HLHLERp=2.0MHzRp=2.0MHzRpRp=4.0MHzRp=4.0MHz20m20mGlass(D263)Si-KαSiRp=0.25MHzRp=0.25MHzRptp=20ps, Q=2mJ, v=2m/stp=20ps, Q=2mJ, v=2m/sλ=1064nm, E=3µJ, v=2m/sRp=1.0MHzRp=1.0MHzRp5µmλ=1064nm, tp=20ps, Rp=2MHz, E=2μJ, v=2m/s同一箇所へのレーザパルス照射数Nであり，式(1)により求めた．𝑁𝑁=𝑑𝑑∙𝑅𝑅𝑝𝑝𝑣𝑣■■■■■■■■■■■(1)ここでd，Rp，vは各々スポット直径，パルス繰り返し数，およびレーザ光走査速度である．大きなレーザパルス照射数は溶融領域を拡大するように徐々にレーザ光が照射されていること，小さなレーザパルス照射数は勢いよく溶融領域へレーザ光が進展していることを表している．したがって，パルス繰り返し数の小さな条件である0.25MHzでは溶融飛散物が顕著に確認されたものと考えられ，パルス繰り返し数やレーザパルス照射数が溶接ビードの形成状態に大きく影響すると考えられる．図５パルス繰り返し数が接合状態に及ぼす影響図６はパルスエネルギー2µJ，パルス繰り返し数2.0MHz，レーザ光走査速度2m/sで照射したときの溶接ビード断面の組成像，およびOとSi元素分布を示したものである．観察，測定は波長分散型Ｘ線分光法を備えた電界放射型走査電子顕微鏡を用いた．用いたガラス試料は単結晶シリコンの線膨張特性と異なるホウ珪酸ガラスD263であるが，高繰り返しピコ秒パルスレーザを用いて，単結晶シリコンとガラスのクラックフリー微細溶接が行えている．また，単結晶シリコンとホウ珪酸ガラスD263の境界面は平らではなく複雑に入り組んだ形状となっており，レーザ光照射によるへこみとその周囲に隆起した領域が存在している．このガラスの塑性変形より，レーザ光照射領域のガラスは少なくとも軟化点(1,324K)以上に温度上昇したと考えられる．また，組成像からのみならず，OおよびSi元素分布からも，ガラス側へシリコンが拡散していることが確認されるとともに，細片化された塊として存在していることがわかる．このガラス側へのシリコンの拡散や細片化された塊の残存から，レーザ光照射部近傍における照射光軸上のガラス材料はレーザ光のエネルギーを直接吸収し，温度上昇が生じているものと考えられる．すなわち，高繰り返しレーザによる熱的作用により励起された電子がアバランシェ電離をともなうこと，および既に拡散したシリコンによってガラスにおいてもレーザ光エネルギーの一部が吸収され，ガラス側へのシリコンの拡散や細片化された塊の残存が生じたものと考えられる．また，非常に薄いシリコンの層が隆起領域の外周部にあるガラスとシリコンの境界領域に観察される．これは単結晶シリコンが融点以上の温度まで上昇するとともに，レーザ光照射領域の一部は蒸発をともなうような温度まで上昇し，それによって生ずる反跳圧力によって材料が周囲へ流動したと考えられる．図６近赤外高繰り返しピコ秒パルスレーザによる図７は単結晶シリコンと陽極接合用ガラスSW-Yをパルスエネルギー3µJ一定で照射して作製した試料のせん断強度とレーザパルス照射数の関係を示したものである．ここでは，パルス繰り返し数およびレーザ光走査速度を変化させており，それらの条件よりレーザパルス照射数を求めて整理した．せん断試験時のクロスヘッドを移動させる試験速度は0.5mm/min一定とした．図に示すように，レーザパルス照射数10以下ではせん断強度は50MPa程度以下となっているが，それ以降ではレーザパルス照射数の増大にともなってせん断強度も大きくなっている．そして，レーザパルス照射数20程度でせん断強度は最大値をとり，その後は低下する．これらの結果から判断すると，強固な接合継ぎ手を得るためには，ある程度のレーザパルス照射数が必要であり，高繰り返しピコ秒パルスレーザで適切なレーザパルス照射数を用いることで85MPa程度と陽極接合に匹敵する高いせん断強度が得られた．パルス繰り返し数に着目するとパルス繰り返し数1.0MHzは他のパルス繰り返し数と比較して高いせん断強度が得られており，適切なレーザパルス照射数と入熱量により良好な接合継ぎ手が形成されたと考えられる．一方，パルス繰り返し数Glass/Si接合部断面図７せん断強度とレーザパルス照射数O-KαSi5µm5µm− 101 −
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