레이저 유리 용접에 초점을 맞춘 신기술

유리의 독특하고 가치 있는 특성으로 인해 생물 의학, 항공 우주 및 마이크로일렉트로닉스 같은 다양한 분야의 광범위한 첨단 기술 제품에서 유리 사용이 증가했습니다. 특히 대량의 정밀 유리 절단 측면에서 볼 때, 이러한 현상으로 인해 제조업체에 어떤 문제가 발생했는지 앞서 설명했습니다. 또한 결합 측면에서 보면, 개별 유리 구성 요소를 함께 용접하고 유리를 금속 및 반도체 같은 다른 재료에 결합해야 하 어려움이 있습니다.

결합하기

문제는 유리를 용접하는 모든 전통적인 방법으로 비용 효율적인 대량 생산에 필요한 정밀도, 접합 품질 및 생산 속도를 복합적으로 제공하기 위해 고군분투한다는 것입니다. 예를 들어, 접착 결합은 비용이 적게 소요되는 방법이지만, 부품에 잔류 접착제가 남고 가스가 방출될 수도 있습니다.

프릿 용접은 접합부에 분말 재료를 넣은 다음 녹여서 결합을 만드는 방법입니다. 오븐에서 용융 작업을 하거나 레이저로 수행하면, 많은 열이 부품으로 펌핑됩니다. 이러한 문제는 마이크로일렉트로닉스 및 많은 의료 기기에서 발생하는 것입니다.

이온 결합은 매우 강력하게 결합할 수 있는 정밀한 방법입니다. 두 개의 깨끗하고 매우 평평한 유리 표면이 압착되어 말 그대로 분자 결합에 의해 서로 융합됩니다. 그러나 실제로는 생산량을 기준으로 이 작업을 수행할 수 없습니다.

레이저 유리 용접

레이저 용접은 어떻습니까? 글쎄요. 매우 높은 녹는점, 투명도, 취성 및 기계적 강성과 같이 유리를 매우 유용하게 만드는 매우 동일한 일부 속성으로 인해 레이저로도 용접하기가 어렵습니다. 결과적으로 유리에는 금속 및 기타 재료를 용접하는 데 사용되는 일반적인 산업용 레이저 및 방법이 잘 적용되지 않습니다.

정밀 유리 절단과 마찬가지로, 그 비결은 적외선 파장의 초단파 펄스(USP) 레이저를 사용하는 것입니다. 유리는 적외선에서 투명하므로, 초점을 맞춘 레이저 빔이 유리를 통과하기만 하면 됩니다. 즉 집속 빔이 좁아지고 집중되어 "비선형 흡수"를 유발하는 지점까지이며, 이러한 현상은 초단파 펄스의 높은 피크 전력 때문에 발생기 때문에 다른 레이저 유형을 사용하여 동일한 작업을 수행할 수 없습니다.

따라서 유리는 레이저 광을 흡수하고, 초점 주변의 매우 작은 영역(일반적으로 직경 수십 마이크로미터 미만)에서 빠르게 녹습니다. 집속 빔은 다른 형태의 레이저 용접과 마찬가지로 원하는 용접 경로를 따라 스캔되어 결합을 생성합니다.

USP 레이저 유리 용접 방법의 주요 이점은 다음과 같은 세 가지입니다. 첫째, 두 부품이 부분적으로 녹은 다음 용접 조인트에서 함께 재응고되기 때문에, 강한 결합이 생성됩니다. 그리고 이 기술은 유리와 유리, 유리와 금속, 유리와 반도체를 접합하는 데 똑같이 잘 작동합니다.

둘째, 공정에서는 열이 부품에 거의 가해지지 않으며, 기껏해야 수백 미크론 미만의 영역에서만 열이 발생합니다. 이를 통해 용접 이음매를 전자 회로 또는 기타 열에 민감한 구성 요소에 매우 가깝게 배치할 수 있습니다. 설계자와 제조업체는 더욱 자유롭게 작업할 수 있으며, 제품을 더욱 소형화하는 데 도움이 됩니다.

마지막으로 USP 레이저 유리 용접이 올바르게 구현되면, 용접 주변 영역에 미세 균열이 생성되지 않습니다. 미세 균열이 발생하면, 유리가 기계적으로 약화됩니다. 또한 온도 순환(거의 모든 경우에 발생)이 발생하는 장치의 궁극적인 실패 원인이 될 수 있습니다.

USP 레이저 유리 용접을 실용화하는 Coherent

유리가 매우 작은 부피에서만 가열되기 때문에 USP 레이저 유리 용접이 유리합니다. 그러나 실제로 구현하는 경우에도 문제가 발생합니다. 그렇기 때문에, 부품이 이동하더라도 레이저 초점 위치가 용접되는 두 구성 요소 사이의 경계면에서 매우 정확하게 유지합니다. 실제로는 부품이 완벽하게 평평하지 않기 때문에 정화하게 유지하기 어렵습니다. 또한 용접 시스템에 배치할 때 정확히 수평으로 배치되지 않을 수 있습니다.

축 방향으로 연장된 초점을 사용하는 것도 해결 방법입니다. 이렇게 하면, 레이저 빔 초점이 "늘어나서" 위치 감도 문제를 극복할 수 있습니다. 그러나 이 접근 방식의 단점은 이 연장된 빔 초점이 더 이상 단면이 둥글지 않은 용융 풀을 유리에 생성한다는 것입니다. 용융 풀이 원형보다 작으면, 유리가 용융 영역에서 응고됨에 따라 미세 균열이 형성될 가능성이 훨씬 더 높아집니다.

Coherent는 미세 균열이 발생하지 않도록 용접하는 동시에 공정 중 계면 거리를 상당히 바꿀 수 있는 다른 접근 방식을 취했습니다. 비밀은 높은 개구수(NA) 광학을 활용하여 매우 다이내믹한 포커싱 기술과 함께 작은 초점 스폿을 생성하는 것입니다.

따라서 Coherent 시스템은 고도의 구형 용융 풀을 달성하여 미세 균열이 발생하지 않도록 합니다. 또한 인터페이스 거리를 감지하고 지속적으로 광학 장치를 조정하여 초점이 항상 완벽하게 유지합니다. 그 결과 부품 공차 및 위치에 영향을 받지 않는 공정과 함께 거의 모든 형상 부품에 고품질 용접이 가능합니다.

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