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激光技术应用于手机制造

导读: 激光技术是现代物理学发展史上的重大成就,其在军事国防、工业生产、科学研究、医疗卫生等领域的巨大应用早已为人们共知。

  1  简介

  激光技术是现代物理学发展史上的重大成就,其在军事国防、工业生产、科学研究、医疗卫生等领域的巨大应用早已为人们共知。在工业应用方面,激光加工是激光技术应用的首要领域,也是当前各国先进制造业优先发展的方向之一。由于激光具有功率密度高、方向性好、清洁、高效、环保等突出特点,激光加工技术取代传统加工技术的趋势日益加快,尤其随着微电子行业向纳米尺度发展,激光加工技术在微电子领域内的运用更是优势明显。

  作为现代微电子行业的一个代表性成果,手机制造业不仅体现了光电子行业的最新技术成果,同时也集成了机械、美学、工业设计等多学科的特点,在手机各组件的制造过程中,激光加工技术随处可见,例如手机外壳切割、主机板制造、键盘芯片标记及听筒、耳机、饰件的雕刻与打孔等等。目前,手机制造技术正向个性化、智能化方向发展,在关键元件制备中,激光加工可以保证加工工艺对高分辨率、高可靠性、低损伤加工的要求。特别是近年来高功率、高能量紫外、深紫外和超快激光加工技术的发展,基于这些激光器的激光加工技术更促进了智能手机制造技术的发展。

  相比于传统加工方法,激光加工具有许多显而易见的优点。如:1)适应性强,加工的对象范围广,除金属、非金属材料外,还可进行透明材料的加工; 2)加工精度高,可聚焦到微米级的光斑; 3)非接触加工,无工具磨损, 热影响区小,变形小;4)自动化程度高,与机器人、数字控制等先进技术相结合,可实现自动化加工;5)整机紧凑、设计灵活;6)维护方便,运行成本低。目前,激光加工已广泛用于激光打标、激光打孔、激光切割与焊接、材料表面改性、激光快速成型、激光复合加工等方面。手机制造中的激光加工技术集中体现了激光加工的诸多技术特点,本文综述了手机制造中一些用到的激光加工技术,介绍了具体运用激光加工的特点和要求,并对将来智能手机制造中的激光加工技术进行了展望。

  2  激光加工的物理基础

  激光加工是一种高能束加工方法,它利用激光高强度、高亮度的特性,通过一系列的光学系统聚焦成平行度很高的微细光束(直径几微米至几十微米),获得极高的能量密度(108~1010 W/cm2)照射到材料上,使材料在极短的时间内(千分之几秒甚至更短)熔化甚至汽化,以达到加热和去除材料的目的。其物理基础主要是激光与材料的相互作用,具体表现在:

  1)激光作用到被加工材料上,光波的电磁能先转换为电子激发能,然后再转化为热能、化学能和机械能等;

  2)加工过程中,材料被加工区域将发生各种变化,表现为材料升温、熔化、汽化、等离子体化等;

  3)激光与材料的相互作用过程与激光的功率密度、作用时间、激光波长、材料对激光的吸收率、材料的密度、熔点、相变温度、热导率等有关。表1给出了影响激光加工效果的主要参数。

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