FI124538B - Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla - Google Patents

Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla Download PDF

Info

Publication number
FI124538B
FI124538B FI20120420A FI20120420A FI124538B FI 124538 B FI124538 B FI 124538B FI 20120420 A FI20120420 A FI 20120420A FI 20120420 A FI20120420 A FI 20120420A FI 124538 B FI124538 B FI 124538B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
laser beam
welding
pieces
height
focused laser
Prior art date
Application number
FI20120420A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20120420A (fi
Inventor
Antti Määttänen
Original Assignee
Primoceler Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primoceler Oy filed Critical Primoceler Oy
Priority to FI20120420A priority Critical patent/FI124538B/fi
Priority to TW102146407A priority patent/TWI551385B/zh
Priority to US14/133,564 priority patent/US20140174128A1/en
Priority to EP13198334.8A priority patent/EP2745975B1/en
Priority to KR1020130159377A priority patent/KR20140082568A/ko
Priority to JP2013266108A priority patent/JP5925180B2/ja
Publication of FI20120420A publication Critical patent/FI20120420A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124538B publication Critical patent/FI124538B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/20—Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/324—Bonding taking account of the properties of the material involved involving non-metallic parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

MENETELMÄ SUBSTRAATTIA SISÄLTÄVIEN KAPPALEIDEN HITSAAMI-SEKSI YHTEEN FOKUSOIDUN LASERSÄTEEN AVULLA
Tämän keksinnön kohteena on menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaa-5 miseksi yhteen siten, että lasersäde fokusoidaan em. kappaleiden välissä olevalle, niiden yhteiselle rajapinta-alueelle, jolloin lasersäteen polttopisteen energia sulattaa kummankin kappaleen materiaalia samanaikaisesti ja fokusoitu lasersäde asetetaan liikkeeseen toisiinsa nähden liikkumattomina pysyviin hitsattaviin kappaleisiin nähden sellaisella nopeudella, että sulasta muodostuu sen kiinteytyessä kappaleet yhteen liitto tävä yhtenäinen hitsaussauma.
Keksinnön käyttökohteita ovat erityisesti sellaisten kappaleiden yhteen liittämiset hitsaamalla, joiden rajapinta-alueella olevat pinnat ovat kolmiulotteisia. Tämä poikkeaminen tasopinnasta voi johtua tarkoituksellisesta pinnanmuodostuksesta tai sinänsä ta-15 sopinnaksi tarkoitetun pinnan vääristymisestä kolmiulotteiseksi pinnaksi jostakin syystä. Liitettävät kappaleet voivat koostua joko kokonaan tai vain osittain substraateista. Esimerkkinä voidaan mainita kappaleet, jotka käsittävät substraattiker-roksen ja siihen liitetyn johtavan kerroksen siten, että nämä johtavat kerrokset ovat vastakkain kappaleiden yhteisellä rajapinta-alueella. Johtavien kerroksien materiaalei-20 na käytetään yleisesti metalleja. Substraatit voivat olla laajasti mitä tahansa materiaalia tai materiaaliyhdistelmiä, joissa sulaminen ja uudelleen kiinteytyminen voivat tapahtua fokusoidun lasersäteen avulla. Ne voivat olla homogeenisia tai muodostettuja eri materiaalia olevista alueista ja/ tai kerroksista. Esimerkkinä voidaan mainita lasi-ja/ tai piisubstraattiset puolijohdekomponentit, joita käytetään mikroelektroniikassa.
c}· g 25 Keksinnönmukaisen menetelmän avulla voidaan sulkea ja paketoida hermeettisesti
S
^ esimerkiksi antureita j a optisia komponenttej a.
o i
CM
CM
x Tunnetun tekniikan mukaisesti em. kappaleiden hitsaaminen yhteen tapahtuu nykyään tr jaksottaisilla hitseillä, joiden välissä korjataan fokusoidun lasersäteen polttopisteen o ^ 30 korkeusasemaa vastaamaan hitsauksen edetessä lasersäteen etenemispolulla olevan o ^ kappaleiden rajapinta-alueen muuttunutta korkeusasemaa. Toisin sanoen esim. yhte- o 00 näisen, yhdellä hitsauskerralla tehtävän kehähitsin aikaansaaminen ei ole mahdollista tunnetun tekniikan suomilla keinoilla kun kyseessä on kolmiulotteisten pintojen liittäminen yhteen hitsaamalla.
