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Abstract

本发明提供了一种镀铜玻璃的焊接系统及焊接方法，属于激光焊接技术领域。本焊接系统包括激光器、光路系统、扩束镜、折返镜、振镜、聚焦镜头和辅助夹具，激光器发射的激光束经过光路系统后入射至扩束镜，之后激光束通过折返镜，之后激光束再经过振镜，之后激光束经过聚焦镜头进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具在试样内部形成光斑，光斑对试样进行焊接。本焊接系统及焊接方法能够很好地提高焊接效果。

Description

一种镀铜玻璃的焊接系统及焊接方法
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种镀铜玻璃的焊接系统及焊接方法。
背景技术
覆铜箔层压板(Copper Clad Laminate，CCL)是将电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂，一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料，简称为覆铜板。目前的覆铜板存在基板起花、基板露布纹、凹坑、基板杂质和黑点等缺陷，这些缺陷可能会造成基板的绝缘性能下降，严重影响覆铜板质量，造成线路不通或似通非通等状态。玻璃由于其良好的绝缘性能和材料的稳定性，在电子封装、生物芯片、精密仪器的制作等领域有着广泛的应用前景。目前在玻璃表面上制备金属接触膜的技术已经有了很大的发展。在某些领域中镀有金属膜的玻璃基板做成的电路板已经可以取代传统的覆铜板。
近年来超快激光应用于材料的微加工使得玻璃焊接有实现的可能。但同时现有的超快激光焊接技术，机器设备的成本相对较高，生产效率较低，不利于工业化地推广，尤其不适用于加工精密度要求不高、追求产业化经济效益的应用领域。此外，由于玻璃焊接的光学接触大多依靠手工贴合的方法，其人工成本昂贵，效率低下，焊接效果较差。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种镀铜玻璃的焊接系统，本发明所要解决的技术问题是：如何提高镀铜玻璃的焊接效果。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种镀铜玻璃的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统包括激光器、光路系统、扩束镜、折返镜、振镜、聚焦镜头和辅助夹具，所述激光器发射的激光束经过所述光路系统后入射至扩束镜，之后激光束通过折返镜，之后激光束再经过振镜，之后激光束经过聚焦镜头进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具在试样内部形成光斑，所述光斑对试样进行焊接。
本焊接系统的试样包括镀铜玻璃和第二玻璃，辅助夹具用于对试样进行夹紧，通过激光器发射激光束经过光路系统后入射至扩束镜，通过扩束镜使发散的激光束变为准直(平行)的光束，准直光束通过折返镜使其由平行于试样变为垂直照射试样，通过折返镜后的光束再经过振镜，使激光束按照程序控制进行运动，通过振镜后的光束经过聚焦镜头进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具在试样内部形成光斑，该聚焦光斑对试样进行焊接。激光焊接过程中，激光束聚焦到第二玻璃和镀铜玻璃的交界面的镀铜膜层处，镀铜膜层吸收激光束的能量后熔融，使得第二玻璃和镀铜玻璃熔化并粘接在一起，实现焊接。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接系统中，所述辅助夹具包括均透明的第一钢化玻璃和第二钢化玻璃，所述第一钢化玻璃和第二钢化玻璃之间连接有若干螺栓，所述螺栓的螺杆螺纹连接在第一钢化玻璃的周沿上，螺栓的外端部能够与第一钢化玻璃相抵靠。
第一钢化玻璃和第二钢化玻璃厚度范围为5mm～50mm，该结构中，通过第一钢化玻璃和第二钢化玻璃可以均匀地对试样施加压力，透明的钢化玻璃不会吸收激光，使激光能够顺利透过辅助夹具作用在试样(镀铜玻璃和第二玻璃)中，很好的保证焊接效果。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接系统中，所述第一钢化玻璃和第二钢化玻璃的周沿上固定有固定条，所述螺栓螺纹连接在所述固定条上。作为一种实施例，固定条由不锈钢制成，不锈钢能够对钢化玻璃起到一定的保护作用，同时它结构强度高，能够使钢化玻璃对试样进行更好的夹紧。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接系统中，所述激光器为紫外纳秒激光器。
本发明的另一个目的在于，提供一种镀铜玻璃的焊接方法，本焊接方法所要解决的技术问题是：如何提高镀铜玻璃的焊接效果。
一种镀铜玻璃的焊接方法，包括以下步骤：
S100：使用超声波清洗机对待镀铜玻璃进行清洗；
S200：对清洗好的玻璃进行镀铜膜；
S300：将玻璃的镀铜膜面使用清洁布进行擦拭；
S400：将镀铜玻璃的镀铜膜面与第二玻璃贴紧，之后使用辅助夹具将所述镀铜玻璃和所述第二玻璃进行压合夹持；
S500：使用激光对夹持好的玻璃进行焊接。
在本焊接方法中，步骤S100中的超声波清洗能够保证玻璃表面的污染物(如灰尘、指纹或油渍等)被完全清理干净，在后续镀膜过程使铜膜与玻璃的结合更加牢固。
