JPH11179565A - 半導体材料の溶接方法 - Google Patents
半導体材料の溶接方法Info
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- JPH11179565A JPH11179565A JP9365188A JP36518897A JPH11179565A JP H11179565 A JPH11179565 A JP H11179565A JP 9365188 A JP9365188 A JP 9365188A JP 36518897 A JP36518897 A JP 36518897A JP H11179565 A JPH11179565 A JP H11179565A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非常に脆く、溶接することが不可能であると
考えられていたＳｉ等の半導体材料を、高エネルギ密度
熱源を用いることでその溶接を可能にし、半導体材料の
加工自由度を向上する。 【解決手段】 高エネルギ密度熱源を利用することによ
り、非常に弱いエネルギで局所を加熱、溶融させること
により、トータル入熱を抑制し、Ｓｉ等の半導体材料へ
の熱衝撃を緩和しながら、その溶融部を徐々に拡大し、
所定の溶接部を実現する。所定の出力まで、エネルギ出
力を漸増、漸減することにより、急激な温度分布形成に
よる熱応力起因の亀裂を抑止する。溶接前に６００℃以
上の予熱を施しておくことが好ましい。また同種材料に
より成る溶加材１を添加しながら溶接を行う。
考えられていたＳｉ等の半導体材料を、高エネルギ密度
熱源を用いることでその溶接を可能にし、半導体材料の
加工自由度を向上する。 【解決手段】 高エネルギ密度熱源を利用することによ
り、非常に弱いエネルギで局所を加熱、溶融させること
により、トータル入熱を抑制し、Ｓｉ等の半導体材料へ
の熱衝撃を緩和しながら、その溶融部を徐々に拡大し、
所定の溶接部を実現する。所定の出力まで、エネルギ出
力を漸増、漸減することにより、急激な温度分布形成に
よる熱応力起因の亀裂を抑止する。溶接前に６００℃以
上の予熱を施しておくことが好ましい。また同種材料に
より成る溶加材１を添加しながら溶接を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は単結晶又は多結晶
のシリコン（以下、Ｓｉと称す）、ガリウム（以下、Ｇ
ａと称す）、砒素（以下、Ａｓと称す）のような半導体
材料を、電子ビーム、レーザビーム、アーク等の手段に
よって溶接する半導体材料の溶接方法に関するものであ
る。
のシリコン（以下、Ｓｉと称す）、ガリウム（以下、Ｇ
ａと称す）、砒素（以下、Ａｓと称す）のような半導体
材料を、電子ビーム、レーザビーム、アーク等の手段に
よって溶接する半導体材料の溶接方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体材料として、需要の著しい
伸びを示しているＳｉは、半導体としての物理的、電気
的特性に着目されている。中でも、バルク材料としての
ＳｉはＤＲＡＭ（Ｄｉｒｅｃｔ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃ
ｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）用基板として多用され、ウエ
ハを中心として、その需要が非常に伸びている。近年、
ウエハは、大径化が進み、ウエハの元になるＳｉインゴ
ットも、その重量が２００ｋｇ以上となってきており、
その製造工程において、把持・運搬をどのようにして行
うかが大きな課題となっている。すなわち、金属の汚染
をきらう本業界においては、ハンドリング用治具等にお
いてもＳｉ等を多用しているが、インゴットの重量の増
大、大径化に伴いこのような治具の製作が困難となって
いる。
伸びを示しているＳｉは、半導体としての物理的、電気
的特性に着目されている。中でも、バルク材料としての
ＳｉはＤＲＡＭ（Ｄｉｒｅｃｔ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃ
ｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）用基板として多用され、ウエ
ハを中心として、その需要が非常に伸びている。近年、
ウエハは、大径化が進み、ウエハの元になるＳｉインゴ
ットも、その重量が２００ｋｇ以上となってきており、
その製造工程において、把持・運搬をどのようにして行
うかが大きな課題となっている。すなわち、金属の汚染
をきらう本業界においては、ハンドリング用治具等にお
いてもＳｉ等を多用しているが、インゴットの重量の増
大、大径化に伴いこのような治具の製作が困難となって
いる。
