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其他工艺

激光器在显示屏制造中的应用(五):玻璃盖板和镜片切割

激光制造网 来源:Coherent高意激光2022-11-21 我要评论(0 )   

手机和其他移动设备的生产步骤中,最后阶段会在显示屏上贴附玻璃盖板,并在摄像头上安装防护镜片。为了实现经济高效的生产,这些组件必须从大幅面材料上快速切下,同时...

手机和其他移动设备的生产步骤中,最后阶段会在显示屏上贴附玻璃盖板,并在摄像头上安装防护镜片。为了实现经济高效的生产,这些组件必须从大幅面材料上快速切下,同时要确保极高的机械精度。 

这种切割所产生的表面粗糙度和残余应力是重要的评估要素,它们会影响最终组件的抗碎裂性能。碎屑的产生也很关键,因为这可能需要额外步骤来进行清除。另一件必须考虑的事情,是要避免在切割过程中损坏组件上的任何涂层或其他功能膜层。

基于成丝技术的超短脉冲(USP)激光器切割工艺可满足所有这些要求。但具体的实施方式取决于工艺指标和生产经济性。关键因素包括镜片材料和厚度、切割长度和形状,以及必要的产出速度。



USP 激光器可用于玻璃切割




当今移动设备中使用的大多数玻璃盖板是经过化学强化的碱铝硅酸盐玻璃(如 Gorilla® 玻璃)、经过热强化的钠钙玻璃或类似材料。柔性显示屏的玻璃盖板厚度通常约为 0.5 mm。可折叠显示屏的玻璃盖板可以薄至 30 µm。

要决定如何在此类组件上应用成丝切割工艺,首先要考虑的是激光重复频率。这是因为在成丝切割中,激光束在组件表面上移动,每个脉冲(或脉冲串)都会产生一根细丝,即一个贯穿玻璃的孔。其目标是要在玻璃上生成一系列间距均匀的穿孔(间距通常约为 50 µm)。随后,在穿孔处产生应力以将这些孔转变为连续裂纹。这将使组件分离。通常,该分离工艺使用 Coherent 高意公司的 CO2 激光器沿穿孔线产生高度局域化的热应力。

对于特定间距的打孔,激光重复频率越高,光斑在玻璃表面上移动的速度就越快。因此,在显示屏玻璃盖板这类大型组件的切割应用来说,如果每束脉冲输出相同能量,Coherent 的 HyperRapid NXT(重复频率最高 400 kHz)的工艺速度比 Rapid LX(重复频率最高 90 kHz)快三倍。但 HyperRapid NXT 比 Rapid LX 尺寸更大、价格更高。

因此,如果产出速度至关重要,那么 HyperRapid NXT 是首选。但是在某些情况下,吞吐率或整体工艺会受到载台移动或光斑转向的限制。如果这些因素使激光器无法以最高重复频率运行,那么 HyperRapid NXT 就无法发挥其全部优势。在这类情况下,Rapid LX 有可能可以实现完全相同的切割质量和吞吐率。


大多数手机都会使用小的圆形蓝宝石镜片保护摄像头。蓝宝石非常坚硬且耐划伤。同时也很昂贵,这就是其应用场景很少的原因。 

成丝工艺可轻松切割蓝宝石。但是,由于这些部件很小而且是圆形的,Rapid LX 通常是非常好的选择,因为它具有较低的重复频率和较低的成本。要了解具体原因,您需要了解有关成丝技术是如何操作的。 

要使这种技术发挥作用,激光束必须垂直于零件表面入射。因此,用于聚焦的光学系统通常是固定的,而工件则随载台移动。这种应用中不会使用振镜,因为它们会导致光斑在待切割工件的表面以一定角度入射。

快速切割小的圆形蓝宝石镜片意味着电机必须不断地加速、减速。零件越小,加速度就越大。当然,电机所能产生的加速度是有限的。一般来说,它们的速度无法匹配 400 kHz 工作频率的激光器,因此不能以这种频率产生所需间距的细丝。这意味着激光器不得不以较低的重复频率运行。这使得 Rapid LX 成为优异的选择。


Coherent 专注于切割质量

用于成丝切割的光学系统与激光源一样重要。Coherent 开发了一系列配套的光学系统,每一种都能给不同的应用带来出色的工艺效果。 

比如,我们的“标准版” SmartCleave Advanced Classic光学系统可处理厚度最大 1.8 mm 的基板。这涵盖了大多数显示屏切割应用。我们还有一个镜头(SmartCleave Advanced LongFi)对光斑形状做专门优化,从而可以切割厚度最大 3 mm 的工件。不同的工件厚度会产生不同的切割特性,因此需要对具体工艺做折衷权衡。 

此外,我们拥有专门用于切割超薄(< 100 µm)玻璃所必不可少的光学器件,这种玻璃对于可折叠显示屏而言至关重要。SmartCleave Advanced Low Damage光学系统可降低聚焦区域内的峰值功率密度。这牺牲了制造更长细丝的能力,但可以在入射端产生更小的热影响区和更平滑的纹理。降低表面粗糙度对于超薄玻璃尤为重要,因为它会直接影响弯曲强度。 

如果您查看 USP 激光器制造商的数据规格表,您可能会简单地认为更高的功率可以实现更快或更好的工艺效果。但事实并非如此。而且,即使选择了规格最好的激光器,它也仍然必须以正确的方式聚焦到工件上。您需要选择拥有多年激光玻璃切割经验和数百次实际安装经验的供应商,才能获得正确的玻璃切割工艺参数。


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