DE3941558A1 - Laser-verbindungsvorrichtung mit lichtleitfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialien durch Punktschweißen, Hartlöten oder Löten, und sie betrifft mehr im besonderen eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialien unter Anwendung eines Laserstrahls.

Obwohl Verfahren zum Verbinden von Materialien, wie Punktschwei­ ßen, Hartlöten oder Löten bekannt sind und in weitem Maße zum Verbinden von Teilen einschließlich elektrischer Komponenten be­ nutzt werden, war es schwierig, solche Verbindungsverfahren auf die mikroelektronische Industrie zum Verbinden kleiner mikro­ elektronischer Teile anzuwenden. Ein Grund waren die Schwierig­ keiten bei der genauen Kontrolle der auf die Teile angewendeten Leistung und beim Begrenzen des Erhitzens auf einen lokalisier­ ten Bereich der Teile, so daß diese ohne Beschädigung der Teile oder anderer Materialien oder Komponenten in ihrer Nähe verbun­ den wurden.

Normale Hartlöt- und Lötprozesse erfordern, daß eine Elektrode, die widerstandserhitzt worden ist, in mechanischen Kontakt mit den Teilen gebracht und lange genug in Kontakt damit gehalten wird, damit genügend Wärme durch Leitung übertragen wird, um das Verbinden zu bewirken. Mit einer erhitzten Elektrode ist es sehr schwierig, das Erhitzen auf einen lokalisierten Bereich zu be­ schränken oder die Wärmemenge zu kontrollieren, die in der Nähe der Elektrode auf Komponenten übertragen wird, insbesondere wenn die verbundenen Teile in einem begrenzten Bereich angeordnet sind. Bei einem Widerstands-Punktschweißen wird häufig eine ge­ spaltene Elektrode, wie aus Kupfer, benutzt, elektrischen Strom durch zwei Teile zu leiten, die in mechanischem Kontakt mitein­ ander gehalten werden. Der Strom erzeugt ein Widerstandserhitzen und verbindet die Teile. Wie beim Hartlöten und Löten ist es bei einem Punktschweiß-Verfahren schwierig, genau den Erwärmungsgrad zu steuern oder die von Wärme beeinflußte Fläche genügend auf die zu verbindenden Teile zu beschränken, um eine Beschädigung zu vermeiden.

Vorrichtungen, die Laserstrahlen benutzen, sind für verschiedene Behandlungsverfahren, wie Schneiden, Bohren, Schweißen, Hartlö­ ten, Markieren oder lokalisiertes Wärmebehandeln bekannt. Typi­ sche dieser Vorrichtungen sind in den US-PSen 45 64 736, 46 76 586 und 46 81 396 offenbart, bei denen eine Lichtleitfa­ ser benutzt wird, um einen Laserstrahl von einer entfernt lie­ genden Quelle zu einem Verarbeitungs- bzw. Behandlungsbereich eines Werkstückes zu übertragen. In diesen Vorrichtungen ist das Ausgangsende der Lichtleitfaser in einem Ausgangskoppler getra­ gen, der benachbart dem Werkstück angeordnet ist. Der Ausgangs­ koppler schließt ein Linsensystem zum Fokussieren des divergie­ renden Laserstrahles, der aus dem Ende der Lichtleitfaser emit­ tiert wird, zu einem kleinen Fleck auf dem Werkstück ein. Der Ausgangskoppler steht mit dem Werkstück nicht in Kontakt, son­ dern er wird lediglich zum Fokussieren der Laserenergie auf das Werkstück benutzt. Vorrichtung und Verfahren in den obigen US- PSen sind daher kontaktfrei, was allgemein zutrifft auf andere bekannte Verfahren zum Behandeln von Materialien, wie Laser­ schweißen. Obwohl die Laser-Verfahren genau gesteuert werden kön­ nen, um eine erwünschte lokalisierte Beaufschlagung hoher Ener­ gie zu ergeben, ist das Fehlen des mechanischen Kontaktes zwi­ schen dem Werkzeug, das den Laserstrahl liefert, und einem Werk­ stück nachteilig beim Laser-Verbinden, wie dem Laserschweißen, da es äußere Positionierungsgeräte oder Befestigungen erfordert, um die zu verbindenden beiden Werkstücke in mechanischem Kontakt zu halten. Dies kann die Automatisierung des Verbindungsverfah­ rens schwierig und unbequem gestalten. Bei einigen Anwendungen, bei denen es z.B. erforderlich ist, Teile miteinander zu verbin­ den, die in einem begrenzten Raum angeordnet sind, ist es unprak­ tisch, äußere Anordnungsgeräte oder Befestigungen anzuwenden, um die Teile zusammenzuhalten, und dies kann das Verbinden der Teile unter Einsatz eines Laser-Verfahrens ausschließen.

