短縮してもよい。【００９７】  そして、領域９８ａ或いは９８ｂの他方に出力端３０ａからの光が照射されるように、第１のステージ６６を移動させた後、上記の処理が繰り返される。【００９８】  以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、金属部材を効率良く加熱することができるので、金属のアニーリング、金属の歪除去、金属の変形加工等にも適用することが可能である。また、金属微粒子の焼結加工にも適用可能である。【００９９】  また、光源の数は、複数でなくてもよく、１つでもよい。第１実施形態においては複数の光ファイバの出射端が二次元的に配列されたが、複数の光ファイバの出射端が一次元的に配列されてもよい。【０１００】  また、金属加熱装置１，３，４，及び４ａは光源装置としても用いることができる。金属加熱装置１及び４ａを光源装置として用いる場合には、当該光源装置を種々のパターンの光を照射する装置として好適に用いることができる。この場合に、当該光源装置は、上記の所定波長範囲の光を出力する光源に限らず種々の波長範囲の光を出力する光源を備えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本発明によれば、対象物に応じた効率の良い加熱が可能な金属加熱装置、金属加熱方法、及び光源装置が提供される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月20日(2006.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を出力する光出力手段を備える金属加熱装置。
【請求項２】
前記光出力手段は、中心波長が波長範囲３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内にある光を出力する、請求項１記載の金属加熱装置。
【請求項３】
前記光出力手段は、前記光を出力する光源を含む、請求項１又は２記載の金属加熱装置。
【請求項４】
前記光源としてレーザ光を出力するレーザ光源を含む、請求項３記載の金属加熱装置。
【請求項５】
前記光源として半導体素子を用いた光源を含む、請求項３記載の金属加熱装置。
【請求項６】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項１〜５の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項７】
前記導光手段として光ファイバを含む、請求項６記載の金属加熱装置。
【請求項８】
前記光を拡大、拡大、収斂又はコリメートするレンズを更に含む、請求項１〜７の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項９】
前記光出力手段は、前記光を出力する複数の光源を含む、請求項１又は２記載の金属加熱装置。
【請求項１０】
前記複数の光源は、レーザ光を出力するレーザ光源である、請求項９記載の金属加熱装置。
【請求項１１】
前記光源として半導体素子を用いた光源を含む、請求項９記載の金属加熱装置。
【請求項１２】
前記複数の光源は、第１の中心波長の光を出力する第１の光源と、第２の中心波長の光を出力する第２の光源とを含む、請求項９〜１１の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１３】
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部を更に備える、請求項９〜１２の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１４】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項９〜１３の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１５】
前記導光手段は、前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバを含み、
前記複数の光ファイバの各々は、前記複数の光源のうち対応する光源から出力される光を導光する、
請求項１４記載の金属加熱装置。
【請求項１６】
前記導光手段は、前記複数の光ファイバそれぞれの出射端と光学的に結合された入力端と、該入力端に入力した光を出力する出力端とを有する１本の光ファイバを更に含む、請求項１５記載の金属加熱装置。
【請求項１７】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズを更に含む、請求項９〜１６の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項１８】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端が一次元的または二次元的に配列されている、請求項１５記載の金属加熱装置。
【請求項１９】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端からの光が交差する面に沿って設けられた搭載手段と、
前記搭載手段上の領域の画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された画像に基づいて、前記搭載手段又は前記出射端を移動させるための案内手段と、
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部と、
を更に備える、請求項１８に記載の金属加熱装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項１９記載の金属加熱装置。
【請求項２１】
前記光を照射することによって半田を加熱する、請求項１〜２０の何れか一項記載の金属加熱装置。
【請求項２２】
中心波長が波長範囲２００ｎｍ〜６００ｎｍ内にある光を光出力手段から出力するステップと、
前記光を、金属部材に照射するステップと、
を含む、金属加熱方法。
【請求項２３】
前記光は、中心波長が波長範囲３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ内にある光である、請求項２２記載の金属加熱方法。
【請求項２４】
前記光として、レーザ光を出力する、請求項２２又は２３記載の金属加熱方法。
【請求項２５】
導光手段の入力端に前記光出力手段からの光を入力して、該光を前記導光手段によって導光して該導光手段の出射端から出力するステップを更に含む、請求項２２〜２４の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項２６】
前記導光手段としての光ファイバによって前記光を導光する、請求項２５記載の金属加熱方法。
【請求項２７】
前記光をレンズによって拡大、収斂又はコリメートするステップを更に含む、請求項２２〜２６の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項２８】
前記光出力手段としての複数の光源の各々から前記光を出力する、請求項２２又は２３記載の金属加熱方法。
【請求項２９】
前記複数の光源からレーザ光を出力する、請求項２８記載の金属加熱方法。
【請求項３０】
前記複数の光源それぞれの出力動作を制御部によって個々に制御するステップを更に含む、請求項２８又は２９記載の金属加熱方法。
【請求項３１】
前記光出力手段に光学的に結合された入力端と、出力端とを有し、前記光出力手段からの光を前記入力端に入力し、該光を導光して前記出射端から出力する導光手段を更に備える、請求項２８〜３０の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項３２】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた前記導光手段としての複数の光ファイバの各々によって、前記複数の光源のうち対応の光源から出力される光を導光する、