2
Edellä kuvattua tunnettua tekniikkaa on esitelty mm. patenttijulkaisussa FI20105539. Tässä julkaisussa esitetään pääasiallisesti kappaleiden hitsaamista yhteen lasersäteen avulla, jaksottaisella hitsillä. Julkaisussa esitetään myös kehähitsin muodostaminen 5 fokusoidun lasersäteen avulla, mutta tällöin on kyseessä täysin tasomainen hitsaus-alue, eli hitsattavien kappaleiden yhteinen rajapinta-alue. Julkaisussa ei esitetä muuta ratkaisua sellaisten kappaleiden yhteen hitsaamiseksi laserin avulla, joiden yhteinen rajapinta-alue poikkeaa tasopinnasta, kuin jaksottainen hitsaaminen.
10 Julkaisussa JP 2008119718 AI on esitetty menetelmä ja laitteisto lasertyöstöön. Laitteisto käsittää lasersäteen, fokusointioptiikan, ohjauslaitteiston, em. laitteiston liikut-tamislaitteiston, korkeusmittarin sekä alustan työstettävän kappaleen liikuttamiseksi. Laitteistolla voidaan työstää esim. lasia. Menetelmässä mitataan korkeusmittarilla työstettävän kappaleen pinnan korkeuseroja ja tehdään mittaustietojen perusteella tar-15 vittavat muutokset fokusointipisteeseen. Fokusointipisteeseen voidaan vaikuttaa ohja-uslaitteistolla, joka liikuttaa fokusointioptiikkaa vertikaalitasossa. Fokusointipiste voi olla työstettävän kappaleen sisässä, jolloin mittaustuloksissa huomioidaan myös työstettävän kappaleen paksuus. Tämän menetelmän epäkohtana voidaan pitää sitä, että sen avulla ei päästä pienien ja herkkien substraattikappaleiden, kuten esim. mikro-20 elektroniikassa käytettävien puolijohdekomponenttien työstössä riittävän suuriin tarkkuuksiin.
On tunnettua, että niin tasomaisia hitsauskohteita ei käytännössä edes esiinny siinä suuruusluokassa, että esim. todellisia puolijohdekomponentteja voitaisiin valmistaa ^ 25 em. patenttijulkaisun esittämällä menetelmällä kehähitsausta käyttäen ilman lasersä-
CM
i teen polttopisteen 12 korkeusaseman muuttamista kesken hitsauksen, o C\l
CM
Tunnetun tekniikan suurimpana epäkohtana voidaan pitää sitä, että yhtenäisen, tiiviin
CC
kolmiulotteisen hitsin muodostaminen ei ole lainkaan mahdollista sen suomilla kei-o c\j 30 noilla yhtäjaksoisella toimenpiteellä. Tämä epäkohta kulminoituu usealla eri tavalla: o ™ Hitsaaminen on hidasta ja sitä kautta myös sen kustannukset muodostuvat korkeiksi, δ ^ lisäksi hitsin tiiviys on kyseenalaista. Hermeettisyyden aikaan saaminen on käytän nössä mahdotonta nykyisiä menetelmiä käyttäen, sillä jopa alle yhden mikrometrin laajuinen reikä saumassa päästää heliumin läpi.
5 3 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä, jolla vältetään tunnetussa tekniikassa esiintyviä haittoja. Keksinnönmukaiselle ratkaisulle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnönmukaisen menetelmän käytöllä saavutetaan huomattava etu siinä, että kaikki fokusoidun lasersäteen avulla toteutettavat hitsaukset, joissa hitsaus ei etene koko hitsauksen ajan samassa tasossa, voidaan suorittaa yhdellä jatkuvalla toimenpiteellä. Kun ei ole tarvetta jaksottaa hitsausta ja muuttaa lasersäteen polttopisteen korkeus-10 asemaa näiden jaksojen välissä, niin hitsaustapahtuma on huomattavasti nopeampi kuin tunnetun tekniikan mukaisia menetelmiä käytettäessä. Tämä merkitsee tuotannon nopeutumista ja tehostumista ja sitä kautta myös suurempaa taloudellista tulosta.
