ריתוך בלייזר זכוכית

לייזרים קצרים במיוחד בשילוב עם טכנולוגיית מיקוד עצמי מתוחכמת מספקים את האיכות ואת אמינות התהליך הנדרשים כדי לאפשר שימוש בריתוך זכוכית בלייזר בייצור סדרתי. המאפיינים הייחודיים והמצוינים של הזכוכית הופכים אותה לשימוש נרחב במוצרי היי-טק שונים בתחומים שונים כגון ביו-רפואה ומיקרו-אלקטרוניקה. תיארנו בעבר את האתגרים שהיא מציבה ליצרנים, במיוחד בתחום חיתוך זכוכית בנפח גבוה ומדויק. זה גם מציג קשיים בהדבקה, כולל ריתוך רכיבי זכוכית בודדים יחד וריתוך זכוכית לחומרים אחרים כגון מתכות ומוליכים למחצה.

כל השיטות המסורתיות לריתוך זכוכית נאבקות לספק את הדיוק, איכות ההדבקה ומהירות הייצור הנדרשות לייצור המוני חסכוני. כך למשל, הדבקת דבק היא שיטה חסכונית, אך משאירה חומר דבק על החלק ואף דורשת הסרת גז.

ריתוך דיאלקטרי כרוך בהצבת חומר אבקה בנקודת מגע ואז המסתו להשלמת ההדבקה. בין אם התכה זו מושגת באמצעות תנור או לייזר, חום רב נשאב לתוך החלק. זוהי בעיה עבור מיקרואלקטרוניקה ומכשירים רפואיים רבים.

חיבור יוני היא שיטה גאונית המספקת חוזק התקשרות גבוה במיוחד. שני משטחים חדשים, שטוחים במיוחד של זכוכית, נלחצים זה בזה ומתמזגים זה לזה על ידי קשרים מולקולריים. עם זאת, זה לא ריאלי לעשות זאת בסביבת ייצור.

אז מה לגבי ריתוך לייזר? לזכוכית יש תכונות שימושיות רבות, כגון נקודת התכה גבוהה במיוחד, שקיפות, שבירות וקשיחות מכנית, אך היא גם גורמת לקשיים רבים לריתוך בלייזר. לכן, לייזרים תעשייתיים טיפוסיים ושיטות המשמשות לריתוך מתכות וחומרים אחרים אינם מתאימים לזכוכית.

בדיוק כמו חיתוך זכוכית מדויק, הסוד טמון בשימוש בלייזרי אינפרא אדום קצר אולטרה גל פולס (USP). זכוכית שקופה באינפרא אדום, כך שקרן לייזר ממוקדת יכולה לעבור ישירות דרכה עד שהקרן הממוקדת מצטמצמת והופכת כל כך ממוקדת שהיא מפעילה "בליעה לא ליניארית". ה"ספיגה הלא ליניארית" הזו מתרחשת רק בלייזרים קצרים דופקים עם שיא הספק, ולא ניתן להשתמש בסוגים אחרים של לייזרים כדי להשיג את אותו הדבר.

לכן, באזור קטן מאוד מסביב למוקד קרן הלייזר (בדרך כלל בקוטר של פחות מכמה עשרות מיקרונים), הזכוכית סופגת את אור הלייזר ונמסה במהירות. אלומה ממוקדת זו נסרקת לאורך נתיב הריתוך הרצוי להשלמת ההדבקה, בדיוק כמו צורות אחרות של ריתוך לייזר.

ראשית, זה יוצר קשר חזק מכיוון ששני החומרים המרותכים נמסים חלקית ואז מתמצקים יחד ליצירת ריתוך. יתרה מכך, התהליך מתאים גם להצמדת זכוכית לזכוכית, זכוכית למתכת וזכוכית למוליכים למחצה.

שנית, בתהליך זה, מעט מאוד חום נכנס לחלק, והחום הזה נוצר בשטח ברוחב של כמה מאות מיקרון לכל היותר. זה מאפשר למקם ריתוכים קרוב מאוד למעגלים אלקטרוניים או רכיבים רגישים לחום אחרים, מה שמעניק למעצבים וליצרנים חופש גדול יותר ומאפשר מזעור מוצרים טוב יותר.

לבסוף, אם ריתוך זכוכית בלייזר USP מיושם כהלכה, לא יהיו מיקרו-סדקים סביב הריתוך. סדקים מיקרו מפחיתים את החוזק המכני של זכוכית. בנוסף, לאחר שינויי מחזור הטמפרטורה (שהם בלתי נמנעים לכל דבר), מיקרו-סדקים יכולים להיות המקור לכשל האולטימטיבי של המכשיר.

היתרון של ריתוך זכוכית בלייזר USP הוא שהזכוכית מחוממת רק בנפח קטן. אבל זה גם מציב אתגרים מעשיים. המשמעות היא שגם אם החלק זז, יש לשמור על מיקום מיקוד הלייזר בצורה מדויקת מאוד בממשק בין שני הרכיבים המרותכים. מכיוון שחלקי העולם האמיתי אינם שטוחים לחלוטין, קשה להשיג זאת. בנוסף, ייתכן שמיקום החלקים במערכת הריתוך לא יתאים בצורה מושלמת.

פתרון אחד הוא שימוש במוקד מוארך בציר. זה "מותח" את גודל מוקד קרן הלייזר כדי לטפל ברגישות המיקום. עם זאת, החיסרון בשיטה זו הוא שמוקד הקרן המוארך יוצר בריכה מותכת בזכוכית עם חתך לא עגול. כאשר הזכוכית מתמצקת באזור ההיתוך, סביר יותר שהבריכה המותכת הלא עגולה תיצור מיקרו-סדקים.

השיטה השנייה יכולה לממש את אפקט הריתוך ללא מיקרו-סדקים, ויכולה להסתגל לשינוי המשמעותי של מרחק הממשק בתהליך. הסוד הוא שבשילוב עם טכנולוגיית מיקוד דינמי גבוהה, נעשה שימוש באופטיקה של צמצם מספרי גבוה (NA) לייצור נקודות מוקד קטנות.

באופן זה, מערכת הלייזר משיגה כדוריות גבוהה של הבריכה המותכת ובכך נמנעת מיקרו-סדקים. הוא גם חש את מרחק הממשק ומתאים כל הזמן את האופטיקה כדי להישאר תמיד בפוקוס מושלם. התוצאה היא שריתוך איכותי מובטח כמעט בכל צורה של חלק, והתהליך אינו מושפע מסובלנות ומיקום חלקים.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd היא מיזם היי-טק המתמחה במו"פ, ייצור ומכירה של מכונת חיפוי לייזר אוטומטית, מכונת חיפוי לייזר במהירות גבוהה, מכונת מרווה בלייזר, מכונת ריתוך לייזר וציוד הדפסת לייזר תלת מימדית. המוצרים שלנו חסכוניים ונמכרים בארץ ובחו"ל. אם אתה מעוניין במוצרים שלנו, אנא צור איתנו קשר בכתובת bob@gshenglaser.com.