Es ist daher erwünscht, eine Laser-Verbindungsvorrichtung mit Lichtleitfaser zu schaffen, die die vorgenannten und andere Probleme bekannter Laser-Verbindungsvorrichtungen vermeidet und das Verbinden von mikroelektrischen Komponenten zuverlässig und rasch erleichtert und ohne daß die verbundenen Komponenten oder andere Komponenten in ihrer Nachbarschaft beschädigt werden. Hierauf ist die vorliegende Erfindung gerichtet.

Die Erfindung schafft eine sehr vorteilhafte Laser-Verbindungs­ vorrichtung, die kleine Komponenten, wie mikroelektrische Kom­ ponenten, zuverlässig und rasch ohne Beschädigung der Komponen­ ten oder anderer Teile oder Materialien in ihrer Nähe zu ver­ binden vermag. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Schaffung eines mit einem Werkstück Berührung habenden Werkzeu­ ges, das an einem Ausgangsende einer Lichtleitfaser angeordnet ist, die den Laserstrahl zum Werkstück trägt. Das Werkzeug ist anpaßbar an ein automatisiertes Verbindungsverfahren oder als handbetätigtes Werkzeug, und es gestattet das Aufbringen mecha­ nischen Druckes auf zu verbindende Werkstücke, so daß diese wäh­ rend des Verbindungsverfahrens in Berührung gehalten werden kön­ nen. Die Erfindung ist demgemäß brauchbar für Verfahren zum Punktschweißen, Hartlöten oder Löten, bei denen es erforderlich ist, die beiden zu verbindenden Teile in mechanischem Kontakt zu halten. Dies vermeidet vorteilhafterweise die Notwendigkeit von Befestigungseinrichtungen oder anderer äußerer Positionie­ rungsgeräte, um die beiden zu verbindenden Werkstücke zu halten, und es gestattet das Verbinden von Werkstücken, die in einem be­ grenzten Raum angeordnet sind. Die Erfindung gestattet das prä­ zise Steuern der an die Werkstücke, die auf einen kleinen loka­ lisierten Bereich beschränkt sind, abgegebenen Energiemenge und vermeidet so die Beschädigung sowohl der Werkstücke als auch der sie umgebenden Materialien.

Kurz gesagt schafft die Erfindung gemäß einem Aspekt eine Laser- Verbindungsvorrichtung, die eine Lichtleitfaser zum Übertragen eines Laserstrahles und eine Einrichtung zum Einführen des Laser­ strahles in ein Eintrittsende der Lichtleitfaser umfaßt. Am Aus­ trittsende der Faser befindet sich ein langgestrecktes Gehäuse, das eine Einrichtung zum Eingriff mit einem und zur Ausübung von Druck auf ein Werkstück hat, wie eine Komponente oder ein Teil, das mit einer anderen Komponente oder einem anderen Teil verbun­ den werden soll. Das Gehäuse weist in seinem Ende, das mit dem Werkstück in Eingriff steht, eine Öffnung auf, und das Austritts­ ende der Lichtleitfaser ist innerhalb des Gehäuses mit Bezug auf die Öffnung gehalten, so daß ein divergierender Teil des Laser­ strahles, der aus der Lichtleitfaser emittiert wird, durch die Öffnung auf das Werkstück geworfen wird.

Im Gegensatz zu anderen bekannten Laser-Bearbeitungsvorrichtun­ gen für Materialien, wie sie z.B. in den obengenannten US-PSen offenbart sind, benutzt die Erfindung keine Linsensysteme am Austrittsende der Lichtleitfaser, um den divergierenden Laser­ strahl, der aus dem Austrittsende der Faser emittiert wird, zu fokussieren. Vielmehr wird der divergierende Laserstrahl selbst auf das Werkstück projiziert und direkt zum Aufbringen optischer Energie auf das Werkstück benutzt, um es zu erhitzen. Dies ver­ einfacht das Werkzeug nach der Erfindung beträchtlich und gestat­ tet, daß es sehr schlank ausgebildet wird, so daß man Zugang hat zu Komponenten, die in einem begrenzten Raum angeordnet sind.

