一种玻璃激光焊接方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种玻璃激光焊接方法及装置，其包括如下步骤：样品处理；样品固定；激光光束整形以及样品加工，本发明专利技术可以形成扁平的激光热作用区和熔池形貌，使得更多的熔融物可以进入焊接间隙参与连接，以此实现玻璃的高效高质量焊接。高质量焊接。高质量焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃激光焊接方法及装置


[0001]本专利技术涉及超快激光加工领域，特别涉及一种玻璃激光焊接方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，玻璃已作为生物植入式芯片的封装材料被广泛应用，且超快激光玻璃焊接技术已应用到生物植入式芯片玻璃封装焊接工艺中。
[0003]然而，由于激光光束的高斯分布和聚焦特点，激光会先在焦点处沉积能量，而后由于等离子体屏蔽效应，激光作用点会沿光轴逐渐向光源方向发展，直到激光的能量密度减弱到不足以激发等离子体时，激光作用点会重新回到焦点处，最终形成一个焦点在下部的纵向发展的热作用熔池区。
[0004]该熔池区的分布导致大部分熔融物无法进入焊接间隙参与连接，因而增加了工程实现的难度，造成焊接效率低下的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种玻璃激光焊接方法及装置，其可以形成扁平的激光热作用区和熔池形貌，使得更多的熔融物可以进入焊接间隙参与连接，以此实现玻璃的高质量焊接。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一方面，提供了一种玻璃激光焊接方法，其包括如下步骤：样品处理：对待焊接玻璃样品表面进行清洁，所述待焊接玻璃样品包括第一玻璃样品以及第二玻璃样品；样品固定：将第一玻璃样品以及第二玻璃样品层叠放置，且第一玻璃样品下表面与第二玻璃样品上表面之间形成有焊接间隙，再采用夹具对第一玻璃样品和/或第二玻璃样品进行固定；激光光束整形：采用激光光束整形器件对入射激光光束的空间分布进行整形，以压缩其在激光光束传播方向的能量分布，而扩大其在垂直于激光光束传播方向所在方向的能量分布；样品加工：将整形后的激光光束聚焦于第二玻璃样品上表面的下方；带动第一玻璃样品、第二玻璃样品沿预定焊接轨迹同步移动，或，激光光束沿预定焊接轨迹移动，以完成玻璃样品的焊接。
[0007]优选的，所述第一玻璃样品下表面与第二玻璃样品上表面之间形成有的焊接间隙。
[0008]优选的，对入射激光光束的空间分布进行整形后，获得平面多焦点、线光斑、平顶
光中的一种激光形态或其中几种组合形成的激光光束形态。
[0009]优选的，整形后的激光光束聚焦于第二玻璃样品上表面的下方所形成的焦点与第二玻璃样品上表面之间的距离小于200μm。
[0010]优选的，所述激光为超快激光，脉宽小于12ps，重复频率大于1kHz。
[0011]优选的，激光脉冲搭接率大于80%。
[0012]还提供一种玻璃激光焊接装置，其包括：激光器，其用于产生入射激光光束；扩束镜，其用于对入射激光光束进行扩束；反射镜，其用于对经过扩束后的激光光束进行反射；激光光束整形器件，其用于对经反射的激光光束的空间分布进行整形，以压缩其在激光光束传播方向的能量分布，而扩大其在垂直于激光光束传播方向所在方向的能量分布。
[0013]以及聚焦物镜，其用于对经过整形的激光光束进行聚焦，以在预定位置形成焦点。
[0014]优选的，所述激光光束整形器件包括光阑或衍射光学元件。
[0015]还提供一种玻璃激光焊接装置，其包括：激光器，其用于产生入射激光光束；扩束镜，其用于对入射激光光束进行扩束；空间光调制器，其用于对经过扩束后的激光光束的空间分布进行整形，以通过整形压缩激光光束在激光光束传播方向的能量分布，扩大其在垂直于激光光束传播方向所在方向的能量分布；导光系统以及聚焦物镜，经过空间光调制器整形后的激光光束进入导光系统，以完成光路变换，所述聚焦物镜用于对已完成光路变换的激光光束进行聚焦，以在预定位置形成焦点。
[0016]优选的，所述导光系统包括4f系统、第一透镜以及第二透镜，其中，所述4f系统包括第一4f系统反射镜以及第二4f系统反射镜；且第一透镜、第一4f系统反射镜、第二透镜以及第二4f系统反射镜在激光光束传播方向上依次间隔设置。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过对高斯分布的激光光束进行整形，压缩在激光光束传播方向的能量分布，而扩大在垂直于激光光束传播方向所在方向的能量分布，形成一个压缩后的、扁平的激光热作用区和熔池形貌，使得更多的熔融物可以进入焊接间隙参与连接，使得焊缝长度得到极大延伸，提高焊接效率，并且改善焊缝的密封性，以此实现玻璃的高效高质量焊接。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1中玻璃激光焊接方法的步骤流程图；图2为玻璃样品的安装固定示意图；图3a为激光光束传播方向以及与其垂直方向的示意图；图3b为激光光束被整形为平面多焦点以及线光斑的示意图；图4为现有技术与本专利技术激光光束所形成的热作用区以及熔池的示意图；