請求項３１に記載の金属加熱方法。
【請求項３３】
前記導光手段として前記複数の光ファイバそれぞれの出射端に光学的に結合した１本の光ファイバによって、前記光を更に導光する、請求項３２に記載の金属加熱方法。
【請求項３４】
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数のレンズによって前記光を収斂又はコリメートするステップを更に含む、請求項２８又は２９記載の金属加熱方法。
【請求項３５】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端が一次元的または二次元的に配列されている、請求項３２記載の金属加熱方法。
【請求項３６】
搭載手段に前記金属部材を搭載するステップと、
撮影手段によって前記金属部材の画像を撮影するステップと、
前記撮影手段によって撮影された画像に基づいて、前記金属部材の位置又は前記出射端の相対位置を調整するステップと、
制御部によって前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御するステップと、
を更に含む、請求項３５に記載の金属加熱方法。
【請求項３７】
前記制御部は、前記搭載手段上の第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項３６記載の金属加熱方法。
【請求項３８】
前記光を前記金属部材に照射することによって半田を加熱する、請求項２２〜３７の何れか一項記載の金属加熱方法。
【請求項３９】
前記金属部材上に錫を含む半田を供給するステップを更に含み、
前記金属部材は、金を含んでおり、
前記金属部材の位置を調整する前記ステップでは、前記半田の位置を第１の領域に調整し、前記金属部材の位置を前記第２の領域に調整する、請求項３７記載の金属加熱方法。
【請求項４０】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の金属部材の反射率より前記第２の金属部材の反射率が大きい波長の前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４１】
前記第２の金属部材が半田である、請求項４０記載の金属加熱方法。
【請求項４２】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記第２の金属部材が錫を主成分とするものであり、
前記光の中心波長が５５０ｎｍ以下である、
請求項４０又は４１記載の金属加熱方法。
【請求項４３】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第２の金属部材の光照射面積より前記第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４４】
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の金属部材のみに前記光を照射する、請求項４３記載の金属加熱方法。
【請求項４５】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記光の中心波長が６００ｎｍ未満である、請求項４３又は４４に記載の金属加熱方法。
【請求項４６】
前記第２の金属部材が錫を主成分とする半田である、請求項４５記載の金属加熱方法。
【請求項４７】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第２の金属部材へのエネルギ付与量より前記第１の金属部材へのエネルギ付与量が大きくなるように前記光を照射する、
金属加熱方法。
【請求項４８】
前記第２の金属部材が半田である、請求項４７記載の金属加熱方法。
【請求項４９】
前記第１の金属部材が、金を主成分とするものであり、前記第２の金属部材が錫を主成分とするものである、請求項４７又は４８記載の金属加熱方法
【請求項５０】
第１の金属部材上に第２の金属部材を供給するステップと、
前記第１の金属部材および前記第２の金属部材の双方または前記第１の金属部材のみに光を照射するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記光として第１の中心波長の光および第２の中心波長の光を照射する、金属加熱方法。
【請求項５１】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの出射位置が共通である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５２】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光を共通の光ファイバにより導光するステップを更に含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれを前記光ファイバの端面から出射して前記第１の金属部材または前記第２の金属部材に照射する、
請求項５１記載の金属加熱方法。
【請求項５３】
前記光を照射するステップにおいて、
前記第２の金属部材の光照射面積より前記第１の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記第１の中心波長の光を照射するとともに、
前記第１の金属部材の光照射面積より前記第２の金属部材の光照射面積が大きくなるように前記第２の中心波長の光を照射する、
請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５４】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光をバンドルファイバにより導光するステップを更に含み、
前記光を照射するステップにおいて、前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれを前記バンドルファイバの互いに異なる出射位置から出射して前記第１の金属部材または前記第２の金属部材に照射する、
請求項５３記載の金属加熱方法。
【請求項５５】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに波長幅以上異なる、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５６】
前記第１の中心波長の光および前記第２の中心波長の光それぞれの中心波長が互いに１００ｎｍ以上異なる、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５７】
前記第１の金属部材が金を主成分とするものであり、前記第１の中心波長が６００ｎｍ未満である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５８】
前記第２の金属部材が錫を主成分とするものであり、前記第２の中心波長が６００ｎｍ以上である、請求項５０記載の金属加熱方法。
【請求項５９】
前記第２の金属部材が半田である、請求項５８記載の金属加熱方法。
【請求項６０】
複数の光源と、
前記複数の光源に対して１対１に設けられた複数の光ファイバと、
前記複数の光源それぞれの出力動作を個々に制御する制御部と、
を備える光源装置。
【請求項６１】
前記制御部は、第１の領域に照射する光の強度より該第１の領域の一部を囲む第２の領域に照射する光の強度が大きくなるよう、前記複数の光源の出力動作を制御する、請求項６０記載の光源装置。
【国際調査報告】
2005032752.tif 000021
2005032752.tif 000022
2005032752.tif 000023
2005032752.tif 000024
2005032752.tif 000025
2005032752.tif 000026