1  簡(jiǎn)介

激光技術(shù)是現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史上的重大成就，其在軍事國防、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用早已為人們共知。在工業(yè)應(yīng)用方面，激光加工是激光技術(shù)應(yīng)用的首要領(lǐng)域，也是當(dāng)前各國先進(jìn)制造業(yè)優(yōu)先發(fā)展的方向之一。由于激光具有功率密度高、方向性好、清潔、高效、環(huán)保等突出特點(diǎn)，激光加工技術(shù)取代傳統(tǒng)加工技術(shù)的趨勢(shì)日益加快，尤其隨著微電子行業(yè)向納米尺度發(fā)展，激光加工技術(shù)在微電子領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用更是優(yōu)勢(shì)明顯。

作為現(xiàn)代微電子行業(yè)的一個(gè)代表性成果，手機(jī)制造業(yè)不僅體現(xiàn)了光電子行業(yè)的最新技術(shù)成果，同時(shí)也集成了機(jī)械、美學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等多學(xué)科的特點(diǎn)，在手機(jī)各組件的制造過程中，激光加工技術(shù)隨處可見，例如手機(jī)外殼切割、主機(jī)板制造、鍵盤芯片標(biāo)記及聽筒、耳機(jī)、飾件的雕刻與打孔等等。目前，手機(jī)制造技術(shù)正向個(gè)性化、智能化方向發(fā)展，在關(guān)鍵元件制備中，激光加工可以保證加工工藝對(duì)高分辨率、高可靠性、低損傷加工的要求。特別是近年來高功率、高能量紫外、深紫外和超快激光加工技術(shù)的發(fā)展，基于這些激光器的激光加工技術(shù)更促進(jìn)了智能手機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展。

相比于傳統(tǒng)加工方法，激光加工具有許多顯而易見的優(yōu)點(diǎn)。如：1）適應(yīng)性強(qiáng)，加工的對(duì)象范圍廣，除金屬、非金屬材料外，還可進(jìn)行透明材料的加工； 2）加工精度高，可聚焦到微米級(jí)的光斑； 3）非接觸加工，無工具磨損， 熱影響區(qū)小，變形��；4）自動(dòng)化程度高，與機(jī)器人、數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工；5）整機(jī)緊湊、設(shè)計(jì)靈活；6）維護(hù)方便，運(yùn)行成本低。目前，激光加工已廣泛用于激光打標(biāo)、激光打孔、激光切割與焊接、材料表面改性、激光快速成型、激光復(fù)合加工等方面。手機(jī)制造中的激光加工技術(shù)集中體現(xiàn)了激光加工的諸多技術(shù)特點(diǎn)，本文綜述了手機(jī)制造中一些用到的激光加工技術(shù)，介紹了具體運(yùn)用激光加工的特點(diǎn)和要求，并對(duì)將來智能手機(jī)制造中的激光加工技術(shù)進(jìn)行了展望。

2  激光加工的物理基礎(chǔ)

激光加工是一種高能束加工方法，它利用激光高強(qiáng)度、高亮度的特性，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度（108~1010 W/cm2）照射到材料上，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至汽化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。其物理基礎(chǔ)主要是激光與材料的相互作用，具體表現(xiàn)在：

1）激光作用到被加工材料上，光波的電磁能先轉(zhuǎn)換為電子激發(fā)能，然后再轉(zhuǎn)化為熱能、化學(xué)能和機(jī)械能等；
2）加工過程中，材料被加工區(qū)域?qū)l(fā)生各種變化，表現(xiàn)為材料升溫、熔化、汽化、等離子體化等；

3）激光與材料的相互作用過程與激光的功率密度、作用時(shí)間、激光波長、材料對(duì)激光的吸收率、材料的密度、熔點(diǎn)、相變溫度、熱導(dǎo)率等有關(guān)。表0給出了影響激光加工效果的主要參數(shù)。
 

3  激光加工在手機(jī)制造中的應(yīng)用

當(dāng)前手機(jī)制造水平是先進(jìn)制造業(yè)的典型代表，各個(gè)部件均有最新行業(yè)技術(shù)的體現(xiàn)，如：微芯片——電子技術(shù)；手機(jī)材料——美觀、耐磨、耐熱、防爆等等，納米技術(shù)的運(yùn)用；手機(jī)部件加工——激光加工的廣泛運(yùn)用。手機(jī)制造中廣泛用到的激光加工主要有激光打標(biāo)、激光打孔、激光焊接和切割等，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)板焊接；絕緣墊切割；手機(jī)鍵盤、電池、銘牌打標(biāo)；手機(jī)聽筒、配件打孔、打標(biāo)等功能。圖1所示是手機(jī)制造中可能用到的激光加工技術(shù)。

3.1  手機(jī)激光加工特點(diǎn)

