专利名称：基于激光动态压力的一种微器件焊接方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接领域，特指基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法及装置，通过 激光作用在工件表面产生的动态压力使得工件碰撞基体，在碰撞界面处产生高温高压从而实 现工件和基体的焊接，适用于金属微电子器件的快速精确焊接。
背景技术：
微电子器件的焊接是焊接领域的一种高端技术，由于微电子器件在航空航天、通讯、精 密仪器和国防等各种应用领域的应用于越来越广泛，使得微电子器件的焊接成为工业生产中 一项非常重要的工艺技术。微电子器件焊接的对象是一些细小的元件和金属薄膜，对于焊接 精度和工艺参数要求比较高，因此焊接难度大，而焊接质量的好坏又直接影响到微电子器件 的可靠性和稳定性，这迫使人们越来越关注微电子器件的焊接工艺。
目前微电子器件焊接的主要方法有钎焊、熔焊、压焊、超声波焊、激光焊接等。其中 钎焊的方法是在焊接体之间利用热源熔化一种低熔点的材料，实现工件和基体的过渡焊接， 但是这种方法引入的低熔点材料与工件及基体的材料性质不同，在通电时由于器件电阻不均 匀容易出现局部过热的现象。熔焊主要有电阻熔焊、等离子弧焊、电子束焊等，电阻熔焊需 要在局部加热，温度过高会影响电子器件的使用性能甚至损坏；等离子弧焊接的成本较高同 时对于焊接控制的精度要求也高；电子束焊接则需要在真空环境中进行，限制了其使用范围。 压焊有冷压焊和热压焊，冷压焊要求工件与基体之间必须发生明显的形变，对微电子器件的 形状精度影响很大，而热压焊容易造成微电子器件的热损伤。超声波焊接时的振幅比较大， 容易使得工件变形，局限了微型化应用。激光焊接是一种比较先进的微焊接工艺，但目前的 激光焊接主要是利用激光的热作用熔化材料实现焊接，也有较大的局限性。
经检索目前国内外极少有利用激光动态压力进行焊接的专利报道，公开号CN1757480的 专利介绍了一种激光冲击爆炸焊接的方法和装置，其方法是利用激光引爆炸药使复合层高速撞击工件，在撞击处引起材料溅射形成焊接，但是存在以下问题
1. 炸药爆炸产生的能量难以精确控制，而且爆炸过程的重复性很差，使得焊接工艺参 数不稳定。
2. 受到炸药体积的限制，难以实现微器件的焊接。
3. 由于炸药爆炸存在压力最小临界阀值，限制了焊接的应用范围。
4. 对环境造成污染，爆炸后的气体对人体也有一定的危害。
5. 自动化化程度不够高，不利于大批量加工。
发明内容
本发明的目的是提供基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法及装置，其特征在于 利用高精度可控的单脉冲激光作用于工件表面产生爆炸等离子体，等离子体迅速膨胀产生作 用力，推动工件高速运动，工件飞行一段距离后与基体发生碰撞，在撞击界面产生高温高压， 使得工件与基体之间达到熔化焊、压力焊、扩散焊、射流等综合焊接效果。
实施本发明的装置包括计算机、激光器、反射偏转系统、聚焦透镜、聚焦透镜支架、聚 焦透镜移动平台、聚焦透镜移动平台控制器、第一夹持器、第二夹持器、旋转进给台、步进 电机、步进电机控制器、三维移动工作台、三维移动工作台控制器；计算机控制激光器发出 脉冲激光，激光依次传递到反射偏转系统、聚焦透镜；聚焦透镜通过聚焦透镜支架与聚焦透 镜移动平台连接，聚焦透镜移动平台与聚焦透镜移动平台控制器相连接；聚焦透镜的正下方 是三维移动工作台，三维移动工作台与三维移动工作台控制器相连；安装在旋转进给台左右 两侧的夹持器的其中一个位于聚焦透镜的正下方，位于三维移动工作台之上，旋转进给台上 安装步进电机，步进电机与步进电机控制器相连接。
本发明是按下述技术方案实现的 (1)利用计算机控制激光器发出单脉冲激光，激光与工件表面作用时产生爆炸等离子 体，等离子体推动工件飞行一段距离后与基体高速碰撞，激光能量和脉冲时间都由计算机 精确控制，根据不同的焊接要求输出合适的脉冲激光，可以控制工件飞行的速度，达到最佳焊接质量。
