DE3937951A1

DE3937951A1 - Verfahren und einrichtung zum modulieren eines laserstrahls

Info

Publication number: DE3937951A1
Application number: DE3937951A
Authority: DE
Inventors: Joel C Johnson; Richard S Harris
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1990-06-28
Also published as: US4930901A; JPH02205084A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Methoden zum Modulieren der Lichtausgangsleistung eines Lasers und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Modulieren des Strahls ei nes einzelnen Lasers bestimmter Art, um mehrere Aufgaben der Materialbearbeitung mit Laser ausüben zu können.

Allgemeiner Stand der Technik

Bisher hat man zur Ausübung verschiedenartiger Arbeiten ver schiedenartige Laser eingesetzt. Zum Beispiel werden bei ei ner modernen Anlage zur Herstellung von Mikroschaltkreisen ge pulste Nd-YAG-Laser eingesetzt, um elektrisch leitende Zulei tungen mit Kontaktstellen des elektrischen Schaltkreises lei tend zu verbinden. Der gepulste Nd-YAG-Laser kann Ausgangsim pulse zwischen etwa 10 µs und 10 ms Dauer abgeben. Der Aus gangsimpuls aus einem gepulsten Nd-YAG-Laser stellt typischer weise eine Folge von in unregelmäßigen Abständen auftretenden Subimpulsen unterschiedlicher Form und nicht-konstanter Lei stung mit abnehmenden Amplituden dar. Eine Laserausgangsim pulsfolge dieser Art eignet sich zum Kontaktieren von An schlußdrähten aus Werkstoffen wie verzinntes Kupfer, das die Laserenergie leicht absorbiert, ist aber ungeeignet zum Kon taktieren von Anschlußdrähten aus vergoldetem Kupfer und ver gleichbaren Werkstoffen, die Laserlicht reflektieren.

Nach Abschluß eines Kontaktierungsvorgangs wird bei Anlagen zur Herstellung von Mikrostromkreisen eine Schneidvorrichtung, z. B. eine Vorrichtung mit hin und her gehender Messerklinge, eingesetzt, um die Anschlußdrähte von einem Anschlußkamm abzu trennen, von dem die Drähte ausgehen.

In einem Widerstandsabgleichsystem wird ein kontinuierlich ge pumpter gütegesteuerter Nd-YAG-Laser verwendet, der eine Folge von Laserimpulsen erzeugt, um eine verhältnismäßig langsame Entnahme von elektrisch leitendem Targetmaterial herbeizufüh ren. Jeder der aufeinanderfolgenden Impulse in der Impulsfol ge "nibbelt" mit Erfolg durch etwa 10% des Targetmaterials.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, mit der ein von einem ein zelnen Laser bestimmter Art ausgesandter Strahl moduliert wer den kann, um verschiedenartige Arten der Materialbearbeitung durch Laser auszuüben.

Ziel der Erfindung ist ferner die Entwicklung einer Anlage zur Herstellung von Mikrostromkreisen, mit welcher ein derartiges Verfahren ausgeübt werden kann und die eine derartige Einrich tung umfaßt.

Ziel der Erfindung ist außerdem die Entwicklung einer Anlage zur Herstellung von Mikrostromkreisen, mit der Anschlußdrähte kontaktiert werden können, die aus einem lichtreflektierenden oder einem lichtabsorbierenden Werkstoff bestehen.

Ziel der Erfindung ist schließlich die Entwicklung einer Anla ge zur Herstellung von Mikrostromkreisen, in der ein einziges Lasersystem eingesetzt wird, mit dem ein Targetmaterial kon taktiert und auch getrennt werden kann.

Die Erfindung zeigt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Mo dulieren eines einzelnen Lasers, um diesen mehrere Aufgaben der Materialbearbeitung durch Laser erfüllen zu lassen. Die Erfindung wird nur beispielshalber unter Bezugnahme auf einen optisch gepumpten Nd-YAG-Laser beschrieben, der in eine Anlage zur Herstellung von Mikrostromkreisen eingebaut ist.

Die nachstehend beschriebene Anlage zur Herstellung von Mikro stromkreisen ist eine mit Laser arbeitende Anlage zum Anbrin gen von Anschlußdrähten an Stromkreiskontakten. Die Anlage liefert von einem Laser ausgehende Lichtemissionen oder Impul se mit sehr hoher Wiederholungsfrequenz zur Herstellung elek trisch leitender Verbindungen zwischen den Anschlußdrähten und Kontakten und erzeugt durchweg Impulsspitzen mit hoher Lei stung, um die Absorption der Strahlenenergie zu maximieren.