Toinen huomattava etu saavutetaan siinä että keksinnönmukaisella menetelmällä suo-15 ritettava kolmiulotteisten pintojen hitsaaminen yhteen tuottaa aina tarvittaessa täysin tiiviin hitsaussauman, lyhyistä saumoista täyden kierroksen kehähitseihin asti. Luonnollisesti menetelmällä voidaan suorittaa myös tasomainen hitsaus. Sillä ei ole merkitystä, ovatko hitsattavat 3D- pinnat tarkoituksenmukaisesti tasopinnasta poikkeavia vai ovatko ne tasopinnoiksi tarkoitettuja mutta jostakin fyysisestä tekijästä johtuen 20 enemmän tai vähemmän 3D- pintoja hitsaustapahtuman aikana.
Tässä asiakirjassa käsitetään termillä ’’korkeusarvo” tietyn pisteen etäisyyttä määrätystä vertailutasosta, kuten esim. perustasosta, riippumatta siitä missä asennossa tämä vertailutaso on.
CM
^ Keksintöä kuvataan tämän hakemuksen piirustuksissa seuraavasti: o ^ kuvio 1 esittää erään keksinnönmukaisessa hitsausmenetelmässä käytettävän lai-
CM
tesommitelman yleiskuvaa kolmiulotteisesti,
CC
“ kuvio 2 esittää kuviossa 1 esitettyä poikkileikkausta kohdasta A-A kuvattuna, o 30 kuvio 3 esittää keksinnönmukaisella menetelmällä suoritettavaa hitsaustapahtumaa, o ^ kuvattuna kuvion 2 kohdasta z, o 00 kuviot 4 ja 5 esittävät kaaviomaisesti erästä tilannetta ylhäältäpäin kuvattuna, jossa toteutetaan keksinnönmukaisella menetelmällä kehähitsausta.
4
Seuraavassa selitetään keksinnön eräs edullinen sovellus edellä mainittuihin kuvioihin viittaamalla.
Kuviossa 1 on kuvattu eräs laitesommitelma, joka on valmiina toteuttamaan kahden 5 kappaleen, kuten päällekkäin asetetun lasilevyn hitsaamisen yhteen niiden yhteisellä rajapinta-alueella e. Kuviossa 2 esitetystä leikkauksesta A-A voidaan nähdä, että hitsattavien kappaleiden, ensimmäisen kappaleen 5 ja toisen kappaleen 13 yläpuolella on yhtenäinen työstöyksikkö 1, joka koostuu laserlaiteesta 2, tietokoneesta 9 ja mittalaitteesta 4. Hitsaustapahtuman kestäessä fokusoitu lasersäde 10 on liikkeessä hitsattaviin 10 kappaleisiin 5, 13 nähden suuntaan c nopeudella v (kuviot 2 ja 3) ja samanlaisessa liikkeessä ovat myös ensimmäisen kappaleen ensimmäistä 3D- pintaa 5' mittaavat, mittalaitteen 4 lähettämä/ vastaanottama valonsäde 7a, 7b. Ensimmäisen pinnan 5' määrätyssä kohdassa, kuten esim. kohdassa 8 valonsäde 7a taittuu ja palaa valonsäteenä 7b takaisin mittalaitteeseen 4. Mittalaite rekisteröi saamansa mittaustiedon hitsaus-15 polulla määrätyin välimatkoin olevista pisteistä 8.1, 8.2, jne. Tietokoneen 9 prosessori laskee valonsäteen 7b värin perusteella näiden pisteiden korkeusaseman tiettyyn perustasoon 6 nähden ja nämä arvot tallennetaan tietokoneen 9 muistiin. Kun fokusoitu lasersäde 10 tulee mittaustapahtuman jälkeen tietyn mittauspisteen 8, 8.1, 8.2, jne. kohdalle, niin tietokone syöttää kyseisen pisteen korkeusasematiedon perusteella las-20 kemansa korjatun korkeusasematiedon linssin 3 säätöyksikölle 11. Koijattu korkeus-asematieto on kyseisen pisteen kohtisuora etäisyys perustasosta 6 lisättynä ensimmäisen kappaleen 5 vahvuudella s. Linssin 3 säätöyksikkö 11 asemoi linssin 3 sellaiselle korkeudelle, että fokusoidun, ensimmäisen kappaleen 5 lävistävän lasersäteen 10 polttopiste 12 kohdistuu ensimmäisen ja toisen kappaleen 5, 13 yhteiselle rajapintani 25 alueelle e, jolloin lasersäteen energia sulattaa kummankin kappaleen 5, 13 materiaalia o 00 ja näiden sulien sekoittuminen ja uudelleen kiinteytyminen saa aikaan em. kappalei- h- ° den hitsautumisen yhteen hitsaussaumalla 15.