【０００３】そこで、Ｓｉインゴット自体に加工等を加
えることにより、運搬等を可能にすることも考えられる
が、難加工材の加工であり、後洗浄等も必要となるた
め、この方策にはコストアップ、製造工程の複雑化など
の新たな課題が生じる。
えることにより、運搬等を可能にすることも考えられる
が、難加工材の加工であり、後洗浄等も必要となるた
め、この方策にはコストアップ、製造工程の複雑化など
の新たな課題が生じる。
【０００４】また、シリコンウエハの高機能化のために
高温熱処理や成膜をバッチ処理で実施する。この際に用
いられるウエハの保持治具は、従来は石英が主流であっ
たが、ウエハの大径化によって、ウエハと物性が同じで
かつコンタミネーションレベルの低減が期待できる単結
晶シリコンボードが使用されることが多くなってきた。
しかしながら、これらのボードは、単結晶シリコンイン
ゴットから削り出しで製作され、さらに機械加工性の問
題から非常に高価であるという問題がある。そのためこ
れらの構成部品を自由に接合することを可能にし、その
加工自由度を向上するというニーズがある。
高温熱処理や成膜をバッチ処理で実施する。この際に用
いられるウエハの保持治具は、従来は石英が主流であっ
たが、ウエハの大径化によって、ウエハと物性が同じで
かつコンタミネーションレベルの低減が期待できる単結
晶シリコンボードが使用されることが多くなってきた。
しかしながら、これらのボードは、単結晶シリコンイン
ゴットから削り出しで製作され、さらに機械加工性の問
題から非常に高価であるという問題がある。そのためこ
れらの構成部品を自由に接合することを可能にし、その
加工自由度を向上するというニーズがある。
【０００５】一方、ウエハの接合技術としては、特願平
３−１０７８５３号などに開示されるような張り合わせ
ウエハによるＳＯＩウエハ等があるが、これらの接合技
術は、電気的特性の改善をねらいとするものであり、本
発明のような、構造的特性をねらうものとは、その目的
が異なっている。
３−１０７８５３号などに開示されるような張り合わせ
ウエハによるＳＯＩウエハ等があるが、これらの接合技
術は、電気的特性の改善をねらいとするものであり、本
発明のような、構造的特性をねらうものとは、その目的
が異なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ等の半導体材料
は、非常に脆いため、大きな熱を加えると衝撃的に破壊
する。その為、従来は溶融溶接が不可能であると考えら
れていた。しかしながら本発明者等は、Ｓｉ等の半導体
材料において、高エネルギ密度熱源を適用することによ
り、金属汚染や酸化等のコンタミネーションを抑制した
溶融溶接が可能であるとの知見に基づき、本発明をなす
に至った。すなわち本発明は、非常に脆く、溶接するこ
とは不可能であると考えられていたＳｉ等の半導体材料
を、高エネルギ密度熱源を用いることでその溶接を可能
にし、従来は機械加工でしか製作できなかったＳｉ等の
半導体材料製の部材の溶接による加工を可能にし、さら
に機械加工では製作の不可能な形状部材の製作を可能と
することにより、半導体材料の加工自由度を大幅に向上
するものである。
は、非常に脆いため、大きな熱を加えると衝撃的に破壊
する。その為、従来は溶融溶接が不可能であると考えら
れていた。しかしながら本発明者等は、Ｓｉ等の半導体
材料において、高エネルギ密度熱源を適用することによ
り、金属汚染や酸化等のコンタミネーションを抑制した
溶融溶接が可能であるとの知見に基づき、本発明をなす
に至った。すなわち本発明は、非常に脆く、溶接するこ
とは不可能であると考えられていたＳｉ等の半導体材料
を、高エネルギ密度熱源を用いることでその溶接を可能
にし、従来は機械加工でしか製作できなかったＳｉ等の
半導体材料製の部材の溶接による加工を可能にし、さら
に機械加工では製作の不可能な形状部材の製作を可能と
することにより、半導体材料の加工自由度を大幅に向上
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および効果】そこで請求項
１の半導体材料の溶接方法は、半導体材料を溶融溶接す
るに際し、高エネルギ密度熱源を用いることを特徴とし
ている。ここでいう半導体材料とは、請求項２のように
Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓを含むものであり、また高エネルギ密
度熱源とは、請求項３のように電子ビーム、レーザビー
ム、プラズマアーク、アークを含むものである。
１の半導体材料の溶接方法は、半導体材料を溶融溶接す
るに際し、高エネルギ密度熱源を用いることを特徴とし
ている。ここでいう半導体材料とは、請求項２のように
Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓを含むものであり、また高エネルギ密
