KR100348169B1 - 레이저 접합 방법 및 플라스틱으로 제작된 다른 공작물을접합시키기 위한 장치 또는 플라스틱을 다른 재료에접합시키기 위한 장치 - Google Patents

레이저 접합 방법 및 플라스틱으로 제작된 다른 공작물을접합시키기 위한 장치 또는 플라스틱을 다른 재료에접합시키기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

플라스틱을 접합시키거나 플라스틱을 다른 재료에 접합시키는 방법 및 장치에 있어서, 상기 플라스틱은 압력으로 접촉하게 되고, 레이저 빔 공급원에 가장 가까운 공작물은 레이저 빔을 대부분 투과시키며, 제 2 공작물은 레이저 빔을 가능한 한 흡수한다. 공작물 사이의 접촉면에 구성된 선 형태의 레이저 빔을 발생시킴으로써 그리고 원하는 접합 시임 구조에 따라 설계된 공작물에 대한 레이저 빔의 상대 운동에 의해, 공작물은 원하는 접합부에서만 정확하게 결합된다. 상기는 가능한 가장 작은 접합 시임 거리로 높은 정확도를 가진 결합을 가능하게 하여, 미소 시스템 공학에 대한 부품이 짧은 사이클 시간에 제작될 수 있다.

Description

레이저 접합 방법 및 플라스틱으로 제작된 다른 공작물을 접합시키기 위한 장치 또는 플라스틱을 다른 재료에 접합시키기 위한 장치{LASER JOINING METHOD AND A DEVICE FOR JOINING DIFFERENT WORKPIECES MADE OF PLASTIC OR JOINING PLASTIC TO OTHER MATERIALS}
본 발명은 플라스틱으로 제작된 서로 다른 공작물을 접합시키기 위한 레이저(laser) 접합 방법 또는 플라스틱을 다른 재료에 접합시키기 위한 레이저 접합 방법에 관한 것이고, 레이저 공급원(laser source)을 마주하는 상부 공작물은 레이저 빔(laser beam)을 투과하는 재료로 제작되며, 제 2 공작물은 레이저 빔을 흡수하는 재료로 제작되어, 서로 인접한 두 공작물의 접촉면은 차후 가압 냉각에서 서로 융합되고 접합된다. 상기 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치에도 관련된다.
상기 방법은 플라스틱으로 제작된 공작물에 대한 미국 특허 4,636,609 A로부터 공지되어 있다. 특정하게 설계된 공작물의 접합에 있어 상기 방법을 수행하기 위한 장치외에 상기 방법의 여러 적용을 나타내는 많은 특허가 존재한다. 예를 들어, 각 검색 보고에서 인용된 간행물외에 국제 특허 WO 95/26869가 언급될 수 있다.
상기 공지된 방법으로, 플라스틱 재료를 용접하고 융합하기 위해 한 점으로 집중되는 레이저 빔을 사용하여, 플라스틱 시트(sheet), 필름 및 사출 성형 부품은 일단의 레이저 빔으로 용접된다. 용접 경로는 레이저 빔의 프로그램가능한 빔 유도에 의해 또는 공작물을 이동시킴으로써 이루어진다. 지금까지, 미소 역학이나 미소-시스템 공학의 부분으로서 필요한 것과 같이, 미세 구조 대상물 또는 면을 접합하는 유효한 방법이 없고, 원하는 부분만 결합될 수 있다. 상기 기술적인 요구에 대한 하나의 가능한 대안은, 점원(point-source) 레이저 빔의 이차원 주사(scan)에 의해 전 표면이 결합되는 방법이다. 상기 방법의 한 단점은 공정 시간이 미세 주사에 의해 매우 증가되는 점이다. 다른 문제는 접합 시임(seam)의 질 문제이고, 상기 접합 시임은 레이저 점(spot)의 주사율 및 레이저 출력의 제어 성능외에 주사 거리에 영향을 받는다. 양질의 접합은, 운동 시스템의 동적 특성 때문에 양질의 접합에 조밀한 주사 거리 및 낮은 주사율이 요구된다. 높은 운동율에서, 접합 시임은 매우 문제가 될 수 있다. 상기는 특히 회귀점(turning point)에서 불만족스러운 결과를 이루게 되고, 상기 회귀점에 접합부 및 비접합부 사이의 경계선이 존재한다. 점-집중 레이저 빔을 사용한 이차원 접합의 다른 단점은 빔 강도의 분포이고, 그 이유는 가우스(gaussian) 강도 분포가 불규칙한 용융을 발생시키기 때문이다.