Das Austrittsende der Lichtleitfaser kann innerhalb des Werkzeug­ gehäuses abgestützt sein, so daß die Faser parallel zur Längs­ achse des Gehäuses und zum Werkstück hin verläuft, so daß die Spitze des Faserkernes benachbart der Öffnung im Ende des Gehäu­ ses und in einem vorbestimmten Abstand vom Werkstück angeordnet ist. Die Öffnung im Gehäuse kann mit einer Kammer innerhalb des Gehäuses in Verbindung stehen, die teilweise durch ein Schutz­ fenster, z.B. aus Quarz, begrenzt wird, das zwischen der Faser­ spitze und der Öffnung angeordnet ist, um die Faserspitze vor Materialspritzern oder ähnlichem, die während des Verbindungsver­ fahrens gebildet werden, zu schützen. Durchgänge im Gehäuse kön­ nen mit der Kammer in Verbindung stehen, um einem Behandlungs­ gas, wie einem Inertgas, das Durchströmen durch die Kammer und an dem Quarzfenster vorbei zu gestatten. Das Behandlungsgas dient zum Einhüllen des Bereiches des Werkstückes, das durch die Öffnung im Gehäuse der Kammer ausgesetzt ist. Es wird so­ mit eine inerte Atmosphäre für den innerhalb der Öffnung befind­ lichen Teil des Werkstückes geschaffen, und die Gasströmung durch die Kammer gestattet das Wegtragen verdampfter Produkte des Schweißverfahrens. Dies unterstützt das Reinhalten des Quarzfensters und unterdrückt das künstliche Echo und verbes­ sert auf diese Weise die Kopplungswirksamkeit zwischen dem La­ serstrahl und dem Werkstück.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im ein­ zelnen zeigen:

Fig. 1 eine diagrammartige Ansicht, die die Laser-Verbin­ dungsvorrichtung mit Lichtleitfaser gemäß der vorlie­ genden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 eines ein Werkstück ergreifenden Werkzeuges der Vorrich­ tung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Werkzeuges nach Fig. 1 längs der Linie 3-3.

Die Erfindung ist besonders geeignet zum Verbinden von Werkstüc­ ken, wie mikroelektrischer Komponenten, in einem Punktschweiß­ verfahren, und sie wird in diesem Zusammenhang erläutert. Es sollte jedoch klar sein, daß dies nur eine Brauchbarkeit der Er­ findung veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt diagrammartig eine Laser-Verbindungsvorrichtung 10 mit Lichtleitfaser gemäß der Erfindung. Wie gezeigt, kann die Vorrichtung einen Laser 12 umfassen, der ein Impuls- oder konti­ nuierlich betriebener Neodym:YAG-Festkörperlaser oder ähnliches (z.B. eine Quelle für sichtbares oder UV-Laserlicht) sein kann, der einen Ausgangsstrahl abgibt, der mittels eines Kopplers 16 zur Übertragung des Strahles zu einem Werkzeug 18 in eine Licht­ leitfaser 14 gekoppelt wird. Das Werkzeug 18 dient als Halter für die Lichtleitfaser und als Gerät zum Anwenden einer Kraft auf ein Werkstück, wie im folgenden beschrieben.

Die Lichtleitfaser 14 kann eine einzelne dünne (Durchmesser 0,1 bis 1,5 mm) Lichtleitfaser sein, die einen Quarzkern 20 umfaßt, der von einem Mantel 22, wie aus Silikon oder Glas, umgeben ist und eine Schutzhülle 24, z.B. aus Nylon, aufweist. Der Koppler 16 kann ähnlich ausgebildet sein wie die in den obengenannten PSen beschriebenen Koppler. Infolgedessen kann der Koppler einen Halter für das Eingangsende der Lichtleitfaser und eine Linse zum Fokussieren des Laserstrahles auf den Quarzkern am Eingangsende umfassen. Wie in den oben genannten PSen beschrieben, kann der Laserstrahl in die Lichtleitfaser eingeführt werden, indem man den Laserstrahl zu einem kleinen Fleck auf dem Faserkern fokus­ siert, so daß der Durchmesser des Fleckes kleiner ist als der Durchmesser des Kernes und der eingeschlossene Winkel des fokus­ sierten Strahles kleiner als die numerische Öffnung der Faser ist. Der Laserstrahl wird durch die Lichtleitfaser übertragen und am Ausgangsende der Faser als divergierender Strahl 32 (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) am Boden 30 des Faserkernes emittiert.

