本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光焊接裝置，尤其是涉及一種不同材料之間的激光焊接裝置。適用于應(yīng)用激光波長透明的材料，玻璃、石英、藍寶石和半導(dǎo)體材料等。

背景技術(shù)：

隨著ic芯片技術(shù)的發(fā)展，芯片封裝技術(shù)也不斷達到新的水平，目前已可在單芯片上實現(xiàn)系統(tǒng)的集成。在眾多的新型封裝技術(shù)中，晶圓級封裝技術(shù)最具創(chuàng)新性、最受世人矚目，是封裝技術(shù)取得革命性突破的標(biāo)志。

各種芯片、生物芯片和mems傳感器等采用激光焊接的工藝實現(xiàn)封裝，這種新的激光焊接的工藝需求越來越廣泛。超短脈沖激光器具有高精度和無熱影響的優(yōu)點，它對周邊區(qū)域產(chǎn)生的損害非常輕微，這讓其非常適合用于上述生產(chǎn)過程，并且具有完美的性能。正因如此，激光為許多行業(yè)創(chuàng)造了新的機會，包括快速增長的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和要求較高的航空航天業(yè)。

然而在對不同材料或者同種材料之間的焊接時，由于材料的高硬、高脆特性，常規(guī)焊接的熔接處會出現(xiàn)微裂紋，會使熔接強度降低，并且不能實現(xiàn)密封性。即使使用超脈沖激光器進行焊接也會出現(xiàn)此問題。

基于以上現(xiàn)象，一種適用于高脆、高硬材料之間的焊接的激光焊接裝置成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種針對高硬高脆材料特性的激光焊接裝置，兩束不同脈寬頻率能量的激光，利用多光子吸收理論聚焦在兩層材料的中間位置實現(xiàn)焊接。

本發(fā)明提供一種激光焊接裝置，第1激光焊接頭和第2激光焊接頭，所述第1激光焊接頭連接有第1激光器，所述第2激光焊接頭連接有第2激光器，所述第1激光器發(fā)出第1激光束，所述第2激光器發(fā)出第2激光束，所述第1激光器和所述第2激光器具有不同的脈寬頻率；以及第一材料層和第二材料層，所述的第1激光束聚焦于所述第一材料層的下表面內(nèi)，所述的第2激光束聚焦于所述第二材料層的上表面內(nèi)。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的第1激光焊接頭和所述第2激光焊接頭內(nèi)部設(shè)有聚焦透鏡和衍射光學(xué)鏡片。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的第1激光束和所述第2激光束分別作用于所述第一材料層的下表面和所述第二材料層的上表面，以便在所述第一材料和第二材料的接觸面形成熔池。

作為本發(fā)明的一實施方式，通過調(diào)整所述第一材料層和所述第二材料層的水平方向運動速度，以便在同一面上相鄰光斑具有一定重疊率，由此在所述第一材料層和所述第二材料層接觸面形成焊接道。

作為本發(fā)明的一實施方式，還具有ccd相機，所述ccd相機分別與所述第1激光焊接頭、所述第2激光焊接頭同軸連接，對焊接位置進行自動識別定位。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的第一材料層和所述第二材料層不同。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述第1激光器和所述第2激光器具有不同波長和脈寬。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的第一材料層和所述第二材料層相同。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述第1激光束和所述第2激光束的聚焦點在同一位置，同時作用在所述第一材料和所述第二材料上。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述第1激光束用于對第一材料層和所述第二材料層進行改性，所述第2激光束用于熔融焊接。

本發(fā)明提供一種針對高硬高脆材料的激光焊接裝置，尤其適用于對所應(yīng)用激光波長透明的材料，玻璃、石英、藍寶石和半導(dǎo)體材料等，利用兩束不同脈寬頻率能量的激光，利用多光子吸收理論聚焦在兩層材料的中間位置實現(xiàn)焊接，兩層材料在其接觸面焊接位置實現(xiàn)各自熔化互熔焊接。焊接密封性好，連接強度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光焊接裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明的同種材料激光焊接裝置示意圖；

圖3為焊接材料截面熔池示意圖；

圖4為焊接材料側(cè)面焊接道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中各標(biāo)記的含義如下：

