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当激光相遇消费电子:个中奥妙知多少

来源:荣格

  发布:星之球科技

关键词:紫外激光器 消费电子 激光技术

2017-04-16

 如今,在“中国制造2025”不断深化的背景下,传统的制造业正面临深度转型和升级。其中的一个重要战略便是转向附加价值和技术壁垒更高的高端精密加工。那么,如何才能实现高端精密加工?如果你用过“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,就一定能猜到,是的,激光。
 
市场研究公司BBC Research 发布的报告显示,预计到2020 年,全球工业激光器的市场规模将达到63 亿美元,其中,消费电子领域将成为工业激光器最大的终端应用产业,其市场份额有望达到20 亿美元。随着科技的不断进步,全球创新型电子消费产品日新月异,它们不仅外观炫目多彩,并内置了各种精密的集成技术。因而,电子行业的瞬息万变也给激光制造业带来了巨大的机遇和挑战。
 
基本上,激光技术采用非接触性加工方式,不会产生机械应力,尤其符合电子行业的加工要求。另外,凭借其高效率、高精度、热影响区小、无污染等优势,激光加工技术被广泛应用于电子工业。
 
在电子消费品行业中,激光切割能够以一流的切割精度和速度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。激光焊接则以热变形小、作用区域和位置精确可控、焊接品质高、易于实现自动化、能实现异种材料焊接等优势脱颖而出。而激光打标凭借其环保、耐磨性强、加工精度高、低成本、性能稳定、使用范围广、便于追踪管控等特点适用于对各种薄型金属/ 非金属材料打标,并且能在门类广泛的电子元器件上烙下永久性的“标记”。
 
激光与手机交融的智能时代
 
移动互联网时代早已颠覆了人们的生活、工作和思维模式。随着消费电子行业的迅猛发展,智能手机俨然成为人们生活中不可缺失的元素之一。据Gartner的分析报告称,2016年,全球智能手机的出货量约为14.5亿部,同比增长0.6%;2017年预计的出货量将在15亿部左右。
 
手机无疑是电子消费品中当仁不让的宠儿。随着手机市场竞争愈发激烈,手机制造业对产品自然也提出了更高的要求。据悉,约70% 的手机加工制造环节都应用到激光技术及相关的制造设备。无论你肉眼能看到的,抑或不能看到的,激光的身影都以不同形式“穿插”其中。
 
尤其是随着近年来高功率、深紫外和超快激光加工等技术的发展,持续推动了智能手机制造技术的飞跃。究其缘由,想必与激光工艺特性及手机精密制造需求息息相关。凭借其功率密度高、方向性好、清洁、高效、环保等众多优势,激光加工在手机制造中取代传统技术的趋势也日益明显。
 
例如,精密激光切割在加工智能手机的众多结构元素,如Home键、蓝宝石屏、tft液晶屏、AMOLED 屏、玻璃盖板、导电玻璃、音量孔、不锈钢外壳、PCB电路板、柔性电路板、背盖壳,以及其它薄膜材料和脆性材料等都是大有用武之地的技术。另外,如今电子元器件集成化要求越来越高、设计愈发倾向微小化,许多精细的深孔,如采用传统加工方式便很难完成,激光钻孔由此成为重要的工艺手段。激光聚焦光斑能在很小的区域内集中很高的能量,尤其适用于加工微细深孔,最小孔径只有几微米,孔深和孔径比可大于50微米。
 
同时, 一部手机上随处可见激光打标的影子。凭借其环保、耐磨性强、精度高、不褪色、速度快、低成本、性能稳定、使用范围广、便于追踪管控等特点,这种工艺能够在手机Logo、手机按键、手机外壳、手机电池、手机饰品、手机零部件、PCB电路板等上烙下永久性的“标记”,提升产品的附加值和美学价值,并且满足个性化生产需求。
 
当前,电子元器件集成化要求越来越高、设计愈发倾向微小化,许多精细的深孔,如采用传统的机械冲孔、机械转孔、腐蚀和开模等接触式加工容易引起工件的变形且很难实现。鉴于此,激光钻孔便成为重要的工艺手段。激光聚焦光斑能在很小的区域内集中很高的能量,尤其适用于加工微细深孔,例如,手机外壳上的透光孔和散热孔等。激光钻孔尤其是钻微孔,具有其它方式不可比拟的优势:速度快、孔型好、适合于数量多、高密度的群孔加工、可处理硬、脆、软等各类材料。激光钻孔一般适用于铝合金、不锈钢或者塑胶外壳等材料,尤其是在金属外壳上有着较大的优势。 紫外激光或绿激光是微孔加工的理想激光光源。
 