Im einzelnen hat sich herausgestellt, daß Anschlußdrähte mit reflektierenden Oberflächen mehr Laserenergie absorbieren, nachdem die Oberfläche der Zuleitung aufgerauht worden ist. Aus diesem Grunde werden mit der erfindungsgemäßen Anlage La serimpulse erzeugt, deren Energieverteilung mindestens einen "Zacken" an der Vorderflanke jedes Impulses aufweist. Der Leistungspegel des Zackens liegt so hoch, daß die Oberfläche des Anschlußdrahts verdampft (d. h. aufgerauht) wird, wodurch die Absorption des restlichen Teils des Impulses mit seinem verhältnismäßig niedrigen Leistungspegel erleichtert wird.

Die Dauer der Laserimpulse gemäß der Erfindung reicht aus, um zu gewährleisten, daß die Laserenergie die Grenzfläche zwi schen Anschlußdraht und Kontaktstelle erreicht. Im übrigen ist, abgesehen von dem Aufrauh-Zacken an der Vorderflanke des Impulses, die Leistung der Laserimpulse nicht so hoch, daß das Material des Anschlußdrahts durch übermäßiges Verdampfen be schädigt wird.

Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht ferner die Erzeugung von Laserimpulsen zum Abtrennen der kontaktierten Anschluß drähte von dem Anschlußkamm, wodurch eine besondere Trennvor richtung entbehrlich wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen in die Nähe eines Strom kreises gebrachten Anschlußkamm.

Fig. 2 ist ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Laseranla ge.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, in dem die Herstellung von Laser impulsen dargestellt ist, die zum Kontaktieren von Anschluß drähten mit Stromkreisanschlußstellen geeignet sind.

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, in dem die Herstellung von Laser impulsen dargestellt ist, die zum Abtrennen von Anschlußdräh ten von Anschlußkämmen geeignet sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Fig. 1 zeigt eine Mehrzahl Anschlußdrähte 20, die zur Anbrin gung an einer Schaltung 22 ausgerichtet sind. Die Schaltung 22 weist Stromleiter 24 auf, die in Kontaktstellen 26 auslau fen. Die anderen Enden der Stromleiter 24 führen zu verschie denen (nicht dargestellten) Schaltungskomponenten.

Die Anschlußdrähte 20 sind durch Fotolithographie aus Streifen von elektroplattierter Gold- oder Kupferfolie von 0,035 mm Stärke hergestellt. Im folgenden wird zwar von Anschlußfolien gesprochen, aber die hier beschriebene Anlage kann natürlich auch zum Kontaktieren und Abtrennen von Anschlußdrähten unter schiedlicher Art und Stärke eingesetzt werden.

Jeder Anschlußdraht 20 ist an seinem äußeren Ende 28 mit einem länglichen Anschlußkamm 30 zu einer baulichen Einheit verbun den. Jeder Kamm 30 kann mehrere Gruppen Anschlußdrähte 20 tragen. Das freie Ende 34 jedes Anschlußdrahts 20 ist so aus gebildet, daß es eine bestimmte Kontaktstelle 26 berührt, nachdem die Schaltung 22 und der Kamm 30 mit an sich bekannten Mitteln entsprechend ausgerichtet sind. Ein Laserstrahl wird auf das freie Ende 34 jedes Anschlußdrahts 20 gerichtet und verbindet das Drahtende 34 elektrisch leitend mit der zugeord neten Kontaktstelle 26.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß die erfindungsgemäße Laseranlage ei nen Laserresonator 36 aufweist, in welchem sich ein Lichtver stärkermedium befindet, z. B. ein länglicher Nd-YAG-Stab 38 mit der Längsachse 40. Ein hinterer Endspiegel 42 steht an dem einen Ende des Stabes 38. Der hintere Endspiegel 42 reflek tiert Laserlicht, das sich durch den Stab längs einer insge samt parallel zu der Längsachse 40 des Stabes 38 verlaufenden Achse fortpflanzt. Ein vorderer Endspiegel 44 steht an dem entgegengesetzten Ende des Stabes 38. Der vordere Endspiegel 44 ist teildurchlässig. Infolgedessen verläßt ein Teil des auf den Spiegel 44 fallenden Laserlichts den Resonator 36, und ein Teil des Laserlichts wird durch den Stab 38 hindurch zu dem hinteren Endspiegel 42 zurückgeworfen.

Der Fachmann erkennt, daß, wenn der Stab 38 durch eine gepuls te Lichtquelle 45 oder auf andere Weise optisch gepumpt wird, die angeregten Neodymionen in dem Stab 38 und die Spiegel 42 und 44 zusammenwirken und Laserimpulse innerhalb des Resona tors 36 erzeugen. Die Laserimpulse verlassen den Resonator als kohärente Laserimpulse, wie durch den Pfeil 47 angedeutet. Wahlweise erzeugt ein kontinuierlich gepumpter Stab 38 einen aus dem Resonator austretenden kontinuierlichen Laserstrahl.

