激光玻璃焊接实用化

发布时间:2022.07.07
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超短脉冲激光器结合精妙的自聚焦技术提供了所需的质量和工艺可靠性,使激光玻璃焊接应用到批量生产中成为可能。玻璃独特而优异的特性使其广泛应用于生物医学、微电子等不同领域的各种高科技产品中。我们以前已经介绍了它给制造商所带来的挑战,特别是在大批量、精密玻璃切割领域。它还带来了键合方面的困难,包括将单个玻璃组件焊接在一起,以及将玻璃焊接到金属和半导体等其他材料上。

融为一体

所有用于焊接玻璃的传统方法都难以为经济高效的批量生产提供所需的精度、键合质量和生产速度。例如,粘合剂键合是一种经济的方法,但会在零件上残留胶材,甚至需要脱气。
介质焊接是将粉末材料放在接触点处,然后将其熔化以完成键合。无论这种熔化是通过烘箱还是激光实现,都会有大量热量被泵入零件中。这对于微电子设备和许多医疗器械都是一个问题。
离子键合是一种巧妙的方法,可提供极高的键合强度。两片崭新且极其平坦的玻璃表面被压在一起,并通过分子键真正融合在一起。但是,要在生产环境中执行此操作并不现实

激光玻璃焊接

那么,激光焊接呢?玻璃有许多非常有用的特性,比如极高的熔点、透明性、脆性和机械刚性,但同时也给激光焊接带来了很多困难。因此,用于焊接金属和其他材料的典型工业激光器和方法并不适用于玻璃。
就像精密玻璃切割一样,其秘诀在于使用红外波长超短脉冲(USP)激光器。玻璃在红外线中是透明的,因此聚焦的激光束可以直接穿过它,直到聚焦光束变窄并变得集中以致触发“非线性吸收”。这种“非线性吸收”只会发生在具备高峰值功率的超短脉冲激光中,而无法使用其他类型的激光来完成同样的事情。

所以,在激光束焦点周围非常小的区域(通常直径小于几十微米)内,玻璃吸收激光并迅速熔化。该聚焦光束沿着所需的焊接路径进行扫描,以完成键合,就像其他形式的激光焊接一样。
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