[发明专利]一种适用于玻璃的焊接方法

说明书

本发明属于超快脉冲激光加工相关技术领域，其公开了一种适用于玻璃的焊接方法，该焊接方法包括以下步骤：(1)将第一样品放置于激光扫描振镜下方，并使激光焦点聚焦于所述第一样品的表面；(2)将第二样品自然叠放于所述第一样品上，调整所述激光扫描振镜的位置以使所述激光焦点聚焦于所述第一样品与所述第二样品的接触处，其中，所述第二样品的材质为玻璃；(3)在所述接触处设定扫描区域，超快脉冲激光束以预定的扫描间距及扫描轨迹反复振荡扫描所述扫描区域，以实现所述第一样品与所述第二样品之间的焊接。所述焊接方法大幅度提升了玻璃焊接间隙，有助于使超快激光焊接玻璃技术得到工程化应用，实用性较强，有利于推广应用。

技术领域

本发明属于超快脉冲激光加工相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于玻璃的焊接方法。

背景技术

随着太阳能电池、植入微电子等电子技术的快速发展，为了能够实现这些技术产品高效稳定的运作，封装是一个亟待解决的难题。玻璃以其高透光性、良好的生物兼容性和防水等优良特性成为了理想的封装材料，且获得了研究者们的青睐。

工程化的玻璃材料封装基本上是采用胶粘剂将两个玻璃表面粘连起来，以达到封装的目的。但是，由于胶粘剂易老化、易挥发和材质性能差等缺陷会对芯片的可靠性、稳定性和寿命造成直接影响。此外，胶粘剂自身有毒和污染环境的问题也限制了胶粘法的应用范围。因此，在强度要求高和工作环境苛刻的航空航天以及密封性要求好的植入微电子等领域都无法获得实际应用。

激光焊接以其连接强度高、精度高、灵活、无接触、工件形状限制小等优点，已在电子、汽车和医学等领域的微元件焊接中发挥了重要作用，并在工业领域中得到了迅速发展。但是对于玻璃材料的激光焊接，长脉冲激光(大于1ns)在玻璃内会引起材料对激光能量的线性吸收，导致玻璃在具有透射性波长(266nm～2000nm)的长脉冲激光范围内对激光能量的吸收微乎其微，而增加激光能量至玻璃的损伤阈值时，玻璃对激光能量的吸收率就会迅速增加，但是会导致吸收过多的激光能量以致热量积累过大，引起硬而脆的玻璃材料过热膨胀而破裂。为了解决上述问题，本领域相关技术人员做了一些研究，如专利CN105377783A公开了一种采用低熔融玻璃或者薄吸收膜对透明玻璃片进行激光焊接的方法来实现玻璃介质封装，但是引入杂质不仅对器件造成了污染而且也影响了器件的透光性。此外，由于无机膜材料的加入造成界面存在物理化学性能的差异，而导致焊缝质量因成分不同而下降，从而影响封装的密封性能，也会导致器件因材料热膨胀系数不同而存在残余应力，易出现裂纹而影响器件的使用寿命。

与之相对照地，超快脉冲激光可以在玻璃材料内产生非线性效应，即使是对玻璃具有透射性波长的激光能量也可以被玻璃材料吸收，且具有加工精度高、热影响区小、不易破裂、连接强度较高、可空间选择性加工等突出优点。

如专利CN106449439A提出采用超快脉冲激光对玻璃芯片进行激光焊接封装，其利用超快脉冲激光超强光强特性，在透明介质内会产生非线性吸收效应使玻璃材料在焦点处熔融，直接在两块玻璃的接触处熔融玻璃自身材料，来实现在透明材料空间内进行选择性激光焊接。此外，由于激光和材料相互作用时间极短，能有效避免材料过多的热量积累，因而不会引起透射玻璃材料过热膨胀而破裂，有助于提高焊接封装的精度和质量。相比粘接等其他封装技术，该专利的制作工艺简单，芯片的厚度无限制，且不需要加入不同材质的填充物，能够提高玻璃芯片封装的强度性能、稳定性、可靠性和使用寿命。

再如专利CN106495454A公开了一种皮秒激光玻璃焊接系统及焊接方法，该皮秒激光玻璃焊接系统包括皮秒激光器、光学传导系统、振镜扫描系统、工作台和夹具，其中，所述皮秒激光器位于所述光学传导系统的一侧，所述振镜扫描系统位于所述光学传导系统的下方，所述夹具设于所述工作台上并位于所述振镜扫描系统的下方，所述夹具用于固定待焊接玻璃式样。该专利提供的皮秒激光玻璃焊接系统及方法通过选用皮秒量级的超快脉冲激光可以实现无焊料添加的玻璃焊接效果。