Wie in den Figuren gezeigt, kann das Werkzeug 18 ein langgestreck­ tes allgemein zylindrisches äußeres Gehäuse 40 und ein inneres zylindrisches Trägerteil 42 umfassen, das eine axiale Bohrung 44 aufweist. Das Gehäuse 40 kann aus Metall, einem Kunststoff oder einer Hochtemperatur-Keramik gebildet sein. Das Teil 42 besteht vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material, wie Quarz oder Kunststoff. Die axiale Bohrung nimmt das Ausgangsende der Lichtleitfaser 14 auf, und es kann eine nicht dargestellte Ein­ richtung vorhanden sein, wie Klammern usw., um die Lichtleitfa­ ser in der Bohrung festzulegen. Der in Fig. 1 untere Endbereich des äußeren Gehäuses kann sich verjüngen, wie bei 46 gezeigt und in einem flachen Ende 48 enden, das auf ein erstes Werkstück 50 aufgestellt werden kann. Das flache Ende 48 des Gehäuses, das im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Gehäuses verläuft, gestattet das Ausüben von Druck auf das Werkstück 50, um es z.B. gegen ein zweites Werkstück 52 gepreßt zu halten.

Eine oben geschlitzte ringförmige Hülse oder Buchse 56 mit einer durchgehenden Öffnung 58 kann in das flache Ende 48 des Gehäuses gepreßt werden, so daß die Öffnung 58 koaxial mit der Bohrung 44 des inneren Trägerteiles 42 des Werkzeuges liegt. Der geschlitz­ te obere Teil der Buchse kann sich radial erstreckende Trägerab­ schnitte 60 aufweisen, die am besten in Fig. 3 ersichtlich sind, die ein Schutzfenster 62, z.B. aus Quarz, in einem entspre­ chenden Ausschnitt des unteren Endes des Teiles 42 abstützen und halten, wie in Fig. 1 dargestellt. Das Schutzfenster und die Öffnung 58 in der Buchse bilden eine Kammer im unteren Ende des Werkzeuges benachbart der Oberfläche des Werkstückes 50. Die Kammer kann mittels sektorförmiger Kanäle 66, die in den Öff­ nungsbereichen zwischen den sich radial erstreckenden Trägertei­ len 60 am Oberende der Buchse und im Ende des Teiles 42 angeord­ net sind, mit mehreren sich längs erstreckenden bogenförmigen Durchgängen 70 (die am besten in den Fig. 2 und 3 ersichtlich sind) in Verbindung stehen, wobei die Durchgänge 70 auf der in­ neren Oberfläche des Gehäuses 40 zwischen dem Gehäuse und dem Trägerteil 42 gebildet sind. Jeder Durchgang 70 ist symmetrisch um die Längsachse und vier durchgehende Kanäle 60 angeordnet.

