V moderním provozu technických zařízení, hlavně ve výrobních procesech, jde o to, aby kromě co nejmenší spotřeby energie tato zařízení zabírala co nejméně místa, současně pracovala spolehlivě a přesně a s reprodukovatelnou kvalitou. Mikrosystémová technika se tak považuje za jednu z klíčových technologií 21. století, mimo jiné proto, že pomáhá spojovat elektrické, elektronické, mechanické, respektive strojní a optické součástky do uzlů či systémů, jež plní složité funkce. oborech, kde výroba a fungování mikrosystémů přichází v úvahu (tj. strojírenství všeobecné i přesné, optika, elektronika, jemná mechanika apod.), se ke spojování jejich součástí užívají svařovací procesy „šité na míru“ specifickým potřebám takto vyráběných systémů a prostředí, v nichž se provádějí. Jde zvláště o to, aby součástky byly odolné vůči tepelným a mechanickým vlivům. Při svařování mikrosoučástek do mikrosystémů se užívá dále uváděných metod. Běžné odporové svařování (v mikrorozměrech) Při něm se plošky, jež se mají spojit, zahřívají pomocí elektřiny, poté se za užití tlaku a kování spojují. Takto se dají svařovat dráty vyrobené z různých materiálů s velice malými průměry, od 20 do 30 mikrometrů, a o tloušťce od 5 do 10 mikrometrů. Pevnost a tvrdost svařence závisí na tavných bodech spojovaných materiálů. Zde se musí dodržovat určité předpoklady, jde-li o spojované materiály, kvalitu jejich povrchů a rozměry. Pokud se splní, lze tento způsob spojování doporučit. Této metody se užívá na různých pracovištích v elektronice, elektrotechnice a jemné mechanice a v optice. V té například k opravě obrouček brýlí. Mikrosvařování tedy slouží nejenom ve výrobě, ale i ve službách či v běžném životě. Předností jsou zde nízké pořizovací náklady a nízká potřeba čištění. Nevýhody představují znečišťování svařovací elektrody, poměrně značné rozměry elektrody a svařovací hlavy, skutečnost, že se svařovací hlava dost rychle opotřebovává. Plazmové mikrosvařování To se aplikuje, když je třeba obzvláště jemný svařovací postup. Svarová lázeň je zde výsledkem působení plazmového světelného oblouku vznikajícího mezi wolframovou elektrodou a svařovaným kusem. Tím, že se oblouk zúží, vzniká energetický zdroj s vysokou hustotou výkonu. Tento způsob je vhodný pro spojování nízkolegovaných a vysokolegovaných ocelí a také součástek z kovů jako měď a nikl. Užívá se pro spojování tenkých plechů, fólií a drátů s tloušťkou od 0,01 do 1,5 mm a též pro spojování termočlánků. Přednosti: vysoká elektrická účinnost, velice nízké investiční náklady, malé rozměry zařízení, tedy nízké nároky na pracovní prostor. Nevýhody: nákladná příprava před svařovací operací, deformace plechů a fólií vlivem tepla při procesu vznikajícího. Pro fólie pod 1,2 mm tloušťky se musí instalovat upínací zařízení. Tepelná zóna je poměrně široká. Tvoří se i zóny s hrubými zrny. Odstup mezi nástrojem a opracovávaným kusem je dosti malý. Mikrosvařování elektronovým paprskem Metoda je vhodná pro mikrosvařování téměř všech kovů a pro spojování konstrukčních dílů z různých materiálů, a též pro svařování malých součástek, fólií o tloušťce 50 mikrometrů a drátů. Postup se užívá jak pro bodové, tak pro průběžné svařování. Kvalitu práce lze dozírat rastrovým elektronovým mikroskopem, a to jak před svařováním, tak při něm a po jeho ukončení. Přednosti: krátké synchronizační doby, ostře vymezená zóna svařování, nízké riziko deformací, možnost přesného řízení místa a času svařovací operace. Nevýhody: vysoké pořizovací náklady, nezbytné je vakuum, nutná příprava opracovávaného kusu před svařovací operací. Termokompresní svařování Je založeno na působení tepla a tlaku mezi polovodičovým systémem a drátem nebo kovovou páskou. Ke spojování dochází v pevném stavu na bázi pojivosti mezi