度熱源とは、請求項３のように電子ビーム、レーザビー
ム、プラズマアーク、アークを含むものである。
【０００８】通常の低エネルギ密度の熱源においては、
部材の局所溶融のコントロールが困難であり、溶融を実
現するためには、かなりのトータル入熱が必要となる。
このため、局所的な溶融がなされる前に、大きな熱衝撃
がＳｉ等の半導体材料に発生し、部材を破壊に至らしめ
るため、溶接は困難とされていた。しかしながら請求項
１のように高エネルギ密度熱源を利用することにより、
非常に弱いエネルギで局所を加熱、溶融させることによ
り、トータル入熱を抑制し、Ｓｉ等の半導体材料への熱
衝撃を緩和しながら、その溶融部を徐々に拡大し、所定
の溶接部を実現することが可能となるのである。なお高
エネルギ密度熱源としては、１０ｋｗ／ｃｍ2 以上であ
ることが好ましいが、特にこれに限られる訳ではない。
部材の局所溶融のコントロールが困難であり、溶融を実
現するためには、かなりのトータル入熱が必要となる。
このため、局所的な溶融がなされる前に、大きな熱衝撃
がＳｉ等の半導体材料に発生し、部材を破壊に至らしめ
るため、溶接は困難とされていた。しかしながら請求項
１のように高エネルギ密度熱源を利用することにより、
非常に弱いエネルギで局所を加熱、溶融させることによ
り、トータル入熱を抑制し、Ｓｉ等の半導体材料への熱
衝撃を緩和しながら、その溶融部を徐々に拡大し、所定
の溶接部を実現することが可能となるのである。なお高
エネルギ密度熱源としては、１０ｋｗ／ｃｍ2 以上であ
ることが好ましいが、特にこれに限られる訳ではない。
【０００９】また請求項４の半導体材料の溶接方法は、
上記溶接に際し、溶接開始時にはエネルギ出力を漸増さ
せる一方、溶接終了時にはエネルギ出力を漸減させるこ
とを特徴としている。
上記溶接に際し、溶接開始時にはエネルギ出力を漸増さ
せる一方、溶接終了時にはエネルギ出力を漸減させるこ
とを特徴としている。
【００１０】このように所定の出力まで、エネルギ出力
を漸増、漸減することにより、急激な温度分布形成によ
る熱応力起因の亀裂を抑止することができる。特に電子
ビームやレーザでは出力の制御が容易であるため、昇
温、降温速度を自由に制御しながら、局所的な加熱が可
能である。
を漸増、漸減することにより、急激な温度分布形成によ
る熱応力起因の亀裂を抑止することができる。特に電子
ビームやレーザでは出力の制御が容易であるため、昇
温、降温速度を自由に制御しながら、局所的な加熱が可
能である。
【００１１】請求項５の半導体材料の溶接方法は、溶接
前に予熱を施しておくことを特徴としている。予熱温度
は、請求項６のように３００℃以上とするのが好まし
く、さらに好ましくは請求項７のように６００℃以上と
する。
前に予熱を施しておくことを特徴としている。予熱温度
は、請求項６のように３００℃以上とするのが好まし
く、さらに好ましくは請求項７のように６００℃以上と
する。
【００１２】このような予熱は、さらに溶接方法の溶接
可能な条件範囲を拡大する。Ｓｉは、室温では、非常に
脆い性質を示すが、６００℃以上になると、鋼などと同
様の延性を示す。予熱を付与すると、当然のことなが
ら、溶接部の冷却速度が遅くなり、局所的な急激な収縮
による応力の発生を鈍化させる。さらに、６００℃以上
となる領域が、溶接部近傍に広がるため、熱応力が緩和
されるだけでなく、熱応力の大きな部位が延性を示すよ
うになり、割れが発生する確率が顕著に低減する。
可能な条件範囲を拡大する。Ｓｉは、室温では、非常に
脆い性質を示すが、６００℃以上になると、鋼などと同
様の延性を示す。予熱を付与すると、当然のことなが
ら、溶接部の冷却速度が遅くなり、局所的な急激な収縮
による応力の発生を鈍化させる。さらに、６００℃以上
となる領域が、溶接部近傍に広がるため、熱応力が緩和
されるだけでなく、熱応力の大きな部位が延性を示すよ
うになり、割れが発生する確率が顕著に低減する。
【００１３】請求項８の半導体材料の溶接方法は、同種
材料より成る溶加材を添加しながら溶接を行うことを特
徴としている。
材料より成る溶加材を添加しながら溶接を行うことを特
徴としている。
【００１４】熱衝撃を緩和させる手段として、請求項８
のように、Ｓｉ等の棒、ワイヤ、粉末等の母材と同種材
料より成る溶加材１を溶接部２に付与する方法が有効で
ある。すなわち、図１に示すように、Ｓｉ材料等を溶加
材１として使用することにより、熱源のエネルギの多く
は、溶加材１を溶融させることに費やされ、溶接しよう
とする部材３、３への入熱は減少し、すなわち部材への
熱衝撃が減少し、破壊のない良好な溶接が可能となる。
のように、Ｓｉ等の棒、ワイヤ、粉末等の母材と同種材
料より成る溶加材１を溶接部２に付与する方法が有効で
ある。すなわち、図１に示すように、Ｓｉ材料等を溶加
材１として使用することにより、熱源のエネルギの多く
は、溶加材１を溶融させることに費やされ、溶接しよう