Bei dem hier beschriebenen Laser handelt es sich um einen Nd-YAG-Laser mit einer Bogenlampen-Pumplichtquelle als Ener giequelle, die auf unterschiedliche Treibstrompegel schaltbar ist, um die Höhe der Lichtausgangsleistung des Lasers zu ver ändern. Es ist keine Energiespeichervorrichtung vorgesehen, über die ein Pumpstrom entladen wird, um die Laserlichtaus gangsleistung zu modulieren.

Das Ausgangslicht eines derartigen Nd-YAG-Lasers zeichnet sich durch eine verhältnismäßig konstante Amplitude aus, während das Ausgangslicht eines üblichen gepulsten Nd-YAG-Lasers durch Relaxationsschwingungen mit insgesamt abnehmender Amplitude gekennzeichnet ist. Außerdem ist die Wiederholungsfrequenz von konventionell gepulsten Nd-YAG-Lasern üblicherweise auf ungefähr 200 Hz begrenzt. Diese niedrige Wiederholungsfre quenz hat ihre Ursache in der für den Betrieb der den Laser pumpenden Blitzlampe angewandten Methode. Diese älteren Me thoden liefern den Strom für die Lampe aus Kondensatorentla dungen. Die Wiederholungsfrequenz ist daher in Abhängigkeit von der für das Wiederaufladen der Kondensatoren benötigten Zeit begrenzt.

Ein üblicher akustooptischer Güteschalter 46 liegt in dem La serresonator 36 zwischen dem Stab 38 und einem der Endspiegel 42, 44. Der Güteschalter 46 hat die Wirkung eines Verschlus ses, und immer wenn er "geschlossen" ist, tritt kein Laser licht aus dem Resonator 36 aus. In dem Zeitintervall, in dem der Güteschalter 46 geschlossen ist, nimmt die Zahl von in an geregtem Zustand befindlichen Neodymionen, welcher Energiezu stand typischerweise als die "Besetzungs-Inversion" gemessen wird, über den für das Lasern erforderlichen Schwellwertpegel hinaus zu. Mit dem Öffnen des Güteschalters 46 wird daher die in dem Resonator 36 gespeicherte Energie in Form eines Hoch leistungs-Laserimpulses freigegeben.

Der Güteschalter 46 wird von einem Güteschaltersteuerkreis 48 gesteuert. Der Güteschaltersteuerkreis 48 erzeugt ein HF-Si gnal, das bei seiner Einwirkung auf den Güteschalter 46 darin ein Beugungsgitter erzeugt, an dem das den Güteschalter 46 durchlaufende Licht gebeugt wird (d. h. das HF-Signal "schließt" den Güteschalter). Das HF-Signal wird dem Güte schalter 46 über eine Leitung 50 zugeführt und wird durchge lassen mittels eines geeigneten Torsignals, das von einem pro grammierbaren Mikrocomputer 52 erzeugt wird und das dem Güte schaltersteuerkreis 48 über die Leitung 54 zugeführt wird.

Das lichtverstärkende Medium (d. h. der Stab 38) wird optisch gepumpt über die Lichtenergie, die von der Lampe 45 erzeugt wird. Die Lampe 45, etwa eine Kryptonbogenlampe, wird von ei ner schaltbaren Stromversorgung 56 betrieben. Die Stromver sorgung 56 läßt sich so steuern, daß sie elektrischen Strom zum Betrieb der Lampe 45 liefert, um Lichtimpulse mit hoher Wiederholungsfrequenz zu erzeugen. Die gleiche Stromversor gung 56 läßt sich auch so betreiben, daß die Lampe zu konti nuierlicher Lichtabgabe veranlaßt wird. Aus der vorliegenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß die Lichtimpulse Laserim pulse in dem Resonator 36 hervorrufen, und die Laserimpulse werden weiterhin von dem Güteschalter 46 zu Laserimpulsen zum Kontaktieren der Anschlußdrähte 20 mit den Kontaktstellen 26 geformt. Das von der Lampe 45 erzeugte kontinuierliche Licht ruft einen kontinuierlichen Laserstrahl in dem Resonator 36 hervor, der wiederholt gütegeschaltet wird, um Laserimpulse zu erzeugen, die so geformt sind, daß die Anschlußdrähte 20 von dem Anschlußkamm 30 abgetrennt werden können.

Betrachtet man zunächst die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage beim Kontaktieren der Anschlußdrähte 20 mit den Kon taktstellen 26 (d. h. den "Kontaktierungsbetrieb") unter Be rücksichtigung der Fig. 2 und 3, so werden die Stromversor gung 56 und der Güteschaltersteuerkreis 48 von dem Mikrocompu ter 52 so gesteuert, daß (nachstehend als Kontaktierimpulse L _b bezeichnete) Laserausgangsimpulse erzeugt werden, welche durch Energieverteilungen gekennzeichnet sind, die sie besonders ge eignet erscheinen lassen zum Kontaktieren der Anschlußdrähte 20 mit den Kontaktstellen 26.

