Brevet FR2187491A1 — publié le 19740118

L & présente invention concerne l'exécution de micro-soudures à l'aide d'un faisceau de lumière cohérente, Les procédés connus utilisent une focalisation du faisceau à l'aide d'un système optique tel qu'un objectif de microscope, qui permette, grâce à sa faible focale, d'obtenir une tache de diffraction de petite dimension sur les points à souder. Ces procédés présentent divers inconvénients ; notamment, ils ne permettent de réaliser qu'une soudure par éclat du laser qui produit la lumière cohérente, et ne s'appliquent pas au soudage de deux éléments séparés par un certain intervalle, par exemple deux fils non accolés. Le procédé suivant l'invention est principalement caractérisé par la formation, sur l'échantillon à souder, d'une image stigmatique, notablement réduite, d'un diaphragme dont l'ouver- ture possède une forme et une dimension prédéterminées. De préférence, ce procédé est mis en oeuvre au moyen d'un dispositif qui comporte un système optique sensiblement afocal et de grandissement réglable. Il en résulte que le faisce#$aser est, au voisinage immédiat de l'échantillon, sensiblement cylindrique, avec une section dont on peut mattriser la forme et la dimension en déterminant convenablement le diaphragme et le grandissement du système optique. Les avantages qui découlent de l'invention apparattront clairement à l'aide de la description ci-après. La figure unique du dessin annexé représente schématiquement un dispositif conforme à un mode d'éxécution préféré, Un laser à rubis ou verre au néodyme, non figuré, engendre un faisceau cylindrique L de lumière cohérente, par éclairs ayant avantageusement une durée variable entre 30 ns eS 3a#ere discontinue Un diaphragme 3, que l'on a représenté muni d'une ouverture circulaire, réduit la section du faisceau. Une lentille 1, de focale fi, donne de l'ouverture du diaphragme située à son foyer F1, une image à l'infini.Une lentille 2, de focale f2 , en donne une image en son foyer F2'od l'on place l'échantillon E à souder, Le système optique constitué par les deux lentilles convergentes minces 1 et 2 est afocal et a un grandissement f2/fi. Le réglage de ce grandissement permet de régler la dimension de l'image formée sur l'échantillon, en fonction du type de soudure à réaliszr.Si l'on désire obtenir un réglage continu, on remplace l'une des lentilles par un objectif à focale variable. La forme de l'ouverture du diaphragme détermine la forme homothétique de l'image ; donc elle sera également choisie en fonction du type de soudure à réaliser, le champ utile pouvant, par exemple, atteindre 4 mm2, il est possible, à titre de variante, d'utiliser un diaphragme percé de plusieurs trous situés à des distances convenables, pour effectuer simultanément plusieurs soudures. Le dispositif décrit permet d'obtenir des soudures parfaitement homogènes. En effet, pourvu que l'on ait pris, de manière connue en soi, les mesures nécessaires pour que la densité d'énergie soit homogène dans le plan du diaphragme, la densité d'énergie sera également homogène dans le plan de l'échantillon. De plus, en avant et en arrière de l'échantillon, l'énergie est répartie à l'intérieur du volume du faisceau cylindrique (L') volume parfaitement défini et que l'on peut calculer et ma#triser. Cela permet, non seulement éviter la formation d'un plasma à la surface de l'échantillon ( par l'ionisation de l'air qui serait due à une concentration excessive d'énergie), mais encore de réaliser des micro-soudures que les procédés antérieurs ne permettaient pas d'éxécuter : par exemple, soudure de fils accolés, ou soudure de fils entourés d'isolant et placés dans une gaine de métal, sans qu'il y ait fusion de cette gaine par le soudage. A titre d'exemples, on a soudé, au moyen d'un tel dispositif deux fils de cuivre de 200 microns de diamètre, séparés par un intervalle de 100 microns. Le laser à rubis utilisé avait un temps d'émission de 1 ms. Le diaphragme avait une ouverture circulaire de 13 mm de diamètre, ce qui donne, pour fi 1 500 mm et f2 - 20 mm, une image circulaire de 520 microns de diamètre sur l'échantillon. La densité d'énergie sur l'échantillon était de l'ordre de 2000 Joules/cm2. Un autre exemple concerne la soudure d'un fil de cuivre émaillé de 50 microns de diamètre sur une plaquette de circuit imprimé : le laser à rubis utilisé a un temps d'émission de 1 ms, le diaphragme, une ouverture circulaire de 2 mm de diamètre. On obtient, pour fi 1 1000 mm et f2 P 26 mm, une image circulaire de 52 microns de diamètre sur l'échantillon. La densité d'énergie sur l'échantillon est de 1000 Joules/cm2. Il va de soi que, ni le dispositif décrit, ni les exemples d'application ne sont limitatifs. En particulier, l'optique réfringente illustrée au dessin pourrait être remplacée par une optique réfléchissante. Elle pourrait également ne pas être ritoureusement afocale. REVLNDICATIONS. 10- Procédé de réalisation d'une micro-soudure à l'aide d'un faisceau de lumière cohérente transmis à l'échantillon à souder au moyen d'un système optique, caractérisé par la formation, sur ledit échantillon, d'une image stigmatique, notablement réduite, d'un diaphragme dont l'ouverture possède une forme et une dimension prédéterminées. 2o Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un système optique sensiblement afocal et de grandissement réglable. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par deux lentilles convergentes formant une optique afocale, et par un diaphragme situé dans le plan focal objet de la première lentille. 40 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau de lumière cohérente est engendré par un laser à rubis ou à verre au néodyme, dont le temps d'émission est variable entre 30 ns et 3 ms.