미국 특허 4,069,080 A에 방법 및 장치가 기술되고, 상기 특허에서 레이저선은 이산화탄소 레이저 및 적합한 광학 장치를 사용하여 플라스틱에 집중되어, 백(bag)이 두 필름의 반을 용접하여 제작된다.
본 발명의 목적은 하나가 다른 하나의 상부에 위치된 대상물에 대한 양질의 이차원 접합 방법을 제안하는 것이고, 상기 대상물의 하나 이상의 물체는 플라스틱으로 제작되며, 명확한 접합 구역을 가진다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 방법에 의해 본 발명에 따라 이루어진다. 상기 방법의 유리한 추가 실시예는 종속항에 주어진다. 또한 상기 목적은 청구항 11의 특징을 가지는 장치로 이루어진다. 상기 장치의 유리한 추가 실시예는 청구항 11에 대한 종속항에 주어진다.
본 발명은, 임의의 접합부에서 공작물을 접합시키기 위해, 레이저 빔을 투과시키지 않는 재료로 제작된 마스크가 레이저 공급원 및 접합되는 공작물 사이에 배열되고, 상기 마스크의 구조는 사용된 레이저 빔의 파장보다 큰 개념에 근거한다. 용어 "접합"은 아래에서 용접, 융합, 접착 및 결합 등을 언급하는 것으로 해석된다. 또한, 접촉면에 선을 형성하도록 레이저 공급원이 접촉면을 향한다. 또한, 레이저 빔 및 공작물은 서로에 대해 이동된다. 파장이 0.7-10.6㎛의 레이저 빔을 가진 Nd:YAG 레이저, 이산화탄소 레이저 또는 반도체 레이저가 사용될 수 있고, 선형 레이저 빔이 접촉면에 구비될 수 있도록 적합한 광학 방법이 고려되어야 한다. 고유 압력이나 적합한 클램프 장치(clamping device)로 공지 방법에 의해 공작물은 함께 가압된다. 예를 들어 얇은 금속판이나 운반구에 기화된 금속층의 형태인 마스크가 공작물에 적용되고, 상기 마스크는 요홈을 가지며, 레이저 빔이 상기 요홈을 통해서 접합되는 구조에 따라 통과할 수 있다. 구조는 크기에서 1mm보다 작을 수 있다. 마스크에 구성된 미세 구조의 치수가 사용된 빔의 파장에 5-10배에 달하는 한, 레이저 출력에 부정적 영향을 가지는 어떠한 운동 효과도 없다. 직각으로 또는 접합부의 경계선에 단지 미미한 영향을 미치는 각도로 마스크의 개구부 및 상부 공작물을 통하여 레이저 빔이 통과하고, 두 공작물 사이의 접촉면까지 통과한다. 마스크에 충돌한 빔은 뒤로 반사된다. 가능한 접합 시임 구조는 마스크 및 재료의 열특성에 의해 주로 결정된다. 레이저 공급원 또는 공작물을 이동시키거나 적합하게 제어된 레이저 빔 유도 장치에 의해 이루어질 수 있는, 레이저 빔 및 공작물 사이의 상대 운동으로 인해, 레이저 빔은 연속적으로 또는 완전히 마스크의 개구부를 통하여 통과하고(접합부와 동일한 선 폭(line width)을 가지는 작은 접합부의 경우에), 접촉부의 원하는 접합 구역에서 공작물의 상응하게 구성된 접합을 발생시킨다. 배열 및 응용에 따라, 공작물과 함께 마스크가 레이저 빔에 대해 이동될 수 있거나, 공작물이 레이저 빔 및 마스크와 함께 이동될 수 있다.
따라서, 상기 방법은 짧은 사이클 시간 동안 양질로 플라스틱 시트, 사출성형된 부품 또는 필름을 서로 접합시키거나 다른 재료에 접합시키는 것을 가능하게 하고, 또는 원하는 구역에서 구조의 손상없이 평평한 시임이 있는 미세 구조를 가지는 공작물을 정확하게 접합시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어 점원 레이저 빔을 사용하여 미리 작업되어야 하는 임의의 원하는 형상의 선형 윤곽은, 적합한 설계의 마스크 위로 레이저 빔을 통과시킴으로써 레이저 빔의 선형 설계로 인해 용이하게 이루어질 수 있다.