とする部材３、３への入熱は減少し、すなわち部材への
熱衝撃が減少し、破壊のない良好な溶接が可能となる。
【００１５】また、例えば、電子ビーム溶接等の場合
は、電気をＳｉ部材の中を流す必要がある。しかしなが
ら、Ｓｉはその不純物の量により、抵抗値が大きく変化
し、室温においては、１００００Ω・ｃｍに達する場合
もある。このため、帯電により、ビームが溶接部より逃
げる等の溶接に悪影響を及ぼす恐れがあるが、図１の溶
加材１のガイド先端部Ａ、ならびにＳｉ部材３、３に、
アースを取ることにより、上記問題を解決し得る。特に
溶加材１は熱容量が少ないため、簡単に温度上昇し、良
導体の性質を示すため、前述の問題が回避が確実に行え
る。
は、電気をＳｉ部材の中を流す必要がある。しかしなが
ら、Ｓｉはその不純物の量により、抵抗値が大きく変化
し、室温においては、１００００Ω・ｃｍに達する場合
もある。このため、帯電により、ビームが溶接部より逃
げる等の溶接に悪影響を及ぼす恐れがあるが、図１の溶
加材１のガイド先端部Ａ、ならびにＳｉ部材３、３に、
アースを取ることにより、上記問題を解決し得る。特に
溶加材１は熱容量が少ないため、簡単に温度上昇し、良
導体の性質を示すため、前述の問題が回避が確実に行え
る。
【００１６】請求項９の半導体材料の溶接方法は、上記
高エネルギ密度熱源による加熱帯の周期的な偏向制御を
併用することを特徴としている。
高エネルギ密度熱源による加熱帯の周期的な偏向制御を
併用することを特徴としている。
【００１７】溶接部の金属や酸化のコンタミネーション
を防止する方法として、電子ビームやレーザを使用した
溶接では、加熱源の周期的な偏向を利用して溶融池のガ
スを抜くことにより、ボイドフリーの溶接が可能とな
る。また、減圧下で溶接することで、一層の酸化防止や
コンタミネーション防止可能で良好な溶接品質が得られ
る。
を防止する方法として、電子ビームやレーザを使用した
溶接では、加熱源の周期的な偏向を利用して溶融池のガ
スを抜くことにより、ボイドフリーの溶接が可能とな
る。また、減圧下で溶接することで、一層の酸化防止や
コンタミネーション防止可能で良好な溶接品質が得られ
る。
【００１８】このように本発明によれば、非常に脆く、
溶接することは不可能であると考えられていたＳｉ等の
半導体材料を、高エネルギ密度熱源を用いることでその
溶接を可能にし、従来は機械加工でしか製作できなかっ
たＳｉ等の半導体材料製の部材の溶接による加工を可能
にし、さらに機械加工では製作の不可能な形状部材の製
作を可能とすることにより、半導体材料の加工自由度を
大幅に向上することができる。
溶接することは不可能であると考えられていたＳｉ等の
半導体材料を、高エネルギ密度熱源を用いることでその
溶接を可能にし、従来は機械加工でしか製作できなかっ
たＳｉ等の半導体材料製の部材の溶接による加工を可能
にし、さらに機械加工では製作の不可能な形状部材の製
作を可能とすることにより、半導体材料の加工自由度を
大幅に向上することができる。
【００１９】ところでＳｉのような脆性材料において
は、溶接ビードに残在するアンダーカット等のノッチが
強度低下に大きな影響を及ぼす。従ってアンダーカット
の発生を抑制する必要があるが、その点からも請求項５
〜請求項９の方法は有用である。すなわち、請求項５〜
請求項７のように予熱を行えば、溶融池と未溶融部との
濡れ性が改善され、これによりアンダーカットを防止で
きる。また請求項８のように溶加材を加えることは、ア
ンダーカットの防止に有効である。さらに請求項９の加
熱帯の周期的な偏向制御も、溶融池の振動等によりアン
ダーカットの発生を抑制できる。
は、溶接ビードに残在するアンダーカット等のノッチが
強度低下に大きな影響を及ぼす。従ってアンダーカット
の発生を抑制する必要があるが、その点からも請求項５
〜請求項９の方法は有用である。すなわち、請求項５〜
請求項７のように予熱を行えば、溶融池と未溶融部との
濡れ性が改善され、これによりアンダーカットを防止で
きる。また請求項８のように溶加材を加えることは、ア
ンダーカットの防止に有効である。さらに請求項９の加
熱帯の周期的な偏向制御も、溶融池の振動等によりアン
ダーカットの発生を抑制できる。
【００２０】またＳｉ等の半導体材料においては、溶接
終端部において、指向性凝固に起因する突起が形成さ
れ、これが強度低下の一因となるが、請求項４のように
溶接終了時にエネルギ出力を漸減させる制御を行えば、
溶融池を次第に小さくするようコントロールでき、その
ため上記突起の形成を抑制して強度低下を防止できる。
終端部において、指向性凝固に起因する突起が形成さ
れ、これが強度低下の一因となるが、請求項４のように
溶接終了時にエネルギ出力を漸減させる制御を行えば、
溶融池を次第に小さくするようコントロールでき、その
ため上記突起の形成を抑制して強度低下を防止できる。