Ein oder mehrere der Durchgänge 70 können mit einer Quelle 72 eines Gases, wie eines Inertgases, wie in Fig. 1 gezeigt, ver­ bunden sein. Das Gas der Quelle 72 fließt durch die Durchgänge und Kanäle, wie durch die Pfeile veranschaulicht, und kann dazu benutzt werden, die Kammer in der Buchse während eines Schweiß-, Hartlöt- oder Lötverfahrens zu reinigen, wie im folgenden näher beschrieben wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Ausgangsende der Lichtleitfaser 14 innerhalb der Bohrung 44 des Teiles 42 gehalten, so daß es koaxial mit dem Gehäuse 40 verläuft und die Faser senkrecht zum flachen Ende 48 des Halters liegt. Der Endbereich der Lichtleit­ faser kann zubereitet sein, um Verluste zu vermindern, wie in der obengenannten US-PS 45 64 736 beschrieben, indem man Mantel 22 und Schutzüberzug 24 vom Ende der Faser abstreift, um eine vorbestimmte Länge des Faserkernes 20 freizulegen und indem man etwa die gleiche vorbestimmte Menge an Schutzüberzug vom Mantel 22 abstreift. Vorzugsweise ist die Spitze 30 des Faserkernes geschnitten und flachpoliert, so daß die geschnittene und po­ lierte Fläche senkrecht zur Längsachse der Faser liegt. Die Fa­ serspitze kann in Kontakt mit dem Schutzfenster 62 gebracht wer­ den oder einen geringen Abstand davon haben, wie in Fig. 1 ge­ zeigt. Die Faser kann in der Bohrung 44 des inneren Teiles 42 abgestützt sein, wobei der Schutzüberzug mit der Oberfläche der Bohrung in Berührung steht. Es ist erwünscht, daß das Teil 42 nicht mit dem Faserkern 20 in Berührung steht, um einen Leckver­ lust des Laserstrahles, der durch die Faser übertragen wird, in das Teil 42 zu vermeiden.

Beim Austreten des Laserstrahles aus dem Boden 30 der Lichtleit­ faser divergiert er, wie durch die gestrichelten Linien 32 in Fig. 1 gezeigt, und wird durch die Öffnung 58 in der Buchse auf die Oberfläche des Werkstückes 50 projiziert. Die optische Ener­ gie, die auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft, kann ein Schmelzen des Werkstückes und die Bildung eines geschmolzenen Schweißpools 80, wie in Fig. 1 dargestellt, erzeugen. Der Grad des Erhitzens des Werkstückes ist eine Funktion der Leistungs­ dichte der optischen Energie, die auf das Werkstück angewandt wird, und diese kann in einer Anzahl verschiedener Arten gesteu­ ert werden. Unter anderem ist die Leistungsdichte eine Funktion der Laser-Leistung und der Fleckgröße des auf das Werkstück pro­ jizierten Laserstrahles. Da der aus der Lichtleitfaser austreten­ de Laserstrahl divergiert, variiert die Leistungsdichte mit dem Abstand des Endes der Lichtleitfaser vom Werkstück. Ein Weg zur Steuerung der Leistungsdichte besteht damit in der Variation der Anordnung der Spitze 30 der Lichtleitfaser mit Bezug auf das Ende 48 des Werkzeuggehäuses, und das Werkzeug 18 kann konstru­ iert sein, die Einstellung der Spitze der Faser in der Bohrung zu gestatten. Während die physikalische Anordnung der Spitze der Faser mit Bezug auf das Werkstück die Kontrolle der Lei­ stungsdichte gestattet, ist dies kein bequemer Weg. Es ist er­ wünscht, eine vernünftige Arbeitsdistanz zwischen dem Werkstück und dem Boden der Lichtleitfaser beizubehalten, und es ist auch erwünscht, diesen Abstand klein zu halten, um die Leistungsdich­ te auf der Oberfläche des Werkstückes zu maximieren, während dies einen bequemen Weg darstellt, die Leistungsdichte genau zu steuern.

In der anhängigen US-Anmeldung Serial-No. 1 36 071 vom 21. Dezem­ ber 1987 ist ein nicht in Berührung stehender linsenfreier Aus­ gangskoppler für eine Vorrichtung zur Behandlung von Materialien mit Laser unter Verwendung einer Lichtleitfaser offenbart. In dieser Anmeldung ist ausgeführt, daß der divergierende Teil eines Laserstrahles am Ausgangsende einer Lichtleitfaser durch einen Ausgangs-Konuswinkel charakterisiert ist, der etwa gleich dem Eingangs-Konuswinkel des Laserstrahles ist, der in das Eingangs­ ende der Lichtleitfaser eingeführt wird. Da die Leistungsdichte eine Funktion der Fleckgröße des projizierten Strahles ist, die wiederum eine Funktion der Divergenz oder des Ausgangs-Konuswin­ kel des Laserstrahles ist, kann die Leistungsdichte kontrolliert werden, indem man den Eingangs-Konuswinkel des Laserstrahles, der durch den Koppler 16 in die Lichtleitfaser injiziert wird, kontrolliert und indem man die Leistung des in die Lichtleitfa­ ser injizierten Laserstrahles kontrolliert. Zusätzlich kann der Boden 30 des Kernes der Lichtleitfaser, falls erwünscht, so ge­ formt werden, daß man einen Konvexlinseneffekt zum Fokussieren des aus der Faser emittierten Laserstrahles erhält.