Der Mikrocomputer 52 ist so programmiert, daß er Bedienerein gaben von einer Tastatur 58 oder einem anderen geeigneten Ein gabegerät aufnimmt, um den Kontaktiervorgang einzuleiten, so bald der Anschlußkamm 30 und die Schaltung 22 richtig zueinan der ausgerichtet sind. Der Mikrocomputer 52 spricht auf die sen Bedienerbefehl an, indem er auf die Leitung 60 ein digita les Strompegelsignal gibt, das den Strom I _m darstellt (z. B. 10 bis 40 A), der von der Stromversorgung 56 der Lampe 45 zuge führt werden soll, um die Lichtimpulse zu erzeugen, welche den Nd-YAG-Stab 38 pumpen. Ein Digital/Analog-Umsetzer 62 setzt das Strompegelsignal in ein Analogsignal um, mit dem der Aus gangsstrom I _m der Stromversorgung 56 eingestellt werden kann.

Die schaltbare Stromversorgung 56 besteht aus einer Gleich richter-und Filter-Eingangsschaltung, die Netzwechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Der Gleichstrom wird dann zu ei ner impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle umgeformt, die an schließend gesiebt wird, um einen stromveränderlichen Gleich stromausgang zu erzeugen. Die Breite der Rechteckwelle und damit der Betrag des Gleichstroms wird von einem Regler 63 ge regelt, der entweder analoge oder digitale Steuersignale auf nimmt. Durch Anwendung einer hohen Trägerfrequenz, z. B. 20 000 bis 40 000 Hz, für die Rechteckwelle kann man den Gleichstromausgang der Stromversorgung zwischen zwei Strompe geln in einem Zeitraum von einigen Perioden verändern, z. B. zwischen 0,1 bis 0,2 ms.

Bei der einen Anwendung der Erfindung wird die Stromversorgung 56 von einem geeigneten Steuersignal aus dem Mikrocomputer 52 so gesteuert, daß ein im weiteren als "Basisstrom" I _b bezeich neter Dauerstrom von 5 bis 10 A erzeugt wird, der niedriger liegt als der für die Hervorrufung einer zum Erzeugen der für das Auftreten einer Laserlichtemission benötigten Besetzungs inversion erforderliche Pegel. Wenn ein Laserimpuls gefordert wird, so wird der Stromversorgungsausgangsstrom gesteuert von einem geeigneten Steuersignal an den Regelkreis 63 zum Erzeu gen eines Ausgangsstroms, der zum Erzeugen einer Besetzungs inversion und anschließenden Lichtemission auf einem für das Kontaktieren erforderlichen Leistungspegel ausreicht.

Die Geschwindigkeit, mit der Laserimpulse erzeugt werden kön nen, ist nur durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der die Stromversorgung 56 von einem niedrigen Strompegel zu einem ho hen Strompegel und zurück zu einem niedrigen Strompegel ge steuert werden kann.

Wie bereits oben erwähnt, zeichnen sich die aus dem Laserreso nator 36 austretenden Kontaktierimpulse L _b durch eine zeitli che Energieverteilung aus, die die von den Anschlußdrähten 20 absorbierte Energie maximiert. Dazu steuert der Mikrocomputer 52 die zeitlich richtige Einteilung des Öffnens und Schließens des Güteschalters 46 relativ zu den Lampenstromimpulsen P ₁ (Fig. 3(b)) so, daß ein Kontaktierimpuls L _b entsteht, dessen zeitliche Energieverteilung mindestens einen Hochleistungs- "Zacken" S _b an seiner Vorderflanke entstehen läßt.

Im einzelnen zeigt Fig. 3, Kurve (a), das Zeitdiagramm der Fol ge von Steuerimpulsen, die von dem Mikrocomputer 52 erzeugt werden und die dem Regelkreis 63 zugeleitet werden, der die Schaltstromversorgung 56 steuert. Die Vorderflanke jedes Steuerimpulses läßt den der Lampe 45 zugeführten Strom augen blicklich von dem Basisstrom I _b ansteigen bis auf den Strom I _m zum Erzeugen eines Impulses von so großer Lichtleistung, daß die Neodymionen in dem Stabe 38 so weit gepumpt werden, daß die Besetzungsinversion in dem Stabe 38 die zum Lasern erfor derliche übersteigt, d. h. also Lichtemission herbeiführt (vgl. Fig. 3, Kurve (c)). Jeder Lampenstromimpuls P ₁ dauert minde stens 5 µs, wodurch erreicht wird, daß der zugehörige Laser- Kontaktierimpuls L _b genügend lang ist, um den Anschlußdraht bis zu der Grenzfläche zwischen Anschlußdraht und Kontaktstel le durchgehend zu erhitzen.

