DE1957539C3 - Einrichtung zum Verschweißen der Anschlüsse von elektronischen Bauteilen in Miniaturausführung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verschweißen der Anschlüsse von elektronischen Bauteilen in Miniaturausführung unter Einsatz einer Laserstrahlquelle.

Zur Verbindung von elektrisch leitenden Werkstücken allgemeiner Art ist es bekannt (USA.-Patentschrift 3 258 573), die Werkstücke an ihren Berührungsflächen induktiv bis zu der erforderlichen Schweißtemperatur zu erwärmen und dann nach Erreichen der Schweißtemperatur durch magnetische Kräfte zusammenzupressen. Dieses sogenannte Warmpre B-Schweißverfahren findet nur auf größere Werkstücke, beispielsweise Rohre, Anwendung, wobei die Beaufschlagung der Werkstücke mit den magnetischen Kräften eine gezielte Verformung einschließen kann.

Für die Verschweißung der Anschlüsse von elektronischen Miniaturbauteilen, beispielsweise von integrierten Schaltkreisen, ist es bekannt (USA.-Zeitschrift »Welding Journal«, Bd. 44, Heft 12 [Dezember 1965], S. 1018 bis 1026), ein Laserstrahlbündel auf die miteinander zu verschweißenden Anschlüsse zu fokussieren und auf diese Weise die Berührungsflächen der Anschlüsse auf die erforderliche Schweißtemperatur zu erhitzen. Das bekannte Schweißverfahren gestattet eine so rasche Erhitzung. der Anschlüsse, daß eine nennenswerte Wärmeleitung und damit eine Überhitzungsgefahr für die temperaturempfindlichen Miniaturbauteile nicht auftritt. Die Festigkeit der erzielten Schweißverbindungen ist jedoch bei diesem Verfahren größeren Schwankungen unterworfen, da bei den geringen Abmessungen der Teile eine gleichmäßige Verschweißung nicht möglich ist, so daß die Schweißstellen unter BeIastung häufig brechen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine gleichmäßige Verschweißung hoher Festigkeit gestattet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung eine magnetische Kräfte erzeugende Anpreßvorrichtung für die Anschlüsse der elektronischen Bauteile aufweist sowie eine Steuervorrichtung zur gleichzeitigen und verzögerungsfreieu Auslösung von Anpreßdruck und Schweißenergie.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Steuervorrichtung eine Pulsquelle aufweist, welche der Laserstrahlquelle und der Anpreßvorrichtung in Reihe einen Betriebsenergieimpuls zuführt.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Bereich der Berührungsflächen der Anschlüsse ein Anpreßglied von hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet.

Durch die Erfindung können die Anschlüsse von elektronischen Miniaturbauteilen mittels einer gleichzeitigen Erhitzung und Druckbeaufschlagung ohne Klemmvorrichtungen im wesentlichen gleichmäßig verschweißt werden, so daß Belastungsbrüche der Schweißstellen vermieden werden. Als Werkstoffe für die zu verschweißenden Anschlüsse können sowohl gute als auch schlechte elektrische Leiter verwendet werden.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen näher dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch die neue Schweißeinrichtung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der neuen Schweißeinrichtung und

F i g. 3 einen Querschnitt durch zwei zu verschweißende Anschlüsse von elektronischen Miniaturbauteilen.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schweißeinrichtung ist eine stationäre Werkstückauflage Il zur Halterung von zwei elektrisch hochleitenden Anschlüssen von elektronischen Miniaturbauteilen vorgesehen. Die Anschlüsse 13, 12 können beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen und sollen an ihren Berührungsflächen verschweißt werden. Hierzu wird mit Hilfe einer nicht dargestellten, pulsierenden und optisch gepumpten Laserstrahlquelle ein Laserstrahlbündel 14 über eine Linse 16 auf ausgewählte Abschnitte der Berührungsflächen der Anschlüsse 12 und 13 fokussiert, so daß diese Abschnitte erhitzt und zur Erleichterung der gegenseitigen Verbindung im wesentlichen aufgeschmolzen werden.