图5为本专利技术实施例2中玻璃激光焊接装置的结构示意图；图6为本专利技术实施例3中玻璃激光焊接装置的结构示意图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0020]实施例1：如图1所示，本实施例提供了一种玻璃激光焊接方法，其可适用于生物植入式芯片的玻璃封装，具体包括如下步骤：S1、样品处理：采用水、酒精等溶剂对待焊接玻璃样品表面进行清洁，去除明显的灰尘、指纹等污垢，消除大颗粒物对焊接间隙的影响，且避免对焊接后产品的透明度和美观性造成影响，本实施例中，所述待焊接玻璃样品包括第一玻璃样品G1以及第二玻璃样品G2，且所述第一玻璃样品G1位于第二玻璃样品G2上方；S2、样品固定：将第一玻璃样品G1以及第二玻璃样品G2层叠放置，且第一玻璃样品G1下表面与第二玻璃样品G2上表面之间形成有1
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30μm（优选为10μm）的焊接间隙P1，再采用夹具A1,A2对第一玻璃样品G1和/或第二玻璃样品G2进行固定，以防止样品在加工过程中滑落；同时，后续激光光束作用于焊接间隙P1时产生的热压力会对上下层玻璃形成推力，导致焊接间隙P1增大，激光光束作用产生的熔融物无法填充焊接间隙P1，从而造成玻璃焊接失败，而通过夹具的设置即可限定第一玻璃样品G1以及第二玻璃样品G2的相对位置，避免其被热压力“推开”，以保证熔融物可以充分填充至焊接间隙P1内，确保焊接质量；S3、激光光束整形：如图3a所示，采用空间光调制器（Spatial Light Modulator，SLM）、衍射光学元件（Diffractive Optical Elements，DOE）或光阑等激光光束整形器件对入射激光光束的空间分布进行整形，以压缩其在激光光束传播方向3的能量分布，而扩大其在垂直于激光光束传播方向3所在方向4的能量分布，以获得平面多焦点、线光斑、平顶光或是其组合形式的激光光束形态；本实施例中，所述激光为超快激光，脉宽小于12ps，重复频率大于1kHz，且搭接率大于80%；如图3b即示出了将激光光束整形为多焦点、线光斑的示意图，由于激光热作用区的形貌与激光能量分布呈直接相关，因此将激光光束整形为平面多焦点和线光斑更加有助于激光热作用区沿焊缝方向进行扩展，以扩大熔池长度，增强熔融物焊接效果；S4、样品加工：将整形后的激光光束聚焦于第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：样品处理：对待焊接玻璃样品表面进行清洁，所述待焊接玻璃样品包括第一玻璃样品以及第二玻璃样品；样品固定：将第一玻璃样品以及第二玻璃样品层叠放置，且第一玻璃样品下表面与第二玻璃样品上表面之间形成有焊接间隙，再采用夹具对第一玻璃样品和/或第二玻璃样品进行固定；激光光束整形：采用激光光束整形器件对入射激光光束的空间分布进行整形，以压缩其在激光光束传播方向的能量分布，而扩大其在垂直于激光光束传播方向所在方向的能量分布；样品加工：将整形后的激光光束聚焦于第二玻璃样品上表面的下方；带动第一玻璃样品、第二玻璃样品沿预定焊接轨迹同步移动，或，激光光束沿预定焊接轨迹移动，以完成玻璃样品的焊接。2.如权利要求1所述的玻璃激光焊接方法，其特征在于，所述第一玻璃样品下表面与第二玻璃样品上表面之间形成有的焊接间隙。3.如权利要求1所述的玻璃激光焊接方法，其特征在于，对入射激光光束的空间分布进行整形后，获得平面多焦点、线光斑、平顶光中的一种激光形态或其中几种组合形成的激光光束形态。4.如权利要求1所述的玻璃激光焊接方法，其特征在于，整形后的激光光束聚焦于第二玻璃样品上表面的下方所形成的焦点与第二玻璃样品上表面之间的距离小于200μm。5.如权利要求1所述的玻璃激光焊接方法，其特征在于，所述激光为超快激光，脉宽小于12ps，重复频率大于1kHz。6.如权利要求5所述的玻璃激光焊接方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣佑民，黄禹，陈航，吴从义，王雪辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：