특히 작은 구조물의 가능한 가장 정확한 상을 얻기 위해 그리고 불필요한 그림자 효과(shadow effect)를 막기 위해, 접촉면의 접합부에 수직으로 레이저 빔이 유도되는 것이 선호된다.
용융 작업 중 레이저 가공으로 인한 용융된 재료의 열팽창으로 인해, 공작물이 서로 양호한 열접촉을 이루고 접합 압력으로 함께 유지될 수 있도록, 공작물은 고유 압력 위의 압력에서 함께 가압된다.
추가 구조에 의해서 액체 용융물의 퍼짐을 유도하거나 정지시키기 위하여, 다른 유리한 실시예에 따라 돌출부가 접합부에 인접한 다른 공작물의 방향으로 한 공작물에 구비되어, 두 공작물이 함께 가압될 때 돌출부 및 접합되는 공작물의 접촉면 사이에 공동(cavity)이 형성된다. 선택적으로, 상기 돌출부는 공작물상에 구비될 수도 있다. 접합부가 레이저 빔에 의해 주사되자마자, 액체 용융물은 상기 공동으로 방향을 전환하고, 그 이유는 두 공작물이 압력하에 접촉하는 접촉면의 압력보다 상기 공동 내부의 압력이 작기 때문이다. 상기는 바람직하지 않은 방향인 자유 영역내로 흐르는 용융물을 막는다. 상기는 초소형 부품에 매우 유리하다. 본 발명에 따른 방법의 다른 선호적 실시예에 따라, 레이저 공급원 및 공작물 사이의 상대 속도는 가능한 한 높게 선택되고, 소요 용융점을 정하기 위해 필요한 최대 레이저 출력에 의존한다. 상기는 용융 공정에 요구되는 열 에너지를 용융 구역에 가함으로써 원하는 접합 구역에서 마스크 구조를 날카롭게 제작하는 목적에 대한 최적화의 결과를 발생시킨다. 따라서, 용융된 재료는 레이저 가공 후 즉시 냉각되고, 인접한 재료가 흐르기 전에 고형화된다.
레이저 빔의 선 폭은 접합부의 폭에 상응하게 선택된다. 상기는 레이저 공급원의 출력에 따라 나란히 배열된 한 개 또는 두 개 이상의 레이저 공급원에 의해 이루어질 수 있다. 레이저 공급원 용량의 증가에 따라, 레이저로 주사된 접합부의 크기는 증가될 수 있다. 상기는 특히 ㎠ 범위의 작은 접합부에 적용가능하다. 또한 이산화탄소 레이저 또는 반도체 레이저도 레이저 공급원으로서 사용될 수 있다. 상기는 일시에 원하는 접합부를 가열하도록 한다.
상기 방법의 선호적 실시예에 따라, 선형 레이저 빔은 하나 이상의 반도체 레이저(다이오드(diode) 레이저)에 의해 발생된다. 원하는 선 길이에 따라, 다이오드 레이저 또는 나란히 배열된 한 열의 상기 다이오드 레이저가 사용될 수 있다. 상기 방법의 다른 실시예에 따라, 소요 용융점에 대한 레이저 출력의 상응하는 조절로, 상기는 선 길이를 접촉면으로부터 레이저 공급원까지의 거리로 조절하는 것을 가능하게 한다. 상기와 같이 하기 위해, 레이저 빔은 한 축(고속 축(fast axis))에서 조준되고, 다른 축(저속 축(slow axis))에서 확산된다. 또한, 접촉면으로부터 레이저 공급원까지의 거리가 변함에 따라 레이저 빔의 선 폭은 일정하게 유지될 수 있다. 좁고 연장된 단면을 가지는 다이오드 레이저에 의해 방출된 사다리꼴 빔은, 다이오드 레이저에 구성된 상응하는 공지 광학 장치로 발생되어, 원하는 선 폭이 조절될 수 있고, 접촉면으로부터 레이저 공급원까지의 임의의 원하는 거리에서 레이저 출력을 조절함으로써 소요 에너지 밀도가 이루어질 수 있다.
공작물과 평행한 축 주위로 선회되거나 회전될 수 있는 거울에 의해 레이저 빔 및 공작물 사이의 상대 운동이 발생된다는 사실로부터 특히 경제적인 방법이 이루어진다. 상기 거울의 운동은 광학에서 공지된 방법에 의해 빠르게 제어될 수 있고, 따라서 매우 짧은 사이클 시간이 이루어질 수 있다.
