溶接装置および溶接方法

【課題】溶接の対象物の変形を抑制することが可能な溶接装置を提供する。
【解決手段】パラレルギャップ方式を使用して半導体素子５０とコネクタ６０とを互いに溶接する溶接装置１００は、水平な載置面１２を含み、載置面１２上に半導体素子５０およびコネクタ６０が順次重ねて載置される溶接ステージ１０と、半導体素子５０とコネクタ６０との間に溶接電流を通電することによって、半導体素子５０とコネクタ６０とを互いに溶接する一対の溶接用電極３０と、載置面１２に対して平行な押さえ面部４２と、を備え、半導体素子５０とコネクタ６０とが互いに溶接される際、押さえ面部４２はコネクタ６０を押さえ付けている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接装置および溶接方法に関し、特に、パラレルギャップ方式を使用する溶接装置および溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−３４３９９４号公報（特許文献１）および特開昭６２−０４９６３９号公報（特許文献２）に開示されるように、半田付け、ワイヤーボンディング、または溶接等によって、コネクタ等の対象物を、半導体素子（太陽電池セル）等の他の対象物に接合することが一般的に行なわれている。
【０００３】
人工衛星に搭載される太陽電池同士の接続、または、ＧａＡｓを代表とするＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池に接続される、バイパスダイオードといった半導体素子の接続には、軽量性の観点および宇宙環境下における接続部の信頼性の観点から、５〜１００μｍ程度の厚さを有する金属箔状のコネクタが溶接により接続される。
【０００４】
特開２００８−０７３７２８号公報（特許文献３）には、半導体素子（基板）上に、端子またはリードワイヤ等を溶接するための溶接方法の一例として、パラレルギャップ方式を使用する溶接方法が開示される。パラレルギャップ方式を使用して対象物同士を接合する溶接方法は、はんだを用いて接合する場合に比べて接続の信頼性が高い。
【０００５】
具体的には、対象物同士がはんだを用いて互いに接合された後、それらの対象物がたとえば宇宙環境下に置かれたとする。宇宙環境は、低温時と高温時との温度差が大きい。この温度差が原因となって、はんだ自体に亀裂が入り、接合不良が生じるおそれがある。
【０００６】
また、はんだの材料は、一般的には、半導体素子またはコネクタなどの接合の対象物の材料とは異なる。低温と高温とからなる温度サイクルが繰り返されるうちに、はんだと対象物との熱膨張係数の差が原因となって、たとえば、はんだと半導体素子との間に乖離が生じたり、はんだとコネクタとの間に乖離が生じたりするおそれがある。さらに、接合によってはんだという接合材料が接合の対象物に付加されるため、接合の対象物の重量がはんだの分だけ増加する。
【０００７】
一方、はんだを用いて接合する方法に対して、パラレルギャップ方式を使用する溶接方法においては、接続の信頼性が高く、かつ、接合後における対象物の重量が増加するということもない。
【０００８】
図２１を参照して、パラレルギャップ方式を使用する一般的な溶接方法について説明する。当該溶接方法においては、電極３２Ｂおよび電極３４Ｂを含む溶接用電極３０Ｂが用いられる。電極３２Ｂおよび電極３４Ｂは、互いに略同形状を有し、互いに絶縁された状態で溶接ヘッド（図示せず）に取り付けられている。電極３２Ｂおよび電極３４Ｂは、互いに平行な位置関係にあり、一定の隙間を空けて互いに対向している。
【０００９】
溶接用電極３０Ｂを用いて、半導体素子５０とコネクタ６０とが互いに溶接される。具体的には、コネクタ６０が、半導体素子５０の表面上の所定の位置に配置される。コネクタ６０の一端６１（自由端）は、半導体素子５０の表面外に位置している。コネクタ６０の他端６２（固定端）は、半導体素子５０の表面上に位置している。
【００１０】
この状態で、半導体素子５０の電極（図示せず）およびコネクタ６０同士は、溶接用電極３０Ｂによって加圧および密着される。電極３２Ｂおよび電極３４Ｂの間には、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０を通して溶接電流が通電される。当該通電により、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０の間に抵抗熱が発生する。抵抗熱によって、半導体素子５０の電極とコネクタ６０とが互いに溶接される。
【００１１】
パラレルギャップ方式を使用して対象物同士を接合する溶接方法は、はんだを用いて接合する方法とは異なり、半導体素子の電極とコネクタとが直接接触するように接合される。たとえば、宇宙衛星用太陽電池セルのＡｇ電極に、Ａｇを材料とするコネクタが溶接されたとする。この場合、低温と高温との温度サイクルが繰り返された場合であっても、Ａｇ電極とＡｇを材料とするコネクタとは同種の材料であるため、熱膨張係数の差による乖離が生じるようなことはない。
【００１２】
したがって、パラレルギャップ方式を使用して対象物同士を接合する溶接方法によれば、接続上の高い信頼性を得ることができる。さらに、はんだのように接続のための材料が接合の対象物に付加されることもないため、接合後における対象物の重量が増加するということもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３４３９９４号公報