Um jeden Kontaktier-Laserimpuls L _b mit einem Hochleistungs- Zacken zu "formen", gibt der Mikrocomputer 52 ein Torsignal auf den Güteschaltersteuerkreis 48 zum Öffnen des Güteschal ters in einem sehr nahe der Vorderflanke des Lampenstromimpul ses P ₁ gelegenen Zeitpunkt. Wie im einzelnen Fig. 3, Kurve (d), zeigt, wird der Güteschalter 46 vor dem Beginn des Lampen stromimpulses P ₁ geschlossen, der von dem Steuersignal her rührt, das dem Reglerkreis 63 der Stromversorgung zugeführt ist. Der Güteschalter wird ungefähr 0,1 ms nach dem Beginn des Lampenstromimpulses P ₁ wieder geöffnet. Infolgedessen weist die Vorderflanke des entstehenden Kontaktier-Laserimpul ses L _b (Fig. 3, Kurve (e)) einen Zacken S _b mit einer Leistung (z. B. 600 W) auf, die zum Verdampfen und damit zum Aufrauhen der Oberfläche des Anschlußdrahts 20, der ein Target für den Kontaktierimpuls L _b darstellt, ausreicht. Der verbleibende Teil des Kontaktierimpulses L _b (welcher Teil eine Leistung (z. B. 100 W) besitzt, die zum Verdampfen des Zuleitungsmate rials nicht ausreicht) wird von dem jetzt aufgerauhten An schlußdraht 20 leicht absorbiert.

Man kann den Güteschalter 46 weglassen und nur die Laserimpul se benutzen, die auftreten würden, wenn die Lampe 45 mit Stromimpulsen P ₁, wie oben beschrieben, betrieben würde. Der artige Laserimpulse können gelegentlich an der Vorderflanke Zacken zeigen, deren Leistung zum Aufrauhen der Oberfläche des Anschlußdrahts ausreicht; jedoch variiert die Leistung derar tiger Laserimpulse wegen Schwankungen in der optischen Fluo reszenz in dem Stabe, von dem der Impuls ausgeht, von Impuls zu Impuls. Infolgedessen würden Laserimpulse, die durch Pum pen eines Stabes mit gepulstem Licht erzeugt, aber nicht mit einem Güteschalter "geformt" sind, nicht regelmäßig einen Auf rauhungszacken an den Vorderflanken aufweisen, wodurch ein Teil der Laserenergie durch Reflexion vergeudet werden würde.

Einige Werkstoffe für Anschlußdrähte, z. B. verzinntes Kupfer, reflektieren keine wesentlichen Mengen Laserlicht. Daher ent fällt die Notwendigkeit der oben beschriebenen Anwendung eines Güteschalters zum Formen des Kontaktierimpulses L _b. Trotzdem kann auch in diesen Fällen die hohe Wiederholungsfrequenz, die durch die geschaltete Stromversorgung gemäß der Erfindung er zielbar ist, mit Vorteil angewandt werden, um die Schnellig keit des Kontaktierens zu erhöhen.

Wie erwähnt, bietet die Erfindung eine Laseranlage, die sowohl zum Kontaktieren von Anschlußdrähten an Kontaktstellen als auch zum Abtrennen von Anschlußdrähten von den zugehörigen Trägern eingesetzt werden kann. Nachstehend wird die Arbeits weise der Anlage zum Abtrennen von Anschlußdrähten (d. h. der "Abtrennbetrieb") beschrieben.

Nachdem die Anschlußdrähten 20 mit den Kontaktstellen 26 elek trisch leitend verbunden worden sind, wird der Laser so be wegt, daß seine Ausgangsimpulse auf die Anschlußdrähte an ei ner Stelle (C in Fig. 1) auftreffen, die von der Kontaktstelle 26 entfernt liegt. Der Bediener meldet nun dem Mikrocomputer 52 über die Tastatur 58, daß der Abtrennbetrieb verlangt wird. Der Mikrocomputer 52 reagiert durch Zuführung eines geeigne ten Strompegelsignals auf der Leitung, um den Ausgang der Stromversorgung 56 auf einen Stromwert I _m (z. B. 20 A) zum kontinuierlichen Betreiben der Bogenlampe 45 zu verändern (vgl. Fig. 4, Kurve (a)).