선호적 실시예에서, 상기 방법이 실행될 수 있도록 하는 본 발명에 따른 장치는 다이오드 레이저와 같은 레이저 공급원을 가지고, 상기 레이저 공급원은 레이저 선과 같이 연장된 단면을 가지는 레이저 빔을 발생시키며, 다른 선호적 실시예에 따라 상기 장치는 거울을 가지고, 상기 거울은 접촉면과 평행한 축 주위로 선회되거나 회전될 수 있으며, 접촉면 위에 배열되고, 레이저 공급원으로부터 방출된 레이저 빔을 접촉면으로 굴절시키며, 구동장치에 의해 작동될 수 있다. 또한 상기 장치는 공작물이 접합되고 마스크가 내부에서 유지되는 클램프 장치를 가지고, 레이저 공급원을 마주하는 클램프 장치의 판은 레이저 빔을 투과하는 재료로 제작된다.
첨부 도면과 함께 실시예를 기초로 하여 본 발명은 더 상세히 설명된다.
도 1 은 마스크에 의해 기결정된 접합부를 가지는 플라스틱 시트를 용접하기 위한 기본 배열을 나타낸 도면.
도 2 는 이차원 용접 작업 중에 접합부의 기하학적 형상을 나타낸 도면.
도 3 은 미세 구조 플라스틱 시트 및 용융물의 팽창에 대한 확대 상세도.
도 4 는 마스크 기술로 용접하기 위한 기본 장치를 나타낸 도면.
도 5 는 요구되지 않은 영역에서 액체 용융물을 제한하기 위한 실시예를 나타낸 도면.
도 6 은 공작물 위에 선회가능한 거울을 가진 장치에 대한 기본 설계를 나타낸 도면.
*부호 설명
1...레이저 공급원 2...레이저 빔
3...마스크 4,5...플라스틱 시트
6...접합부 7...접촉부
8...레이저 선 9...개구부
10...퍼짐 영역 11,12...클램프 판
15...비용접 구역 16...돌출부
17...하측부 18...공기 슬릿
19...접촉면 20...축
21...거울 22...구동장치
도 1 은 레이저 빔(2) 및 마스크(mask)(3)에 의해 단지 일정 접합부(6)에서만 용접되는 플라스틱 시트(sheet)(4,5)의 이차원 용접을 하기 위한 배열을 나타낸다. 예를 들어 선을 따라 배열된 한 개 또는 두 개 이상의 반도체 레이저(다이오드(diode) 레이저)와 같은 레이저 공급원(1)으로 배열이 구성되고, 상기 레이저의 방출된 레이저 광은 미소 렌즈(micro lens)(도시되지 않음)로 직접 조준되며, 선에 집중된다. 직각으로 마스크(3)를 통과하는 레이저 커튼으로서, 플라스틱 시트(4,5) 사이의 접촉부(7)에 구성된 접합부(6)에 레이저 빔(2)이 오도록 레이저 공급원(1)이 위치된다. 상기 방법에 요구되는 바와 같이, 플라스틱 시트(4)는 레이저 광을 투과하고 플라스틱 시트(5)는 레이저 광을 흡수한다. 레이저 빔(2)은 마스크(3) 및 플라스틱 시트(4,5)에 대해 계속 이동되어, 플라스틱 시트(4,5)는 레이저 선(8) 바로 아래에 있는 접합부(6)에서 용융 상태에 이르게 되고, 냉각 후 고형화된다. 음영표시된 접합부(6)는 마스크(3)의 개구부(9)를 통과하는 레이저 광으로 인해 이미 형성된 용접 접합부를 나타낸다.
도 1 에서, 설명하기 위해 마스크(3)는 플라스틱 시트(4)로부터 떨어져 도시된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 안정되고 평평한 두 시트(11,12)로 구성된 클램프 장치(clamping device)(상세히 도시되지 않음)에 의해 플라스틱 시트(4,5) 및 마스크(3)가 함께 가압된다. 상기 클램프 장치는 완전 유니트로서 이동하지 못하게 장착되거나 선형 테이블(도시되지 않음)에 부착된다. 도 6 에 다른 가능성이 도시되고 논의된다. 도 4 에서, 상부 시트(11)는 석영 유리 또는 사파이어 유리로 제작되거나, 파장이 1.5㎛ 또는 8㎛에 이르는 열방사선 및 레이저 광이 통과되도록 하는 플라스틱 시트로 제작된다. 함께 용접되는 플라스틱 시트(4,5)는 용융물의 열팽창으로 인해 레이저 방사선에 의한 용융 작업 중 현존 접합 압력에서 함께 유지되고 양호한 열접촉 상태를 이룬다. 적외선 범위에서 상부 클램프 판(11)의 높은 전달은 접합부(6)의 온도에 대한 결정을 하도록 하고, 따라서 용접 공정은 최적으로 제어될 수 있다.