Es könnte auch ein Linsensystem in das Werkzeug 18 eingebaut wer­ den, um den aus der Faser emittierten Laserstrahl zu fokussieren, doch würde dies die Struktur komplexer machen.

Beim Betrieb wird das Werkzeug 18 dazu benutzt, mit einem der zu verbindenden Werkstücke in der in Fig. 1 gezeigten Weise in Eingriff zu treten und um den erwünschten Druck zum Verbinden auszuüben. Zum Punktverschweißen zweier Werkstücke ist es erfor­ derlich, einen genügenden Druck zwischen den beiden Werkstücken auszuüben, um den thermischen Widerstand an ihren Kontaktober­ flächen zu vermindern. Das Werkzeug richtet den Laserstrahl auf eine erwünschte Stelle auf dem Werkstück und gestattet die ge­ naue Kontrolle der Stellen, an denen die Werkstücke verbunden werden.

Das Werkzeug ist in etwa analog einer widerstandserhitzten Elek­ trode, vermeidet jedoch die Nachteile solcher Elektroden, die in einem Erwärmen der umgebenden Komponenten bestehen. Während man mit dem Werkzeug Druck ausübt, kann der Laser 12 mit Impuls­ betrieb arbeiten, um über den Koppler 16 Energie in die Licht­ leitfaser zu injizieren. Der Laserstrahl wird durch die Licht­ leitfaser zu deren Ausgangsende übertragen. Der divergierende Strahl von der Spitze des Ausganges der Lichtleitfaser wird durch die Öffnung 58 in der Buchse auf das Werkstück projiziert.

Spülgas aus der Quelle 72 strömt durch die Durchgänge 70 und durch die Kammer in der Buchse oberhalb der Öffnung 58. Vor­ zugsweise hat die Gasströmung eine relativ hohe Geschwindigkeit, um beim Kühlen des Werkzeuges mitzuwirken (das Erhitzen kann aufgrund des Kontaktes mit dem Werkstück erfolgen) und um die optischen Komponenten zu schützen, indem während des Verbindungs­ prozesses erzeugte verdampfte Produkte entfernt werden, die sonst auf dem Schutzfenster 62 abgeschieden würden und die Laser­ energie schwächen würden. Die Gasströmung ist auch nützlich beim Unterdrücken des künstlichen Echos und beim Erreichen einer gu­ ten Kopplungswirksamkeit.

Die auf das Werkstück angewendete Energie kann in der oben be­ schriebenen Weise gesteuert werden, indem man die in die Licht­ leitfaser injizierte Leistung kontrolliert, einschließlich der Impulsrate des Lasers. Zwischen den Impulsen kann die von der Oberfläche des Werkstückes emittierte IR-Strahlung nachgewiesen werden, um die Temperatur der Oberfläche zu bestimmen. Dies er­ leichtert die Kontrolle der Leistungsmenge, die auf das Werk­ stück angewendet wird und demgemäß den Grad des Schmelzens oder Erhitzens des Werkstückes. Die IR-Strahlung kann in verschiedener Weise nachgewiesen werden. So kann man die Strahlung von der Unterseite des Werkstückes 52 (vgl. Fig. 1) mit einem Sensor, wie einem nicht dargestellten IR-Detektor oder einer Kamera, nachweisen. Auch kann das Werkzeug 18 mit einer zweiten Licht­ leitfaser versehen sein, mit der man den projizierten Strahl­ fleck innerhalb der Öffnung 58 auf der Oberfläche des Werkstüc­ kes beobachtet und die IR-Energie zu einem entfernten Sensor überträgt.

