新技术助力激光玻璃焊接实用化

所有用于焊接玻璃的传统方法都难以为经济高效的批量生产提供所需的精度、键合质量和生产速度。例如，粘合剂键合是一种经济的方法，但会在零件上残留胶材，甚至需要脱气。

介质焊接是将粉末材料放在接触点处，然后将其熔化以完成键合。无论这种熔化是通过烘箱还是激光实现，都会有大量热量被泵入零件中。这对于微电子设备和许多医疗器械都是一个问题。

离子键合是一种巧妙的方法，可提供极高的键合强度。两片崭新且极其平坦的玻璃表面被压在一起，并通过分子键真正融合在一起。但是，要在生产环境中执行此操作并不现实

激光玻璃焊接

那么，激光焊接呢？玻璃有许多非常有用的特性，比如极高的熔点、透明性、脆性和机械刚性，但同时也给激光焊接带来了很多困难。因此，用于焊接金属和其他材料的典型工业激光器和方法并不适用于玻璃。

就像精密玻璃切割一样，其秘诀在于使用红外波长超短脉冲（USP）激光器。玻璃在红外线中是透明的，因此聚焦的激光束可以直接穿过它，直到聚焦光束变窄并变得集中以致触发“非线性吸收”。这种“非线性吸收”只会发生在具备高峰值功率的超短脉冲激光中，而无法使用其他类型的激光来完成同样的事情。

所以，在激光束焦点周围非常小的区域（通常直径小于几十微米）内，玻璃吸收激光并迅速熔化。该聚焦光束沿着所需的焊接路径进行扫描，以完成键合，就像其他形式的激光焊接一样。

USP 激光玻璃焊接方法具有三个主要优势。

USP 激光玻璃焊接的优势源于玻璃仅在很小的体积内被加热。但这也给实际操作带来了挑战。这意味着，即使部件移动，激光对焦位置也必须非常精确地保持在两个焊接组件之间的接口处。因为现实世界的部件并不是完全平坦的，所以这很难实现。此外，在焊接系统中部件放置的位置可能并不完全契合。

一种解决方案是使用轴向拉长的焦点。这会“延展”激光束焦点的尺寸以解决位置敏感性问题。但是，这种方法的缺点在于，拉长的光束焦点会在玻璃中产生一个具有非圆形横截面的熔池。当玻璃在熔化区凝固时，非圆形熔池更容易形成微裂纹。

相干公司采用另一种方法实现无微裂纹的焊接效果，并能同时适应工艺中接口距离的重大变化。其秘诀在于，结合高动态聚焦技术，利用高数值孔径（NA）光学器件产生小的焦点光斑。