정교한 셀프 포커싱 기술과 결합된 초단 펄스 레이저는 레이저 유리 용접을 연속 생산에 사용하는 데 필요한 품질과 공정 신뢰성을 제공합니다. 유리의 독특하고 우수한 특성으로 인해 생물의학, 마이크로전자공학 등 다양한 분야의 다양한 첨단 제품에 널리 사용되고 있습니다. 우리는 이전에 특히 대량 생산, 정밀 유리 절단 분야에서 제조업체에 제시된 과제에 대해 설명했습니다. 또한 개별 유리 구성 요소를 함께 용접하거나 유리를 금속 및 반도체와 같은 다른 재료에 용접하는 등 접착에 어려움이 있습니다.
완성
유리를 용접하는 모든 기존 방법은 비용 효율적인 대량 생산에 필요한 정밀도, 접합 품질 및 생산 속도를 제공하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 예를 들어, 접착 결합은 경제적인 방법이지만 부품에 접착 재료가 남고 심지어 가스 제거가 필요합니다.
유전체 용접은 분말 재료를 접점에 놓은 다음 녹여 접합을 완료하는 작업입니다. 이러한 용융이 오븐을 통해 이루어지든 레이저를 통해 이루어지든, 많은 열이 부품에 펌핑됩니다. 이는 마이크로 전자공학과 많은 의료 기기에서 문제가 됩니다.
이온 결합은 매우 높은 결합 강도를 제공하는 독창적인 방법입니다. 매우 평평한 두 개의 새로운 유리 표면이 서로 압착되어 분자 결합에 의해 완전히 융합됩니다. 그러나 프로덕션 환경에서는 이를 수행하는 것이 현실적이지 않습니다.
유리 레이저 용접
그렇다면 레이저 용접은 어떨까요? 유리는 매우 높은 융점, 투명성, 취성, 기계적 강성 등 매우 유용한 특성을 많이 갖고 있지만 레이저 용접에는 많은 어려움을 안겨줍니다. 따라서 금속 및 기타 재료를 용접하는 데 사용되는 일반적인 산업용 레이저 및 방법은 유리에 적합하지 않습니다.
정밀 유리 절단과 마찬가지로 적외선 초단파장 펄스(USP) 레이저를 사용하는 데 그 비밀이 있습니다. 유리는 적외선에서 투명하므로 초점이 맞춰진 레이저 빔은 초점이 맞춰진 빔이 좁아지고 너무 집중되어 "비선형 흡수"를 유발할 때까지 유리를 직접 통과할 수 있습니다. 이러한 "비선형 흡수"는 피크 출력을 갖는 초단 펄스 레이저에서만 발생하며 다른 유형의 레이저는 동일한 작업을 수행하는 데 사용할 수 없습니다.
따라서 레이저 빔의 초점 주변의 매우 작은 영역(보통 직경이 수십 마이크론 미만)에서 유리는 레이저 빛을 흡수하여 빠르게 녹습니다. 이 집중된 빔은 다른 형태의 레이저 용접과 마찬가지로 원하는 용접 경로를 따라 스캔되어 접합을 완료합니다.
USP 레이저 유리 용접 방법에는 세 가지 주요 장점이 있습니다.
첫째, 용접되는 두 재료가 모두 부분적으로 녹은 다음 함께 응고되어 용접을 형성하기 때문에 강력한 결합이 생성됩니다. 또한, 이 공정은 유리와 유리, 유리와 금속, 유리와 반도체를 접착하는 데에도 적합합니다.
둘째, 이 공정에서는 부품에 열이 거의 유입되지 않으며 이 열은 최대 수백 미크론 너비의 영역에서 생성됩니다. 이를 통해 용접을 전자 회로나 기타 열에 민감한 부품에 매우 가깝게 배치할 수 있어 설계자와 제조업체에게 더 큰 자유가 주어지고 더 나은 제품 소형화가 가능해집니다.
마지막으로 USP 레이저 유리 용접이 올바르게 구현되면 용접 주변에 미세한 균열이 발생하지 않습니다. 미세 균열은 유리의 기계적 강도를 감소시킵니다. 또한 온도 주기가 변경된 후(모든 경우에 불가피함) 미세 균열은 장치의 궁극적인 고장 원인이 될 수 있습니다.
USP 레이저 유리 용접의 장점은 유리가 적은 양으로만 가열된다는 것입니다. 하지만 이는 현실적인 어려움도 안겨줍니다. 이는 부품이 움직이더라도 레이저 초점 위치가 용접된 두 부품 사이의 경계면에서 매우 정확하게 유지되어야 함을 의미합니다. 현실 세계의 일부는 완벽하게 평평하지 않기 때문에 이를 달성하기가 어렵습니다. 또한 용접 시스템의 부품 배치가 완벽하게 맞지 않을 수도 있습니다.
한 가지 해결책은 축 방향으로 긴 초점을 사용하는 것입니다. 이는 레이저 빔 초점의 크기를 "늘려" 위치 감도를 해결합니다. 그러나 이 방법의 단점은 연장된 빔 초점이 유리에 비원형 단면을 갖는 용융 풀을 생성한다는 것입니다. 유리가 용융 영역에서 응고되면 비원형 용융 풀이 미세 균열을 형성할 가능성이 더 높습니다.
다른 방법은 미세 균열 없이 용접 효과를 실현할 수 있으며 공정 중 인터페이스 거리의 상당한 변화에 적응할 수 있습니다. 그 비밀은 높은 동적 포커싱 기술과 높은 NA(개구수) 광학이 결합되어 작은 초점을 생성한다는 것입니다.
이러한 방식으로 레이저 시스템은 용융 풀의 높은 구형도를 달성하여 미세 균열을 방지합니다. 또한 인터페이스 거리를 감지하고 광학 장치를 지속적으로 조정하여 항상 완벽한 초점을 유지합니다. 그 결과 거의 모든 형태의 부품에 대해 고품질 용접이 보장되며 공정은 부품 공차 및 위치에 영향을 받지 않습니다.
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