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DE3600591A1 - METHOD AND DEVICE FOR REMOVING IMPURITIES FROM THE SURFACE OF METALS BY LASER RADIATION AND SURFACE TREATED IN THIS TREATMENT - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR REMOVING IMPURITIES FROM THE SURFACE OF METALS BY LASER RADIATION AND SURFACE TREATED IN THIS TREATMENT

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Publication number
DE3600591A1
DE3600591A1 DE19863600591 DE3600591A DE3600591A1 DE 3600591 A1 DE3600591 A1 DE 3600591A1 DE 19863600591 DE19863600591 DE 19863600591 DE 3600591 A DE3600591 A DE 3600591A DE 3600591 A1 DE3600591 A1 DE 3600591A1
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DE
Germany
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laser
metals
snowdon
treatment
removing impurities
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Withdrawn
Application number
DE19863600591
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German (de)
Inventor
Kenneth George Chelmsford Essex Snowdon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STC PLC
Original Assignee
STC PLC
International Standard Electric Corp
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Publication date
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    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
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Description

K.G.Snowdon 7K.G. Snowdon 7

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche von Metallen mittels Laserstrahlen und so behandelte Oberflächen.Method and device for removing contaminants from the surface of metals by means of laser beams and surfaces treated in this way.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen von der Oberfläche von Metallen mittels Laserstrahlen gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The present invention relates to a method and an apparatus for removing contaminants from the surface of metals by means of laser beams the preamble of claim 1 or a device for performing this method according to the preamble of Claim 5.

\j/ 10 Es ist bereits beispielsweise aus der PCT-AnmeIdung WO 83/01400 bekannt, unerwünschte organische Materialien von Oberflächen von Metallen durch Bestrahlung derselben mit kohärenten Laserstrahlen zu entfernen. So werden z.B. Muschelansätze von Bootsrümpfen durch Laserbestrahlung abgesprengt.\ j / 10 It is already from the PCT application, for example WO 83/01400 discloses unwanted organic materials from surfaces of metals by irradiating them remove with coherent laser beams. E.g. Shell approaches from boat hulls by laser irradiation blasted off.

\\J Weiterhin ist es aus der Literaturstelle "Popular Science", Juli 1982, S. 82 bis 84, bekannt, außer der Behandlung von Sc hi ffsrümpfen oder zur Rost entfernung oder der Entfernung einer fotografischen Schicht von der Papierunterlage die Energie von Xenon-B Iitζ lampen auszunützen. Dünne Schichten von Anstrichen, Staub oder Mikroben etc. werden dabei verdampft oder in verkohltes abwischbares Pulver übergeführt. Es kann sogar eine mikroskopische Oberflächenschicht \\ J Furthermore, it is known from the literature reference "Popular Science" July, 1982, pp 82 to 84, known ffsrümpfen except the treatment of Sc hi or rust or the removal distance of a photographic layer from the paper base, the energy of xenon B Iitζ lamps to use. Thin layers of paint, dust or microbes etc. are evaporated or converted into charred, wipeable powder. It can even have a microscopic surface layer

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von Stahl in einen glasigen Zustand überführt werden. Auch wird dort vorgesch lagen,, Laser verschiedener Wellenlänge und Intensität· für soIehe Anwendungen zu testen.can be transformed into a glassy state by steel. It is also suggested there, lasers of different wavelengths and intensity · to be tested for such applications.

•Π Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Metalloberfläche in möglichst kurzer Zeit von Verunreinigungen zu befreien und die Metalloberfläche möglichst nicht zu beschädigen.The object is to be achieved with the present invention a metal surface in the shortest possible time rid of impurities and the metal surface if possible not to damage it.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale.This task is solved by the Claim 1 or claim 5 specified features.

Hierdurch kann der Reinigungsvorgang rechtzeitig abgebrochen werden, so daß nur die gerade erforderliche zeitliche Behandlung angewendet wird. Dadurch ist weiterhin die f Gewähr gegeben, daß die Metalloberfläche noch nicht verAs a result, the cleaning process can be terminated in good time, so that only the temporal treatment that is just required is applied. As a result, the f Guaranteed that the metal surface has not yet deteriorated

ändert wird. Dieses Verfahren ist besonders bei elektrischen Kontakten anwendbar, insbesondere wenn deren Oberflächen einen dünnen Kontaktbelag aufweisen. Elektrische Kontakte, wie sie in Schaltern oder Relais verwendet werden, werden nämlich oft während der Herstellungsprozesse mit organischen und anorganischen Materialien verunreinigt. Die Anwesenheit dieser Verunreinigungen auf der Kontaktoberfläche kann während des folgenden Gebrauchs zur Karbonisierung und/oder zur Belagbildung führen. Dies wiederum führt zu einer Reihe von Störungen, insbesondere wegen des unzulässig hohen Kontaktwiderstandes. Es wurden schon verschiedene Methoden zur Reinigung von Kontakten für die Anwendung für hohe Zuverlässigkeit vorgeschlagen. Typischerweise werden die Kontakte mit einem Lösungsmittel behandelt, das lösliche organische Rückstände entfernt. Diese Behandlung ist jedoch nicht vollkommen wirksam, da trotzdem noch Polymere und/oder anorganische Materialien auf der Oberfläche des Kontaktes haften können.will change. This procedure is especially useful with electrical Contacts applicable, especially if their surfaces have a thin contact layer. Electrical contacts, as they are used in switches or relays, namely often during the manufacturing process with organic and inorganic materials contaminated. The presence these impurities on the contact surface can be used for carbonation during the following use and / or lead to the formation of deposits. This in turn leads to a number of disturbances, in particular because of the inadmissible high contact resistance. There have been various methods of cleaning contacts for use for suggested high reliability. Typically be the contacts treated with a solvent, the soluble organic residues removed. However, this treatment is not completely effective because it still contains polymers and / or inorganic materials can adhere to the surface of the contact.

