基于超短脉冲激光的熔融石英玻璃叠焊工艺研究
发布时间：2021-08-03 19:20
玻璃微连接技术被广泛应用于电子元器件、传感器及医疗器械等领域。超短脉冲激光作为一种非接触式、高精度加工方式,利用非线性效应,与透明材料加工时无需添加材料且作用区域小,可有效避免传统焊接方式存在的依赖焊料以及焊接强度不高等问题,满足精度高、热影响区小的玻璃微连接需求。超短脉冲激光玻璃叠焊工艺目前研究存在依赖高数值光圈透镜、焊接参数影响不明确、缺乏焊接后评价等不足,因此本文基于焊接实现-形貌研究-性能评价的研究思路,在激光焊接实验、玻璃改性形貌特征、玻璃焊接后性能等方面开展研究,实现超短脉冲激光对玻璃的可靠焊接。具体研究内容如下:（1）采用低数值光圈超短脉冲激光加工系统,研究加工参数对玻璃焊接的影响规律。在不同激光脉冲能量、扫描速度及焦点位置条件下对玻璃进行焊接实验,定性分析不同加工参数的玻璃焊接结果。（2）基于玻璃改性形貌特征揭示超短脉冲激光焊接机制。根据超短脉冲激光焊接玻璃原理,对激光加工后玻璃内部改性形貌进行研究,分析不同激光加工参数下玻璃内部改性形貌初始改性点、改性形貌长度与两块玻璃交界面的关系。（3）建立形貌初始改性点偏移量预测模型,结合改性形貌特征实现焊接参数选择。针对改性形貌...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
玻璃微连接在
上海交通大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景和意义微连接是指以提供机械耦合、封装集成、电连接或隔离保护而过程中并不对器件功能和可靠性产生影响的连接技术[1]。随着科技的发展，电子、机械和生物医药等行业的各类产品日益向着小型化、精密化的方向迈进，对制造材料的微连接的需求也随之提高。而玻璃作为一种拥有高硬度、低膨胀系数、高温度稳定性等优异的物理化学特性的材料，被广泛应用于上述行业的各类小型化、精密化的产品中，且产品制造过程中对于玻璃间的微连接技术有着一定的精度、连接质量以及微损伤的要求，因此如何提升玻璃微连接的加工质量成为国内外研究的焦点。1.1.1玻璃微连接应用微型传感器封装技术、电子产品二层玻璃连接及光纤端盖等（图1-1所示）对玻璃微连接有着强烈需求。传感器内玻璃微连接封装能够有效实现对传感器的封装、集成及防尘功效；电子产品二层玻璃连接可满足防摔防水防尘要求；在光纤中，端盖焊接可实现光纤封闭性，降低在传输过程中的外界干扰。a.传感器封装b.电子产品c.光纤端盖连接图1-1玻璃微连接在电子器件中应用Fig.1-1Glassmicro-connectionsusedinelectronicdevices玻璃对于生物体而言属于“中性”物质，将其植入人体内时与人体体液组织的生物相容性较好，不会发生免疫排斥反应；玻璃材料与许多胶粘剂或其它材料不同，它具有较强的抗腐蚀性及稳定性，不会被体液腐蚀或自发降解，因此相比其它材料具有更长的寿命。此外玻璃材料对于电磁波不存在干扰，有利于带信号的电磁波穿透，由于玻璃材料拥有上述优点，它在医疗设备中有着极强的应用性，如图1-2所示。
第一章绪论2a.基于微流道的血气分析仪b.液滴反应器图1-2玻璃微连接在医疗领域应用Fig.1-2Glassmicro-connectionsusedinthemedicalfield1.1.2玻璃连接传统方式虽然各种材料之间的微连接已实现并被广泛应用，但由于玻璃具有透明性、高硬度和高脆性的特点，玻璃间及玻璃与其它材料间的微连接仍然是一个挑战。目前已有多种传统玻璃连接方式，包括粘合剂粘合[2]、光学接触[3]、锡焊[4]、扩散结合[5]等技术。表1-1从连接过程和最终效果两个主要评估角度，就玻璃焊接灵活性、便利性、空间选择性、机械性能等七大方面对传统的四种玻璃连接方式进行了优缺点分析。表1-1各种连接方式优缺点分析[6]Table1-1Analysisofadvantagesanddisadvantagesofvariousconnectionmethods[6]评估指标粘合剂锡焊光学接触扩散结合连接过程灵活性优良差差便利性优良差差空间选择性优差差差最终效果机械性能差良良优温度稳定性差良良优化学性能差良优优光纤指数匹配性差差优优粘合剂粘合是利用胶水等粘合剂将两个表面连接在一起的技术。粘合剂由于其粘合温度相对较低并且可以灵活地填充不同材料之间的间隙，被应用于粘合不同的材料，例如硅、玻璃等半导体材料及金属材料。然而，随着时间的流逝，粘合剂可能会释放气体，导致粘合剂的老化以及周围设备的污染[7]。光学接触是通过分子间作用力（范德华力）实现两块紧密共形材料表面连接在一起的技术[8]。不同于粘合剂粘合技术，光学技术不需要外部填充，因此连接后的物质性质仍能保持与原有材料相同。与粘合剂粘合技术相比，光学接触对材
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光共焦显微光束的偏转扫描[J]. 赵维谦,任利利,盛忠,王允,邱丽荣. 光学精密工程. 2016(06)