【特許文献２】特開昭６２−０４９６３９号公報
【特許文献３】特開２００８−０７３７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
パラレルギャップ方式を使用して対象物同士を接合する溶接方法においては、溶接用電極によって、たとえばコネクタ（対象物）と半導体素子（他の対象物）とが局所的に加熱される。局所的な加熱が原因となって、溶接の対象物に変形が生じることがある。
【００１５】
図２２を参照して、たとえばコネクタ６０が金属箔状に形成される場合、局所的な加熱が原因となって、コネクタ６０の一端６１側が溶接部７０付近を起点として半導体素子５０から離れる方向（上方向）に反ることがある。図２３を参照して、コネクタ６０の一端６１側が溶接部７０付近で一端盛り上がるように変形した後、半導体素子５０に対してさらに下方に反るような変形が生じることもある。
【００１６】
コネクタ６０に上記のような変形が生じた場合、たとえば太陽電池セルにバイパスダイオードを接続する際、または、太陽電池セル同士を接続する際に、これらの部材間に位置ずれが生じたり、溶接後にコネクタ６０が変形したりする。結果として、コネクタ６０に上記のような変形が生じた場合、歩留まりが低下したり、自動化プロセスが困難になったりする。
【００１７】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであって、パラレルギャップ方式を使用する溶接装置および溶接方法であって、溶接の対象物の変形を抑制することが可能な溶接装置および溶接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】
【００１８】
本発明の第１の局面に基づく溶接装置は、パラレルギャップ方式を使用して第１対象物と第２対象物とを互いに溶接する溶接装置であって、水平な載置面を含み、上記載置面上に上記第１対象物および上記第２対象物が順次重ねて載置されるステージと、上記第１対象物と上記第２対象物との間に溶接電流を通電することによって、上記第１対象物と上記第２対象物とを互いに溶接する一対の溶接用電極と、上記載置面に対して平行な押さえ面部と、を備え、上記第１対象物と上記第２対象物とが互いに溶接される際、上記押さえ面部は上記第２対象物を押さえ付けている。
【００１９】
本発明の第２の局面に基づく溶接装置は、本発明の第１の局面に基づく上記の溶接装置において、一対の上記溶接用電極のうちの一方は、低抵抗電極であり、一対の上記溶接用電極のうちの他方は、上記低抵抗電極よりも高い抵抗値を有する高抵抗電極であり、上記押さえ面部は、上記低抵抗電極の下端において上記低抵抗電極の一部として設けられており、上記第２対象物は、固定端と、上記固定端に比べて上記第２対象物における溶接対象位置から遠くに位置する自由端と、を含み、上記押さえ面部は、上記固定端側の部分よりも上記自由端側の部分の方が広い表面積を有する。
【００２０】
本発明の第３の局面に基づく溶接装置は、本発明の第２の局面に基づく上記の溶接装置において、上記低抵抗電極の材質および上記高抵抗電極の材質の組合せは、上記低抵抗電極が銅であり上記高抵抗電極がタングステンである組合せ、上記低抵抗電極が銅であり上記高抵抗電極がモリブデンである組合せ、上記低抵抗電極がクロム銅であり上記高抵抗電極がタングステンである組合せ、および、上記低抵抗電極がクロム銅であり上記高抵抗電極がモリブデンである組合せ、からなる群の中から選択される１つの組合せである。
【００２１】
本発明の第１の局面に基づく溶接方法は、本発明の第１の局面に基づく上記の溶接装置を用いて上記第１対象物と上記第２対象物とを互いに溶接する溶接方法であって、上記ステージの上記載置面上に上記第１対象物を載置する工程と、上記第１対象物の表面上に上記第２対象物を載置する工程と、上記押さえ面部が上記第２対象物の表面上における押さえ位置を押さえるように、上記押さえ面部を下降させる工程と、１対の上記溶接用電極のうちの一方が上記第２対象物における溶接対象位置に接触するように、１対の上記溶接用電極を下降させる工程と、１対の上記溶接用電極と上記第２対象物とを互いに接触させた状態で上記第１対象物と上記第２対象物との間に上記溶接電流を通電することによって、上記第１対象物と上記第２対象物とを互いに溶接する工程と、１対の上記溶接用電極を上昇させることにより１対の上記溶接用電極と上記第２対象物とを互いに離間させた後に、上記押さえ面部を上昇させることにより上記押さえ面部と上記第２対象物とを互いに離間させる工程と、備える、
本発明の第２の局面に基づく溶接方法は、本発明の第２または第３の局面に基づく上記の溶接装置を用いて上記第１対象物と上記第２対象物とを互いに溶接する溶接方法であって、上記ステージの上記載置面上に上記第１対象物を載置する工程と、上記第１対象物の表面上に上記第２対象物を載置する工程と、上記押さえ面部が上記第２対象物の表面上における押さえ位置を押さえるように、上記低抵抗電極を下降させる工程と、上記高抵抗電極が上記第２対象物における上記溶接対象位置に接触するように、上記高抵抗電極を下降させる工程と、１対の上記溶接用電極と上記第２対象物とを互いに接触させた状態で上記第１対象物と上記第２対象物との間に上記溶接電流を通電することによって、上記第１対象物と上記第２対象物とを互いに溶接する工程と、上記高抵抗電極を上昇させることにより上記高抵抗電極と上記第２対象物とを互いに離間させた後に、上記低抵抗電極を上昇させることにより上記押さえ面部と上記第２対象物とを互いに離間させる工程と、備える。