CVJ
X
Q- Kuviosta 3 voidaan nähdä tilanne, jossa hitsaus etenee parhaillaan jo ennen edellä ker- oo 30 rottua pistettä 8 hitsauspolulta mitattujen pisteiden kohdalla. Säätöyksikkö 11 muuttaa c\j tarvittaessa jokaisen mitatun pisteen kohdalla linssin 3 korkeusasemaa, jolloin hitsaus ° etenee noudattaen rajapinta-alueen e kulloistakin korkeusasemaa sillä tarkkuudella, joka saavutetaan peräkkäisten mittauspisteiden kohdalla tehtävillä korkeusaseman muutoksilla. Pisteiden mittaustapahtuma etenee tässä tilanteessa mitan a etäisyydellä 5 hitsaustapahtuman edellä, jotta fokusoitu lasersäde 10 ei aiheuttaisi häiriötä mittausta-pahtumaan.
Edellä kuvattua tiettyjen pisteiden korkeusasemamittausta ja fokusoidun lasersäteen 5 polttopisteen korkeusaseman muuttamista kuvataan suomalaisessa patenttihakemuksessa nro: 20110379. Tämä esillä oleva hakemus on tuon mainitun hakemuksen jatko-hakemus, eli tässä hakemuksessa tuodaan esille tuon mainitun hakemuksen sisältämän keksinnön edelleen kehittämisen tuloksia.
10 Silloin kun hitsauspolku poikkeaa sivusuuntaisesti suorasta linjasta ja tarvitaan mit-taavien valonsäteiden 7a, 7b ja fokusoidun lasersäteen 10 suunnanmuutosta hitsattaviin kappaleisiin 5, 13 nähden, niin se voidaan toteuttaa kääntämällä kappaleita 5, 13 työstöyksikköön 1 nähden tai päinvastoin. On mahdollista kääntää myös molempia edellä mainittuja ja oleellista onkin, että keksinnönmukaisen menetelmän yhteydessä 15 käytettävä laitesommitelma käsittää välineet toteuttaa tarvittavat suunnanmuutokset siten, että valonsäteet 7a, 7b ja fokusoitu lasersäde 10 etenevät olennaisesti peräkkäin tiettyä hitsauspolkua pitkin.
Kuvioissa 4 ja 5 on kuvattu kaaviomaisesti ylhäältä päin tilanne, jossa kehähitsin ede-20 tessä käännetään hitsauksen kohteena olevia kappaleita 5,13. Kuvio 4 esittää tilanteen hitsauksen alkaessa ja kuvio 5 tilanteessa, kun kulmista pyöristetyn suorakaiteen muotoisen hitsauspolun mukaan etenevä hitsaussauma 15 on edennyt yhden kulman yli.
Keksinnönmukaisessa menetelmässä käytettävän lasersäteen 10 fokusoidun pisteen ς 25 koko on suuruusluokkaa 1-10 pm, mutta se voi tietyissä tapauksissa olla myös näistä
CM
^ raja-arvoista poikkeavan kokoinen. Edellä mainittu fokusoidun pisteen suuruusluokka o toteuttaa käytännössä hitsaussauman, jossa sulan korkeus ja siten myös hitsaussauman
CM
x 15 korkeus h on suuruusluokkaa 40- 200 pm.
cc
CL
O
™ 30 Yhteen liitettävien kappaleiden 5, 13 vahvuudet voivat vaihdella hyvinkin laajasti, o ™ Esim. lasista valmistetun ensimmäisen kappaleen 5 vahvuus voi olla suurimmillaan o ^ ainakin 3 mm ja toisen, niin ikään lasisen kappaleen 13 vahvuudella ei ole rajoja.
