基于激光-物质相互作用的超短脉冲激光微焊接研究

发布时间：2023-11-11 14:54

　　聚焦的超短脉冲激光具有超高的峰值功率密度,可以空间选择性地诱导材料的非线性吸收,并形成高密度等离子体,进而产生局部的高温高压、表面烧蚀、熔化、汽化、冷凝等系列受激响应过程。当聚焦激光作用于紧密接触的材料分界面时则可以在系列应激响应过程中建立材料的局部熔合,实现材料间的选区焊接。因此,超短脉冲激光微焊接的实质是激光与物质相互作用诱导材料界面局部改性进而建立强结合的过程。相比于传统的热熔焊接、阳极键合、胶合工艺等,超短脉冲激光微焊接具有高适用性、高精度、高空间选择性、无嵌入层、“冷焊接”等众多优势,必将对嵌入式集成器件领域产生重要影响。本论文从超短脉冲激光与物质相互作用机制入手,重点研究了超短脉冲激光在高精密选区焊接透明玻璃-金属、透明玻璃-半导体、透明玻璃-玻璃上的应用,致力于探究材料微焊接机理、优化微焊接工艺、推动超短脉冲激光微焊接技术的工业化应用,主要的工作内容和取得的创新成果如下:1)首次在非光学接触条件下实现了铝硅酸盐玻璃与铜的直接微焊接,探究了样品间隙对透明玻璃-金属微焊接质量的影响特点;分析了激光诱导界面烧蚀在材料微区焊接中的作用,阐明了光学接触与非光学接触条件下玻璃-金属材...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 超短脉冲激光微焊接技术的研究现状及发展趋势
    1.3 本论文的研究内容、意义及具体安排
第2章 超短脉冲激光微焊接相关的基本理论及表征方法
    2.1 超短脉冲激光的线性传播
    2.2 超短脉冲激光的非线性传播
    2.3 超短脉冲激光诱导的能量传递过程
        2.3.1 线性吸收过程
        2.3.2 非线性电离过程
        2.3.3 晶格升温及热驰豫过程
    2.4 超短脉冲激光作用下材料界面的响应过程及响应特点
        2.4.1 材料界面的响应过程
        2.4.2 材料界面的响应特点
    2.5 超短脉冲激光作用下材料界面的微区焊接
        2.5.1 超短脉冲激光诱导非交融式焊接
        2.5.2 超短脉冲激光诱导交融式焊接
    2.6 超短脉冲激光微焊接相关的常用表征手段
        2.6.1 样品焊接质量表征
        2.6.2 微观形貌测试系统
        2.6.3 微观结构及组份测试系统
第3章 铝硅酸盐玻璃与金属之间的超短脉冲激光微焊接
    3.1 实验材料与系统搭建
    3.2 铝硅酸盐玻璃与金属铜的吸收特性
    3.3 铝硅酸盐玻璃与金属铜之间的微焊接
        3.3.1 非光学接触条件下样品微区焊接机理
        3.3.2 激光脉冲能量对焊接质量的影响
        3.3.3 扫描速度及焊线间距对焊接质量的影响
    3.4 焊接工艺在其他金属材料上的适用性
    3.5 本章小结
第4章 融石英玻璃与碳化硅之间的超短脉冲激光微焊接
    4.1 实验材料与系统搭建
    4.2 融石英玻璃与碳化硅的吸收特性
    4.3 飞秒激光直接焊接融石英玻璃与碳化硅
        4.3.1 飞秒激光作用下样品焊接界面的热仿真分析
        4.3.2 融石英玻璃与碳化硅微区焊接机制
        4.3.3 脉冲能量对焊接质量的影响
        4.3.4 焊线间隔对焊接质量的影响
    4.4 本章小结
第5章 融石英玻璃之间的超短脉冲激光微焊接及其应用
    5.1 实验材料与系统搭建
    5.2 融石英玻璃的吸收特性
    5.3 泵浦探测融石英玻璃的热弛豫过程
    5.4 超短脉冲激光作用下融石英玻璃的结构响应特点
    5.5 融石英玻璃之间的超短脉冲激光微焊接
        5.5.1 焊接样品的形貌表征
        5.5.2 样品焊接质量的表征
    5.6 融石英玻璃基微流控芯片的制备
    5.7 本章小结
第6章 基于空间光整形技术的超短脉冲激光微焊接
    6.1 无衍射贝塞尔光束的产生
    6.2 超短脉冲贝塞尔光束的参数设计
    6.3 实验材料与系统搭建
    6.4 贝塞尔超短脉冲激光作用下融石英玻璃的响应特点
    6.5 贝塞尔超短脉冲激光焊接融石英玻璃
    6.6 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 主要工作总结
    7.2 未来工作的展望
参考文献
致谢
作者简历及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3862763