Ultrakorte pulslasere kombinert med utsøkt selvfokuserende teknologi gir kvaliteten og prosesspåliteligheten som kreves for å gjøre laserglassveiseapplikasjoner for volumproduksjon mulig. De unike og utmerkede egenskapene til glass gjør det mye brukt i ulike høyteknologiske produkter innen ulike felt som biomedisin og mikroelektronikk. Men det byr på utfordringer for produsenter, spesielt når det gjelder høyvolum, presisjonsskjæring av glass. Det gir også problemer med liming, inkludert sveising av individuelle glasskomponenter sammen og sveising av glass til andre materialer som metaller og halvledere.
Blanding som en
Alle konvensjonelle metoder som brukes for sveising av glass sliter med å gi presisjonen, limingskvaliteten og produksjonshastigheten som kreves for økonomisk og effektiv serieproduksjon. Limbinding er for eksempel en økonomisk metode, men etterlater limmateriale på delen og krever til og med avgassing.
Dielektrisk sveising innebærer å plassere et pulverisert materiale ved kontaktpunktet og smelte det for å fullføre bindingen. Enten denne smeltingen oppnås med ovn eller laser, er det mye varme som pumpes inn i delen. Dette er et problem for mikroelektroniske enheter og mange medisinske enheter.
Ionebinding er en genial metode som gir ekstremt høye bindingsstyrker. To nye og ekstremt flate glassflater er presset sammen og bokstavelig talt smeltet sammen ved molekylær binding. Det er imidlertid ikke praktisk å utføre denne operasjonen i et produksjonsmiljø.
Laser glass sveising
Hva med lasersveising? Glass har mange svært nyttige egenskaper, som svært høyt smeltepunkt, transparens, sprøhet og mekanisk stivhet, men samtidig byr det på mange vanskeligheter for lasersveising. Derfor er typiske industrielle lasere og metoder som brukes for sveising av metaller og andre materialer ikke egnet for glass.
Akkurat som presisjonsskjæring av glass, ligger hemmeligheten i bruken av infrarød bølgelengde ultrakort puls (USP) lasere. Glasset er gjennomsiktig i det infrarøde, så den fokuserte laserstrålen kan passere rett gjennom den til den fokuserte strålen smalner av og blir så konsentrert at den utløser "ikke-lineær absorpsjon". Denne "ikke-lineære absorpsjonen" kan kun skje med ultrakorte pulsede lasere med høy toppeffekt, og det samme kan ikke gjøres med andre typer laser.
Så på et veldig lite område (vanligvis mindre enn noen få titalls mikron i diameter) rundt laserstrålens fokus, absorberer glasset laseren og smelter raskt. Denne fokuserte strålen skannes langs ønsket sveisebane for å fullføre bindingen, akkurat som enhver annen form for lasersveising.
USP laserglassveisemetoden tilbyr tre hovedfordeler.
For det første skaper det en sterk binding ettersom begge materialene som sveises delvis smeltes og deretter størkner sammen for å danne sveisen. Videre er prosessen like godt egnet for liming av glass til glass, glass til metall og glass til halvleder.
For det andre, i denne prosessen kommer bare en svært liten mengde varme inn i delen, som genereres i et område som er høyst noen hundre mikrometer bredt. Dette tillater plassering av loddeforbindelser svært nær elektroniske kretser eller andre termisk følsomme komponenter, som gir større frihet for designere og produsenter og støtter bedre produktminiatyriseringsdesign.
Til slutt, hvis USP laserglassveising utføres på riktig måte, vil det ikke dannes mikrosprekker rundt sveisen.Og mikrosprekker reduserer den mekaniske styrken til glasset.I tillegg, etter temperatursykling (som er uunngåelig for alt), mikrosprekker kan være kilden til eventuell utstyrssvikt.
Setter USP laserglassveising i gang
Fordelene med USP laserglassveising kommer fra det faktum at glasset varmes opp i bare et lite volum. Dette utgjør imidlertid også en utfordring i praksis. Dette betyr at laserfokusposisjonen må forbli svært presis i grensesnittet mellom de to sveisede komponentene, selv om delen beveger seg. Dette er vanskelig å oppnå fordi virkelige komponenter ikke er helt flate. I tillegg kan det hende at posisjonen som delene er plassert i sveisesystemet ikke passer perfekt.
En løsning er å bruke et aksialt forlenget brennpunkt. Dette "strekker" størrelsen på laserstrålefokuspunktet for å løse posisjonsfølsomhetsproblemet. Ulempen med denne metoden er imidlertid at det langstrakte strålefokuset skaper en smeltebasseng i glasset med et ikke-sirkulært tverrsnitt. Når glasset størkner i smeltesonen, er det mer sannsynlig at det ikke-sirkulære bassenget danner mikrosprekker.
En annen metode har blitt tatt i bruk for å oppnå mikrosprekkefrie sveiseresultater og for å imøtekomme betydelige endringer i grensesnittavstander i prosessen samtidig. Hemmeligheten ligger i kombinasjonen av svært dynamisk fokuseringsteknologi, som bruker optikk med høy numerisk blenderåpning (NA) for å produsere et lite fokuspunkt.
Som et resultat oppnår lasersystemet en høy sfærisitet av smeltebassenget og unngår dermed mikrosprekker. Den registrerer også grensesnittavstanden og justerer hele tiden optikken slik at perfekt fokus alltid opprettholdes.
Resultatet er en høykvalitets sveis på nesten enhver form av del, og prosessen er uavhengig av toleranser og posisjon til delen.
