Laser pulsa ultrashort dikombinasikan dengan teknologi pemfokusan mandiri yang sangat indah memberikan kualitas dan keandalan proses yang diperlukan untuk memungkinkan aplikasi pengelasan kaca laser untuk produksi volume. Sifat kaca yang unik dan sangat baik membuatnya banyak digunakan dalam berbagai produk berteknologi tinggi di berbagai bidang seperti biomedis dan mikroelektronika. Tapi itu menimbulkan tantangan bagi produsen, terutama di bidang pemotongan kaca presisi volume tinggi. Ini juga menghadirkan kesulitan dengan ikatan, termasuk pengelasan komponen kaca individu bersama-sama dan pengelasan kaca ke bahan lain seperti logam dan semikonduktor.
Pencampuran sebagai satu kesatuan
Semua metode konvensional yang digunakan untuk pengelasan kaca berjuang untuk memberikan presisi, kualitas ikatan dan kecepatan produksi yang diperlukan untuk produksi seri yang ekonomis dan efisien. Ikatan perekat, misalnya, adalah metode yang ekonomis, tetapi meninggalkan bahan perekat pada bagian tersebut dan bahkan membutuhkan degassing.
Pengelasan dielektrik melibatkan penempatan bahan bubuk pada titik kontak dan melelehkannya untuk menyelesaikan ikatan. Apakah peleburan ini dicapai dengan oven atau laser, ada banyak panas yang dipompa ke bagian tersebut. Ini adalah masalah untuk perangkat mikroelektronik dan banyak perangkat medis.
Ikatan ionik adalah metode cerdik yang memberikan kekuatan ikatan yang sangat tinggi. Dua permukaan kaca baru dan sangat datar ditekan bersama dan benar-benar menyatu bersama oleh ikatan molekuler. Namun, tidak praktis untuk melakukan operasi ini di lingkungan produksi.
Pengelasan kaca laser
Bagaimana dengan pengelasan laser? Kaca memiliki banyak sifat yang sangat berguna, seperti titik leleh yang sangat tinggi, transparansi, kerapuhan dan kekakuan mekanis, tetapi pada saat yang sama menimbulkan banyak kesulitan untuk pengelasan laser. Oleh karena itu, laser industri khas dan metode yang digunakan untuk pengelasan logam dan bahan lainnya tidak berlaku untuk kaca.
Sama seperti pemotongan kaca presisi, rahasianya terletak pada penggunaan laser pulsa ultra-pendek (USP) panjang gelombang inframerah. Kaca transparan dalam inframerah, sehingga sinar laser terfokus dapat melewatinya sampai sinar terfokus menyempit dan menjadi sangat terkonsentrasi sehingga memicu "penyerapan non-linier". "Penyerapan non-linier" ini hanya dapat terjadi dengan laser berdenyut ultra-pendek dengan daya puncak tinggi, dan hal yang sama tidak dapat dilakukan dengan jenis laser lainnya.
Jadi, di area yang sangat kecil (biasanya berdiameter kurang dari beberapa puluh mikron) di sekitar fokus sinar laser, kaca menyerap laser dan meleleh dengan cepat. Sinar terfokus ini dipindai di sepanjang jalur pengelasan yang diinginkan untuk menyelesaikan ikatan, sama seperti bentuk pengelasan laser lainnya.
Metode pengelasan kaca laser USP menawarkan tiga keunggulan utama.
Pertama, ini menciptakan ikatan yang kuat karena kedua bahan yang dilas sebagian meleleh dan kemudian dipadatkan bersama untuk membentuk lasan. Selain itu, proses ini sama-sama cocok untuk mengikat kaca ke kaca, kaca ke logam dan kaca ke semikonduktor.
Kedua, dalam proses ini, hanya sejumlah kecil panas yang memasuki bagian tersebut, yang dihasilkan di suatu area dengan lebar paling banyak beberapa ratus mikron. Hal ini memungkinkan penempatan sambungan solder sangat dekat dengan sirkuit elektronik atau komponen sensitif termal lainnya, yang memberikan kebebasan lebih besar bagi desainer dan produsen dan mendukung desain miniaturisasi produk yang lebih baik.
Akhirnya, jika pengelasan kaca laser USP dilakukan dengan benar, tidak ada retakan mikro yang akan dibuat di sekitar lasan. Dan Microcracks mengurangi kekuatan mekanik kaca. Selain itu, setelah siklus suhu (yang tidak dapat dihindari untuk semuanya), retakan mikro dapat menjadi sumber kegagalan peralatan pada akhirnya.
Menempatkan pengelasan kaca laser USP untuk bekerja
Keuntungan dari pengelasan kaca laser USP berasal dari fakta bahwa kaca dipanaskan hanya dalam volume kecil. Namun, ini juga menimbulkan tantangan dalam praktiknya. Ini berarti bahwa posisi fokus laser harus tetap sangat tepat pada antarmuka antara dua komponen yang dilas, bahkan jika bagian tersebut bergerak. Ini sulit dicapai karena komponen dunia nyata tidak sepenuhnya datar. Selain itu, posisi di mana bagian-bagian ditempatkan dalam sistem pengelasan mungkin tidak pas dengan sempurna.
Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan titik fokus yang memanjang secara aksial. Ini "meregangkan" ukuran titik fokus sinar laser untuk menyelesaikan masalah sensitivitas posisi. Namun, kerugian dari metode ini adalah bahwa fokus balok memanjang menciptakan kolam leleh di kaca dengan penampang yang tidak melingkar. Ketika kaca mengeras di zona leleh, kolam yang tidak melingkar lebih cenderung membentuk microcracks.
Metode lain telah diadopsi untuk mencapai hasil pengelasan bebas microcrack dan untuk mengakomodasi perubahan signifikan dalam jarak antarmuka dalam proses pada saat yang sama. Rahasianya terletak pada kombinasi teknologi pemfokusan yang sangat dinamis, menggunakan optik aperture numerik tinggi (NA) untuk menghasilkan titik fokus kecil.
Akibatnya, sistem laser mencapai kebulatan yang tinggi dari kolam leleh dan dengan demikian menghindari microcracking. Ini juga merasakan jarak antarmuka dan terus-menerus menyesuaikan optik sehingga fokus yang sempurna selalu dipertahankan.
Hasilnya adalah lasan berkualitas tinggi pada hampir semua bentuk bagian, dan prosesnya tidak tergantung pada toleransi dan posisi bagian tersebut.