步骤S500中的激光为上述的镀铜玻璃的焊接系统产生的激光。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S100中玻璃的厚度范围为0.3mm～5.0mm。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S200中镀铜膜层厚度为5nm～2000nm。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S200中镀铜膜方法可以是：真空蒸发法、化学还原法、真空溅射法或溶胶凝胶法。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S300中的清洁布可以为酒精布或丙酮布。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S400中，通过第一钢化玻璃和第二钢化玻璃的压合使所述镀铜玻璃和所述第二玻璃光学接触，并使得二者紧密贴合。
透明的钢化玻璃不会吸收激光，使激光能够顺利透过辅助夹具作用在试样(镀铜玻璃和第二玻璃)中，很好的保证焊接效果。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500中纳秒激光器的功率为1W～10W。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500中激光束的波长为355nm。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500中激光的脉宽范围为10ns～100ns。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500中激光的聚焦光斑的直径范围为10um～50um。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500中的焊接方式为激光脉冲移动的方式。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500的激光的移动速度为1mm/s～10000mm/s。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500的激光器聚焦镜头规格为70mm-550mm。
在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中，所述步骤S500的激光焊接区域的形状可以为矩形或圆形。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本焊接系统的辅助夹具能够很好的实现玻璃间的光学接触，辅助夹具的第一钢化玻璃和第二钢化玻璃可以均匀地对试样施加压力，透明的钢化玻璃不会吸收激光，使激光能够顺利透过辅助夹具作用在试样中，很好的保证焊接效果。
2、本焊接方法中，在玻璃(或者其他能替代玻璃的材料)的表面镀上铜膜层后，由于镀入的铜镀膜层具有良好的导电性等性能，使得激光焊接的技术能够更广泛地应用于电路板、芯片等加工领域。
附图说明
图1是焊接系统的结构示意图；
图2是辅助夹具的结构示意图；
图3是试样的结构示意图；
图4是焊接方法的流程框图。
图中，1、激光器；2、光路系统；3、扩束镜；4、折返镜；5、振镜；6、聚焦镜头；7、辅助夹具；8、试样；9、第一钢化玻璃；10、第二钢化玻璃；11、螺栓；12、固定条；13、镀铜膜层；14、激光焊接区域；15、镀铜玻璃；16、第二玻璃。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作在上述的一种镀铜玻璃的焊接方法中描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本焊接系统包括激光器1、光路系统2、扩束镜3、折返镜4、振镜5、聚焦镜头6和辅助夹具7，激光器1发射的激光束经过光路系统2后入射至扩束镜3，之后激光束通过折返镜4，之后激光束再经过振镜5，之后激光束经过聚焦镜头6进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具7在试样8内部形成光斑，光斑对试样8进行焊接。
如图3所示，试样8包括镀铜玻璃15和第二玻璃16，辅助夹具7用于对试样8进行夹紧，通过激光器1发射激光束经过光路系统2后入射至扩束镜3，通过扩束镜3使发散的激光束变为准直(平行)的光束，准直光束通过折返镜4使其由平行于试样8变为垂直照射试样8，通过折返镜4后的光束再经过振镜5，使激光束按照程序控制进行运动，通过振镜5后的光束经过聚焦镜头6进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具7在试样8内部形成光斑，该聚焦光斑对试样8进行焊接。激光焊接过程中，激光束聚焦到第二玻璃16和镀铜玻璃15的交界面的镀铜膜层13处，镀铜膜层13吸收激光束的能量后熔融，使得第二玻璃16和镀铜玻璃15熔化并粘接在一起，实现焊接。
如图2所示，本实施例中，辅助夹具7包括均透明的第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10，第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10之间连接有若干螺栓11，螺栓11的螺杆螺纹连接在第一钢化玻璃9的周沿上，螺栓11的外端部能够与第一钢化玻璃9相抵靠。
第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10厚度范围为5mm～50mm，该结构中，通过第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10可以均匀地对试样8施加压力，透明的钢化玻璃不会吸收激光，使激光能够顺利透过辅助夹具7作用在试样8(镀铜玻璃15和第二玻璃16)中，很好的保证焊接效果。
如图2所示，本实施例中，第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10的周沿上固定有固定条12，螺栓11螺纹连接在固定条12上。作为一种实施例，固定条12由不锈钢制成，不锈钢能够对钢化玻璃起到一定的保护作用，同时它结构强度高，能够使钢化玻璃对试样8进行更好的夹紧。
如图4所示，本镀铜玻璃15的焊接方法包括以下步骤：
