激光切割蓝宝石玻璃成亮点

激光切割蓝宝石玻璃成亮点

2013-09-17 08:11:28 | 编辑： | 【小中大】【打印】【关闭】

苹果公司在美国加州总部召开发布会，正式发布两款新iPhone，分别是是iPhone 5C和iPhone 5S。这与媒体此前曝光的消息完全一致。

自从iphone手机诞生以来，乔布斯将创新性的体验集成于智能手机中，这样才迎来了iphone手机在全球的热卖。但是随着乔布斯的趋势，苹果手机还能不能有大的创新一直是人们关注的焦点。通过11日iPhone 5C和iPhone 5S的发布会现场，我们已经感觉到苹果手机的创新正在逐渐减退，而“微创新”却成为其中的亮点。例如利用激光加工的蓝宝石玻璃就是其中之一。

蓝宝石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)一般是指人工合成的蓝宝石，与人们平常理解的珠宝——天然蓝宝石有着很大的区别，一般用于腕表镜面的制造。它与钨钛合金和高科技陶瓷都是抗磨损的材料。这些材料虽能抗磨损，但却不能承受强力撞击，同时一些硬度相同或更高的物质(例如：磨石，砂纸，指甲挫，花岗石面，混凝土墙面及地面等)都有可能会刮花这些材料的表面。

激光切割蓝宝石玻璃成亮点

业内分析人士认为，苹果此次在硬件上的创新或低于预期，“微创新”将是一大特色，显示出高端智能机的发展已遭遇瓶颈。由于有中移动的加入，iPhone5C的销量将得到一定保证。

整体低于预期

据悉，苹果在此次发布会上将推出四款硬件产品，分别为iPhone5S、iPhone5C（即之前传言的廉价版）、MP3播放器shuffle和笔记本电脑Macbook Pro，另外还有新的操作系统IOS7。

两款苹果手机自然会是最大的亮点。和以往苹果的大刀阔斧不同，此次iPhone5S的创新程度再度被缩小。iPhone5曾经使用的in-cell显示屏，被誉为一次技术革命。但此次苹果在触控上并未有技术升级，仅仅是处理器和摄像头“例行公事”般提升性能。

此次iPhone5S的硬件创新将主要集中在home键上。据了解iPhone5S的home键将使用新型材料“蓝宝石”。蓝宝石作为玻璃的替代，目前制造成本相当高昂。供应链人士透露，若将蓝宝石材料做成iPhone手机屏幕大小，成本将是康宁大猩猩玻璃的四倍以上，且该项技术在中大尺寸玻璃上难以实现，目前仅能用在小尺寸领域。分析人士认为，苹果此次使用蓝宝石材料，主要是为了显示其高档的定位。为了配备这一主题，苹果甚至为home 按键打造了一个蓝色光圈。

iPhone5C则是另一个焦点。低价、多款色彩，显示了苹果的手机战略已经发生了巨大变化。早在今年五月，供应链人士即向中国证券报记者表示存在这款产品，由于采用塑胶机壳，市场曾认为这将给国内供应链带来了一些机会。但据了解，由于苹果对塑胶机壳同样有较高要求，中国大陆基本没有厂商有能力做配套。据悉，iPhone5C的售价将在3000元左右，定位中端。

分析人士认为，此次苹果新品在技术创新上低于预期。作为高端产品标杆的苹果创新脚步进一步放缓，也显示出高端智能手机的创新遭遇到一定的瓶颈。

微创新下的小机会

尽管苹果的新品整体上进步不多，但产品的“微创新”仍有可能对产业以及上市公司构成一定影响。

首先home键使用蓝宝石材料预示着材料领域技术提速。之前iPhone只在摄像头领域用到蓝宝石材料，此次将蓝宝石材料做到home键大小已属创新。尽管一块home键大小的蓝宝石售价在5元钱左右，若以iPhone当前的全球销售规模测算，这将给蓝宝石材料带来5亿元的新市场。