6
Keksintö soveltuu erityisesti lasi- ja/ tai puolijohdesubstraattien, kuten piin, teknisten lasien, sulautetun piioksidin, borosilikaatin, kalkkilasin, safiirin, keraamisten aineiden, kuten zirkoniumoksidin, LiTaO:n jne. sekä näiden materiaalien yhdistelmien hitsaa-miseen. Kappaleiden 5, 13 sisältämät johtavat aineet voivat olla esim. kromista, kupa-5 rista, hopeasta, kullasta, molybdeenistä tai indiumtinaoksidista tai niiden yhdistelmistä koostettuja.
Kun yhteen liitettävät kappaleet 5, 13 käsittävät johtavia osia, niin keksinnönmukaista menetelmää voidaan käyttää niiden yhdistämisessä ja/tai niiden suojaamisessa ulko-10 puolisen hapen ja kosteuden vaikutuksilta. Esimerkkinä tällaisista kappaleista voidaan mainita puolijohdesirut ja mikrosirut, joissa johtavien metallikerroksien vahvuudet ovat n. 0,1- 5 pm. On huomattava, että näissä kuten kaikissa muissakin hitsattavissa kappaleissa lasersäde 10 ohjataan ensimmäisen kappaleen 5 substraatin läpi, jolloin tämän substraatin tulee olla läpinäkyvä käytetylle lasersäteen 10 aallonpituudelle.
15
On huomattava, että vaikka tässä selityksessä on pitäydytty yhdentyyppisessä keksinnölle edullisessa toteuttamisesimerkissä, niin tällä ei kuitenkaan haluta mitenkään rajoittaa keksinnön käyttöä vain tämän tyyppistä esimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen aja-20 tuksen puitteissa.
δ
CM
i n- o
CM
CM
X
IX
a.
O
CM
Tt-
O
CM
δ
CM

Claims (4)

1. Menetelmä substraattia kuten lasi- ja/ tai puolijohdesubstraattia sisältävien kappaleiden, kuten ensimmäisen kappaleen (5) ja toisen kappaleen (13) hitsaamiseksi 5 yhteen, j onka menetelmän mukaan: a. kappaleet (5, 13) asetetaan päällekkäin siten, että niiden väliin muodostuu niiden yhteinen rajapinta, b. lasersäde fokusoidaan em. kappaleiden (5, 13) välissä olevalle, niiden yhteiselle rajapinta-alueelle (e), jolloin lasersäteen (10) polttopisteen (12) energia 10 sulattaa kummankin kappaleen (5,13) materiaalia samanaikaisesti, c. fokusoitu lasersäde (10) asetetaan liikkeeseen toisiinsa nähden liikkumattomina pysyviin hitsattaviin kappaleisiin (5, 13) nähden sellaisella nopeudella (v), että sulasta muodostuu sen kiinteytyessä kappaleet yhteen liittävä hit-saussauma 15 tunnettu siitä, että d. fokusoidun lasersäteen (10) polttopisteen (12) korkeusasemaa muutetaan hitsauksen aikana portaittain siten, että tämä korkeusasema noudattaa olennaisesti yhteen hitsattavien kappaleiden (5, 13) yhteisen rajapinta-alueen (e) korkeusasemaa tietyn porrasvälin tarkkuudella, 20 e. polttopisteen (12) korkeusasemaa muutetaan siten, että i. mittalaitteen (4) valonsäteet (7a, 7b) mittaavat ensimmäisen kappaleen (5) ensimmäisen pinnan (5') määrättyjen pisteiden (8, 8.1, 8.2, jne.) korkeuspaikkatiedot määrätyllä etäisyydellä (a) fokusoidusta lasersäteestä (10) sen edestä, olennaisesti sen etenemis-co g 25 polulta ja mittalaite (4) syöttää ne tietokoneelle (9), CM ^ ii. tietokone (9) käsittelee pisteistä (8, 8.1, 8.2, jne.) saadun mittaus- ^ datan siten, että sen perusteella saadaan näiden pisteiden korke- CM x usarvot jonkun määrätyn tason, kuten esim. perustason (6) suh- CC teen, o CM o 30 iii. tietokone (9) syöttää ainakin likimäärin ensimmäisen kappaleen (5) o vahvuudella (s), joka on tämän