Laserwarmtebehandeling met VCSEL

Kunststoffen kunnen door middel van laserdoorstraallassen worden gelast. Bij dit proces worden twee thermoplastische kunststoffen door middel van een laserstraal met elkaar verbonden. Deze straal penetreert de transparante oppervlaktelaag van het onderdeel en verhit het eronder liggende stralingsabsorberende gedeelte. Het absorberende kunststof basismateriaal smelt waardoor het transparante voegbereik aan elkaar wordt gesmolten. VCSEL verwarmingssystemen kunnen het toepassingsbereik van het werkstuk in één arbeidsgang tegelijk lassen en verwarmen.

VCSEL-systemen bieden op maat gemaakte laseroplossingen met hoge vermogens voor Fiber Placement en bandlegprocessen. Dankzij de warmtebehandeling met VCSEL-lasers kunnen op die manier composietmaterialen schaalbaar en flexibel worden vervaardigd.

VCSEL-arrays zijn geschikt voor de industriële vervaardiging van meubelplaten. Hiermee worden naadloze rand- en oppervlaktesmeltverbindingen gemaakt en bereiken hiermee zeer goede productieresultaten. Een compacte en betrouwbare VCSEL-warmtebehandelingsbron levert infrarood-laservermogen, die gericht en nauwkeurig kan worden gecontroleerd en bij productietoepassingen uitblinkt door een hoge doorvoercapaciteit.

VCSEL systemen kunnen het verzegelen van pouchcellen met een factor drie versnellen. Hiervoor warmte ten behoeve van het lassen toegevoerd aan het inwendige van de pouch-folie nabij de laszone. Deze warmtebehandeling resulteert tevens in een zeer exacte verzegeling. Hierdoor wordt de levensduur van de batterijcellen verlengd, omdat vouwvorming in de folie wordt vermeden. Dankzij dit procedé wordt de kwaliteit en de homogeniteit van de pouchcellen verhoogd.

Na het coaten worden de batterijcellen gedroogd om eventuele oplosmiddelen van de actieve materialen te verwijderen. Industriële VCSEL-systemen zijn optimaal geschikt voor warmtebehandelingsprocess op grote oppervlakken zoals bij foliedroging. Met name de warmtebehandeling met VCSEL laserarrays is zeer flexibel, voor wat zowel schaalbaarheid als bestralingssterkte betreft. Grote oppervlaktezones kunnen met zeer precieze lokale besturing van de golflengteselectieve infraroodstraling worden verwarmd.

Het lokale ontharden van stalen carrosseriedelen in de automobielindustrie vereist gerichte warmtebehandelingen op bepaalde zones. Daaronder vallen bijvoorbeeld B-stijlen. VCSEL oplossingen bieden een snelle en eenvoudige manier voor het selectief ontharden van hoogvaste stalen onderdelen.

Met behulp van VCSEL arrays kunnen silicium-wafers homogeen worden verwarmd. Deze zijn dankzij hun gelijkmatige en snelle opwarming ideaal geschikt voor snelle thermische bewerkingen (Rapid Thermal Processing, RPT) bij de waferproductie. Afzonderlijke verwarmingszones kunnen zeer precies worden bestuurd. De laserwarmte zorgt voor zeer snelle temperatuurverhogingen van meerdere honderd graden per seconde. Dankzij de uitstekende lokale besturing via temperatuurprofielen zorgen VCSEL zo voor een hogere waferkwaliteit.

VCSEL laserarrays maken de productie van zonnecellen efficiënter. Het inbranden van de uit zilverdeeltjes bestaande contacten op de bovenkant van de zonnecellen wordt “firing” genoemd. De toepassing van VCSEL-systemen voor dit proces biedt een reeks voordelen. Tijdens het snel inbranden met behulp van laserstralen worden slechts de zonnecellen verwarmd, terwijl het overige ovengedeelte overwegend koel blijft. Laserstralen als warmtebron verhogen de energie- en kostenefficiëntie. Bovendien is er minder ruimte voor de oven vereist en wordt de levensduur verlengd. Deze eigenschappen van de verwarmingssystemen met diodelasers kunnen de productiekosten aanmerkelijk verlagen.

VCSEL arrays kunnen het rendement van zonnecellen verhogen. Krachtige VCSEL-lasermodulen voor het bestralen van monokristallijne Si-zonnecellen voorkomen bij ultrasnelle regeneratie binnen enkele seconden de reactieve borium-zuurstofvorming op duurzame wijze. Het resultaat: een duidelijk hoger celrendement. Dit proces is zowel efficiënt als in hoge mate gelokaliseerd met betrekking tot intensiteit en doelbereik. Ultrafast Cell Regeneration levert een duidelijk hoger rendement op bij zonnecellen met hoog vermogen.

Bij het ultrasnelle Light Soaking worden de energiebarrières die tijdens de productie zijn ontstaan, afgebroken door de intensieve bestraling en de hoge temperaturen die door de VCSEL-verwarmingssystemen worden opgewekt. Dit proces vermindert de interne weerstand van zonnecellen en laat deze efficiënter werken. Daarom kunnen VCSEL-systemen het rendement van zonnecellen verhogen.

Bij LAS worden loodkogeltjes met behulp van de VCSEL laser-infrarood-warmtebehandeling rechtstreeks op printplaten gesoldeerd, wat vooral bij kleinere kogel- en pitch-scenario's voordelen oplevert. Bij LAS zorgen de VCSEL-lasers voor een uiterst nauwkeurige lokale warmtebehandeling en een maximale kwaliteit van de soldeerplaatsen. Als bijkomend voordeel zorgt de laserwarmtebehandeling voor een verlenging van de levensduur van de printplaten.

Het LAB-proces maakt gebruik van een flip-chip op een printplaat en loodkogeltjes als verbindingen. Het VCSE-systeem verwarmte de chip van bovenaf en de via een siliciumplaatje overgedragen laserenergie smelt de loodkogeltjes tussen de chip en de printplaat. Zo kunnen grotere zones van een volledige printplaat met meerdere chips worden verwarmd – bij hogere uitgangsvermogens dan bij andere oplossingen.

Wanneer metalen onderdelen met grote volumes in 3D worden geprint, hebben thermische gradiënten vaak een negatieve invloed op de gesinterde onderdelen. Deze spanningen kunnen door middel van de op VCSEL-gebaseerde laserwarmte van bovenaf worden geminimaliseerd. Want de laserwarmte vermindert thermische spanningen en vervorming op het geprinte onderdeel aanmerkelijk. Hierdoor worden de mechanische eigenschappen van het onderdeel verbeterd.