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Gegenstand der Erfindung ist es daher, auch dieses Problem vollkommen und kostengünstig mit möglichst geringem Zeitaufwand zu lösen.The invention therefore also addresses this problem completely and inexpensively with as little as possible Time to solve.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Metalloberfläche gut reflektierend. Vorteilhaft wird eine kohärente gepulste Laserstrahlung verwendet, die eine ausreichende Intensität besitzt, um die auf der Oberfläche haftenden Verunreinigungen zu verdampfen.According to a further development of the invention, the metal surface is good reflective. A uses coherent pulsed laser radiation that has a has sufficient intensity to evaporate the impurities adhering to the surface.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Beseitigung von Verunreinigungen auf reflektierenden Metalloberflächen. Diese enthält einen gepulsten Laser, * Fokussierungselemente zur Steuerung der auf die Metalloberfläche auftreffenden LaserausgangsLeistung, eine * Spektroskopeinrichtung zur Ermittlung nichtmetallischer Elemente in dem durch den Laserstrahl von der Metalloberfläche weggedampften Material und eine Rückkopplung zur Abschaltung des Lasers, wenn keine nichtmetallischen Materialien mehr im verdampften Umgebungsbereich vorhanden sind.The invention also relates to a device for removing contaminants from reflective metal surfaces. This contains a pulsed laser, * focusing elements to control the laser output power impinging on the metal surface, a * spectroscopic device to determine non-metallic elements in the material evaporated from the metal surface by the laser beam and a feedback to switch off the laser when there are no more non-metallic materials in the evaporated surrounding area available.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels beschrieben, das hier schematisch die Ausführung einer Kontaktreinigungsvorrichtung darstellt.Further advantageous details of the invention are contained in the subclaims and below on the basis of a Described in the drawing illustrated embodiment, the here schematically the execution of a contact cleaning device represents.

Die Kontaktreinigungsvorrichtung enthält einen im Ultraviolettbereich arbeitenden gepulsten Laser 11, der über ein Schaltgerät 12 betrieben wird. Sie ist weiterhin mitThe contact cleaning device contains one in the ultraviolet range working pulsed laser 11, which is operated via a switching device 12. She is still with

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einem konvergierenden optischen System 13, z.B. einer Linse,versehen, durch das der Laserausgang auf einen Kontakt 14 fokussiert werden kann, üblicherweise wurde beim Ausführungsbeispiel ein Kryptonfluorid-Laser, dessen Wellenlänge in diesem Fall 249 Nanometer betrug, verwendet, aber es ist hervorzuheben, daß diese Technik nicht auf dieses Lasersystem beschränkt ist. Das Wesentliche ist dabei, daß der Laser eine genügend hohe Energiedichte aufbringen kann, um eine Verdampfung zu bewirken, und daß er eine Wellenlänge besitzen sollte, die von dem verunreinigenden Material absorbiert wird. Es wurde fest-a converging optical system 13, e.g. Lens, provided, through which the laser output can be focused on a contact 14, was usually in the embodiment, a krypton fluoride laser, whose Wavelength in this case was 249 nanometers, but it should be emphasized that this technique does not work this laser system is limited. The essential thing is that the laser has a sufficiently high energy density can apply to cause evaporation and that it should have a wavelength equal to that of the contaminating material is absorbed. It was fixed-

2 gestellt, daß eine Energiedichte von 0,1 bis 0,8 J/cm ausreicht, damit eine Verdampfung an der Oberfläche stattfindet. Da die Metalloberfläche reflektierend wirkt, tritt praktisch keine Beeinflussung des Kontaktmaterials auf. Der Verdampfungsprozeß wird durch ein Spektroskop überwacht, das den Zustand der vollkommenen Beseitigung der Verunreinigungen feststellt. Nach jedem Laserimpuls wird ein flüchtig leuchtendes Plasma auf der Seite der Verdampfung erzeugt. Das Emissionsspektrum dieses Plasmas ist natürlich charakteristisch für die vorhandenen Elemente. Das Licht des Plasmas wird von einem Fotodetektor 14" empfangen, und zwar über ein Filter 15, dessen Durchlaßbandbreite den Emissions Iinien der Elemente der nichtmetallischen Verunreinigungen entspricht, z.B. denen von Kohlenstoff und/oder Schwefel.2 put that an energy density of 0.1 to 0.8 J / cm sufficient for evaporation to take place on the surface. Since the metal surface is reflective, there is practically no influence on the contact material on. The evaporation process is monitored by a spectroscope, which shows the state of perfect elimination who detects impurities. After each laser pulse, a volatile glowing plasma appears on the side of the Evaporation generated. The emission spectrum of this plasma is of course characteristic of the elements present. The light from the plasma is received by a photodetector 14 ″, through a filter 15, the pass band width of which the emission lines of the elements of the non-metallic Impurities, e.g. those of Carbon and / or sulfur.