[2]超短脉冲激光微焊接玻璃进展[J]. 范文中,赵全忠. 激光与光电子学进展. 2015(08)
博士论文
[1]基于纳米压痕仪的薄膜力学性能纳米测试与表征研究[D]. 张振宇.天津大学 2005
硕士论文
[1]金属薄膜流变力学性能研究[D]. 马敏伟.中南林业科技大学 2009
[2]用纳米压痕法表征薄膜的应力—应变关系[D]. 黄勇力.湘潭大学 2006
本文编号：3320187
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
玻璃微连接在
上海交通大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景和意义微连接是指以提供机械耦合、封装集成、电连接或隔离保护而过程中并不对器件功能和可靠性产生影响的连接技术[1]。随着科技的发展，电子、机械和生物医药等行业的各类产品日益向着小型化、精密化的方向迈进，对制造材料的微连接的需求也随之提高。而玻璃作为一种拥有高硬度、低膨胀系数、高温度稳定性等优异的物理化学特性的材料，被广泛应用于上述行业的各类小型化、精密化的产品中，且产品制造过程中对于玻璃间的微连接技术有着一定的精度、连接质量以及微损伤的要求，因此如何提升玻璃微连接的加工质量成为国内外研究的焦点。1.1.1玻璃微连接应用微型传感器封装技术、电子产品二层玻璃连接及光纤端盖等（图1-1所示）对玻璃微连接有着强烈需求。传感器内玻璃微连接封装能够有效实现对传感器的封装、集成及防尘功效；电子产品二层玻璃连接可满足防摔防水防尘要求；在光纤中，端盖焊接可实现光纤封闭性，降低在传输过程中的外界干扰。a.传感器封装b.电子产品c.光纤端盖连接图1-1玻璃微连接在电子器件中应用Fig.1-1Glassmicro-connectionsusedinelectronicdevices玻璃对于生物体而言属于“中性”物质，将其植入人体内时与人体体液组织的生物相容性较好，不会发生免疫排斥反应；玻璃材料与许多胶粘剂或其它材料不同，它具有较强的抗腐蚀性及稳定性，不会被体液腐蚀或自发降解，因此相比其它材料具有更长的寿命。此外玻璃材料对于电磁波不存在干扰，有利于带信号的电磁波穿透，由于玻璃材料拥有上述优点，它在医疗设备中有着极强的应用性，如图1-2所示。
第一章绪论2a.基于微流道的血气分析仪b.液滴反应器图1-2玻璃微连接在医疗领域应用Fig.1-2Glassmicro-connectionsusedinthemedicalfield1.1.2玻璃连接传统方式虽然各种材料之间的微连接已实现并被广泛应用，但由于玻璃具有透明性、高硬度和高脆性的特点，玻璃间及玻璃与其它材料间的微连接仍然是一个挑战。目前已有多种传统玻璃连接方式，包括粘合剂粘合[2]、光学接触[3]、锡焊[4]、扩散结合[5]等技术。表1-1从连接过程和最终效果两个主要评估角度，就玻璃焊接灵活性、便利性、空间选择性、机械性能等七大方面对传统的四种玻璃连接方式进行了优缺点分析。表1-1各种连接方式优缺点分析[6]Table1-1Analysisofadvantagesanddisadvantagesofvariousconnectionmethods[6]评估指标粘合剂锡焊光学接触扩散结合连接过程灵活性优良差差便利性优良差差空间选择性优差差差最终效果机械性能差良良优温度稳定性差良良优化学性能差良优优光纤指数匹配性差差优优粘合剂粘合是利用胶水等粘合剂将两个表面连接在一起的技术。粘合剂由于其粘合温度相对较低并且可以灵活地填充不同材料之间的间隙，被应用于粘合不同的材料，例如硅、玻璃等半导体材料及金属材料。然而，随着时间的流逝，粘合剂可能会释放气体，导致粘合剂的老化以及周围设备的污染[7]。光学接触是通过分子间作用力（范德华力）实现两块紧密共形材料表面连接在一起的技术[8]。不同于粘合剂粘合技术，光学技术不需要外部填充，因此连接后的物质性质仍能保持与原有材料相同。与粘合剂粘合技术相比，光学接触对材
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光共焦显微光束的偏转扫描[J]. 赵维谦,任利利,盛忠,王允,邱丽荣. 光学精密工程. 2016(06)
[2]超短脉冲激光微焊接玻璃进展[J]. 范文中,赵全忠. 激光与光电子学进展. 2015(08)
博士论文
[1]基于纳米压痕仪的薄膜力学性能纳米测试与表征研究[D]. 张振宇.天津大学 2005
硕士论文
[1]金属薄膜流变力学性能研究[D]. 马敏伟.中南林业科技大学 2009
[2]用纳米压痕法表征薄膜的应力—应变关系[D]. 黄勇力.湘潭大学 2006
本文编号：3320187
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