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谈谈激光对于手机到底是怎样的绝密杀器

2018-01-26 来源:传感器技术 [责任编辑:lina]
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【导读】2017年下半年,随着iPhone X对于人脸识别功能的开启, VCSEL激光器也成为人们关注的重点。而苹果跟进无人驾驶,激光雷达也开始被媒体圈热议。有没有感觉,似乎黑科技都 与激光染上了不解之缘。原因在于,激光测距的精度与准度,以及用户传感的灵敏度和稳定性,是目前已知光介质中效果 最好的,自然各行业也就想尽方法引入激光应用。


 
激光在手机制造的应用图示
 
大众用户关注的更多是产品功能,大家看不到的是激光在生产制造环节的大量应用。激光加工具有切割质量好、切割效率高、切割速度快等特点,相较于传统接触式切削加工具有突出的优势。 而这类优势已经在通讯半导体工业、消费电子制造、汽车工业等需要高精度、 高效率的制造领域显示出替代式应用的趋势。
 
尤其是在手机制造环节中,手机的品牌 LOGO 打标、3D玻璃及OLED面板切割、金属中框以及手机内构件的焊接等,全都离不开激光加工设备。除了手机越来越多应用激光技术,手机制造流程各环节也越发依赖激光设备,基本上没有激光不能完成的工艺,以此激光已经成为手机制造大杀器。
 
本篇文章,就与大家聊聊激光对于手机到底是怎样的绝密杀器。
 
激光打标:手机上的每个标记,都是用激光设备撰写的
 
激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种标刻方法,具有精度高、速度快、标记清晰等特点。手机采用激光打标这种永久标记方式,可提高防伪能力,还能增加附加值,使产品看上去档次更高,更有品牌感。
 
激光打标技术目前已经非常成熟其价格便宜,加工速度快,标记质量好,因此被广泛采用,在手机领域中主要是应用在表面的logo标记、文字标记,以及内部的电子元器件、线路板的logo、文字标记等。手机上的Logo、按键、外壳、电池以及手机饰品所见到的标记,目前都是用激光设备完成的。
 
激光切割:坚硬的、超薄的材料,全都交给激光
 
 
 
激光切割可对金属或非金属零部件等小型工件进行精密切割或微孔加工,具有切割精度高、速度快、热影响小等优点。手机上常见的激光切割工艺有:蓝宝石玻璃手机屏幕激光切割、摄像头保护镜片激光切割、手机Home键激光切割、FPC柔性电路板激光切割、手机听筒激光打孔等等。
 
手机外壳中的激光切割技术主要是外壳的切割和屏幕玻璃的切割,在屏幕切割上激光切割技术用的更多一点,而外壳上很多公司采用的都是一次性成型技术和机械加工技术。譬如,苹果手机的外壳就是在一整块厚的铝合金材料上通过冲压,一层层的去掉,保留那一块的凹槽。这种先进工艺,也是售价高的原因之一。
 
手机配置不断迭代,手机外观也为了配合更多新技术新元件的引入,也在与时俱进,3D玻璃、蓝宝石镜头保护膜及OLED屏的应用,便是其中的典型。这些材料要么超薄易碎,要么硬度更高,因此只能采用激光技术来做处理。
 
 
手机3D玻璃切割。以OLED面板为主要材料的全面屏,是当前以及未来2年手机主流,3D玻璃则是搭载 OLED 面板的最佳选择。由于 3D 玻璃的结构具有特殊性,同时厚度过薄,传统的切割方式会导致成品率低。激光切割技术以非接触切割方式进行加工,使局部升温产生应力,应力软化产生裂纹使玻璃沿着激光扫描方向开裂,使得切割边缘光滑平整无裂纹。激光技术的多自由度,尤其适合曲面工件的加工,解决了手机 3D玻璃切割的工艺难题,是目前脆性材料加工的主流方向。
 
手机摄像头蓝宝石切割。在手机摄像头方面,双摄像头目前已经成为手机产品主流。手机摄像头的镜头保护膜和 home键,目光广泛使用蓝宝石材料,其相比于玻璃有更好的耐刮性和更高的硬度。这种硬度也使普通机械加工无法对其进行高效切割,只有激光切割机能完成对其的加工。
 
手机OLED面板切割。OLED面板作为双侧玻璃结构的超薄脆性材料,传统切割工艺会导致其边缘的断裂和崩边。激光采用非接触加工方式,对于薄玻璃及超薄玻璃均可加工。
 
激光打孔:肉眼看不到的地方,也能由激光打孔
 
激光切割技术在目前的手机制造工艺中是非常普遍的,对手机内部构造的切割,一般采用UV紫外激光技术精密切割,主要是切割FPC软板、PCB板,软硬结合板和覆盖膜激光切割开窗等等。激光打孔,也算是激光内部构造切割的一部分。
 