【００２２】
本発明の第１の局面に基づく上記の溶接方法において、好ましくは、上記第２対象物は、固定端と、上記固定端に比べて上記溶接対象位置から遠くに位置する自由端と、を含み、上記押さえ位置は、上記第１対象物と上記第２対象物とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含み、上記押さえ位置は、上記溶接対象位置よりも上記第２対象物の上記自由端寄りに位置する。
【００２３】
本発明の第２の局面に基づく上記の溶接方法において、好ましくは、上記押さえ位置は、上記第１対象物と上記第２対象物とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含み、上記押さえ位置は、上記溶接対象位置よりも上記第２対象物の上記自由端寄りに位置する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、パラレルギャップ方式を使用する溶接装置および溶接方法であって、溶接の対象物の変形を抑制することが可能な溶接装置および溶接方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１における溶接装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第１工程を示す断面図である。
【図３】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第２工程を示す断面図である。
【図４】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第３工程を示す断面図である。
【図５】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第４工程を示す断面図である。
【図６】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第５工程を示す断面図である。
【図７】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第６工程を示す断面図である。
【図８】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第７工程を示す断面図である。
【図９】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第８工程を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１における溶接装置を用いた溶接方法の第９工程を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２における溶接装置を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第１工程を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第２工程を示す断面図である。
【図１４】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第３工程を示す断面図である。
【図１５】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第４工程を示す断面図である。
【図１６】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第５工程を示す断面図である。
【図１７】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第６工程を示す断面図である。
【図１８】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第７工程を示す断面図である。
【図１９】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第８工程を示す断面図である。
【図２０】実施の形態２における溶接装置を用いた溶接方法の第９工程を示す断面図である。
【図２１】パラレルギャップ方式を使用する一般的な溶接方法を示す断面図である。
【図２２】パラレルギャップ方式を使用する一般的な溶接方法によって溶接された半導体素子およびコネクタを示す断面図である。
【図２３】パラレルギャップ方式を使用する一般的な溶接方法によって溶接された半導体素子およびコネクタを示す他の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に基づいた各実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。各実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。各実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００２７】
［実施の形態１］
（溶接装置１００）