(2) 利用聚焦透镜支架固定聚焦透镜，通过聚焦透镜移动平台控制器精确控制聚焦透 镜移动平台的上下移动，带动聚焦透镜支架上聚焦透镜上下移动，可以获得不同大小的激 光光斑，从而满足不同大小的微电子器件的焊接。
(3) 利用夹持器能够准确输送工件到激光焊接的区域，并且夹持器不影响工件在受到
激光作用后高速飞行的能力。
(4) 控制旋转进给台的旋转角度，使其一侧的夹持器输送工件进入焊接区域，另外一 侧的夹持器同时迸行待加工工件装夹，焊接区域的焊接完成后，通过步进电机控制器控制 步进电机精确动作，带动旋转进给台转动，使得待加工工件进入焊接区。
(5) 基体放置于三维移动工作台，通过三维移动工作台保证基体的位置精度，调节三 维移动工作台控制器获得工件与基体间焊接所需要的最佳碰撞距离；另外，调节三维移动 工作台上基体位置的移动，可以实现基体上不同位置的焊接，增强了焊接的柔性。
(6) 工件高速碰撞基体后，工件与基体碰撞界面产生高压高温，使得工件与焊接界面上 发生熔化悍、压力焊、扩散焊、射流等综合焊接效果。
图1是根据本发明提出的基于激光动态压力的微电子器件焊接装置示意图。 图2是循环输送工件的工作示意图。
(l)计算机，(2)激光器，(3)反射偏转系统，(4)聚焦透镜，(5)聚焦透镜支架，(6)聚焦 透镜移动平台，(7)聚焦透镜移动平台控制器，(8)待加工工件，(9)第一夹持器，(IO)三维 移动工作台控制器，(ll)步进电机控制器，(12)步进电机，(13)旋转进给台，(14)第二夹持 器，(15)工件，(16)基体，(17)三维移动工作台
具体实施方式
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本发明提出的飞片驱动式激光微焊接装置如图1所示，整个焊接装置由17个部分组 成。实施过程具体如下，以直径为lmm厚度为lOym的铝箔工件和直径为4ram厚度为50ym的铝箔基体焊接为例。
结合图1，先进行工件15和基体16材料的准备，利用飞秒激光切割成焊接所需要 的外形，即直径为l咖厚度为10ym的铝箔工件15和直径为4鹏厚度为50ym的铝箔基 体16，退火处理后用无水酒精清洗表面，待干燥后用两块平面K9玻璃压平整。
然后利用步进电机控制器11控制步进电机12动作，使得旋转进给台13转动到一 定位置，以保证有足够空间实现工件15被第二夹持器14夹持，再利用步进电机控制器ll 控制步进电机12带动旋转进给台13转动，使得第二夹持器14将工件15输送到聚焦透镜 4下方的加工区域。
打开激光器2，利用计算机1控制激光器2发出一束调试光，调试光经过反射偏转 系统3传递到聚焦透镜4，照射到工件15上，此时利用聚焦透镜移动平台控制器7精确控 制聚焦透镜移动平台6的上下移动，聚焦透镜支架5和聚焦透镜4的位置也同步变化，以 获得焊接所需要的光斑大小，然后关闭激光器2发出的调试光。
通过三维移动工作台控制器10将三维移动工作台17的位置下降，在三维移动工作 台17上表面中间放置基体16，再调节三维移动工作台17使得基体16与工件15之间保持 一定焊接距离。
利用计算机l使得激光器2发出焊接需要的脉冲激光能量，激光辐射工件15表面后 诱发的爆炸等离子体工件15高速飞向基体16，在接触界面实现工件15和基体16的焊接。
结合图2，在工件15与基体16焊接结束后，步进电机控制器11控制步进电机12动 作，使得旋转进给台13转动180度，把第一夹持器9上的待加工工件8输送到焊接区域， 同时第二夹持器14进行第二次装夹。
综上所述，本发明所涉及的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法及装置，将 激光与物质作用产生的动态压力应用到微焊接工艺中，能够对微电子器件进行焊接，弥补了 常规微电子器件焊接方法的不足，也完善了微电子器件的焊接工艺。本发明的系统控制精度 高、工艺简单，焊接稳定性好，特别适于微细电子器件的加工和自动化生产。