S100：使用超声波清洗机对待镀铜玻璃15进行清洗；
S200：对清洗好的玻璃进行镀铜膜；
S300：将玻璃的镀铜膜面使用清洁布进行擦拭；
S400：将镀铜玻璃15的镀铜膜面与第二玻璃16贴紧，之后使用辅助夹具7将镀铜玻璃15和第二玻璃16进行压合夹持；
S500：使用激光对夹持好的玻璃进行焊接。
在本焊接方法中，步骤S100中的超声波清洗能够保证玻璃表面的污染物(如灰尘、指纹或油渍等)被完全清理干净，在后续镀膜过程使铜膜与玻璃的结合更加牢固。
优选的，步骤S100中玻璃的厚度范围为0.3mm～5.0mm。
优选的，步骤S200中镀铜膜层13厚度为5nm～2000nm，步骤S200中镀铜膜方法可以是：真空蒸发法、化学还原法、真空溅射法或溶胶凝胶法。
优选的，步骤S300中的清洁布可以为酒精布或丙酮布。
优选的，步骤S400中，通过第一钢化玻璃9和第二钢化玻璃10的压合使镀铜玻璃15和第二玻璃16光学接触，并使得二者紧密贴合。透明的钢化玻璃不会吸收激光，使激光能够顺利透过辅助夹具7作用在试样8(镀铜玻璃15和第二玻璃16)中，很好的保证焊接效果。
步骤S500中的焊接方式为激光脉冲移动的方式，步骤S500的激光的移动速度为1mm/s～10000mm/s，激光器1聚焦镜头6规格为70mm-550mm。
优选的，步骤S500的激光焊接区域14的形状可以为矩形或圆形。
优选的，步骤S500中纳秒激光器1的功率为1W～10W，激光束的波长为355nm，激光的脉宽范围为10ns～100ns，激光的聚焦光斑的直径范围为10um～50um。采用低功率激光对试样8进行焊接，激光作为加热源作用在镀铜膜层13上，镀铜膜层13吸收激光能量后熔融，热量传导至第二玻璃16和镀铜玻璃15(或者其他能替代玻璃的材料)上，使两者同样局部熔化，最终使两者能焊接上，除了激光的能量分布和密度的影响外，材料对激光的吸收阈值同样对焊接效果产生很大的影响，因此综合考虑各种因素，选取上述激光输出功率对试样8进行加工，能够带来较好的焊接效果。
作为一种实施例，激光器1为紫外纳秒激光器1。纳秒激光作为热源使得镀铜膜层13熔融后成功地将第二玻璃16和镀铜玻璃15紧密地焊接在一起。同时使带有第二玻璃16和镀铜玻璃15实现电、磁、光性能要求。在激光作用后，第二玻璃16和镀铜玻璃15焊接成功的区域，在显微镜下可以明显地观察到激光作用后镀铜玻璃15上的镀铜膜层13被激光脉冲冲击到焊缝两边，形成金属铜推积在两片玻璃缝隙之间，起到连接两片玻璃的桥梁作用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种镀铜玻璃(15)的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统包括激光器(1)、光路系统(2)、扩束镜(3)、折返镜(4)、振镜(5)、聚焦镜头(6)和辅助夹具(7)，所述激光器(1)发射的激光束经过所述光路系统(2)后入射至扩束镜(3)，之后激光束通过折返镜(4)，之后激光束再经过振镜(5)，之后激光束经过聚焦镜头(6)进行聚焦，经过聚焦的激光束透过辅助夹具(7)在试样(8)内部形成光斑，所述光斑对试样(8)进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接系统，其特征在于，所述辅助夹具(7)包括均透明的第一钢化玻璃(9)和第二钢化玻璃(10)，所述第一钢化玻璃(9)和第二钢化玻璃(10)之间连接有若干螺栓(11)，所述螺栓(11)的螺杆螺纹连接在第一钢化玻璃(9)的周沿上，螺栓(11)的外端部能够与第一钢化玻璃(9)相抵靠。
3.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接系统，其特征在于，所述第一钢化玻璃(9)和第二钢化玻璃(10)的周沿上固定有固定条(12)，所述螺栓(11)螺纹连接在所述固定条(12)上。
4.一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，所述焊接方法采用权利要求1-3任一项所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接方法包括以下步骤：
S100：使用超声波清洗机对待镀铜玻璃(15)进行清洗；
S200：对清洗好的玻璃进行镀铜膜；
S300：将玻璃的镀铜膜面使用清洁布进行擦拭；
S400：将镀铜玻璃(15)的镀铜膜面与第二玻璃(16)贴紧，之后使用辅助夹具(7)将所述镀铜玻璃(15)和所述第二玻璃(16)进行压合夹持；
S500：使用激光对夹持好的玻璃进行焊接。
5.根据权利要求4所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S400中，通过第一钢化玻璃(9)和第二钢化玻璃(10)的压合使所述镀铜玻璃(15)和所述第二玻璃(16)光学接触，并使得二者紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S100中玻璃的厚度范围为0.3mm～5.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S200中镀铜膜层(13)厚度为5nm～2000nm。
8.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S500中纳秒激光器(1)的功率为1W～10W。
9.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S500中激光束的波长为355nm，所述步骤S500中激光的脉宽范围为10ns～100ns。
10.根据权利要求1所述的一种镀铜玻璃(15)的焊接方法，其特征在于，所述步骤S500中激光的聚焦光斑的直径范围为10um～50um。
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