図１を参照して、本実施の形態における溶接装置１００について説明する。図１は、溶接装置１００を示す断面図である。溶接装置１００は、パラレルギャップ方式を使用して半導体素子５０（第１対象物）とコネクタ６０（第２対象物）とを互いに溶接する。具体的には、溶接装置１００は、溶接ステージ１０、吸着ステージ２０、溶接用電極３０、および押さえ部材４０を備える。
【００２８】
溶接ステージ１０は、水平な載置面１２を含む。載置面１２上には、半導体素子５０およびコネクタ６０が順次重ねて載置される。吸着ステージ２０も、水平な載置面２２を含む。載置面１２および載置面２２は、互いに対して平行である。載置面１２に比べて載置面２２の方が上方に位置している。図１に示すように、載置面２２上にはコネクタ６０の一部（一端６１側）が載置される。
【００２９】
溶接ステージ１０および吸着ステージ２０の双方が、本発明におけるステージに相当する。
【００３０】
溶接用電極３０は、電極３２および電極３４を含む。電極３２および電極３４は、互いに略同形状を有し、互いに絶縁された状態で溶接ヘッド（図示せず）に取り付けられている。電極３２および電極３４は、互いに平行な位置関係にあり、一定の隙間を空けて互いに対向している。電極３２および電極３４は、半導体素子５０およびコネクタ６０同士が溶接される部分の上方に配置されるとともに、昇降機構（図示せず）によって昇降可能に構成される。
【００３１】
電極３２の材質および電極３４の材質の組合せとしては、たとえば、電極３２がタングステンであり電極３４が銅である組合せ、電極３２がモリブデンであり電極３４が銅である組合せ、電極３２がタングステンであり電極３４がクロム銅である組合せ、または、電極３２がモリブデンであり電極３４がクロム銅である組合せが挙げられる。これらの組合せは、異なる金属同士の組合せである。
【００３２】
電極３２の材質および電極３４の材質の組合せとしては、上記の他にも、電極３２がタングステンであり電極３４もタングステンである組合せ、または、電極３２がモリブデンであり電極３４もモリブデンである組合せも挙げられる。これらの組合せは、同じ金属の組合せである。電極３２の材質および電極３４の材質の組合せとしては、これらの組み合わせに限定されるものではなく、コネクタ６０の金属材料および半導体素子５０の金属材料などに応じて、任意に選定されることができる。
【００３３】
押さえ部材４０は、押さえ部材４０の下端において平坦に形成された押さえ面部４２を有する。押さえ面部４２は、溶接ステージ１０の載置面１２に対して平行である。押さえ部材４０の材料としては、高い熱伝導性を有する銅が用いられるとよい。押さえ部材４０の材料としては、コネクタ６０に与えられる傷を考慮して、シリコン系の樹脂またはテフロン（登録商標）系の樹脂が用いられてもよい。押さえ部材４０も、昇降機構（図示せず）によって昇降可能に構成される。
【００３４】
ここで、押さえ部材４０はコネクタ６０の一端６１側（自由端側）に配置されるとよい。コネクタ６０の一端６１とは、後の工程で半導体素子５０とは別の部材と別途接続されることが予定されている部分である。
【００３５】
（溶接装置１００を用いた溶接方法）
溶接装置１００を用いた溶接方法は、第１工程Ｓ１（図２参照）〜第９工程Ｓ９（図１０参照）を備える。以下、これらの各工程について順に説明する。
【００３６】
図２を参照して、第１工程Ｓ１においては、溶接ステージ１０および吸着ステージ２０が準備される。図３を参照して、第２工程Ｓ２においては、溶接ステージ１０の載置面１２上に、半導体素子５０が載置される。本実施の形態においては、吸着ステージ２０の載置面２２に対して、溶接ステージ１０の載置面１２は、半導体素子５０の厚さ分だけ載置面２２の下方に位置している。半導体素子５０の表面と吸着ステージ２０の載置面２２とは、可能な限り面一となるように構成されるとよい。
【００３７】
図４を参照して、第３工程Ｓ３においては、画像処理技術などを用いて、半導体素子５０の表面上における所定の位置に、コネクタ６０が載置される。本実施の形態においては、コネクタ６０の一端６１（自由端）は、半導体素子５０の表面外に位置している。コネクタ６０の他端６２（固定端）は、半導体素子５０の表面上に位置している。上述のとおり、吸着ステージ２０の載置面２２に対して、溶接ステージ１０の載置面１２は、半導体素子５０の厚さ分だけ載置面２２の下方に位置している。半導体素子５０およびコネクタ６０の間には、高い平行度が得られている。
【００３８】
半導体素子５０およびコネクタ６０は、溶接ステージ１０および吸着ステージ２０によってそれぞれ真空吸着されているとよい。当該真空吸着によって、半導体素子５０が溶接ステージ１０の載置面１２上に載置され、且つ、コネクタ６０が半導体素子５０の表面および吸着ステージ２０の載置面２２上に載置された状態において、半導体素子５０およびコネクタ６０同士の位置ずれが防止または抑制される。
【００３９】
図５を参照して、第４工程Ｓ４においては、押さえ部材４０が下降移動する（矢印ＡＲ４０参照）。押さえ部材４０の下降移動によって、押さえ面部４２がコネクタ６０の表面上における所定の押さえ位置６３を押さえるように、押さえ面部４２が下降する。
【００４０】
押さえ面部４２によって押さえられる押さえ位置６３は、半導体素子５０とコネクタ６０とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含んでいるとよい。押さえ部材４０の押さえ面部４２によって、コネクタ６０および半導体素子５０が、溶接ステージ１０の載置面１２上および吸着ステージ２０の載置面２２上に押し付けられる。半導体素子５０およびコネクタ６０の間における平行度は、高い値で保持される。