1第1激光器；

2第2激光器；

3第1激光焊接頭；

4第2激光焊接頭

5第1激光束

6第2激光束

7第一材料；

8第二材料

9聚焦透鏡

10衍射光學(xué)鏡片

a聚焦點

b聚焦點

c焊接道

d熔池

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的激光焊接裝置進行說明。

圖1為本發(fā)明的激光焊接裝置的一實施方式，其中激光焊接裝置包括第1激光焊接頭3和第2激光焊接頭4，第一材料層7和第二材料層8。第1激光焊接頭連接第1激光器1，第2激光焊接頭4連接第2激光器2，第1激光焊接頭3發(fā)出第1激光束5，第2激光焊接頭4發(fā)出第2激光束6。第1激光器和第2激光器能夠發(fā)出不同脈寬頻率能量的激光，因此第1激光束具有與第2激光束不同脈寬頻率能量。本發(fā)明的工件包括第一材料層7和第二材料層8，第一材料層7和第二材料層8層疊，第1激光器1和第2激光器通過光路分別把第1激光束5和第2激光束6傳輸?shù)降?激光焊接頭3和第2激光焊接頭4中，分別經(jīng)聚焦透鏡組后，第1激光束5在第一材料層7的下表面內(nèi)部形成聚焦點a，第2激光束6在第二材料層8的上表面內(nèi)部形成聚焦點b，如圖1所示。工件相對于激光光束運動時，激光光束分別在第一材料層7和第二材料層8的下表面和上表面同時作用，通過調(diào)整工件的運動速度，使激光光束聚焦點有一定的光斑重疊率時，在第一材料層7和第二材料層8接觸面形成焊接道c，如圖4所示。

本發(fā)明針對玻璃、石英、藍寶石和半導(dǎo)體材料等對于激光波長透明的材料，由于這些材料的高硬高脆特性，焊接過程很容易產(chǎn)生微裂紋，本發(fā)明專門針對側(cè)重材料的特性，針對性的選擇激光光源，特殊的光路系統(tǒng)，使得這些材料在同材料之間或不同材料之間焊接達到密封和強度的要求指標(biāo)。

本發(fā)明提供一種可以焊接高硬高脆材料的激光裝置。在對于高硬高脆材料焊接中，利用兩束不同脈寬頻率能量的激光，利用多光子吸收理論聚焦在各自材料邊緣位置，實現(xiàn)各自熔化互熔焊接，不同的材料對應(yīng)不同的激光器。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，激光器的選擇與工件的材料有關(guān)，要求工件材料對所選激光器的波長對工件能夠透射，滿足多分子吸收，能使該波長的激光光束能透過工件，在上層的第一材料7的下表面和下層的第二材料8的上表面形成聚焦點。激光器的波長范圍在200nm到2000nm，脈寬范圍在10fs到200ns。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，對激光器的能量有所要求，要求在第一材料7下表面和第二材料8上表面形成的焦點處，激光光束的能量密度恰好能夠穿透上層材料，要考慮透過工件后，避免在工件內(nèi)部傳輸過程中出現(xiàn)熱吸收，破壞工件特性，影響焊接效果。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，根據(jù)實際工件的厚度，使兩個焦點位于第一材料7的下表面和第二材料8的上表面。聚焦點的位置和能量對應(yīng)于不同的衍射光學(xué)鏡片和聚焦鏡。

本發(fā)明的激光焊接裝置，用于不同材料之間的焊接，不同材料焊接時，激光器可以為不同波長和脈寬的激光器，根據(jù)材料特性選擇。本發(fā)明的激光焊接裝置更可以應(yīng)用于同樣材料之間的焊接，同種材料焊接時，激光器1和激光器2為同種波長激光器，優(yōu)選的，脈寬一個為超脈沖，脈寬小于10ps，另一個激光器脈寬為納秒激光器。如圖2所示，當(dāng)需要焊接的材料為同種材料時，調(diào)整兩個激光聚焦點在同一位置，即在第一材料和第二材料的接觸面處，同時作用在第一材料和第二材料上，兩束不同脈寬能量的激光聚焦在同一個位置，其中一束光對材料進行改性，另一束光進行熔融焊接，這樣可以避免高硬高脆材料的普通焊接產(chǎn)生裂紋的問題，由此在第一材料7的下表面和第二材料8的上表面同時形成熔池d，如圖3所示。根據(jù)所述激光器的頻率調(diào)整，所述工件水平方向運動的速度，以便使同一面上相鄰光斑具有一定的重疊率，由此在第一材料層7和第二材料層8接觸面形成焊接道c，如圖4所示。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，還包括ccd相機(圖中未示出)，ccd相機與激光焊接頭同軸連接，對焊接位置進行自動識別定位。以便實時調(diào)整激光焊接頭。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，所述的聚焦點的光斑為圓形或橢圓形。本發(fā)明的設(shè)置于激光焊接頭3、4中的透鏡組由聚焦透鏡9和衍射光學(xué)鏡片10組成，如圖2所示。

本發(fā)明的激光焊接裝置中，衍射光學(xué)鏡片可以是微陣列透鏡或自適應(yīng)鏡片。

以上實施方式僅是為說明本發(fā)明的技術(shù)方案而做的具體說明，并不用于限定本發(fā)明的具體保護范圍，本發(fā)明的激光焊接裝置并未做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)進行的簡單修改，等同變化和修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。