JP2014121733A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】共通表面領域が３次元である部品の溶接方法を提供する。
【解決手段】レーザー光を部品の間の共通表面に集中させることによって、基層を含む部品を合わせて溶接する方法であり、焦点１２のエネルギーは、同時に両方の部品５，１３における物質を溶融し、集光レーザー光１０は、溶融した物質が固まるとき統合溶接シーム１５を形成する速度で互いに移動しない部品に関して移動するよう設けられる。本発明の特徴は、結合される表面が３次元的であるとき、レーザー光１０の焦点１２の高さ位置が、共通表面にある精度で集中させるレーザー光の前を進む光線７ａ，７ｂの測定結果に従って変えられる。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

この発明の目的は、レーザー光を共通表面領域に集中させることによって、基層を含む部品を溶接するための方法である。焦点エネルギーは、同時に両方の部品における物質を溶融し、集光レーザー光は、溶融した物質が固まるとき部品統合溶接シームを形成する速度で互いに移動しない部品に関して移動するよう設けられる。

本発明の使用局面は、特に、共通表面領域が３次元である部品の溶接によって統合することである。平面表面からの転換は、意図した平面形状によって生じるか、または、ある理由のため、平面表面を３次元平面にすることを意図した表面の転換である。統合される部品は、全体的または部分的に、基層から構成される。例えば、基層を含む部品、および、それに結合される導電膜について、これら導電層が部品間における共通表面において互いに対向しているように述べる。金属は、一般的に、導電膜の物質として使用される。基層は、溶融および硬化が集光レーザー光によって起きる物質または物質の組み合わせである。それらは、均質であるか、または、異なる物質の領域および／または層から構成される。例えば、マイクロエレクトロニクスにおいて使用されるガラスおよび／またはシリコン基層半導体部品について述べる。本発明の方法を使用することによって、例えば検出器および光学部品は、密閉して閉じられる。

既知の技術によって、上述の部品の溶接は、集光ビーム光の焦点の最も高い位置がレーザービーム進行路の共通平面における変更された最も高い位置に対応するように訂正されるバッチ溶接によって行われる。換言すれば、例えば一度に申し分のない円形溶接を得ることは、溶接により３次元平面を接合するとき、既知の技術の方法を使用することではできない。

上述した既知の技術は、例えば、特許文献ＦＩ20105539に記載されている。この文献には、バッチ溶接を用いて、レーザー光によって部品を溶接する方法が主に開示されている。また、この文献には、集光レーザー光によって円形溶接を形成する方法が開示されているが、この場合において、溶接される部品間の共通平面である全体的な平面溶接領域について問題がある。その文献は、バッチ溶接以外、共通表面が平面でない部品をレーザー光によって溶接する解決を開示していない。

そのような平面溶接物は、例えば実際の半導体部品が、溶接処理においてレーザー光焦点を再配置することなく円形溶接を用いる上述の文献によりもたらされる方法を用いて生成されることは、実用において存在しないことが知られている。

既知の技術の最大の欠点は、申し分のない、緊密な３次元溶接結合を得ることは、一度に中断することのない方法によって不可能であることがわかっている。この欠点は、多くの異なる方法において頂点に達している。溶接は、遅く、費用が高く、溶接の耐性は、疑わしい。密閉したシール結合を得ることは、接合におけるマイクロメータの穴がヘリウムを漏らすため、既知の技術を使用することによって実用において不可能である。

この発明の意図は、既知の技術の欠点を避ける方法を得ることである。請求項１の特徴部分において開示される発明の方法が特徴である。

注目すべき利点は、溶接が同じレベルにおいて全時間において行われない集光レーザー光によって行われる全溶接が一度に連続して得られる本発明における方法によって得られる。

異なる進行度で溶接を行う必要がなく、これら進行度間でレーザー光焦点高位置を変える必要がないとき、溶接処理は、既知の方法より速い。このことは、生成が早く、より効率的で、利益性のある結果が得られる。

他の注目すべき利点は、短いジョイントアップから完全なリング状円形溶接まで、完全な緊密な結合が必要とされるときに行われる本発明における方法を用いて、３次元表面が溶接されるときに得られる。当然、方法は、平面表面の溶接を可能にする。溶接される３次元表面が平面表面からはずれるかどうか、または、溶接処理の間、ある物理的理由で、多かれ少なかれ３次元表面以外の平面表面を意図しているかどうかを意味しない。