도 2 에서, 이차원 용접 작업이 상세히 도시된다. 커튼 형상의 레이저 빔(2)은 마스크(3)의 개구부(9)를 통하여 영역(6)을 조사(irradiation)한다. 레이저 선(8)을 따른 재료의 가열로 인해, 퍼짐 영역(10)이 존재하고, 상기 퍼짐 영역(10)은 원(13)의 광 강도(I)의 설명과 관련하여 아래에 상세히 기술된다. 화살표(14)는 레이저 빔(2)의 이동 방향을 나타낸다. 용접 구역의 기하학적 형상은 다음 인자에 의해 결정되고, 상기 인자는 용접 공정, 용융의 깊이, 조사 구역, 접합 재료의 열확산 특성 및 적용된 레이저 출력이다. 도 2 의 용융물의 퍼짐 및 변수(a,b)는 물리적으로 설명될 수 있다. 레이저 출력 P(watt) 및 속도(m/sec)를 가진 용융 공정에 대해, 퍼짐 변수(a,b)는 다음 용접 조건에 의해 관련된다("중합체의 이산화탄소 레이저 용접(CO2Laser Welding of Polymers)", W. W. Duley R. E. Mueller, Polymer Engineering and Science, vol. 32, no. 9 (1992), pp. 582-585 참조):
[수학식 1]
여기서 ρ는 접합 재료의 밀도(㎏/㎥)이고, Cp는 열용량(J/kg-1·K-1)이며, d는 용융물의 깊이(m)이고, Tm은 용융점(K)이다. 즉, 레이저 출력(P), 이동 속도(v) 및 용융물의 깊이(d)를 최적화함으로써 용융물의 제어가능한 퍼짐이 이루어질 수 있다.
도 3 은 예를 들어 미소 공학 및 미소 시스템 공학의 요소와 같은 미세 구조물의 확대된 상세도를 나타내고, 용융물의 퍼짐을 나타낸다. 구조(15)가 마스크(3)에 의해 덮어져야 하는 정도는 사용된 플라스틱 재료 및 최적화된 용접 변수(P,v)에 의존한다. 어떤 경우든, 용융물이 비용접 구역(15)으로 들어가지 않는 것이 중요하고, 그렇지 않을 경우 부품의 기능이 보장될 수 없기 때문이다. 용융물의 퍼짐은 공정 최적화에 의해 완전히 제거될 수 없기 때문에, 비용접 구역(15) 및 마스크(3)에 구성된 개구부(9)의 변부 사이에 과잉 덮임이 필요하다. 마스크 설계시 따라야 할 경험 법칙은 c≥2a,b이다.
대부분의 플라스틱 재료에 매우 적합한 940㎚의 파장을 가진 레이저 빔을 발생하는, 25W의 출력을 가진 다이오드 레이저 및 플라스틱 재료 폴리카보네이트(polycarbonate)를 사용한 연구에서 용융 작용에 대한 양호한 결과가 이루어질 수 있음을 나타내었다. 따라서, 마스크로 덮여지고 1.2, 1.0 및 0.8mm의 폭을 가진 채널(channel)은, 레이저 에너지의 증가에 따라 용접 구역으로부터 외측으로 흐르는 용융물에 의해 범람된다. 또한 용융물이 마스크(3)에 의해 경계지어진 변부 및 레이저 빔(2)의 직선 변부에서 외측으로 일정하게 퍼진다. 마스크 구조가 원하는 용융 구역에서 날카롭게 제작되는 목적에 대한 최적화는 짧은 사이클 시간내에서 충분한 양의 열 에너지를 용접 구역에 가함으로써 이루어질 수 있다. 결과적으로, 흐르기 전에 레이저 가공 후 즉시 액체 용융물은 냉각되고 고형화된다. 따라서, 레이저 공급원의 유효 출력의 함수로서 가장 짧은 가능 레이저 가공 시간을 관찰하는 것이 중요하고, 즉 레이저 빔 및 공작물을 가진 마스크 사이의 가장 높은 가능 상대 속도가 정해져야 하며, 출력은 적어도 용융 공정을 개시할 수 있도록 충분하여야 한다.