【００４１】
図６を参照して、第５工程Ｓ５においては、溶接用電極３０（溶接ヘッド）が下降移動する（矢印ＡＲ３０参照）。溶接用電極３０の下降移動によって、溶接用電極３０のうちの電極３２が、コネクタ６０における所定の溶接対象位置６４に接触する。また、溶接用電極３０のうちの電極３４はコネクタ６０に接触する。コネクタ６０は、半導体素子５０に対して所定の加圧力で押さえ付けられる。
【００４２】
溶接対象位置６４の位置については、コネクタ６０の他端６２（固定端）から溶接対象位置６４までの距離よりも、コネクタ６０の一端６１（自由端）から溶接対象位置６４までの距離の方が遠くなるように設けられるとよい。この場合、押さえ面部４２によって押さえられる上記の押さえ位置６３は、溶接対象位置６４よりもコネクタ６０の一端６１寄りに位置しているとよい。
【００４３】
図７を参照して、第６工程Ｓ６においては、溶接用電極３０の電極（図示せず）とコネクタ６０とを互いに接触させた状態で、電極３２と電極３４との間に、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０を通して溶接電流が通電される。当該通電により、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０の間に抵抗熱が発生する。抵抗熱によって、半導体素子５０の電極とコネクタ６０とが互いに溶接され、溶接部がたとえば図中の符号７０の位置に形成される。
【００４４】
ここで、半導体素子５０の電極とコネクタ６０とが互いに溶接される際、押さえ部材４０の押さえ面部４２は、半導体素子５０および吸着ステージ２０の載置面２２に対してコネクタ６０を押さえ付けている。半導体素子５０の電極およびコネクタ６０は、半導体素子５０およびコネクタ６０の間における平行度が高い値で保持された状態で、互いに接合されることが可能となる。
【００４５】
コネクタ６０が半導体素子５０の電極に溶接される際、コネクタ６０は、溶接用電極３０によって半導体素子５０の電極に対して物理的に押し付けられている。コネクタ６０の一端６１側は、溶接部７０（図６における溶接対象位置６４）付近を起点として図２２または図２３を参照して説明したように変形しようとするが、この変形動作は、押さえ部材４０の押さえ面部４２による押付によって抑制されている。
【００４６】
したがって、本実施の形態における溶接装置１００および溶接装置１００を用いた溶接方法によれば、コネクタ６０を半導体素子５０の電極に溶接する際、溶接の対象物の一つであるコネクタ６０の変形を効果的に抑制することが可能となる。
【００４７】
図８を参照して、第７工程Ｓ７においては、溶接用電極３０が上昇移動する（矢印ＡＲ３１参照）。溶接用電極３０とコネクタ６０とが互いに離間する。図９を参照して、第８工程Ｓ８においては、溶接用電極３０とコネクタ６０とが互いに離間した後、押さえ部材４０が上昇移動する（矢印ＡＲ４１参照）。押さえ部材４０の押さえ面部４２とコネクタ６０とが互いに離間する。
【００４８】
本実施の形態においては、押さえ部材４０が溶接用電極３０よりも遅れて上昇移動する。コネクタ６０における溶接部７０の付近は、溶接電流が流れることによって局所的に加熱されている。溶接部７０の付近の熱は、押さえ部材４０を通して分散されることができる。押さえ部材４０が銅のような熱伝導の良好な部材から構成される場合、溶接部７０の付近の熱は、押さえ部材４０を通して一層分散されることができる。
【００４９】
したがって、押さえ部材４０が溶接用電極３０よりも遅れて上昇移動することによって、コネクタ６０の面内に生じていた温度差に起因してコネクタ６０に変形が生じることは、効果的に抑制されることが可能となる。押さえ部材４０をシリコンゴムまたはテフロン（登録商標）ブロックのような樹脂で構成してもよく、また、同樹脂をコートした金属で構成してもよい。これによって、押さえ部材４０がコネクタ６０を押さえる際に、コネクタ６０にすり傷などが発生することも抑制することが可能となる。
【００５０】
図１０を参照して、第９工程Ｓ９において、コネクタ６０が半導体素子５０に溶接されることによって構成される組立体１０１が、溶接装置１００から回収される。組立体１０１においては、冒頭に図２２および図２３を参照して説明したような変形は発生していない。半導体素子５０およびコネクタ６０は、互いに高い平行度を保持している。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態における溶接装置１００およびこれを用いた溶接方法によれば、コネクタ６０を半導体素子５０の電極に溶接する際、溶接の対象物の一つであるコネクタ６０の変形を効果的に抑制することが可能となる。
【００５２】
本実施の形態における溶接装置１００およびこれを用いた溶接方法は、たとえば太陽電池セルにバイパスダイオードを接続する際、または、所望の出力を得るために太陽電池セル同士を直並列接続する際に効果的に使用することができる。本実施の形態における溶接装置１００およびこれを用いた溶接方法によれば、接合する部材同士の位置ずれ、および、溶接後におけるコネクタの変形などの不具合の発生を抑制することができ、ひいては工程歩留まりを向上させることができる。また、自動化プロセスが容易になるという効果を得ることも可能となる。
【００５３】
［実施の形態２］
（溶接装置２００）