Wie die obigen Ausführungen zeigen, dient das Werkzeug 18 als ein Halter für das Ausgangsende der Lichtleitfaser, was es ge­ stattet, daß der Laserstrahl ziemlich genau auf eine erwünschte Stelle eines Werkstückes gerichtet werden kann. Außerdem dient das Werkzeug zum Ausüben mechanischen Druckes auf zu verbinden­ de Werkstücke, und dies gleichzeitig mit der Anwendung von Laser­ energie. Das Werkzeug wirkt somit ähnlich einer üblichen Elek­ trode zum Punktschweißen.Das Werkzeug 18 kann zum Verbinden von Werkstücken in einem automatisierten, wie einem Roboter-Schweißer oder ähnlichem, System ebenso wie als Handwerkzeug benutzt wer­ den. Da das Werkzeug am Ausgangsende der Lichtleitfaser keine fokussierenden optischen Teile erfordert, kann das Gehäuse sehr schlank sein, was den Zugang zu Teilen erleichtert, die in einem begrenzten Raum angeordnet sind. Verglichen mit üblichen Wider­ stands-Punktschweißgeräten gestattet die Erfindung das Ausüben einer ausreichenden Last auf eine Werkstückoberfläche, um ein Verbinden zu bewirken, während, verglichen mit einer üblichen Elektrode zum Punktschweißen, ein minimaler Abrieb beim Werkzeug erfolgt.

Claims (20)

1. Laser-Verbindungsvorrichtung zum Punktschweißen, Hart­ löten oder Löten mit einer Lichtleitfaser zum Übertra­ gen eines Laserstrahles, einer Einrichtung zum Einfüh­ ren des Laserstrahles in ein Eingangsende der Licht­ leitfaser zur Übertragung durch die Faser, ein langge­ strecktes Gehäuse mit einer Einrichtung zum Eingriff mit einem und zum Ausüben von Druck auf ein Werkstück, wobei die Einrichtung zum Eingreifen eine Öffnung auf­ weist und einer Einrichtung innerhalb des Gehäuses zum Abstützen des Ausgangsendes der Lichtleitfaser mit Be­ zug auf die Öffnung, so daß ein divergierender Teil des Laserstrahles, der aus der Lichtleitfaser emittiert wird, durch die Öffnung auf das Werkstück projiziert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Einrichtung zum Eingreifen ein flaches Ende des Gehäuses umfaßt, das im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Gehäuses angeordnet ist, sowie eine Buchse, die innerhalb des flachen Endes zum Eingriff mit dem Werkstück angeord­ net ist, wobei die Öffnung in der Buchse ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiter umfassend ein Fen­ ster, das zwischen dem Ende der Lichtleitfaser und der Buchse angeordnet ist, wobei das Fenster und die Öff­ nung in der Buchse dazwischen eine Kammer bilden, die benachbart einer Oberfläche des Werkstückes liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter umfassend eine Ein­ richtung zum Hindurchführen von Gas durch die Kammer.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Buchse einen ge­ schlitzten Teil aufweist, der mit dem Fenster in Berüh­ rung steht und die Einrichtung zum Durchführen von Gas Durchgänge umfaßt, die innerhalb des Gehäuses ausgebil­ det sind, um über den geschlitzten Teil der Buchse mit der Kammer in Verbindung zu stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Durchgänge meh­ rere bogenförmige sich längs erstreckende Durchgänge umfassen, die zwischen einer inneren Oberfläche des Ge­ häuses und dem genannten Teil gebildet sind, das die Lichtleitfaser trägt, und eine Quelle für Inertgas mit mindestens einem der Durchgänge verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Stützeinrichtung ein langgestrecktes Trägerteil mit einer Längsbohrung umfaßt, wobei das Trägerteil derart im Gehäuse angeord­ net ist, daß die Bohrung koaxial mit der Längsachse des Gehäuses verläuft und das Ausgangsende der Licht­ leitfaser von der Bohrung aufgenommen und abgestützt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Fenster vom ge­ schlitzten Teil der Buchse innerhalb eines Ausschnittes des Trägerteiles für die Lichtleitfaser benachbart dem Ausgangsende der Lichtleitfaser abgestützt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Lichtleitfaser einen Kern aufweist, der von einem Mantel und einer Außenhülle um den Mantel herum bedeckt ist und wobei ein erster Teil am Ausgangsende der Lichtleitfaser abgestreift ist, um den Kern freizulegen und ein zwei­ ter Teil benachbart dem ersten Teil abgezogen ist, um den Mantel freizulegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin der Faserkern eine Spitze aufweist, von der aus der Laserstrahl emittiert wird und deren Boden flachpoliert und benachbart dem Fenster angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Einrichtung zum Einführen des Laserstrahles eine Einrichtung zum Kon­ trollieren der Leistungsdichte des Laserstrahles um­ faßt, der vom Ausgangsende der Lichtleitfaser emittiert wird.