权利要求
1.基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法，其特征在于利用高精度可控的脉冲激光与工件表面作用产生爆炸等离子体，等离子体迅速膨胀产生作用力，推动工件高速运动与基体发生碰撞，在撞击界面产生高温高压使得工件与基体之间实现焊接。
2. 根据权利要求l所述的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法，其特征在于 激光能量和脉冲时间都由计算机精确控制，根据不同的焊接要求输出合适的脉冲激光，控制 工件飞行的速度。
3.根据权利要求l所述的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法，其特征在于-通过聚焦透镜移动平台控制器精确控制聚焦透镜移动平台的上下移动，带动聚焦透镜支架上 聚焦透镜的上下移动，获得不同大小的激光光斑，从而满足不同大小的微电子器件的焊接。
4. 根据权利要求1所述的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法，其特征在于 旋转进给台一侧的第二夹持器输送工件进入焊接区域后，另外一侧的第一夹持器同时进行 待加工工件的装夹，焊接区域的焊接完成后，通过步进电机控制器控制步进电机精确动作， 带动旋转进给台转动，使得待加工工件进入焊接区。
5. 根据权利要求1所述的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法，其特征在于 基体放置于三维移动工作台，通过三维移动工作台保证基体的位置精度，调节三维移动工 作台控制器获得工件与基体间焊接所需要的撞击距离；另外，调节三维移动工作台上基体 位置的移动，实现基体上不同位置的焊接。
6.实现权利要求l所述的基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法的装置，其特征在于装置包括计算机、激光器、反射偏转系统、聚焦透镜、聚焦透镜支架、聚焦透镜移动 平台、聚焦透镜移动平台控制器、第一夹持器、第二夹持器、旋转进给台、歩进电机、步进 电机控制器、三维移动工作台、三维移动工作台控制器；计算机控制激光器发出脉冲激光， 激光依次传递到反射偏转系统、聚焦透镜；聚焦透镜通过聚焦透镜支架与聚焦透镜移动平台 连接，聚焦透镜移动平台与聚焦透镜移动平台控制器相连接；聚焦透镜的正下方是三维移动 工作台，三维移动工作台与三维移动工作台控制器相连；安装在旋转进给台左右两侧的夹持 器的其中一个位于聚焦透镜的正下方，位于三维移动工作台之上，旋转进给台上安装步进电机，步进电机与步进电机控制器相连接。
全文摘要
本发明涉及焊接领域，特指基于激光动态压力的一种微电子器件焊接方法及装置，通过激光作用在工件表面产生的动态压力使得工件碰撞基体，在碰撞界面处形成高温高压区域从而实现工件和基体的焊接，其装置由计算机、激光器、反射偏转系统、聚焦透镜、聚焦透镜支架、聚焦透镜移动平台、聚焦透镜移动平台控制器、夹持器、旋转进给台、步进电机、步进电机控制器、三维移动工作台、三维移动工作台控制器组成，利用了计算机精确控制激光能量和脉冲时间，实现激光驱动工件速度的可控，从而控制工件与基体的碰撞速度。本发明将激光与物质作用产生的动态压力应用到微焊接工艺中，能够对微电子器件进行焊接，弥补了常规微电子器件焊接方法的不足。
文档编号B23K26/04GK101298115SQ20081002064
公开日2008年11月5日 申请日期2008年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者刘会霞, 明 周, 张惠中, 昆 杨, 匀 王, 霄 王, 兰 蔡 申请人:江苏大学