도 5 는 한 가능성의 다이어그램을 나타내고, 상기는 추가 구조물을 통하여 액체 용융물의 퍼짐을 제어하거나 정지시킬 수 있다. 도 5a 는 마스크(3) 및 플라스틱 시트(4,5)가 가압되지 않은 상태를 나타내고, 시트의 하나(상기 실시예에서 시트(4))는 구조(15)에 인접한 돌출부의 형태로 추가 구조물을 가진다. 돌출부(16)는 하측부(17)에 대해 돌출되고, 상기 하측부(17)는 플라스틱 시트(5)의 상측부와 접촉면을 형성한다. 마스크(3)에 구성된 개구부(9)의 변부는 돌출부(16)에서 끝나는 접촉부(6)와 일치한다. 도 6b 에서, 접합되는 플라스틱 시트(4,5)는 클램프 판(11,12)으로 함께 가압되고, 마스크(3)는 상부 클램프 판(11)과 일체 구조를 이룬다. 상기는 돌출부(16)에 인접한 얇은 공기 슬릿(slit)(18)을 형성한다. 접합부(6)가 레이저 빔으로 가공되자마자, 액체 용융물은 상기 공기 슬릿 공간(18)내로 방향이 전환되고, 그 이유는 돌출부(16) 및 플라스틱 시트(5)의 상측부 사이에 구성된 접촉면(19)의 압력보다 더 낮은 압력을 가지기 때문이다. 따라서, 자유 공간(15)내로 침투하는 용융물을 제어적인 방법으로 막을 수 있다.
도 6 은 접촉면(7)과 평행한 축(20) 주위에 배열된 거울(21)을 가지는 장치에 대한 기본 설계를 나타낸다. 구동장치(22)에 의해 매우 빠르게 조절될 수 있는 거울(21)은 레이저 빔(2)이 마스크(3) 위로 이동할 수 있도록 한다. 상기 방법 및 상기 장치는 선형 테이블과 같은 고가의 이동 기구를 사용하지 않고 높은 사이클 시간 및 높은 레이저 가공율을 가능하게 한다. 따라서, 레이저 공급원(1)은 접합 상대 위에 배열되고, 이미 도 1 에 나타낸 바와 같이 커튼 형상의 레이저 빔(2)은 작은 폭의 선으로 발생된다. 상기는 소위 고속 축방향에서 반도체 레이저에 의해 발생된 빔이 조준되고, 소위 저속 축방향에서 작은 확산을 가지는 빔이 전환되는 사실에 의해 이루어진다. 접촉면(7)에서 레이저 빔 선의 최대 길이는 접합부의 최대 길이로부터 얻어진다. 작업 거리의 변화로 인해, 상기 레이저 선(8)의 길이는 접합부(6)의 길이로 조절될 수 있다. 레이저 공급원의 출력을 변화시킴으로써, 요구된 최소 용융 온도로 조절하는 것이 가능하다. 레이저 공급원(1) 및 접촉면(7) 사이의 전 거리에 걸쳐 연장된 단면을 가지는 레이저 빔(2)을 사용함으로써, 용접되는 접합부(6)의 치수를 변화시키는 것이 가능하다.
최대로 가능한 정확도를 얻기 위해, 마스크(3) 위의 중심이나 마스크(3)에 구성된 개구부(9) 위의 중심에 배열된다. 도 6b 에 도시된 바와 같이, 만약 다음 조건이 만족된다면 결과는 충분히 정확하다:
[수학식 2]
여기서 b는 접촉면(7) 및 거울(21) 사이의 거리이고, a는 접합부의 길이이며, α는 퍼짐각의 반이다. 따라서, 상기 방법 및 상기 장치는 대형 구조 및 소형 구조에서 사용될 수 있다.
기술된 실시예에서, 0.7-10.6㎛의 파장을 가진 레이저 빔이 사용된다.
상기 방법 및 장치에 의해 본 발명의 목적인 하나가 다른 하나의 상부에 위치된 대상물에 대한 양질의 이차원 접합이 이루어진다.