12. Laser-Verbindungsvorrichtung mit einer Lichtleitfaser, die ein Eingangsende und ein Ausgangsende aufweist, um einen Laserstrahl durch die Faser zu übertragen, weiter ein Werkzeug, das am Ausgangsende der Lichtleitfaser angeordnet ist, wobei das Werkzeug ein langgestrecktes Gehäuse mit einem flachen Ende einschließt, um mit einem ersten Werkstück in Eingriff zu treten und Druck darauf auszuüben, um dieses erste Werkstück in Kontakt mit einem zweiten Werkstück zu halten, wobei das flache Ende eine Öffnung aufweist, und mit einer Einrichtung zum Ab­ stützen der Lichtleitfaser innerhalb des Gehäuses, wo­ bei das Ausgangsende der Faser benachbart der Öffnung und in einem vorbestimmten Abstand vom ersten Werkstück angeordnet ist, so daß ein divergierender Teil des La­ serstrahles, der vom Ausgangsende der Lichtleitfaser emittiert wird, einen Strahlfleck durch die Öffnung auf das Werkstück wirft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin das Gehäuse eine Kammer aufweist, die mit der Öffnung in Verbindung steht und zwischen der Öffnung und dem Ausgangsende der Lichtleitfaser angeordnet ist, wobei die Vorrichtung weiter eine Einrichtung einschließt, um Gas durch die Kammer zu führen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Kammer in einer ringförmigen Buchse ausgebildet ist, die im flachen En­ de des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Buchse einen geschlitzten Teil aufweist, der mit Gasdurchgängen in Verbindung steht, die innerhalb des Gehäuses ausgebil­ det sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin der geschlitzte Teil der Buchse ein Schutzfenster benachbart dem Ende der Lichtleitfaser zwischen dem genannten Ende und der Kam­ mer trägt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Trägereinrich­ tung für die Lichtleitfaser ein langgestrecktes Träger­ teil mit einer Längsbohrung umfaßt, das derart innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, daß die Bohrung koaxial mit einer Längsachse des Gehäuses verläuft, wobei die Durch­ gänge zwischen einer inneren Oberfläche des Gehäuses und einer äußeren Oberfläche des Trägerteiles ausgebil­ det sind und das Fenster auf dem geschlitzten Teil der Buchse mit einem Ausschnitt abgestützt ist, der in dem Trägerteil ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin das Trägerteil und das Fenster aus einem Material gebildet sind, das aus­ gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Quarz und Kunststoff.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Einrichtung zum Durchführen von Gas eine Einrichtung umfaßt, die für eine Gasströmung mit einer genügenden Geschwindigkeit durch die Kammer sorgt, um Verdampfungsprodukte zu ent­ fernen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin das Gas ein Inert­ gas umfaßt.

20. Impuls-Laser-Behandlungsvorrichtung mit einer Lichtleit­ faser zum Übertragen eines Laserstrahles, einer Ein­ richtung zum Einführen des Laserstrahles in ein Ein­ gangsende der Lichtleitfaser zur Übertragung des Strahles durch die Faser, einem langgestreckten Gehäuse mit einer Einrichtung zum Eingriff mit einem Werkstück und zum Ausüben von Druck darauf, wobei die Einrich­ tung zum Eingreifen eine Öffnung aufweist, einer Ein­ richtung innerhalb des Gehäuses zum Abstützen eines Ausgangsendes der Lichtleitfaser mit Bezug auf die Öff­ nung, so daß ein divergierender Teil des Laserstrahles, der aus der Lichtleitfaser emittiert wird, durch die Öffnung auf das Werkstück projiziert wird, um das Werk­ stück auf die Verarbeitungstemperatur zu erhitzen, und mit einer Einrichtung zum IR-Nachweisen der Höhe der Temperatur am Werkstück zur Synchronisation von Laser- Impulsgabe und IR-Abtastung.