Da die Lampe 45 die Neodymionen in dem Stabe 38 kontinuierlich pumpt, richtet der Mikrocomputer 52 über die Leitung 54 ein Torsignal an den Güteschaltersteuerkreis 48, und dieses Signal veranlaßt den Steuerkreis 48, den Güteschalter wiederholt und schnell (z. B. 20 kHz, vgl. Fig. 4, Kurve (b)) zu öffnen und zu schließen, um eine Aufeinanderfolge von Hochleistungs-Laserim pulsen zum Verdampfen der Zuleitung 20 in dem Trennbereich C (Fig. 1) zu erzeugen. D. h. jeder der aufeinanderfolgenden La serimpulse (im weiteren als Trennimpulse L _s bezeichnet) ver dampft einen Teil des Anschlußdrahts 20 in dem Bereich C. Nachdem eine ausreichende Zahl von Trennimpulsen L _s auf den Anschlußdraht 20 getroffen ist, ist dieser vollständig abge trennt.

Es ist festzuhalten, daß das schnelle Güteschalten, das auf tritt, wenn die Anlage im Abtrennbetrieb arbeitet, zur Erzeu gung von Laserimpulsen L _s (vgl. Fig. 4, Kurve (c)) hoher Lei stung, z. B. größer als 10 000 W, und sehr kurzer Dauer, z. B. 100 ns, führt. Ein derart kurzer Hochleistungsimpuls bedeu tet, daß nur sehr wenig Impulsenergie in Teile des Anschluß drahts fließt, die neben dem Abtrennbereich C (vgl. Fig. 1) liegen. Infolgedessen ist der Trenn-"Schnitt" glatt, und die benachbarten Teile der Anschlußdrähte werden nicht durch über mäßige Lasererhitzung deformiert.

Aus dem Obengesagten ergibt sich, daß die Erfindung eine Anla ge mit Einzellaser darstellt, mit der die Anschlußdrähte so wohl kontaktiert als auch abgetrennt werden können, ohne daß für jeden dieser Vorgänge eine eigene Laseranlage vorgesehen zu werden brauchte. Darüber hinaus läßt sich die erfindungs gemäße Anlage für andere Aufgaben als das Kontaktieren benut zen, z. B. zum Ritzen eines Glases oder anderer lichtdurchläs siger Flächen.

Ferner ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Anlage mit einer beliebigen Zahl von Steuervorrichtungen betrieben werden kann, unabhängig davon, ob diese Vorrichtungen programmierbar sind oder nicht. Zum Beispiel kann ein üblicher Funktionsge nerator zum Erzeugen von Signalen für den oben beschriebenen Regelkreis eingesetzt werden. Weitere Möglichkeiten zum Aus tausch oder Ersatz durch gleichwertige Mittel sind dem Fach mann geläufig.

Claims

1. Laseranlage zum Erzeugen von Laserausgangslichtemissio nen, die auf ein Target treffen, umfassend:

(a) ein lichtverstärkendes Medium,
(b) eine Pumpeinrichtung zum Pumpen des lichtverstärkenden Mediums mit einer Folge von Lichtimpulsen, um Laserausgangs lichtemissionen zu erzeugen, wobei aufeinanderfolgende Licht impulse durch ein Zeitintervall getrennt sind und jeder Licht impuls in zeitlicher Abfolge eine Vorderflanke und eine Rück flanke aufweist,
(c) einen mit dem lichtverstärkenden Medium zusammenwirken den Güteschalter für das Herbeiführen eines ersten Zustands, in dem keine Laserausgangslichtemission stattfindet, und eines zweiten Zustands, in dem Laserausgangslichtemission stattfin det, und
(d) eine Güteschaltersteuereinrichtung zum Schalten des Gü teschalters in den ersten Zustand während des Zeitintervalls zwischen den Lichtimpulsen und zu einem solchen Schalten des Güteschalters, daß er sich in dem zweiten Zustand während zu mindest eines Zeitpunkts nahe der Vorderflanke und zwischen der Vorderflanke und der Rückflanke jedes Lichtimpulses befin det, um eine Laseranlage bereitzustellen, die Laserausgangs lichtemissionen erzeugt,

gekennzeichnet durch zeitliche Energieverteilungen, bei denen ein höherer Energiepegel nahe den Vorderflanken der Lichtim pulse und ein niedrigerer Energiepegel nahe den Rückflanken der Lichtimpulse herrscht.

2. Anlage nach Anspruch 1, worin die Pumpeinrichtung eine schaltbare Stromversorgung zum Erzeugen der Lichtimpulse mit vorbestimmter Frequenz umfaßt.

3. Anlage nach Anspruch 2, worin die Pumpeinrichtung au ßerdem eine Lampe in optischer Zuordnung zu dem lichtverstär kenden Medium umfaßt sowie eine Basisstromeinrichtung, die die Lampe kontinuierlich mit elektrischem Strom versorgt.