atomy na hraničních plochách spojovaných kusů a díky difuzi fungující po přitlačení. V důsledku toho pak vzniká struktura překračující původní hranice materiálů, jež jsou spojovány. Takto lze spojovat třeba dráty ze zlata nebo z hliníku o průměrech od 17,5 do 50 mikrometrů. Tento způsob bývá též nazýván „nailhead – boxing“ (= slepování špendlíkových hlaviček). Spojování probíhá při teplotě 290 °C. Přednosti: relativně nízké pořizovací náklady na termokompresní svařovací aparaturu. Nevýhody: deformace součástí tlakem, nutná je náročná příprava svařovacího pracoviště. Mikrosvařování ultrazvukem Ultrazvukové vlny vznikají působením tlaku a tření, a nedochází tu ke vzniku taveniny, tedy ani ke vzniku tepla. Proto je tato metoda spojování doporučována tam, kde by jinak vysoké teploty mohly způsobit ve spojovaných součástkách trvalé a škodlivé změny. Zčásti se tato metoda svým fyzikálním průběhem podobá termokompresnímu svařování. Metoda se užívá nejvíce u hliníku, ale též u jiných kovů a jejich slitin, u termoplastů, u skla a u polovodičů. Ultrazvukem je možno (mikro)svařovat bodově, čárkovitě, prstencovitě, dají se pořizovat i švové svary. Metoda se doporučuje jmenovitě pro spojování velice jemných fólií a tenkých polovodičových drátů. Přednosti: malé zahřátí svařovaných součástek, neměnnost krystalické struktury, není tu potřeba povrchových úprav (po dokončení operace), ani ochranné atmosféry. Nevýhody: rychlé opotřebení, tloušťka opracovávaných fólií může být jen malá (u oceli do 0,2 mm), nízká pevnost spojů, deformace vinou přítlačné síly. Termosonické mikrosvařování Zde jde o kombinaci ultrazvukového a termokompresního svařování. Ve srovnání s ultrazvukovým postupem tu dochází ke spojování při vyšších teplotách (100 až 200 °C). Metoda slouží například ke svařování zlatých drátků o průměrech pod 50 mikrometrů (dráty z tohoto kovu lze spojovat jen při vyšší teplotě). Aplikační sférou jsou hlavně polovodiče, integrované obvody a součástky určené pro vysokofrekvenční systémy. Přednosti: krátké synchronizační doby, nízké pořizovací náklady. Nevýhody: deformace součástek tlakem, nutnost důkladné přípravy svařovacího pracoviště. mikrosvařování laserem Optická energie potřebná pro svařování se u laseru přivádí do svařovacího zařízení na základě tzv. Fresnelovy absorpce. Po proniknutí do určité hloubky se tato energie (záření, paprsky) vlivem brzdného inverzního záření transformuje v teplo, přenášené na zpracovávaný (spojovaný) kus. Teplota na jeho povrchu je funkcí hustoty výkonu a délky působení laserového paprsku. Jakmile přestane působit, tavenina vznikající v opracovávaném kusu vlivem předchozího tepla ztuhne. Vznikne široká a plochá svarová čočka (svarový bod). Dosažením prahové intenzity (když I je větší než 10–6 W/cm2) dojde k hloubkovému svařovacímu efektu. Vzniká laserem indukovaný plazmový parní kanál (ve svářečské hantýrce „klíčová dírka“ – keyhole), kterým se laserový paprsek dostává hlouběji do nitra opracovávaného kusu. Výsledkem je svarový šev s vysokým poměrem hloubky k šířce svaru. Laserové mikrosvařování se používá pro velice jemné bodové a podélné svařování různých materiálů, s průměry svarových bodů, respektive šířkami svarových švů pod 100 mikrometrů. Přednosti: velký pracovní odstup mezi zdrojem paprsků a opracovávaným kusem, možnost přesného řízení času a místa laserové aplikace, malá deformace opracovávaných kusů a tedy i minimální potřeba dodatečné finální úpravy, netvoří se zóny hrubých zrn, teplo se kolem míst svarů šíří jen omezeně, jsou možné různé geometrie svařování, je tu použitelnost metody u kombinací různých materiálů. Nevýhody: vysoké pořizovací náklady laserů, dílčí odraz laserového záření na povrchu opracovávaného kusu, nákladná příprava operací. V. Plichta