另外苹果将在iPhone5S的home键中集成指纹识别功能。分析人士认为指纹识别在新一轮手机更新换代中将占有重要位置。这种将生物科技集成到手机的技术，将个人安全验证在移动互联网领域开创了全新的模式。

激光技术应用于蓝宝石玻璃加工

玻璃，蓝宝石和陶瓷是普遍应用于微加工技术和精细加工的材料。然而，它们给传统的制造工艺带来了越来越多的挑战，这种挑战也给强大的超短脉冲激光器赢得了更多机会。

这些材料优质的属性对很多产品来说是不可或缺的：玻璃用来制作智能手机的显示屏，显示屏有着钢化的外壳；陶瓷坚硬，化学性质稳定，可用来制作电子零部件和电路基板，以及电气绝缘体。蓝宝石极其坚硬，耐划伤，适合用于半导体和 LED 技术。但玻璃、陶瓷、和蓝宝石有个共同点就是很难加工。由于它们易碎而且都是非常坚硬的材料，他们挑战着铣、钻、磨等传统制造工艺的极限。加工这些材料时刀具磨损快，并且需要好几个加工环节才能得到足够好的加工质量。

1、在坚硬、易碎的材料上使用激光光束

激光光束在坚硬、易碎的材料特别能展现出良好的效果。它们不会磨损且能聚焦到最小直径。扫描振镜能灵活定位光束，能几乎满足各种形状轮廓的加工需要。超短脉冲激光器（图1）特别适合加工易碎的材料。对于小于10皮秒的激光脉冲，在热传导到周边的材料上之前，被加工区域的材料已经汽化了。只要激光参数精确调整到和应用相匹配，那么就不需返工。

图1：为了将超短脉冲激光的卓越特性应用到高生产率要求的工业制造中，

通快按比例增加了皮秒激光光器TruMicro 5000的输出功率。

对可见光以及近红外的光谱范围内的光来说，很多像玻璃这样的宽带隙电介质是透光的。然而，高强度的皮秒脉冲能通过多光子电离产生自由电子。大量连续的电离进一步释放电荷载体，这些电荷载体能够破坏材料中

的化学键，最终达到烧蚀材料的目的。

2、低热输入避免产生裂缝

当加工易碎材料时，避免产生小裂缝是经常要遇到的挑战，这些小裂缝会削弱零部件的强度。产生裂缝的一个原因是过度的热量进入了零部件。热量导致材料膨胀，加快了裂缝的生成。适当的加工策略可以防止小裂纹的形成。这其中就包括精准定义加工参数，如脉冲能量、脉冲重叠度、重复频率、焦点直径和激光加工次数。最佳工作点取决于材料、加工形状、加工时间和质量的要求，并通过应验试验加以确认。位于德国南部Ditizingen 的Trumpf公司和德国西部 Aachen的Fraunhofer激光技术研究所开展联合研究，发展了优化激光加工脆性材料效果的理论基础。

不同标准可用来评估质量：零部件的弯曲强度（用来测量材料的断裂强度，裂缝会使断裂强度降低）、切割边缘粗糙度以及边缘视觉效果。切割边缘的情况可以通过光学显微镜以及借助扫描电子显微镜来测量。（图二）

图2：激光加工的蓝宝石微结构的扫描电镜图像

测量零部件弯曲强度的普通方法是四点折弯测试(cf. DIN EN 843-5)。用两根圆柱对一定加工轮廓的实验样品进行支撑和定位。另外两个圆柱以既定速度对样件不断加力，直到它被折断。破坏时间点的压力被测量，断裂强度可以通过零部件的形状以兆帕为单位计算得出。尽管小裂缝的产生以及它们对断裂强度的影响会因不同的零部件而异，但是可以通过Weibull统计法来说明。通常来说，选取10-15个被加工样件来进行四点折弯测试。图4是使用通快超短脉冲激光器切割的手机玻璃显示面板（"Corning Eagle XG"）Weibull分布图。10%的断裂可能性