Laser nadi ultrashort digabungkan dengan teknologi pemfokusan diri yang indah memberikan kualiti dan kebolehpercayaan proses yang diperlukan untuk membolehkan aplikasi kimpalan kaca laser untuk pengeluaran volum. Ciri-ciri kaca yang unik dan cemerlang menjadikannya digunakan secara meluas dalam pelbagai produk berteknologi tinggi dalam pelbagai bidang seperti bioperubatan dan mikroelektronik. Tetapi ia menimbulkan cabaran kepada pengilang, terutamanya dalam bidang pemotongan kaca berkelantangan tinggi dan ketepatan. Ia juga menimbulkan kesukaran dengan ikatan, termasuk mengimpal komponen kaca individu bersama-sama dan mengimpal kaca kepada bahan lain seperti logam dan semikonduktor.
Mengadun sebagai satu
Semua kaedah konvensional yang digunakan untuk mengimpal kaca berjuang untuk memberikan ketepatan, kualiti ikatan dan kelajuan pengeluaran yang diperlukan untuk pengeluaran siri yang menjimatkan dan cekap. Ikatan pelekat, sebagai contoh, adalah kaedah yang menjimatkan, tetapi meninggalkan bahan pelekat pada bahagian dan juga memerlukan penyahgas.
Kimpalan dielektrik melibatkan meletakkan bahan serbuk pada titik sentuhan dan mencairkannya untuk melengkapkan ikatan. Sama ada pencairan ini dicapai dengan ketuhar atau laser, terdapat banyak haba yang dipam ke bahagian tersebut. Ini adalah masalah untuk peranti mikroelektronik dan banyak peranti perubatan.
Ikatan ionik adalah kaedah bijak yang memberikan kekuatan ikatan yang sangat tinggi. Dua permukaan kaca yang baru dan sangat rata ditekan bersama dan dicantum secara literal bersama oleh ikatan molekul. Walau bagaimanapun, adalah tidak praktikal untuk melaksanakan operasi ini dalam persekitaran pengeluaran.
Kimpalan kaca laser
Bagaimana pula dengan kimpalan laser? Kaca mempunyai banyak sifat yang sangat berguna, seperti takat lebur yang sangat tinggi, ketelusan, kerapuhan dan ketegaran mekanikal, tetapi pada masa yang sama ia menimbulkan banyak kesukaran untuk kimpalan laser. Oleh itu, laser industri biasa dan kaedah yang digunakan untuk mengimpal logam dan bahan lain tidak boleh digunakan untuk kaca.
Sama seperti pemotongan kaca ketepatan, rahsianya terletak pada penggunaan laser nadi ultra-pendek (USP) panjang gelombang inframerah. Kaca itu lutsinar dalam inframerah, jadi pancaran laser yang difokuskan boleh melaluinya terus sehingga pancaran yang difokuskan mengecil dan menjadi sangat pekat sehingga mencetuskan "penyerapan bukan linear". "Penyerapan bukan linear" ini hanya boleh berlaku dengan laser berdenyut ultra-pendek dengan kuasa puncak yang tinggi, dan perkara yang sama tidak boleh dilakukan dengan jenis laser lain.
Jadi, di kawasan yang sangat kecil (biasanya kurang daripada beberapa puluh mikron diameter) di sekitar fokus pancaran laser, kaca menyerap laser dan cair dengan cepat. Rasuk fokus ini diimbas di sepanjang laluan kimpalan yang dikehendaki untuk melengkapkan ikatan, sama seperti bentuk kimpalan laser yang lain.
Kaedah kimpalan kaca laser USP menawarkan tiga kelebihan utama.
Pertama, ia mewujudkan ikatan yang kuat kerana kedua-dua bahan yang dikimpal sebahagiannya cair dan kemudian dipadukan bersama untuk membentuk kimpalan. Tambahan pula, proses ini sama-sama sesuai untuk mengikat kaca kepada kaca, kaca kepada logam dan kaca kepada semikonduktor.
Kedua, dalam proses ini, hanya sejumlah kecil haba memasuki bahagian itu, yang dihasilkan di kawasan paling banyak selebar beberapa ratus mikron. Ini membolehkan penempatan sambungan pateri sangat dekat dengan litar elektronik atau komponen sensitif haba yang lain, yang memberikan kebebasan yang lebih besar untuk pereka dan pengilang serta menyokong reka bentuk pengecilan produk yang lebih baik.
Akhir sekali, jika kimpalan kaca laser USP dijalankan dengan betul, tiada retakan mikro akan dibuat di sekeliling kimpalan.Dan Microcracks mengurangkan kekuatan mekanikal kaca.Selain itu, selepas kitaran suhu (yang tidak dapat dielakkan untuk segala-galanya), retakan mikro boleh menjadi punca kegagalan peralatan akhirnya.
Menempatkan kimpalan kaca laser USP berfungsi
Kelebihan kimpalan kaca laser USP berpunca daripada fakta bahawa kaca dipanaskan hanya dalam jumlah yang kecil. Walau bagaimanapun, ini juga menimbulkan cabaran dalam amalan. Ini bermakna kedudukan fokus laser mesti kekal dengan sangat tepat pada antara muka antara dua komponen yang dikimpal, walaupun bahagian itu bergerak. Ini sukar dicapai kerana komponen dunia sebenar tidak rata sepenuhnya. Di samping itu, kedudukan di mana bahagian diletakkan dalam sistem kimpalan mungkin tidak sesuai dengan sempurna.
Satu penyelesaian ialah menggunakan titik fokus memanjang secara paksi. Ini "meregangkan" saiz titik fokus pancaran laser untuk menyelesaikan masalah kepekaan kedudukan. Kelemahan kaedah ini, bagaimanapun, ialah fokus pancaran memanjang mencipta kolam cair dalam kaca dengan keratan rentas bukan bulatan. Apabila kaca menjadi pepejal dalam zon lebur, kolam bukan bulat lebih cenderung untuk membentuk retakan mikro.
Kaedah lain telah diterima pakai untuk mencapai hasil kimpalan tanpa retak mikro dan untuk menampung perubahan ketara dalam jarak antara muka dalam proses pada masa yang sama. Rahsianya terletak pada gabungan teknologi pemfokusan yang sangat dinamik, menggunakan optik apertur berangka tinggi (NA) untuk menghasilkan tempat tumpuan kecil.
Akibatnya, sistem laser mencapai sfera tinggi kolam cair dan dengan itu mengelakkan retak mikro. Ia juga merasakan jarak antara muka dan sentiasa melaraskan optik supaya fokus yang sempurna sentiasa dikekalkan.
Hasilnya ialah kimpalan berkualiti tinggi pada hampir semua bentuk bahagian, dan prosesnya adalah bebas daripada toleransi dan kedudukan bahagian tersebut.