kappaleen ylä- ja alapinnan välinen etäisyys, korjatut korkeusarvot säätöyksikölle (11), joka muuttaa linssin (3) tai linssiyhdistelmän etäisyyttä määrätystä tasosta, kuten esim. perustasosta (6) siten, että lasersäteen (10) polttopiste (12) kohdistuu aina kunkin mitatun pisteen (8, 8.1, 8.2, jne.) kohdalla sen korkeusarvon ja ainakin likimäärin ensimmäisen kappaleen (5) vahvuuden (s) summana saatavaan korkeustasoon, eli rajapinta-5 alueelle (e), f) mittalaitteen valonsäteiden (7a, 7b) ja fokusoidun lasersäteen (10) etenemis-suuntaa kappaleisiin (5, 13) nähden muutetaan hitsauksen aikana kääntämällä kappaleita (5,13) ja/ tai yhtenäistä työstöyksikköä (1) perustason (6) suuntai-10 sessa tasossa tai jollakin muulla tilanteeseen sopivalla menetelmällä silloin, kun muodostetaan leveyssuunnassa suoraan etenevästä hitsistä poikkeavaa hitsausta, kuten esim. kehähitsausta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sitä käytetään 15 minkä tahansa sellaisen ensimmäisen kappaleen (5) liittämiseksi hitsaamalla toi seen substraattia sisältävään kappaleeseen (13), jonka substraatti on läpinäkyvää menetelmässä käytettävän lasersäteen (10) aallonpituudelle.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sillä aikaan 20 saatavan hitsaussauman korkeus (h) on 30- 250 pm.
4. Jonkun patenttivaatimuksista 1- 3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sen avulla toiseen kappaleeseen (13) liitettävän lasersäteen (10) tulopuolella olevan ensimmäisen kappaleen (5) vahvuus (s) on 30- 3000 pm. ” 25 o C\J <3> (M X cc CL O C\J o cv δ cv
FI20120420A 2012-12-21 2012-12-21 Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla FI124538B (fi)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20120420A FI124538B (fi) 2012-12-21 2012-12-21 Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla
TW102146407A TWI551385B (zh) 2012-12-21 2013-12-16 利用聚焦雷射光束將包含基材的部件焊接在一起的方法
US14/133,564 US20140174128A1 (en) 2012-12-21 2013-12-18 Method to weld together piecess that contain substratum using a focused laser beam
EP13198334.8A EP2745975B1 (en) 2012-12-21 2013-12-19 A method to weld together pieces that contain substratum using a focused laser beam
KR1020130159377A KR20140082568A (ko) 2012-12-21 2013-12-19 집광 레이저 빔을 이용하여 기판을 포함하는 요소들을 함께 용접하는 방법
JP2013266108A JP5925180B2 (ja) 2012-12-21 2013-12-24 集光レーザー光を用いて基層を含む部品を合わせて溶接するための方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20120420 2012-12-21
FI20120420A FI124538B (fi) 2012-12-21 2012-12-21 Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20120420A FI20120420A (fi) 2014-06-22
FI124538B true FI124538B (fi) 2014-10-15

Family

ID=49949435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20120420A FI124538B (fi) 2012-12-21 2012-12-21 Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140174128A1 (fi)
EP (1) EP2745975B1 (fi)
JP (1) JP5925180B2 (fi)
KR (1) KR20140082568A (fi)
FI (1) FI124538B (fi)
TW (1) TWI551385B (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI125807B (fi) 2014-04-17 2016-02-29 Primoceler Oy Menetelmä kahden substraattikappaleen hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla
DE102020115878A1 (de) * 2020-06-16 2021-12-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren und System zum Laserschweißen eines Halbleitermaterials