Nach dem Erreichen der Schmelztemperatur werden die zu verbindenden Anschlüsse 12, 13 mittels einer magnetischen Anpreßvorrichtung 15 gegeneinander gepreßt, wodurch eine Warmpreßschweißung erfolgt. Die Anpreßvorrichtung 15 weist eine Flachspule 17 auf, welche oberhalb des Anschlusses 13 sowie koaxial zu dem Laserstrahlbündel angeordnet ist. Bei Strombeaufschlagung erzeugt die Flachspule 17 einen durch die gestrichelt eingezeichneten Linien 18-18 angedeuteten Magnetfluß hoher Dichte, welcher mit Hilfe von Polschuhen 19 in die Anschlüsse 12, 13 eingeleitet wird, wodurch in diesen Wirbelströme erzeugt werden. Die Wirbelströme wiederum erzeugen Magnetfelder, die mit dem Magnetfeld der Flachspule 17 in der Weise zusammenwirken, daß die Anschlüsse 12, 13 ohne Deformation gegen die Werkstückhalterung 11 und damit gegeneinander ge-

preßt werden. Der Anpreßdruck zwischen den Anschlüssen 12, 13 ist in F ig. 1 durch die Pfeile 10 angedeutet.

Die gleichzeitige Erhitzung uikÜ gegenseitige Anpressung der Berührungsflächen der Anschlüsse 12, 13 erleichtert das Einfließen von geschmolzenem Anschlußmaterial in vorhandene Hohlräume oder Ausnehmungen im Bereich der erhitzten Berührungsflächen, wodurch festigkeitsmindernde Gaseinschlüsse bzw. ungleichmäßige Verschweißungen vermieden werden. Dadurch wird eine befriedigende Bruchfestigkeit der Schweißstelle gewährleistet.

Die in F i g. 2 veranschaulichte Steuervorrichtung 34 ermöglicht die gleichzeitige Pulssteuerung der Laserstrahlquelle und der magnetischen Anpreßvorrichtung 15. Die Vonrichtung 34 enthält eine Stromquelle'36 zum Aufladen einer Kondensatorbatterie 37, welche periodisch entladen wird. Die aus der Kondensatorbatterie 37 entnommene Energie wird einem Generator 38 zur Erzeugung von Impulsen ao hoher Stromstärke zugeführt. Diese Stromimpulse werden gleichzeitig der Laserstrahlquelle 39 und der Flachspule 17 der Anpreßvorrichtung 15 zugeleitet, so daß gleichzeitig mit der Erhitzung der Anschlüsse 12, 13 durch das Laserstrahlbündel 14 die Anpreß- as kraft der Flachspule 17 erzeugt wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 3 ist ein stationärer Arbeitstisch 41 zur Halterung zweier Anschlüsse 42, 43 aus einem Material geringer elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen. Bei einem derartigen Material der Anschlüsse können die zur Anpressung erforderlichen Ströme durch äußere Magnetfelder nicht in ausreichender Stärke erzeugt weiden. Demgemäß ist in diesem Falle eine Auflage 44 aus elektrisch hochleitendem Material über den Berührungsflächen der Anschlüsse 42, 43 angeordnet. Bei der Beaufschlagung dieser als Anpreßglied wirkenden Auflage 44 mit einem Magnetfeld hoher Feldstärke werden hierin Wirbelströme erzeugt, welche die Auflage mit hohem Druck in Richtung der Pfeile 46-46 gegen die Berührungsabschnitte der Anschlüsse 42. 43 pressen. Zum Hindurchtritt des Laserstrahlbündels 14 ist das Anpreßglied 44 mit einer Ausnehmung 47 verschen. Der in Richturrgs des Pfeils 48 durch die Ausnehmung 47 durchtretende Laserstrahl wird durch eine entsprechende Anordnung der Ausnehmung 47 auf die vorgesehene Schweißstelle geleitet, wo er die Anschlüsse 42, 43 erhitzt. Auch bei dieser Ausführungsform wird gleichzeitig mit der Laserstrahlquelle die Anpreßvorrichtung 15 angesteuert, so daß die Qualität der Schweißverbindung auch bei einem hochohmigen Anschlußmaterial gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Verschweißen der An-Schlüsse von elektronischen Bauteilen in Miniaturausführung unter Einsat? einer Laserstrahlquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine magnetische Kräfte erzeugende Anpreßvorrichtung (15) für die Anschlüsse der elektronischen Bauteile aufweist sowie eine Steuervorrichtung (34) zur gleichzeitigen und verzögerungsfreien Auslösung von Anpreßdruck und Schweißenergie.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- »5 kennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (34) eine Pulsquelle (37, 38) aufweist, welche der Laserstrahlquelie (39) und der Anpreßvorrichlung (15) in Reihe einen Betriebsenergiepuls zuführt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Berührungsflächen der Anschlüsse ein Anpreßglied (44) von hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet ist.

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