図１１を参照して、本実施の形態における溶接装置２００について説明する。図１１は、溶接装置２００を示す断面図である。溶接装置２００も、上述の実施の形態１における溶接装置１００（図１参照）と同様に、パラレルギャップ方式を使用して半導体素子５０（第１対象物）とコネクタ６０（第２対象物）とを互いに溶接する。具体的には、溶接装置２００は、溶接ステージ１０、吸着ステージ２０、および、溶接用電極３０Ａを備える。
【００５４】
溶接ステージ１０および吸着ステージ２０は、上述の実施の形態１における溶接装置１００（図１参照）に用いられる溶接ステージ１０および吸着ステージ２０とそれぞれ同様に構成される。
【００５５】
溶接用電極３０Ａは、高抵抗電極３２Ａ（一対の溶接用電極のうちの一方）および低抵抗電極３４Ａ（一対の溶接用電極のうちの他方）を含む。高抵抗電極３２Ａは、低抵抗電極３４Ａよりも高い抵抗値を有する。高抵抗電極３２Ａおよび低抵抗電極３４Ａは、互いに絶縁された状態で溶接ヘッド（図示せず）に取り付けられている。高抵抗電極３２Ａおよび低抵抗電極３４Ａは、一定の隙間を空けて互いに対向している。高抵抗電極３２Ａおよび低抵抗電極３４Ａは、半導体素子５０およびコネクタ６０同士が溶接される部分の上方に配置されるとともに、昇降機構（図示せず）によって昇降可能に構成される。
【００５６】
低抵抗電極３４Ａの材質および高抵抗電極３２Ａの材質の組合せは、たとえば、低抵抗電極３４Ａが銅であり高抵抗電極３２Ａがタングステンである組合せ、低抵抗電極３４Ａが銅であり高抵抗電極３２Ａがモリブデンである組合せ、低抵抗電極３４Ａがクロム銅であり高抵抗電極３２Ａがタングステンである組合せ、および、低抵抗電極３４Ａがクロム銅であり高抵抗電極３２Ａがモリブデンである組合せ、からなる群の中から選択される１つの組合せである。低抵抗電極３４Ａの材質および高抵抗電極３２Ａの材質の組合せとしては、これらの組合せに限定されるものではなく、金属の電気抵抗に差がある組合せであれば、コネクタ６０の金属材料および半導体素子５０の金属材料などに応じて、任意に選定されることができる。
【００５７】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１とは異なり、押さえ面部４２（図１参照）を有する押さえ部材４０（図１参照）は用いられない。本実施の形態においては、押さえ部材４０の代わりに、低抵抗電極３４Ａの下端において、平坦に形成された押さえ面部３５が低抵抗電極３４Ａの一部として設けられる。押さえ面部３５は、溶接ステージ１０の載置面１２に対して平行である。押さえ面部３５は、高抵抗電極３２Ａの下端表面３３よりも大きい表面積を有している。
【００５８】
押さえ面部３５を有する低抵抗電極３４Ａは、コネクタ６０の一端６１側（自由端側）に配置されるとよい。コネクタ６０の一端６１とは、後の工程で半導体素子５０とは別の部材と別途接続されることが予定されている部分である。
【００５９】
（溶接装置２００を用いた溶接方法）
溶接装置２００を用いた溶接方法は、第１工程Ｔ１（図１２参照）〜第９工程Ｔ９（図２０参照）を備える。以下、これらの各工程について順に説明する。
【００６０】
図１２を参照して、第１工程Ｔ１においては、溶接ステージ１０および吸着ステージ２０が準備される。図１３を参照して、第２工程Ｔ２においては、溶接ステージ１０の載置面１２上に、半導体素子５０が載置される。本実施の形態においても、吸着ステージ２０の載置面２２に対して、溶接ステージ１０の載置面１２は、半導体素子５０の厚さ分だけ載置面２２の下方に位置している。半導体素子５０の表面と吸着ステージ２０の載置面２２とは、可能な限り面一となるように構成されるとよい。
【００６１】
図１４を参照して、第３工程Ｔ３においては、画像処理技術などを用いて、半導体素子５０の表面上における所定の位置に、コネクタ６０が載置される。本実施の形態においても、コネクタ６０の一端６１（自由端）は、半導体素子５０の表面外に位置している。コネクタ６０の他端６２（固定端）は、半導体素子５０の表面上に位置している。上述のとおり、吸着ステージ２０の載置面２２に対して、溶接ステージ１０の載置面１２は、半導体素子５０の厚さ分だけ載置面２２の下方に位置している。半導体素子５０およびコネクタ６０の間には、高い平行度が得られている。
【００６２】
半導体素子５０およびコネクタ６０は、溶接ステージ１０および吸着ステージ２０によってそれぞれ真空吸着されているとよい。当該真空吸着によって、半導体素子５０が溶接ステージ１０の載置面１２上に載置され、且つ、コネクタ６０が半導体素子５０の表面および吸着ステージ２０の載置面２２上に載置された状態において、半導体素子５０およびコネクタ６０同士の位置ずれが防止または抑制される。
【００６３】
図１５を参照して、第４工程Ｔ４においては、溶接用電極３０Ａのうち、低抵抗電極３４Ａのみが下降移動する（矢印ＡＲ３２参照）。低抵抗電極３４Ａの下降移動によって、押さえ面部３５がコネクタ６０の表面上における所定の押さえ位置６３を押さえるように、低抵抗電極３４Ａが下降する。
【００６４】
押さえ面部３５によって押さえられる押さえ位置６３は、半導体素子５０とコネクタ６０とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含んでいるとよい。低抵抗電極３４Ａの押さえ面部３５によって、コネクタ６０および半導体素子５０が、溶接ステージ１０の載置面１２上および吸着ステージ２０の載置面２２上に押し付けられる。半導体素子５０およびコネクタ６０の間における平行度は、高い値で保持される。