激光打孔在手机应用中可用于PCB板打孔、外壳听筒及天线打孔、耳机打孔等,具有效率高、成本低、变形小、适用范围广等优点。手机一个巴掌大地方聚焦200多个零部件,手机厂商对于手机制造过程中的打孔工艺,要求速度快、质量好、成本低,只有激光聚焦光斑可以聚一波长量级,在很小的区域内集中很高的能量,特别适合于加工微细深孔,最小孔径只有几微米,孔深和孔径比可大于50微米。
 
激光焊接:金属中框以及手机零部件焊接,只有激光能胜任
 
 
 
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源,使材料表层熔化再凝固成一个整体。热影响区域大小、焊缝美观度、焊接效率等,是判断焊接工艺好坏的重要指标。激光焊接相比传统点焊和弧焊,具有热形变小、效率高、精密度好等众多优势,只是目前价格相对较贵,渗透率较低。
 
手机内部结构精细,利用焊接进行连接时,要求焊接点面积很小,普通焊接斱式难以满足这种要求,因此手机中主要零部件之间的焊接大多采用激光焊接。在不锈钢中框再次回归苹果手机之后,焊接也成为了iPhone内部中板与外壳连接的不二之选。除了手机内部构造,手机上的很多芯片元器件,也必须使用激光设备来完成。
 
随着苹果、三星的手机采用金属中框结构,更多品牌手机也加入了金属中框行列。由于玻璃后盖的某些机械支撑能力和塑形能力弱于金属材料,摄像头等零部件仍需要金属小件作为支架,金属中框中的结构小件能解决此类问题。 结构小件的引入意味着焊接工艺的增加,当然也只有激光焊接能够胜任。
 
激光蚀刻:高精度剥离,离不开激光
 
激光蚀刻主要是手机屏幕导电玻璃的激光蚀刻。其作用是在一整块的导电材料上,通过激光蚀刻工艺,将其隔离开,这种工艺的精度要求高,人眼是无法识别的,需要借助放大镜才能看,他的蚀刻精度是正常人头发直径的几分之一。
 
LDS激光直接成型:激光一次成型,最大程度节省空间
 
LDS激光直接成型技术,现今已广泛用于智能手机的制造中。其优势在于,通过使用激光直接成型技术标刻手机壳上的天线轨迹,不管是直线、曲线,只要激光能到的地方,都能打造3D效果,能最大程度地节省手机空间,而且能够随时调整天线轨迹。这样一来,手机就能做得更轻薄、更精致,稳定性和抗震性也更强。
 
手机的激光应用:投影、传感、对焦无所不能,未来或会实现远距离充电
 
 
除了在手机制造过程中需要激光参与切割、焊接、打标等生产工艺,其实现在手机对于激光的应用,也越来越多。首先是手机投影。大家知道Moto Z模块手机是配有投影模块的,用户有需求的,只要配上投影模块就可以实现投影功能。而三星Galaxy Beam以及已经去年青橙手机的发布的VOGA V,都是主打激光投影。这几款手机,都是激光在手机功能上的应用。
 
其次,3D传感。iPhone X发布后火爆的3D传感,主要应用于其人脸识别以及更强的增强现实体验。事实上,3D传感使用的是VCSEL激光传感器。而且,iPhone X会引领更多手机搭载3D传感,会造就一个千亿级大市场。
 
第三,激光对焦。手机通过记录红外激光从装置发射,经过目标表面反射,最后再被测距仪接收到的时间差,来计算目标到测试仪器的距离。在LG G3首次使用此技术以后, iPhone 8、华为mate 10、荣耀V9、Moto z2等机型都引入了激光对焦技术。不过应用还是略有区别,譬如iPhone 8采用激光对焦主要还是为了增强AR功能。
 
第四,激光充电。2016年10月,俄罗斯“能源”火箭航天公司做了一项特别的实验,在1.5公里远的距离外,用激光为手机充电。这项实验是在两座建筑上进行,一座安装了激光发射装置,1.5公里外的另一座建筑物安装的设备,可借助专门仪器将激光能量转化为电能。当然,实验是为验证可行性,最终目的是为其货运飞船充电。
 
 
 
总结起来,激光在手机制造流程中的应用,主要用于手机外观与内部构造的材料切割与焊接,以及钻孔与打标。除了手机制造过程应用激光,手机在功能是现实也越来越多的应用激光。事实上,如果没有激光设备的应用,很多目前的手机工艺是无法实现的。
 
从手机外观到手机内部构造,再到手机构件的制造,全都离不开激光设备。可以说,没有激光就没有现在的手机。









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关键字:手机 激光 OLED 3D玻璃 
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