4. Anlage nach Anspruch 1, worin das Target eine Target oberfläche hat und worin die Pumpeinrichtung und die Güte schaltersteuereinrichtung so betreibbar sind, daß die zeitli che Energieverteilung jeder der Laserausgangslichtemissionen einen Vorderflanken-Energiezacken von solcher Höhe aufweist, daß ein Teil der Targetoberfläche verdampft wird.

5. Anlage nach Anspruch 1, worin die Güteschaltersteuer einrichtung unmittelbar vor der Vorderflanke jedes Lichtimpul ses den Güteschalter aus dem zweiten Zustand in den ersten Zu stand schaltet.

6. Anlage nach Anspruch 1, worin die Pumpeinrichtung au ßerdem so betreibbar ist, daß das lichtverstärkende Medium kontinuierlich gepumpt wird, und worin die Güteschaltersteuer einrichtung eine Einrichtung für einen Abtrennbetrieb zum wie derholten Schalten des Güteschalters aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand und zurück umfaßt, so daß die entstehenden Laserausgangslichtemissionen zeitliche Energieverteilungen aufweisen, die ausreichend sind, um das Target abzutrennen, so oft das an dem Laserausgang emittierte Licht auf ein Target trifft.

7. Verfahren zum Betreiben eines Lasers zum Erzeugen von Laserausgangslichtemissionen, die geeignet sind, eine erste und eine zweite aneinanderstoßende Fläche elektrisch leitend zu verbinden, worin der Laser ein lichtverstärkendes Medium in Verbindung mit einem Laserresonator umfaßt, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Pumpen des lichtverstärkenden Mediums des Lasers mit einer Folge von Lichtimpulsen zum Erzeugen von Laserausgangs lichtemissionen,
(b) Aufstellen eines Güteschalters in den Laserresonator,
(c) Schließen des Güteschalters zwischen den Lichtimpulsen und Öffnen des Güteschalters während der Lichtimpulse in der Weise, daß aus dem Resonator Laserausgangslichtemissionen aus treten, deren zeitlicher Energieverlauf so ist, daß, jedesmal wenn emittiertes Laserausgangslicht auf ein Target trifft, das die erste Oberfläche enthält, die aneinanderstoßenden ersten und zweiten Flächen kontaktiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Target gekenn zeichnet ist durch verhältnismäßig niedriges Lichtabsorptions vermögen, und worin der Güteschalter in einem Zeitpunkt nahe dem Anfang jedes Lichtimpulses geöffnet wird, so daß jede La serausganglichtemission einen zeitlichen Energieverlauf zeigt, in dem an der Vorderflanke ein Leistungszacken auftritt, um das Absorptionsvermögen des Targets für Lichtenergie zu erhö hen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der Schritt des Pum pens das Schalten des Ausgangsstroms einer Stromversorgung, die an eine mit dem lichtverstärkenden Medium optisch verbun dene Lampe abgeschlossen ist, zwischen einem ersten und einem zweiten Strompegel mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit um faßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend den Schritt des Zuführens eines kontinuierlichen Basisstroms zu der Lampe während des Zeitraums, in dem der Stromversorgungsausgangs strom zwischen dem ersten Pegel und dem zweiten Pegel umge schaltet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend den Schritt des Abtrennens des Targets, nachdem die erste und die zweite aneinanderstoßende Fläche elektrisch leitend miteinander ver bunden sind, wobei der Abtrennschritt folgende Teilschritte umfaßt:

(a) kontinuierliches Pumpen des lichtverstärkenden Mediums des Lasers mit einer Lichtquelle, und
(b) wiederholtes Öffnen und Schließen des Güteschalters in der Weise, daß die Laserausgangslichtemissionen zeitliche Energieverteilungen aufweisen, die ausreichen, um das Target abzutrennen, sobald das emittierte Laserausgangslicht auf ein Target trifft.

12. Laseranlage zum Erzeugen von Laserausgangslichtemissio nen zum Kontaktieren eines Targetmaterials, dessen erste Flä che an einer zweiten Fläche anliegt, umfassend:

(a) ein lichtverstärkendes Medium,
(b) eine Pumpeinrichtung, die so betreibbar ist, daß beim Aufnehmen von elektrischem Strom auf einem ersten Pegel zum Pumpen des lichtempfindlichen Mediums eine Laserausgangslicht emission erzeugt wird,
(c) eine der Pumpeinrichtung zugeordnete Pumpsteuereinrich tung zur Zuführung von elektrischem Strom zu der Pumpeinrich tung, welche Pumpsteuereinrichtung zwischen einem ersten Strompegel und einem zweiten Strompegel umschaltbar ist, des sen Absolutwert niedriger liegt als der des ersten Strompe gels, wobei die Pumpsteuereinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Strompegel mit einer Geschwindigkeit umschaltbar ist, die begrenzt ist durch die Übergangszeiten, die der Strom für die Änderung zwischen dem ersten Pegel und dem zweiten Pe gel benötigt, und wobei die von der Pumpeinrichtung in Verbin dung mit der Pumpsteuereinrichtung erzeugte Laserausgangs lichtemission eine solche zeitliche Energieverteilung auf weist, daß, wenn das emittierte Laserausgangslicht auf ein Targetmaterial mit einer ersten, an eine zweite Fläche ansto ßende Fläche trifft, die erste und die zweite Fläche elek trisch leitend miteinander verbunden werden.