【００２１】
【実施例】（実施例１）図２に示すように直径８ｍｍの
単結晶Ｓｉ部材３、３を上下に重ね合わせて、その重ね
合わせた部分をねらって水平方向から電子ビーム溶接を
行った。まず、２点スポット溶接によって仮付けをし、
重ね合わせたＳｉ部材３、３がずれないことを確認した
後、ワークを回転させながら全周を電子ビーム溶接し
た。溶接部のクリアランスは０．５〜１ｍｍとしてい
る。その際、溶接条件は、加速電圧１３０ｋｖ、ビーム
電流５ｍＡとしたが、図３に示すように、溶接開始時に
は５ｍＡまで１５秒間の立上がり時間を設け、また溶接
終了時には５ｍＡから１５秒間の立下がり時間を設け
た。なお雰囲気圧力は、０．０５Ｔｏｒｒ以下に維持し
た。なお溶接前の接合面のクリアランスは、１ｍｍ以下
でも溶接可能であるが、溶接部の同軸度が必要な場合に
は接合面を研磨しておくのが好ましい。
単結晶Ｓｉ部材３、３を上下に重ね合わせて、その重ね
合わせた部分をねらって水平方向から電子ビーム溶接を
行った。まず、２点スポット溶接によって仮付けをし、
重ね合わせたＳｉ部材３、３がずれないことを確認した
後、ワークを回転させながら全周を電子ビーム溶接し
た。溶接部のクリアランスは０．５〜１ｍｍとしてい
る。その際、溶接条件は、加速電圧１３０ｋｖ、ビーム
電流５ｍＡとしたが、図３に示すように、溶接開始時に
は５ｍＡまで１５秒間の立上がり時間を設け、また溶接
終了時には５ｍＡから１５秒間の立下がり時間を設け
た。なお雰囲気圧力は、０．０５Ｔｏｒｒ以下に維持し
た。なお溶接前の接合面のクリアランスは、１ｍｍ以下
でも溶接可能であるが、溶接部の同軸度が必要な場合に
は接合面を研磨しておくのが好ましい。
【００２２】上記のようにして得られた各種サンプルを
用いて曲げ試験を実施した。曲げ試験方法は、図４に示
すように、約７５ｍｍ間隔で配置した受けロール１０、
１０間に試片Ｔを載置し、３０ｍｍ間隔で配置した加圧
ロール２０、２０でもって加圧する方式、つまり４点曲
げ試験を実施した。これは溶接部に作用する応力を均等
にするためである。
用いて曲げ試験を実施した。曲げ試験方法は、図４に示
すように、約７５ｍｍ間隔で配置した受けロール１０、
１０間に試片Ｔを載置し、３０ｍｍ間隔で配置した加圧
ロール２０、２０でもって加圧する方式、つまり４点曲
げ試験を実施した。これは溶接部に作用する応力を均等
にするためである。
【００２３】試験結果を図５に示している。同図には、
レーザビーム溶接によって得られたサンプルの試験結果
も併記している。同図において、「定常部」とは、図６
（ａ）に示すように、形状欠陥の存しない健全なビード
を有する継手のことであり、「アンダーカット」とは、
図６（ｂ）に示すように、ビードの両側にアンダカット
Ｕの残存する継手のことであり、また「ノッチ」とは、
図６（ｃ）に示すように、ビード終端中央部にノッチＮ
の残存する継手のことである。図５から明らかなように
電子ビーム溶接の定常部においては、破断強度、伸び共
に母材と略同等の継手特性が得られており、またレーザ
ビーム溶接の定常部も、電子ビームと略同等の継手特性
が得られている。このことから、溶接方法そのものの差
は、強度にはあまり影響しないことが明らかである。
レーザビーム溶接によって得られたサンプルの試験結果
も併記している。同図において、「定常部」とは、図６
（ａ）に示すように、形状欠陥の存しない健全なビード
を有する継手のことであり、「アンダーカット」とは、
図６（ｂ）に示すように、ビードの両側にアンダカット
Ｕの残存する継手のことであり、また「ノッチ」とは、
図６（ｃ）に示すように、ビード終端中央部にノッチＮ
の残存する継手のことである。図５から明らかなように
電子ビーム溶接の定常部においては、破断強度、伸び共
に母材と略同等の継手特性が得られており、またレーザ
ビーム溶接の定常部も、電子ビームと略同等の継手特性
が得られている。このことから、溶接方法そのものの差
は、強度にはあまり影響しないことが明らかである。
【００２４】また図５からは、アンダーカットやノッチ
のような形状的に不連続な欠陥の残存する継手において
は、破断強度が低下することが明らかであるが、このよ
うなアンダーカットやノッチは、予熱の実施、図１に示
すような溶加材の添加、ビームの偏向制御（ウィービン
グ）の実施により、その発生を防止し得ることを確認し
ている。
のような形状的に不連続な欠陥の残存する継手において
は、破断強度が低下することが明らかであるが、このよ
うなアンダーカットやノッチは、予熱の実施、図１に示
すような溶加材の添加、ビームの偏向制御（ウィービン
グ）の実施により、その発生を防止し得ることを確認し
ている。
【００２５】（実施例２）上記実施例１における溶接終
了時のエネルギ出力漸減制御の効果を確認した。その結
果を図７に示している。同図（ａ）は上記実施例１によ
って得られた終端部のビード断面形状を示すものであ