この文献において、「高さの値」は、比較レベルがどの位置であるかを示す例えばデータレベルのような、ある比較レベルからある地点の距離を意味する。

本発明は、以下に、この明細書の図に記載される。
図１は、本発明の溶接方法の装置構成である立体図である。
図２は、図１のＡ−Ａで示される断面図である。
図３は、図２において示される点ｚから、本発明の方法を使用して溶接する動作を示す。
図４，５は、本発明を使用して円形溶接が行われた、上から見られる状態のような図を示す。

次に、上述の図について述べる本発明の利点のある適用の記載がある。

図１に記載される装置構成は、２つの部品の溶接を行う用意をし、共通表面 ｅにおける２つのガラスプレートを結合する。図２は、Ａ−Ａ断面を示し、溶接される部品である第１部品５および第２部品１３、レーザー装置２、コンピュータ９および測定装置４を含む作業ユニット１を示す。溶接の動作の間、集光レーザー光１０は、溶接される部品５，１３に関して、方向ｃに、速度ｖ（図２，３）で移動する。同様に、測定装置４は、光線７ａ，７ｂを受け、伝搬する表面５’の第１の３次元表面を測定する。例えば点８のような第１の表面５’のある点において、光線７ａは、逸れ、光線７ｂとして測定装置４に戻る。測定装置は、ある休止点８．１，８．２などにおける溶接経路において得た測定情報を記憶する。コンピュータ９の処理装置は、光線７ｂの色に基づいて計算し、これら値は、コンピュータ９のメモリに記憶される。集光レーザー光１０は、測定イベントの後、ある測定点８，８．１，８．２に来るとき、コンピュータは、高さ位置情報に基づいて、調整された高さ位置情報を計算し、ユニット１１を制御するレンズ３に与える。調整された高さ位置情報は、第１部品５の厚みに加えてベースレベル６から問題における地点の距離である。レンズ３の制御ユニット１１は、第１部品５を通る高さにレンズ３を配置する。第１部品５は、集光レーザー光が両部品５，１３の共通表面ｅにおける焦点１２を有する。集光レーザー光のエネルギーは、両部品５，１３の物質を溶融し、これら溶融した物質が混合され、再び硬化し、上述の部品は溶接シーム１５とともに溶融される。

図３において、上述の点８が計算される前、溶接は、溶接経路において処理中である状態である。制御ユニット１１は、必要であるならば、全測定点においてレンズ３の高さ位置を変更し、正確に共通表面ｅの位置に続く溶接の進行を変更する。連続した測定点における高さ位置を変更することによって達成される。その点の測定イベントは、この状態において、集光レーザー光１０が測定イベントにおいて乱れを生じないように、溶接イベントに先行して、距離ａ進んでいる。

ある点を測定し、レーザー光焦点の高さ位置を変更する上述のシステムは、フィンランド特許出願ｎｒ２０１１０３７９に開示されている。本開示の発明は、上述の出願に追加した出願である。すなわち、この出願において、前の出願の発明についてさらに発展した結果をもたらす。

溶接経路が適切なラインから横に逸れ、光線７ａ，７ｂおよび溶接される部品５，１３に関して集光レーザー光を測定するために方向の変化が必要になるとき、作業ユニット１に関して部品５，１３の向きを変える、または、その逆によって行われる。上述のように向きを変えることが可能であり、本発明の方法と結合して、光線７ａ，７ｂおよび集光レーザー光１０がある溶接経路を進むよう、必要な方向変化を行えるツールを含む装置構成が使用されることが不可欠である。

図４，５において、円形溶接が進行中であるときに、溶接される部品５，１３の向きが変えられる状態についての概略図である。図４は、溶接の初期の状態を提示し、図５は、円形のコーナーを有した矩形の部品において、溶接シーム１５が溶接経路上のあるコーナーを通りすぎた状態を示す。

本発明の方法において、レーザー光１０の焦点のサイズは、１−１０μｍの範囲であるが、ある場合においてこれら限定値と異なっていてもよい。上述の大きさの焦点は、溶接シーム１５の高さｈを４０−２００μｍのサイズで定める。

結合される部品５，１３は、厚みの大きな範囲を有していてもよい。例えば、ガラスから成る第１部品５は、少なくとも３ｍｍ最大であり、ガラスから成る他方の部品１３は、大きさの制限がない。

本発明は、シリコン、技術的ガラス、溶融した酸化シリコン、ホウケイ酸塩、ガラスチョーク、サファイア、酸化ジルコニウムのようなセラミック材料、ＬｉＴａＯなどのような、特にガラスおよび／または半導体基層が適しており、これら組み合わせの材料が溶接される。部品５，１３の導電性材料は、例えばクロム、銅、銀、金、モリブデン、インジウムスズ酸化物またはこれら組み合わせである。

