לייזרי פולסים Ultrashort בשילוב עם טכנולוגיית מיקוד עצמי מעולה מספקים את האיכות ואמינות התהליכים הנדרשת כדי להפוך יישומי ריתוך זכוכית לייזר לייצור נפח אפשריים. התכונות הייחודיות והמצוינות של זכוכית הופכות אותה לשימוש נרחב במוצרי היי-טק שונים בתחומים שונים כגון ביו-רפואה ומיקרואלקטרוניקה. אבל זה מציב אתגרים ליצרנים, במיוחד בתחום של חיתוך זכוכית בנפח גבוה ומדויק. הוא גם מציב קשיים בהדבקה, כולל ריתוך רכיבי זכוכית בודדים יחד וריתוך זכוכית לחומרים אחרים כגון מתכות ומוליכים למחצה.
מיזוג כאחד
כל השיטות הקונבנציונליות המשמשות לריתוך זכוכית מתקשות לספק את הדיוק, איכות ההדבקה ומהירות הייצור הנדרשים לייצור סדרות חסכוני ויעיל. הדבקה דביקה, למשל, היא שיטה חסכונית, אך משאירה חומר דבק על החלק ואף דורשת דה-גזינג.
ריתוך דיאלקטרי כרוך בהנחת חומר אבקתי בנקודת המגע והמסתו כדי להשלים את הקשר. בין אם זה התכה מושגת על ידי תנור או לייזר, יש הרבה חום להיות נשאב לתוך החלק. זוהי בעיה עבור מכשירים מיקרו-אלקטרוניים ומכשירים רפואיים רבים.
מליטה יונית היא שיטה גאונית המספקת עוצמות קשר גבוהות במיוחד. שני משטחי זכוכית חדשים ושטוחים במיוחד נלחצים זה לזה ומתמזגים זה לזה, פשוטו כמשמעו, על ידי קשר מולקולרי. עם זאת, זה לא מעשי לבצע פעולה זו בסביבת ייצור.
ריתוך זכוכית לייזר
מה לגבי ריתוך לייזר? זכוכית יש תכונות שימושיות רבות מאוד, כגון נקודת התכה גבוהה מאוד, שקיפות, שבירות וקשיחות מכנית, אך יחד עם זאת היא מציבה קשיים רבים לריתוך לייזר. לכן, לייזרים תעשייתיים טיפוסיים ושיטות המשמשות לריתוך מתכות וחומרים אחרים אינם ישימים לזכוכית.
בדיוק כמו חיתוך זכוכית מדויק, הסוד טמון בשימוש בלייזרים באורך גל אינפרא אדום אולטרה-קצר (USP). הזכוכית שקופה באינפרא אדום, כך שקרן הלייזר הממוקדת יכולה לעבור ממש דרכה עד שהקרן הממוקדת מצטמצמת והופכת מרוכזת כל כך עד שהיא מפעילה "קליטה לא ליניארית". "קליטה לא ליניארית" זו יכולה להתרחש רק עם לייזרים עם פולסים קצרים במיוחד עם הספק שיא גבוה, ואותו הדבר לא ניתן לעשות עם סוגים אחרים של לייזר.
לכן, באזור קטן מאוד (בדרך כלל בקוטר של פחות מכמה עשרות מיקרונים) סביב מוקד קרן הלייזר, הזכוכית סופגת את הלייזר ונמסה במהירות. קרן ממוקדת זו נסרקת לאורך נתיב הריתוך הרצוי כדי להשלים את ההדבקה, בדיוק כמו כל צורה אחרת של ריתוך לייזר.
שיטת ריתוך זכוכית הלייזר USP מציעה שלושה יתרונות עיקריים.
ראשית, הוא יוצר קשר חזק שכן שני החומרים המרותכים נמסים חלקית ולאחר מכן מתמצקים יחד כדי ליצור את הריתוך. יתר על כן, התהליך מתאים באותה מידה להדבקת זכוכית לזכוכית, זכוכית למתכת וזכוכית למוליכים למחצה.
שנית, בתהליך זה, רק כמות קטנה מאוד של חום נכנסת לחלק, אשר נוצר באזור לכל היותר כמה מאות מיקרון רוחב. זה מאפשר מיקום של מפרקי הלחמה קרוב מאוד למעגלים אלקטרוניים או רכיבים רגישים תרמית אחרים, מה שמספק חופש רב יותר למעצבים וליצרנים ותומך בעיצובי מזעור מוצרים טובים יותר.
לבסוף, אם ריתוך זכוכית לייזר USP מתבצע כראוי, לא ייווצרו מיקרו-סדקים סביב הריתוך. ו Microcracks להפחית את החוזק המכני של הזכוכית. בנוסף, לאחר מחזור טמפרטורה (שהוא בלתי נמנע לכל דבר), מיקרו-סדקים יכולים להיות המקור לכשל בציוד בסופו של דבר.
הפעלת ריתוך זכוכית לייזר USP
היתרונות של ריתוך זכוכית לייזר USP נובעים מהעובדה כי הזכוכית מחוממת בנפח קטן בלבד. עם זאת, זה גם מהווה אתגר בפועל. משמעות הדבר היא כי מיקום מיקוד הלייזר חייב להישאר מדויק מאוד בממשק בין שני הרכיבים המרותכים, גם אם החלק זז. קשה להשיג זאת מכיוון שמרכיבי העולם האמיתי אינם שטוחים לחלוטין. בנוסף, המיקום שבו החלקים ממוקמים במערכת הריתוך עשוי שלא להתאים באופן מושלם.
פתרון אחד הוא שימוש בנקודת מוקד מוארכת מבחינה אקסיאלית. זה "מותח" את גודל נקודת המוקד של קרן הלייזר כדי לפתור את בעיית רגישות המיקום. החיסרון של שיטה זו, עם זאת, הוא שמיקוד הקרן המוארך יוצר בריכת התכה בזכוכית עם חתך רוחב לא מעגלי. כאשר הזכוכית מתמצקת באזור ההיתוך, הבריכה הלא מעגלית נוטה יותר ליצור מיקרו-קראקים.
שיטה נוספת אומצה כדי להשיג תוצאות ריתוך ללא מיקרו-קראק וכדי להתאים לשינויים משמעותיים במרחקי הממשק בתהליך בו זמנית. הסוד טמון בשילוב של טכנולוגיית מיקוד דינמית ביותר, תוך שימוש באופטיקה של מפתח צמצם נומרי גבוה (NA) כדי לייצר נקודת מוקד קטנה.
כתוצאה מכך, מערכת הלייזר משיגה כדוריות גבוהה של בריכת ההיתוך ובכך נמנעת ממיקרו-דחיסה. הוא גם חש את מרחק הממשק ומתאים כל הזמן את האופטיקה כך שמיקוד מושלם נשמר תמיד.
התוצאה היא ריתוך באיכות גבוהה על כמעט כל צורה של חלק, ואת התהליך הוא בלתי תלוי טולרנסים ומיקום של החלק.