り、同図（ｂ）は漸減制御を行わなかった場合の終端部
のビード断面形状を示すものである。同図から明らかな
ように、漸減制御を行わない場合には、Ｓｉの特徴であ
る指向性凝固による突起Ｐが形成されるのに対し、漸減
制御を行った場合には、溶融池が次第に小さくなるよう
にコントロールできるため、突起の形成が大幅に抑制で
きる。そしてこのように形状的不連続性を解消できる結
果、継手強度が改善された。
了時のエネルギ出力漸減制御の効果を確認した。その結
果を図７に示している。同図（ａ）は上記実施例１によ
って得られた終端部のビード断面形状を示すものであ
り、同図（ｂ）は漸減制御を行わなかった場合の終端部
のビード断面形状を示すものである。同図から明らかな
ように、漸減制御を行わない場合には、Ｓｉの特徴であ
る指向性凝固による突起Ｐが形成されるのに対し、漸減
制御を行った場合には、溶融池が次第に小さくなるよう
にコントロールできるため、突起の形成が大幅に抑制で
きる。そしてこのように形状的不連続性を解消できる結
果、継手強度が改善された。
【００２６】（実施例３）図８に継手形状を変更した他
の実施例を示す。これは直径６ｍｍの多結晶Ｓｉ部材
３、３を９０度に交差させて溶接したものである。この
継手においては、４５度に切断した面を互いに重ねて治
具で固定している。両部材３、３間のクリアランスは
０．５〜１ｍｍである。そして同図に示すように重ね合
わせ面に沿って電子ビームをスポット照射することによ
って溶接を行った。溶接条件は、図３に示したものと同
様である。上記継手において、電子ビームを水平方向に
照射する場合と上下方向に照射する場合とでは、溶融池
に作用する重力ヘッドの方向性の相異から、溶接後の溶
接部形状は異なるものの、いずれにおいても良好な継手
が得られる。
の実施例を示す。これは直径６ｍｍの多結晶Ｓｉ部材
３、３を９０度に交差させて溶接したものである。この
継手においては、４５度に切断した面を互いに重ねて治
具で固定している。両部材３、３間のクリアランスは
０．５〜１ｍｍである。そして同図に示すように重ね合
わせ面に沿って電子ビームをスポット照射することによ
って溶接を行った。溶接条件は、図３に示したものと同
様である。上記継手において、電子ビームを水平方向に
照射する場合と上下方向に照射する場合とでは、溶融池
に作用する重力ヘッドの方向性の相異から、溶接後の溶
接部形状は異なるものの、いずれにおいても良好な継手
が得られる。
【００２７】（実施例４）直径１００ｍｍの単結晶Ｓｉ
部材の突合せ円周溶接を電子ビームにて行った。加速電
圧１３０ｋｖ、出力電流５ｍＡ、立上がり時間１５秒、
立下がり時間１５秒の条件で溶接を行った結果、約３ｍ
ｍの溶込みでもって全周にわたり良好な溶接結果が得ら
れた。
部材の突合せ円周溶接を電子ビームにて行った。加速電
圧１３０ｋｖ、出力電流５ｍＡ、立上がり時間１５秒、
立下がり時間１５秒の条件で溶接を行った結果、約３ｍ
ｍの溶込みでもって全周にわたり良好な溶接結果が得ら
れた。
【図１】本発明方法において溶加材を添加する方法の一
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図２】本発明方法の実施例の溶接継手の状態を示す説
明図である。
明図である。
【図３】上記実施例における溶接条件を模式的に示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】サンプルの曲げ試験方法を説明するための模式
図である。
図である。
【図５】上記実施例における溶接継手の曲げ試験結果を
示すグラブである。
示すグラブである。
【図６】上記実施例での溶接部形状を模式的に示す説明
図である。
図である。
【図７】上記実施例におけるエネルギ出力の漸減制御の
効果を示すビード断面模式図である。
効果を示すビード断面模式図である。
【図８】本発明方法の他の実施例の継手形状の説明図で
ある。
ある。
１ Ｓｉ溶加材 ２ 溶接部 ３ Ｓｉ部材 １０ 受けロール ２０ 加圧ロール Ｔ 試片
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体材料を溶融溶接するに際し、高エ
ネルギ密度熱源を用いることを特徴とする半導体材料の
溶接方法。 - 【請求項２】 上記半導体材料は、シリコン、ガリウ
ム、砒素のいずれかであることを特徴とする請求項１の
半導体材料の溶接方法。 - 【請求項３】 上記高エネルギ密度熱源は、電子ビー
ム、レーザビーム、プラズマアーク、アークのいずれか
であることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体
材料の溶接方法。 - 【請求項４】 上記溶接に際し、溶接開始時にはエネル
ギ出力を漸増させる一方、溶接終了時にはエネルギ出力
を漸減させることを特徴とする請求項３の半導体材料の