激光切割在手机构造元素中的应用
 
亚洲是全球消费品行业的“生产热点地区”,以其消费电子业占据领先地位。预计到2019年,亚洲地区的智能手机用户规模将达到26.6 亿,这一市场正呈现“爆发式”的增长,并且带来大量的激光应用潜力。智能手机制造除了应用传统的激光切割、激光焊接和激光打标技术外,更多新型的激光工艺正大显身手。例如:基于超短脉冲激光器的玻璃切割工艺。这类激光器主要被用于切割使用硬化玻璃和蓝宝石玻璃等材料制成的电视屏、电脑屏、平板电脑和显示屏。另外一个例子是用于焊接移动电话摄像模块的低功率二极管激光器。
 
激光精密加工正当时
 
如今,精密加工需求正推动以飞秒和皮秒激光器为代表的超快激光器在工业市场上获得越来越广泛的应用。据悉,到2020年,超快脉冲激光器的市场规模有望超过15亿美元。兆瓦峰值功率、皮秒和飞秒脉冲宽度的超快激光器在3C产业(包括计算机、通信和消费电子产品如智能电话、平板电脑器件领域)等加工领域将获得迅猛发展。
 
例如,手机、微处理器、显示器、内存芯片等精密复杂的消费电子产品及组件都是由大量不同的异形、微型材料所组成,尤其需要高精密的加工技术支撑。在此情况下,超快激光技术便以其在精细加工、光束控制和光束传输技术等方面的显著优势获得青睐。这一技术也成为未来成功制造更复杂的消费电子设备的关键所在。
 
因而,超快激光提供了前所未有的极端制造与精密制造潜力,旨在攻克常规工艺难以实现的高、精、尖、硬、难等加工瓶颈。据业内人士表示,未来三到五年,消费电子市场对智能设备将提出更高的要求,目前比较流行的如VR、AR等新技术将会推动超快激光器市场的进一步发展。
 
创新产品 “ 激 ” 起千层浪
 
随着激光技术在消费电子领域的应用愈发频繁,国内外激光行业的领头羊们也积极部署着这一颇具前景的产业,顺势推出了各种创新产品和设备。
 
近年来,金属外壳的电脑笔记本的市场占有率越来越高。然而,这类电脑笔记本外壳上有许多小径度的微孔很难使用传统的CNC加工手段处理。鉴于此,华工激光研发了一款旨在对这些金属微孔进行加工的金属激光钻孔机,该设备适用于加工直径小于1mm以下的孔。激光器采用了进口高功率脉冲光纤激光器。其特点是加工效率高、加工孔圆度高,可达到90 圆度,孔的一致性非常好。
 
大族激光则开发了一款针对手机阳极铝切割的高功率高重复频率紫外金属切割设备,设备采用高功率25W 紫外固体激光器及自主研发冷却系统、EMCC卡控制系统、CCD视觉定位系统。此外还配有自主研发的HL6.0切割软件系统,具有复杂曲线的切割图形编辑和文字处理能力,柔性度大,加工轮廓精度达0.01mm,加工的位置精度可达0.02mm。
 
随着移动互联网时代的到来,智能手机的普及化和爆发式增长,使得消费者对智能手机品质的要求越来越高,其相关的配件加工也越来越精密化。作为手机上经常使用的薄膜,其切割精度对加工技术提出了新的要求。目前,市场上性价比最好的激光切割技术是CO2激光技术。采用先进的CO2激光器,优异的光学模式和光路设计,形成更完美的光斑,减少热影响区域,可切割出高品质的手机薄膜产品(PET 保护膜、显示面板)。正业科技近年来拓展在激光技术领域的开发,其先进的CO2激光切割机,具有多种独特技术优势。±0.005mm的重复定位精度和±0.05mm的综合加工精度,采用先进的进口数控系统,可满足各类手机薄膜的精密加工需求。
 
又如,乐普科推出的LPKF ProtoLaser S4激光直写电路设备是电子实验中非常重要的研发设备。它能够快速准确地制作精密节距并激光消融大面积金属,以形成电路图形,整个过程一束激光即可完成。该激光系统相对于机械系统精度更高,因此是数字电路,模拟电路,高频和微波电路的理想制作工具,适用于在覆铜的FR4 板材,覆铝的PET柔性材料,Duroid以及PTFE上制作精细几何图形。
 
毋庸置疑,自1960年第一激光器诞生50多年以来,激光技术以其特性的与众不同,不断被发掘出无限的潜能,广泛应用于汽车、金属加工、电子、医疗等众多领域。未来,随着电子产品的快速更新换代以及不断增加的复杂性,电子、半导体行业对新材料、新工艺中的精密微加工提出挑战,激光的应用市场规模也必定会越来越大。