結合される部品５，１３は、導電性部分を含むとき、本発明の方法は、それらを結合する、および／または、外部の酸素または湿気から保護するために使用される。この種の部品の例として、導電性金属の厚みが０．１−５μｍである半導体チップおよびマイクロチップであると言える。溶接される、これら部品および他の部品において、レーザー光１０は第１部品５の基層に向けられることに注目するべきであり、したがって、これら材料は、使用されるレーザー光１０の波長に対して、透過性を有していなければならない。

この出願は、本発明の１つの利点のある典型的な実施形態を提示しているが、本発明の使用の範囲を限定するものではない。本発明を実施するためのすべての変更が、クレームによって定められる発明的考えの範囲内で可能である。

本発明の溶接方法の装置構成である立体図である。 図１のＡ−Ａで示される断面図である。 図２において示される点ｚから、本発明の方法を使用して溶接する動作を示す。 本発明を使用して円形溶接が行われた、上から見られる状態のような図を示す。 本発明を使用して円形溶接が行われた、上から見られる状態のような図を示す。

Claims (4)

1. 第１部品（５）および第２部品（１３）のような、基層を含むガラスおよび／または半導体基層のような部品を合わせて溶接するための方法であって、
   ａ．前記部品（５，１３）は、共通平面がそれらの間に形成されるように、一方が他方の上に配置され、
   ｂ．レーザー光は、レーザー光（１０）の焦点（１２）エネルギーが同時に両部品（５，１３）の材料を溶融するために前記共通平面に集中され、
   ｃ．前記集光レーザー光（１０）は、溶接される、互いに移動しない部品（５，１３）に関して、前記溶融された物質が部品を結合する溶接シームを形成するときの速度（ｖ）で移動するよう設定され、
   ｄ．前記集光レーザー光（１０）の焦点（１２）の高さ位置は、部品（５，１３）の共通平面（ｅ）の高さ位置に従って、ある段階の精度で溶接されるように溶接段階の間変更され、
   ｅ．前記焦点（１２）の前記高さ位置は、（i）〜（iii）のように変更され、
   （i）前記測定装置（４）の光線（７ａ，７ｂ）は、前記レーザー光の進行経路上に、前記集光レーザー光（１０）の前において、ある距離（ａ）を空けて、ある点（８，８．１，８．２など）における前記第１部品（５）の前記第１平面（５’）の高さ位置情報を測定し、前記測定装置（４）は、この情報を前記コンピュータ（９）に入力し、
   （ii）前記コンピュータ（９）は、前記点（８，８．１，８．２など）からの前記測定情報に基づいて、これら点の前記高さ位置が例えば基準レベル（６）のような、あるレベルに関して達成されるように、前記測定情報を処理し、
   （iii）前記コンピュータ（９）は、前記レーザー光（１０）の焦点（１２）が測定点（８，８．１，８．２など）において、前記実際の点の値に、前記第１部品（５）の厚み（ｓ）を加えることによって達成される高さ位置、すなわち共通平面領域（ｅ）内にある高さ位置に集中されるように、少なくとも前記第１部品（５）の厚み（ｓ）、すなわち上側と下側の間の距離とともに、補正された高さの値を、例えば基準レベル（６）のようなあるレベルからのレンズ（３）またはレンズ組の距離を変更する前記制御ユニット（１１）に入力し、
   （ｆ）前記部品（５，１３）に関して、前記光線（７ａ，７ｂ）および集光レーザー光（１０）の進行方向は、溶接工程の間、基準レベル（６）のレベルの方向において、一般的な作業ユニット１および／または部品（５，１３）の作業ユニット１の向きを変えることによって、または、円形溶接のような、横または斜めの直線的な溶接以外の溶接を行う場合に適切ないくつかの他の方法によって、変更されることを特徴とする、方法。
2. 前記第１部品（５）を、前記方法によって使用される前記レーザー光（１０）の波長に対して透過性を有する基層を含む他方の部品（１３）に溶接することによって結合するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法によって達成される前記溶接シームの前記高さ（ｈ）は、３０−２５０μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記方法を用いて、前記レーザー光（１０）が来る側にいて、前記第２部品（１３）に、前記第１部品（５）を結合するとき、前記第１部品（５）の前記厚み（ｓ）が３０−３０００μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

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