【００６５】
低抵抗電極３４Ａに設けられる押さえ面部３５の形状としては、図１１または図１５に示すような形状に限られず、コネクタ６０の一端６１側（自由端側）側に膨出するような広い面積を有し、コネクタ６０を平面状に押し付けることが可能であれば、他の形状であってもよい。
【００６６】
図１６を参照して、第５工程Ｔ５においては、溶接用電極３０Ａのうちの高抵抗電極３２Ａが下降移動する（矢印ＡＲ３３参照）。高抵抗電極３２Ａの下降移動によって、高抵抗電極３２Ａは、コネクタ６０における所定の溶接対象位置６４に接触する。コネクタ６０は、半導体素子５０に対して所定の加圧力で押さえ付けられる。
【００６７】
本実施の形態においても、溶接対象位置６４の位置については、コネクタ６０の他端６２（固定端）から溶接対象位置６４までの距離よりも、コネクタ６０の一端６１（自由端）から溶接対象位置６４までの距離の方が遠くなるように設けられるとよい。この場合、押さえ面部３５によって押さえられる上記の押さえ位置６３は、溶接対象位置６４よりもコネクタ６０の一端６１寄りに位置しているとよい。
【００６８】
図１７を参照して、第６工程Ｔ６においては、溶接用電極３０Ａの電極（図示せず）とコネクタ６０とを互いに接触させた状態で、高抵抗電極３２Ａと低抵抗電極３４Ａとの間に、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０を通して溶接電流が通電される。当該通電により、半導体素子５０の電極およびコネクタ６０の間（高抵抗電極３２Ａ寄りの部分）に抵抗熱が発生する。抵抗熱によって、半導体素子５０の電極とコネクタ６０とが互いに溶接され、溶接部７０が形成される。
【００６９】
ここで、半導体素子５０の電極とコネクタ６０とが互いに溶接される際、低抵抗電極３４Ａの押さえ面部３５は、半導体素子５０および吸着ステージ２０の載置面２２に対してコネクタ６０を押さえ付けている。半導体素子５０の電極およびコネクタ６０は、半導体素子５０およびコネクタ６０の間における平行度が高い値で保持された状態で、互いに接合されることが可能となる。
【００７０】
コネクタ６０が半導体素子５０の電極に溶接される際、コネクタ６０は、溶接用電極３０Ａによって半導体素子５０の電極に対して物理的に押し付けられている。コネクタ６０の一端６１側は、溶接部７０（図１６における溶接対象位置６４）付近を起点として図２２または図２３を参照して説明したように変形しようとするが、この変形動作は、低抵抗電極３４Ａの押さえ面部３５による押付によって抑制されている。
【００７１】
したがって、本実施の形態における溶接装置２００および溶接装置２００を用いた溶接方法によれば、コネクタ６０を半導体素子５０の電極に溶接する際、溶接の対象物の一つであるコネクタ６０の変形を効果的に抑制することが可能となる。
【００７２】
図１８を参照して、第７工程Ｔ７においては、溶接用電極３０Ａのうち高抵抗電極３２Ａのみが上昇移動する（矢印ＡＲ３４参照）。高抵抗電極３２Ａとコネクタ６０とが互いに離間する。図１９を参照して、第８工程Ｔ８においては、高抵抗電極３２Ａとコネクタ６０とが互いに離間した後、低抵抗電極３４Ａが上昇移動する（矢印ＡＲ３５参照）。低抵抗電極３４Ａの押さえ面部３５とコネクタ６０とが互いに離間する。
【００７３】
本実施の形態においては、低抵抗電極３４Ａが高抵抗電極３２Ａよりも遅れて上昇移動する。コネクタ６０における溶接部７０の付近は、溶接電流が流れることによって局所的に加熱されている。溶接部７０の付近の熱は、低抵抗電極３４Ａを通して分散されることができる。低抵抗電極３４Ａが銅のような熱伝導の良好な部材から構成される場合、溶接部７０の付近の熱は、低抵抗電極３４Ａを通して一層分散されることができる。
【００７４】
したがって、低抵抗電極３４Ａが高抵抗電極３２Ａよりも遅れて上昇移動することによって、コネクタ６０の面内に生じていた温度差に起因してコネクタ６０に変形が生じることは、効果的に抑制されることが可能となる。
【００７５】
図２０を参照して、第９工程Ｔ９において、コネクタ６０が半導体素子５０に溶接されることによって構成される組立体２０１が、溶接装置２００から回収される。組立体２０１においては、冒頭に図２２および図２３を参照して説明したような変形は発生していない。半導体素子５０およびコネクタ６０は、互いに高い平行度を保持している。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態における溶接装置２００およびこれを用いた溶接方法によれば、コネクタ６０を半導体素子５０の電極に溶接する際、溶接の対象物の一つであるコネクタ６０の変形を効果的に抑制することが可能となる。
【００７７】
本実施の形態における溶接装置２００およびこれを用いた溶接方法は、たとえば太陽電池セルにバイパスダイオードを接続する際、または、所望の出力を得るために太陽電池セル同士を直並列接続する際に効果的に使用することができる。本実施の形態における溶接装置２００および溶接装置２００によれば、接合する部材同士の位置ずれ、および、溶接後におけるコネクタの変形などの不具合の発生を抑制することができ、ひいては工程歩留まりを向上させることができる。また、自動化プロセスが容易になるという効果を得ることも可能となる。
【００７８】