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI117426B (fi) * 2003-06-12 2006-10-13 Aker Yards Oy Menetelmä kolmidimensionaalisen rakenteen hitsauksen ohjaamiseksi
US7638731B2 (en) * 2005-10-18 2009-12-29 Electro Scientific Industries, Inc. Real time target topography tracking during laser processing
JP4894025B2 (ja) * 2006-09-22 2012-03-07 国立大学法人大阪大学 物質の接合方法、物質接合装置、および、接合体とその製造方法
JP2008119718A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Marubun Corp レーザ加工装置
US8173931B2 (en) * 2008-06-13 2012-05-08 Electro Scientific Industries, Inc. Automatic recipe management for laser processing a work piece
JP2010266407A (ja) * 2009-05-18 2010-11-25 Disco Abrasive Syst Ltd 高さ検出装置
CN102079619B (zh) * 2009-11-27 2012-02-15 洛阳兰迪玻璃机器股份有限公司 一种玻璃板复合封接方法
JP2011237348A (ja) * 2010-05-12 2011-11-24 Disco Abrasive Syst Ltd チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置およびレーザー加工機
FI123860B (fi) 2010-05-18 2013-11-29 Corelase Oy Menetelmä substraattien tiivistämiseksi ja kontaktoimiseksi laservalon avulla ja elektroniikkamoduli
WO2012077718A1 (ja) * 2010-12-08 2012-06-14 浜松ホトニクス株式会社 ガラス溶着装置及びガラス溶着方法
CA2823806C (en) * 2011-01-10 2017-08-29 Universite Laval Laser reinforced direct bonding of optical components
FI123806B (fi) 2011-11-02 2013-10-31 Primoceler Oy Mittaus- ja työstömenetelmä lasertyöstössä
US10112258B2 (en) * 2012-03-30 2018-10-30 View, Inc. Coaxial distance measurement via folding of triangulation sensor optics path

Also Published As

Publication number Publication date
TW201424905A (zh) 2014-07-01
US20140174128A1 (en) 2014-06-26
KR20140082568A (ko) 2014-07-02
EP2745975A1 (en) 2014-06-25
TWI551385B (zh) 2016-10-01
EP2745975B1 (en) 2017-08-02
JP2014121733A (ja) 2014-07-03
JP5925180B2 (ja) 2016-05-25
FI20120420A (fi) 2014-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Richter et al. Bonding of glass with femtosecond laser pulses at high repetition rates
US7557326B2 (en) Laser joining head assembly and laser joining method
FI123860B (fi) Menetelmä substraattien tiivistämiseksi ja kontaktoimiseksi laservalon avulla ja elektroniikkamoduli
US9802272B2 (en) Laser welding apparatus and laser welding method
JP2003164985A (ja) レーザー光による材料の同時一括溶融方法及び装置
FI124538B (fi) Menetelmä substraattia sisältävien kappaleiden hitsaamiseksi yhteen fokusoidun lasersäteen avulla
CN107111293B (zh) 经由具有对准特征的独立侧部测量的适应性零件轮廓建立
JP5907819B2 (ja) レンズユニットおよびレーザ加工装置
JP2005329436A (ja) レーザ加工方法
KR20130057946A (ko) 렌즈 유닛 및 레이저 가공 장치
CN108620743A (zh) 切割方法及激光加工装置
CN109014677A (zh) 基于激光测距的焊接机器人焊点位置示教方法
KR101285473B1 (ko) 반도체 장치와, 반도체 장치의 검사 방법 및 반도체 장치의검사 장치
CN103831532A (zh) 一种316ln大间隙对接焊的激光焊接工艺
JP6782650B2 (ja) 光学ユニット
CN108032526B (zh) 用于对接塑料工件的激光焊接方法
KR20010104254A (ko) 레이저 용접 헤드 제어시스템과 레이저 용접 헤드 및 그제어방법
JP2015160334A (ja) 樹脂部材の接合方法と検査用ウェルチップの製造方法
CN102861958A (zh) 真空钎焊方法
JP5850237B2 (ja) 光電変換素子及びその製造方法
TWI293697B (en) Method and apparatus for measuring position of ferrule of a laser module
CN106891532B (zh) 一种基于激光焊接技术的聚合物片材封装矫正工装及矫正方法
JP6934725B2 (ja) 光学ユニット
JP4603776B2 (ja) 溶接部の温度測定方法
CN221415355U (zh) 一种蓝光激光焊接机器人的一体式三分束装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124538

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B