Claims (15)

  1. 레이저 공급원(1)을 마주하는 상부 공작물(4)은 레이저 빔(2)을 투과하는 재료로 제작되고, 제 2 공작물(5)은 레이저 빔(2)을 흡수하는 재료로 제작되어, 두 공작물(4,5)의 인접한 접촉면(7)은 용융되기 시작하고 차후의 가압 냉각으로 결합되는, 플라스틱으로 제작된 서로 다른 공작물(4,5)을 접합시키거나 플라스틱을 다른 재료에 접합시키는 레이저 접합 방법에 있어서,
    레이저를 투과시키지 않는 재료로 제작된 마스크(3)는, 접촉면(7)의 임의의 접합부(6)에서 공작물을 결합시키기 위해, 레이저 공급원(1) 및 접합되는 공작물(4,5) 사이에 배열되고, 상기 마스크의 구조(9)는 사용된 레이저 빔(2)의 파장보다 크며, 선(8)이 접촉면(7)에 형성되도록 레이저 공급원(1)이 접촉면(7)을 향하고, 레이저 빔(2)이 고정되고 공작물(4,5)과 함께 마스크(3)가 이동되거나, 마스크(3)와 함께 레이저 빔(2)이 이동되고 공작물(4,5)이 고정되는 것을 특징으로 하는 레이저 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔(2)은 접촉면(7)의 접합부(6) 위에 직각으로 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 결합되는 공작물(4,5)을 접합시킬 때 추가 접합 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 하나 이상의 공작물(4,5)이 접합부(6)에 인접한 다른 공작물(4,5)의 방향으로 돌출부를 가져, 두 공작물(4,5)이 함께 가압될 때 결합되는 접촉면(7) 및 돌출부(16) 사이에 공동(18)이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 레이저 공급원(1) 및 공작물(4,5) 사이의 상대 속도는, 소요 용융 온도를 이루기 위해 필요한 최대 레이저 출력의 함수로서 가능한 한 가장 높게 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 선 폭은 접합부의 폭과 같도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 선형 레이저 빔(2)은 하나 이상의 반도체 레이저에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 접촉면(7)으로부터 레이저 공급원(1)까지의 거리 및 소요 용융 온도에 대한 레이저 출력의 상응하는 조절에 의해 레이저 선(8)의 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 접촉면(7)으로부터 레이저 공급원(1)까지의 거리가 변함에 따라 레이저 빔(2)의 폭은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 레이저 빔(2) 및 접촉면(7) 사이의 상대 운동은 거울(21)에 의해 발생되고, 상기 거울(21)은 접촉면(7)과 평행한 축(20) 주위로 선회되거나 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 레이저 공급원(1)을 마주하는 상부 공작물(4)은 레이저 빔(2)을 투과하는 재료로 제작되고, 제 2 공작물(5)은 레이저 빔(2)을 흡수하는 재료로 제작되어, 두 공작물(4,5)의 인접한 접촉면(7)은 용융되고 차후의 가압 냉각으로 결합되는, 플라스틱으로 제작된 여러 공작물(4,5)을 레이저 빔에 의해 접합시키거나 플라스틱을 다른 재료에 레이저 빔에 의해 접합시키는 장치에 있어서,
    레이저 공급원(1), 접합되는 공작물(4,5) 및 레이저공급원사이에 구성되고 레이저를 투과시키지 않는 재료의 마스크(3)로 구성되며, 레이저 빔(2)과 공작물(4,5)의 서로에 대한 연속운동을 위한 장치(21,22)로 구성되고, 마스크의 구조(9)는 사용된 레이저 빔(2)의 파장보다 크며, 집중선(8)이 접촉면(7)에 형성되도록 레이저 공급원(1)이 접촉면(7)을 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 레이저 빔(2)은 접촉면(7)의 접합부(6) 위에 직각으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 접합되는 공작물(4,5)을 접합 작업 전에 마스크(3)와 함께 죄기 위해 클램프 장치(11,12)가 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 선형 레이저 빔(2)은 하나 이상의 반도체 레이저에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 레이저 공급원(1)은 소요 폭에 상응하는 연장된 단면을 가지는 레이저 빔(2)을 방출하고, 접촉면(7)과 평행한 축(20) 주위로 선회되거나 회전될 수 있고 마스크(3) 위에 배열되며 구동장치(22)에 의해 작동될 수 있는 거울(21)에 의해 빔이 굴절되는 것을 특징으로 하는 장치.
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