溶接方法。 - 【請求項５】 溶接前に予熱を施しておくことを特徴と
する請求項４の半導体材料の溶接方法。 - 【請求項６】 予熱温度は３００℃以上であることを特
徴とする請求項５の半導体材料の溶接方法。 - 【請求項７】 予熱温度は６００℃以上であることを特
徴とする請求項５の半導体材料の溶接方法。 - 【請求項８】 同種材料より成る溶加材を添加しながら
溶接を行うことを特徴とする請求項４〜請求項７のいず
れかの半導体材料の溶接方法。 - 【請求項９】 上記高エネルギ密度熱源による加熱帯の
周期的な偏向制御を併用することを特徴とする請求項４
〜請求項８のいずれかの半導体材料の溶接方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9365188A JPH11179565A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 半導体材料の溶接方法 |
| US09/216,275 US6573471B1 (en) | 1997-12-19 | 1998-12-18 | Welding method for semiconductor materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9365188A JPH11179565A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 半導体材料の溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11179565A true JPH11179565A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18483650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9365188A Pending JPH11179565A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 半導体材料の溶接方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6573471B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11179565A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002070184A1 (en) * | 2000-11-08 | 2002-09-12 | Integrated Materials, Inc. | Crack free welding of silicon |
| JP2012062243A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Wacker Chemie Ag | シリコン細棒の製造方法 |
| WO2025187678A1 (ja) * | 2024-03-04 | 2025-09-12 | 日本新工芯技株式会社 | シリコン接合体製造装置、シリコン接合体製造方法、およびシリコン接合体 |
| WO2026004377A1 (ja) * | 2024-06-28 | 2026-01-02 | 株式会社トクヤマ | シリコン部材の溶接方法及びシリコン溶接体 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7250081B2 (en) * | 2003-12-04 | 2007-07-31 | Honeywell International, Inc. | Methods for repair of single crystal superalloys by laser welding and products thereof |
| US20060102597A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-18 | Exponent, Inc. | Electron beam welding method and apparatus using controlled volumetric heating |
| US20100206855A1 (en) * | 2007-10-08 | 2010-08-19 | Selim Mokadem | Preheating temperature during remelting |
| BR112012012924B1 (pt) * | 2009-12-08 | 2020-03-31 | National Oilwell Varco, L.P. | Sistema para teste de fissura por tensão de sulfeto, e, método para teste de corrosão de uma solda |
