Ultrakorte pulslasers gecombineerd met voortreffelijke zelffocustechnologie bieden de kwaliteit en procesbetrouwbaarheid die nodig zijn om laserglaslastoepassingen voor volumeproductie mogelijk te maken. Door de unieke en uitstekende eigenschappen van glas wordt het veel gebruikt in verschillende hightechproducten op verschillende gebieden, zoals biogeneeskunde en micro-elektronica. Maar het stelt fabrikanten voor uitdagingen, met name op het gebied van hoogvolume, precisieglassnijden. Het levert ook problemen op met hechting, inclusief het aan elkaar lassen van afzonderlijke glascomponenten en het lassen van glas aan andere materialen zoals metalen en halfgeleiders.
Mengen als één
Alle conventionele methoden die worden gebruikt voor het lassen van glas, hebben moeite om de precisie, hechtkwaliteit en productiesnelheid te bieden die nodig zijn voor economische en efficiënte serieproductie. Lijmen is bijvoorbeeld een economische methode, maar laat lijmmateriaal achter op het onderdeel en vereist zelfs ontgassing.
Diëlektrisch lassen omvat het plaatsen van een poedervormig materiaal op het contactpunt en het smelten om de binding te voltooien. Of dit smelten nu wordt bereikt door een oven of laser, er wordt veel warmte in het onderdeel gepompt. Dit is een probleem voor micro-elektronische apparaten en veel medische apparaten.
Ionische binding is een ingenieuze methode die zorgt voor extreem hoge hechtsterktes. Twee nieuwe en extreem vlakke glasoppervlakken worden tegen elkaar gedrukt en letterlijk met elkaar versmolten door moleculaire binding. Het is echter niet praktisch om deze bewerking in een productieomgeving uit te voeren.
Laserglaslassen
Hoe zit het met laserlassen? Glas heeft veel zeer nuttige eigenschappen, zoals een zeer hoog smeltpunt, transparantie, brosheid en mechanische stijfheid, maar levert tegelijkertijd veel problemen op bij laserlassen. Daarom zijn typische industriële lasers en methoden die worden gebruikt voor het lassen van metalen en andere materialen niet van toepassing op glas.
Net als bij precisieglassnijden ligt het geheim in het gebruik van ultrakorte puls (USP) lasers met infrarode golflengte. Het glas is transparant in het infrarood, dus de gefocusseerde laserstraal kan er dwars doorheen gaan totdat de gefocuste straal smaller wordt en zo geconcentreerd wordt dat het "niet-lineaire absorptie" veroorzaakt. Deze "niet-lineaire absorptie" kan alleen optreden bij ultrakort gepulseerde lasers met een hoog piekvermogen, en hetzelfde kan niet met andere soorten lasers.
Dus in een zeer klein gebied (meestal minder dan enkele tientallen microns in diameter) rond het brandpunt van de laserstraal, absorbeert het glas de laser en smelt het snel. Deze gefocusseerde bundel wordt gescand langs het gewenste laspad om de hechting te voltooien, net als elke andere vorm van laserlassen.
De lasmethode van USP laserglas biedt drie belangrijke voordelen.
Ten eerste zorgt het voor een sterke binding omdat beide materialen die worden gelast, gedeeltelijk worden gesmolten en vervolgens samen worden gestold om de las te vormen. Verder is het proces even geschikt voor het verlijmen van glas op glas, glas op metaal en glas op halfgeleider.
Ten tweede komt er bij dit proces slechts een zeer kleine hoeveelheid warmte in het onderdeel, die wordt gegenereerd in een gebied van maximaal een paar honderd micron breed. Hierdoor kunnen soldeerverbindingen zeer dicht bij elektronische circuits of andere thermisch gevoelige componenten worden geplaatst, die biedt meer vrijheid voor ontwerpers en fabrikanten en ondersteunt betere productminiaturisatieontwerpen.
Tot slot, als het USP laserglaslassen op de juiste manier wordt uitgevoerd, zullen er geen microscheuren rond de las ontstaan. En Microscheuren verminderen de mechanische sterkte van het glas. Bovendien, na temperatuurwisselingen (wat onvermijdelijk is voor alles), microscheuren kan de oorzaak zijn van eventuele apparatuurstoringen.
USP laserglaslassen aan het werk zetten
De voordelen van USP laserglaslassen komen voort uit het feit dat het glas slechts in een klein volume wordt verwarmd. Dit vormt echter ook een uitdaging in de praktijk. Dit betekent dat de laserfocuspositie zeer precies op het grensvlak tussen de twee gelaste componenten moet blijven, zelfs als het onderdeel beweegt. Dit is moeilijk te bereiken omdat de componenten in de echte wereld niet helemaal vlak zijn. Daarnaast kan het zijn dat de positie waarin de onderdelen in het lassysteem worden geplaatst niet perfect past.
Een oplossing is het gebruik van een axiaal langwerpig brandpunt. Dit "rekt" de grootte van het brandpunt van de laserstraal uit om het positiegevoeligheidsprobleem op te lossen. Het nadeel van deze methode is echter dat de langwerpige straalfocus een smeltbad in het glas creëert met een niet-cirkelvormige dwarsdoorsnede. Wanneer het glas stolt in de smeltzone, is de kans groter dat de niet-cirkelvormige poel microscheuren vormt.
Er is een andere methode toegepast om lasresultaten zonder microscheurtjes te verkrijgen en tegelijkertijd om aanzienlijke veranderingen in de interface-afstanden in het proces op te vangen. een klein brandpunt.
Als resultaat bereikt het lasersysteem een hoge bolvorm van het smeltbad en vermijdt zo microscheurtjes. Het detecteert ook de interface-afstand en past de optiek constant aan, zodat altijd een perfecte focus behouden blijft.
Het resultaat is een las van hoge kwaliteit op bijna elke vorm van het onderdeel en het proces is onafhankelijk van de toleranties en positie van het onderdeel.
