Laser xung ultrashort kết hợp với công nghệ tự lấy nét tinh tế cung cấp chất lượng và độ tin cậy quy trình cần thiết để làm cho các ứng dụng hàn thủy tinh laser để sản xuất khối lượng có thể. Các đặc tính độc đáo và tuyệt vời của thủy tinh làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghệ cao khác nhau trong các lĩnh vực khác nhau như y sinh và vi điện tử. Nhưng nó đặt ra những thách thức cho các nhà sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực cắt kính chính xác, khối lượng lớn. Nó cũng gây khó khăn cho việc liên kết, bao gồm hàn các thành phần thủy tinh riêng lẻ với nhau và hàn thủy tinh với các vật liệu khác như kim loại và chất bán dẫn.
Pha trộn như một
Tất cả các phương pháp thông thường được sử dụng để hàn thủy tinh đấu tranh để cung cấp độ chính xác, chất lượng liên kết và tốc độ sản xuất cần thiết cho sản xuất hàng loạt tiết kiệm và hiệu quả. Liên kết dính, ví dụ, là một phương pháp kinh tế, nhưng để lại vật liệu kết dính trên một phần và thậm chí yêu cầu khử khí.
Hàn điện môi liên quan đến việc đặt một vật liệu bột tại điểm tiếp xúc và nấu chảy nó để hoàn thành liên kết. Cho dù sự nóng chảy này đạt được bằng lò nướng hay laser, có rất nhiều nhiệt được bơm vào bộ phận. Đây là một vấn đề đối với các thiết bị vi điện tử và nhiều thiết bị y tế.
Liên kết ion là một phương pháp khéo léo cung cấp độ bền liên kết cực cao. Hai bề mặt kính mới và cực kỳ phẳng được ép lại với nhau và hợp nhất với nhau theo nghĩa đen bằng cách liên kết phân tử. Tuy nhiên, việc thực hiện thao tác này trong môi trường sản xuất là không thực tế.
Hàn thủy tinh laser
Còn hàn laser thì sao? Thủy tinh có nhiều đặc tính rất hữu ích, chẳng hạn như nhiệt độ nóng chảy rất cao, độ trong suốt, độ giòn và độ cứng cơ học, nhưng đồng thời nó cũng gây ra nhiều khó khăn cho việc hàn laser. Do đó, laser công nghiệp điển hình và các phương pháp được sử dụng để hàn kim loại và các vật liệu khác không được áp dụng cho thủy tinh.
Cũng giống như cắt kính chính xác, bí mật nằm ở việc sử dụng laser xung siêu ngắn (USP) bước sóng hồng ngoại. Kính trong suốt trong hồng ngoại, vì vậy chùm tia laser tập trung có thể đi qua nó cho đến khi chùm tia tập trung thu hẹp và trở nên tập trung đến mức nó kích hoạt "sự hấp thụ phi tuyến tính". "Sự hấp thụ phi tuyến tính" này chỉ có thể xảy ra với các tia laser xung cực ngắn với công suất cực đại cao, và điều tương tự không thể được thực hiện với các loại laser khác.
Vì vậy, trong một khu vực rất nhỏ (thường có đường kính dưới vài chục micron) xung quanh trọng tâm của chùm tia laser, kính hấp thụ tia laser và tan chảy nhanh chóng. Chùm tia tập trung này được quét dọc theo đường hàn mong muốn để hoàn thành liên kết, giống như bất kỳ hình thức hàn laser nào khác.
Phương pháp hàn thủy tinh laser USP cung cấp ba ưu điểm chính.
Thứ nhất, nó tạo ra một liên kết mạnh mẽ vì cả hai vật liệu được hàn đều được nấu chảy một phần và sau đó đông đặc lại với nhau để tạo thành mối hàn. Hơn nữa, quá trình này phù hợp như nhau để liên kết thủy tinh với thủy tinh, thủy tinh với kim loại và thủy tinh với chất bán dẫn.
Thứ hai, trong quá trình này, chỉ có một lượng nhiệt rất nhỏ đi vào bộ phận, được tạo ra trong một khu vực rộng tối đa vài trăm micron. Điều này cho phép đặt các mối hàn rất gần với mạch điện tử hoặc các thành phần nhạy cảm với nhiệt khác, mang lại sự tự do hơn cho các nhà thiết kế và nhà sản xuất và hỗ trợ các thiết kế thu nhỏ sản phẩm tốt hơn.
Cuối cùng, nếu hàn thủy tinh laser USP được thực hiện đúng cách, sẽ không có vết nứt vi mô nào được tạo ra xung quanh mối hàn. Và vết nứt nhỏ làm giảm độ bền cơ học của kính. Ngoài ra, sau khi đạp xe nhiệt độ (điều không thể tránh khỏi đối với mọi thứ), các vết nứt vi mô có thể là nguồn gốc của sự cố thiết bị cuối cùng.
Đưa hàn thủy tinh laser USP vào hoạt động
Ưu điểm của hàn thủy tinh laser USP bắt nguồn từ thực tế là kính được làm nóng chỉ với một khối lượng nhỏ. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra một thách thức trong thực tế. Điều này có nghĩa là vị trí lấy nét laser phải duy trì rất chính xác ở giao diện giữa hai thành phần được hàn, ngay cả khi bộ phận di chuyển. Điều này rất khó đạt được vì các thành phần trong thế giới thực không hoàn toàn bằng phẳng. Ngoài ra, vị trí mà các bộ phận được đặt trong hệ thống hàn có thể không phù hợp hoàn hảo.
Một giải pháp là sử dụng một tiêu điểm kéo dài theo trục. Điều này "kéo dài" kích thước của tiêu điểm chùm tia laser để giải quyết vấn đề độ nhạy vị trí. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là tiêu điểm chùm tia kéo dài tạo ra một bể nóng chảy trong kính với tiết diện không tròn. Khi kính đông đặc lại trong vùng nóng chảy, hồ bơi không tròn có nhiều khả năng hình thành các vết nứt nhỏ.
Một phương pháp khác đã được áp dụng để đạt được kết quả hàn không có vết nứt nhỏ và để phù hợp với những thay đổi đáng kể về khoảng cách giao diện trong quy trình cùng một lúc. Bí mật nằm ở sự kết hợp của công nghệ lấy nét năng động cao, sử dụng quang học khẩu độ số (NA) cao để tạo ra một điểm lấy nét nhỏ.
Kết quả là, hệ thống laser đạt được độ hình cầu cao của bể tan chảy và do đó tránh được hiện tượng vi mô. Nó cũng cảm nhận khoảng cách giao diện và liên tục điều chỉnh quang học để luôn duy trì tiêu điểm hoàn hảo.
Kết quả là một mối hàn chất lượng cao trên hầu hết mọi hình dạng của bộ phận, và quá trình này độc lập với dung sai và vị trí của bộ phận.