Der Ausgang des Fotodetektors 141 ist über einen Verstärker 16 an einem Steuerkreis 17 angeschlossen, der den Laser außer Wirkung setzt, wenn keine Emissions Iiηien mehr vor-' handen sind, d.h. wenn das gesamte verunreinigende Material von der Oberfläche entfernt ist. Der Kontakt 14The output of the photodetector 14 1 is connected via an amplifier 16 to a control circuit 17 which deactivates the laser when there are no more emissions, ie when all the contaminating material has been removed from the surface. Contact 14

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wird dann entfernt und weiteren Verfahrensprozessen unterworfen. Kontakte können auch Meta LLabschnitte von gedruckten Schaltungen sein.is then removed and subjected to further procedural processes. Contacts can also be Meta LL sections of printed Be circuits.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit elektrischen Kontakten beschrieben wurde, ist hervorzuheben, daß diese nicht hierauf beschränkt ist und sie auch bei anderen reflektierenden Metalloberflächen angewendet werden kann. In besonders vorteilhafter Weise kann diese Technik zur Behandlung von Verbindungskontakten oder von Randkontakten von gedruckten Schaltungen verwendet werden.Although the invention has been described in connection with electrical contacts, it should be emphasized that this is not is limited to this and can also be applied to other reflective metal surfaces. Especially This technique can be beneficial for treatment of connection contacts or of edge contacts of printed Circuits are used.

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Claims (8)

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York K.G.Snowdon 7 PatentansprücheINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York K.G. Snowdon 7 claims 1. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche von MetaLLen mit Impulsen eines kohärenten Laserstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß eine so hohe Energiedichte angewendet wird, daß die Verunreinigungen verdampfen, daß wenigstens ein Emissionsspektrum der verdampften Verunreinigung(en) im Bereich der Verdampfung festgestellt wird und daß bei Nichtvorhandensein des bzw. der Emissionsspektren der Laserausgang über eine Steuereinheit (17) unwirksam geschaltet wird.1. Process for removing impurities from the surface of metals with pulses of a coherent Laser beam, characterized that such a high energy density is used that the Impurities evaporate that at least one emission spectrum of the evaporated impurity (s) in the area the evaporation is detected and that in the absence of the emission spectra or the laser output switched ineffective via a control unit (17) will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein UItraviolett-Laser verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an ultraviolet laser is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kryptonfluorid-Laser verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a krypton fluoride laser is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte des Laserstrahls 0,1 bis 0,8 J/cm beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the energy density of the laser beam Is 0.1 to 0.8 J / cm. 5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Impulsbetrieb betreibbaren Laser (11) und Mittel (12) zur Fokussierung des Laserstrahls auf die Oberfläche5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that it a laser (11) which can be operated in pulse mode and means (12) for focusing the laser beam on the surface ZT/P21-8.1.1986 - 2 -ZT / P21-8.1.1986 - 2 - Hs/kiHs / ki K.G.Snowdon 7K.G. Snowdon 7 des MetaLLs (14) aufweist, daß eine Spektroskopeinrichtung vorgesehen ist, die über einen Detektor (141) nichtmetaLLische Elemente in dem durch den Laser von der Oberfläche des Metalls weggedampften Material feststellen kann, und daß eine Rückkopplung (16, 17) vom Detektor (141) zum Laser (11) vorgesehen ist, über die der Laser (11) bei Abwesenheit des bzw. der zu detektierenden Elemente den Laser (11) wirkungslos schalten kann.of the metal (14) has that a spectroscopic device is provided which, via a detector (14 1 ), can detect non-metallic elements in the material evaporated from the surface of the metal by the laser, and that a feedback (16, 17) from the detector ( 14 1 ) is provided for the laser (11), via which the laser (11) can switch the laser (11) ineffective in the absence of the element or elements to be detected. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein UItraviolett-Laser ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that that the laser is an ultraviolet laser. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzei chnet, daß der Laser ein Kryptonfluorid-Laser ist.7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the laser is a krypton fluoride laser. 8. Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Reinigung der Oberfläche von Kontaktflächen oder Sc ha Ltkontakten.8. Use of the method and / or the device according to one of claims 1 to 7 for cleaning the surface of contact surfaces or switch contacts.
DE19863600591 1985-01-16 1986-01-11 METHOD AND DEVICE FOR REMOVING IMPURITIES FROM THE SURFACE OF METALS BY LASER RADIATION AND SURFACE TREATED IN THIS TREATMENT Withdrawn DE3600591A1 (en)

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