13. Anlage nach Anspruch 12, worin jeder von der Pumpein richtung erzeugte Lichtimpuls im zeitlichen Verlauf eine Vor derflanke und eine Rückflanke besitzt, ferner umfassend:

(a) einen mit dem lichtverstärkenden Medium zusammenwirken den Güteschalter zum Herbeiführen eines ersten Zustands, in dem keine Laserausgangslichtemission stattfindet, und eines zweiten Zustands, in dem Laserausgangslichtemission stattfin det, und
(b) eine Güteschaltersteuereinrichtung zum Schalten des Gü teschalters in den ersten Zustand während des Zeitintervalls zwischen den Lichtimpulsen und zum Schalten des Güteschalters in der Weise, daß er sich im zweiten Zustand zumindest in ei nem Zeitpunkt nahe der Vorderflanke und zwischen der Vorder flanke und der Rückflanke des Lichtimpulses befindet.

14. Anlage nach Anspruch 13, worin die Güteschaltersteuer einrichtung so betrieben werden kann, daß der Güteschalter von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu einem solchen auf die Vorderflanke jedes Lichtimpulses bezogenen Zeitpunkt ge schaltet wird, daß eine entsprechende Laserausgangslichtemis sion erzeugt wird, die eine zeitliche Energieverteilung auf weist, die einen Zackenteil definiert und einen anschließenden Teil, der mit dem Zackenteil zusammenhängt, wobei der maximale Leistungspegel des Zackenteils so hoch ist, daß ein Teil des Targetmaterials verdampft wird, während der anschließende Teil einen Leistungspegel aufweist, der ausreicht, um die aneinan derstoßende erste und zweite Fläche elektrisch leitend mitein ander zu verbinden.

15. Anlage nach Anspruch 13, worin die Pumpsteuereinrich tung so betreibbar ist, daß das lichtverstärkende Medium kon tinuierlich gepumpt wird, und worin die Güteschaltersteuerein richtung eine Einrichtung für den Abtrennbetrieb zum wieder holten Schalten des Güteschalters zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand umfaßt, derart, daß die Laserausgangslicht emissionen zeitliche Energieverteilungen zeigen, die ausrei chen zum Abtrennen des Targetmaterials, sobald das emittierte Laserausgangslicht auf ein Targetmaterial trifft.

16. Verfahren zum Pumpen eines Lasers zum Erzeugen von La serausgangslichtemissionen, die geeignet sind zum Kontaktieren eines Targetmaterial, dessen erste Fläche an eine zweite Flä che anstößt, worin der Laser ein lichtempfindliches Medium aufweist, das einer Lichtquelle optisch zugeordnet ist, wel ches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Anschließen der Lichtquelle an eine Stromversorgung, um die Lichtquelle mit Strom zu versorgen, wobei die Stromversor gung von einem ersten Strompegel, mit dem die Lichtquelle be trieben wird, um das lichtempfindliche Medium zu pumpen, auf einen zweiten Strompegel geschaltet werden kann, dessen Abso lutwert niedriger ist als der des ersten Strompegels, und
(b) Umschalten der Stromversorgung von dem ersten auf den zweiten Strompegel und zurück mit einer Geschwindigkeit, die durch die Übergangszeit begrenzt ist, die der Strom zum über gang von dem ersten Pegel auf den zweiten Pegel benötigt, wo bei die sich ergebende Laserausgangslichtemission eine zeit liche Energieverteilung aufweist, die ausreichend ist, um die erste Fläche des Targetmaterials elektrisch leitend mit der zweiten Fläche zu verbinden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter die Schritte umfas send, einen Laser zu pumpen, um Impulse zu erzeugen, die ge eignet sind, Targetmaterial abzutrennen, nachdem dessen erste Fläche mit der zweiten Fläche elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Abtrennschritt die folgenden Teilschritte um faßt:

(a) die Stromversorgung auf den ersten Pegel schalten und
(b) wiederholt einen Güteschalter öffnen und schließen, der in Wirkverbindung mit dem lichtverstärkenden Medium steht, so daß jede Laserausgangslichtemission einen zeitlichen Energie verlauf zeigt, der ausreicht, um ein Targetmaterial abzutren nen, sobald das emittierte Laserausgangslicht auf das Target material trifft.