| US9535100B2 (en) | 2012-05-14 | 2017-01-03 | Bwxt Nuclear Operations Group, Inc. | Beam imaging sensor and method for using same |
| US9383460B2 (en) | 2012-05-14 | 2016-07-05 | Bwxt Nuclear Operations Group, Inc. | Beam imaging sensor |
| DE102013225146A1 (de) | 2013-12-06 | 2014-04-24 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Dünnstabs |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL6413441A (ja) * | 1964-11-19 | 1966-05-20 | ||
| FR2464783A1 (fr) * | 1979-09-14 | 1981-03-20 | Petroles Cie Francaise | Procede de soudage par faisceau d'electrons, a regulation par la puissance absorbee ou par la puissance traversante, ainsi que dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
| JPS60108187A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-13 | Mitsubishi Electric Corp | 電子ビ−ム溶接方法および装置 |
| JPH02151385A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-11 | Tekunisuko:Kk | 溶接構造物および製造方法 |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP9365188A patent/JPH11179565A/ja active Pending
-
1998
- 1998-12-18 US US09/216,275 patent/US6573471B1/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2002070184A1 (en) * | 2000-11-08 | 2002-09-12 | Integrated Materials, Inc. | Crack free welding of silicon |
| US6583377B2 (en) | 2000-11-08 | 2003-06-24 | Integrated Materials, Inc. | Welded silicon member |
| US6838636B2 (en) | 2000-11-08 | 2005-01-04 | Integrated Materials, Inc. | Two heat sources for welding silicon |
| JP2012062243A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Wacker Chemie Ag | シリコン細棒の製造方法 |
| KR101296756B1 (ko) * | 2010-09-15 | 2013-08-14 | 와커 헤미 아게 | 가느다란 실리콘 봉의 제조 방법 |
| WO2025187678A1 (ja) * | 2024-03-04 | 2025-09-12 | 日本新工芯技株式会社 | シリコン接合体製造装置、シリコン接合体製造方法、およびシリコン接合体 |
| JP2025134583A (ja) * | 2024-03-04 | 2025-09-17 | 日本新工芯技株式会社 | シリコン接合体製造装置、およびシリコン接合体製造方法 |
| WO2026004377A1 (ja) * | 2024-06-28 | 2026-01-02 | 株式会社トクヤマ | シリコン部材の溶接方法及びシリコン溶接体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6573471B1 (en) | 2003-06-03 |
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