以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１０溶接ステージ、１２，２２載置面、２０吸着ステージ、３０，３０Ａ，３０Ｂ溶接用電極、３２，３４電極、３２Ａ高抵抗電極、３２Ｂ，３４Ｂ電極、３３下端表面、３４Ａ低抵抗電極、３５，４２押さえ面部、４０押さえ部材、５０半導体素子、６０コネクタ、６１一端、６２他端、６３押さえ位置、６４溶接対象位置、７０溶接部、１００，２００溶接装置、１０１，２０１組立体、ＡＲ３０，ＡＲ３１，ＡＲ３２，ＡＲ３３，ＡＲ３４，ＡＲ３５，ＡＲ４０，ＡＲ４１矢印、Ｓ１，Ｔ１第１工程、Ｓ２，Ｔ２第２工程、Ｓ３，Ｔ３第３工程、Ｓ４，Ｔ４第４工程、Ｓ５，Ｔ５第５工程、Ｓ６，Ｔ６第６工程、Ｓ７，Ｔ７第７工程、Ｓ８，Ｔ８第８工程、Ｓ９，Ｔ９第９工程。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラレルギャップ方式を使用して第１対象物と第２対象物とを互いに溶接する溶接装置であって、
水平な載置面を含み、前記載置面上に前記第１対象物および前記第２対象物が順次重ねて載置されるステージと、
前記第１対象物と前記第２対象物との間に溶接電流を通電することによって、前記第１対象物と前記第２対象物とを互いに溶接する一対の溶接用電極と、
前記載置面に対して平行な押さえ面部と、を備え、
前記第１対象物と前記第２対象物とが互いに溶接される際、前記押さえ面部は前記第２対象物を押さえ付けている、
溶接装置。
【請求項２】
一対の前記溶接用電極のうちの一方は、低抵抗電極であり、
一対の前記溶接用電極のうちの他方は、前記低抵抗電極よりも高い抵抗値を有する高抵抗電極であり、
前記押さえ面部は、前記低抵抗電極の下端において前記低抵抗電極の一部として設けられており、
前記第２対象物は、固定端と、前記固定端に比べて前記第２対象物における溶接対象位置から遠くに位置する自由端と、を含み、
前記押さえ面部は、前記固定端側の部分よりも前記自由端側の部分の方が広い表面積を有する、
請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記低抵抗電極の材質および前記高抵抗電極の材質の組合せは、
前記低抵抗電極が銅であり前記高抵抗電極がタングステンである組合せ、
前記低抵抗電極が銅であり前記高抵抗電極がモリブデンである組合せ、
前記低抵抗電極がクロム銅であり前記高抵抗電極がタングステンである組合せ、および、
前記低抵抗電極がクロム銅であり前記高抵抗電極がモリブデンである組合せ、からなる群の中から選択される１つの組合せである、
請求項２に記載の溶接装置。
【請求項４】
請求項１に記載の溶接装置を用いて前記第１対象物と前記第２対象物とを互いに溶接する溶接方法であって、
前記ステージの前記載置面上に前記第１対象物を載置する工程と、
前記第１対象物の表面上に前記第２対象物を載置する工程と、
前記押さえ面部が前記第２対象物の表面上における押さえ位置を押さえるように、前記押さえ面部を下降させる工程と、
１対の前記溶接用電極のうちの一方が前記第２対象物における溶接対象位置に接触するように、１対の前記溶接用電極を下降させる工程と、
１対の前記溶接用電極と前記第２対象物とを互いに接触させた状態で前記第１対象物と前記第２対象物との間に前記溶接電流を通電することによって、前記第１対象物と前記第２対象物とを互いに溶接する工程と、
１対の前記溶接用電極を上昇させることにより１対の前記溶接用電極と前記第２対象物とを互いに離間させた後に、前記押さえ面部を上昇させることにより前記押さえ面部と前記第２対象物とを互いに離間させる工程と、備える、
溶接方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の溶接装置を用いて前記第１対象物と前記第２対象物とを互いに溶接する溶接方法であって、
前記ステージの前記載置面上に前記第１対象物を載置する工程と、
前記第１対象物の表面上に前記第２対象物を載置する工程と、
前記押さえ面部が前記第２対象物の表面上における押さえ位置を押さえるように、前記低抵抗電極を下降させる工程と、
前記高抵抗電極が前記第２対象物における前記溶接対象位置に接触するように、前記高抵抗電極を下降させる工程と、
１対の前記溶接用電極と前記第２対象物とを互いに接触させた状態で前記第１対象物と前記第２対象物との間に前記溶接電流を通電することによって、前記第１対象物と前記第２対象物とを互いに溶接する工程と、
前記高抵抗電極を上昇させることにより前記高抵抗電極と前記第２対象物とを互いに離間させた後に、前記低抵抗電極を上昇させることにより前記押さえ面部と前記第２対象物とを互いに離間させる工程と、備える、
溶接方法。
【請求項６】
前記第２対象物は、固定端と、前記固定端に比べて前記溶接対象位置から遠くに位置する自由端と、を含み、
前記押さえ位置は、前記第１対象物と前記第２対象物とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含み、
前記押さえ位置は、前記溶接対象位置よりも前記第２対象物の前記自由端寄りに位置する、
請求項４に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記押さえ位置は、前記第１対象物と前記第２対象物とが互いに重なる領域の少なくとも一部を含み、
前記押さえ位置は、前記溶接対象位置よりも前記第２対象物の前記自由端寄りに位置する、
請求項５に記載の溶接方法。

【図１】