1)手機(jī)零件繁多，需要多種激光加工方式同時(shí)運(yùn)用，包括全固態(tài)激光器、CO2激光器、光纖激光器等；
2)手機(jī)可加工范圍廣，手機(jī)外殼、鍵盤、主機(jī)板、芯片、外設(shè)等部件均適于激光加工；
3)手機(jī)材料來源眾多，包括金屬、塑料、介質(zhì)材料、液晶材料等，需用到不同波長、不同脈寬或是超快激光器；
4)加工精度高、效率高、成本低，激光加工極具優(yōu)勢(shì)。

3.2  激光打標(biāo)

激光打標(biāo)是目前激光加工在手機(jī)制造中的首要應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)酸腐蝕打標(biāo)，激光打標(biāo)無污染，標(biāo)記不易磨損，且成本低、省時(shí)省力。熟知的手機(jī)部件激光打標(biāo)主要有：手機(jī)按鍵、手機(jī)外殼、手機(jī)電池、芯片Logo打標(biāo)、手機(jī)飾品打標(biāo)等等。圖2所示為采用綠光打標(biāo)機(jī)加工的手機(jī)鍵盤圖片。在塑膠、硅膠等材料上用綠光納秒激光打標(biāo)，光斑可聚到更小，精細(xì)度更高。圖2所示為采用方圓激光FY-YLP20激光打標(biāo)機(jī)手機(jī)鍵盤打標(biāo)圖片。

3.3  激光打孔

激光打孔也是激光加工的重要應(yīng)用。激光聚焦光斑可以會(huì)聚到波長量級(jí)，在很小的區(qū)域內(nèi)集中很高的能量，特別適合于加工微細(xì)深孔，最小孔徑只有幾微米，孔深和孔徑比可大于50。激光打孔在手機(jī)應(yīng)用中可用于PCB板打孔、外殼聽筒及天線打孔、耳機(jī)打孔等，具有效率高、成本低、變形小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

3.4  激光焊接

激光焊接工藝廣泛用于手機(jī)電池、手機(jī)外殼和手機(jī)模具制造等方面。激光電極點(diǎn)焊具有焊點(diǎn)小、強(qiáng)度高、位置精確等特點(diǎn)，同時(shí)焊縫強(qiáng)度高，無需焊料，成品率高。圖3所示為采用方圓激光FWT30-A激光焊機(jī)激光密封焊鋰電池圖片。

3.5  手機(jī)部件激光切割

智能手機(jī)所需的小物理尺寸與高性能需要較薄的內(nèi)存晶片（用于先進(jìn)的封裝）以及組成低電介質(zhì)的晶片，以改進(jìn)功耗。這兩種晶片對(duì)傳統(tǒng)模具切割（采用鋸）方式提出了挑戰(zhàn)。特別是，低電介質(zhì)具備高多孔性、柔軟性以及低粘附性，令傳統(tǒng)的鋸切割難以應(yīng)對(duì)。目前，“半切割”的激光劃片已經(jīng)成為用于切割低電介質(zhì)最普遍的方法。此外，激光切割還廣泛用于手機(jī)面板切割，手機(jī)主機(jī)板固定件切割，手機(jī)絕緣墊激光切割，手機(jī)排線的激光切割，不規(guī)則形狀金屬部件切割等等。

3.6  液晶修復(fù)

液晶板制造過程中由于制備工藝缺陷會(huì)出現(xiàn)短路（導(dǎo)線不應(yīng)有的搭橋）和開路現(xiàn)象（導(dǎo)線不應(yīng)有的間隙），需激光修復(fù)；液晶使用中的物理損傷，包括屏幕碰撞、外力壓迫、熱形變、高電壓擊穿等等，引起亮點(diǎn)或局部暗點(diǎn)等損壞，需激光修復(fù)。圖5是液晶屏修復(fù)前和修復(fù)后的照片對(duì)比情況，將短路的30μm的壞點(diǎn)進(jìn)行了修復(fù)。

4  手機(jī)制造中激光加工技術(shù)的發(fā)展前景

手機(jī)制造業(yè)正逐漸引入高端激光加工技術(shù)，通過新型激光加工技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)手機(jī)一些核心部件和整體性能的提升都起到了一定的促進(jìn)作用。手機(jī)制造中的激光加工技術(shù)可能的技術(shù)前景有以下幾點(diǎn)：   

1）紫外激光加工技術(shù)正快速發(fā)展

隨著高功率皮秒激光技術(shù)的成熟，在高端激光加工領(lǐng)域微納加工技術(shù)正逐漸普及；

2） 在高技術(shù)領(lǐng)域、高附加值產(chǎn)品研發(fā)方面，皮秒激光技術(shù)將對(duì)當(dāng)前激光加工產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；手機(jī)制造行業(yè)，預(yù)期皮秒激光加工將會(huì)用于：超薄玻璃的打孔與切割；特殊導(dǎo)電薄膜的去除；硅/碳化硅等特殊材料的微打孔；陶瓷材料加工等；

3）皮秒加工技術(shù)用于精密手機(jī)部件加工已初顯端倪。通過皮秒激光加工可以得到比長脈沖加工更為精細(xì)的加工效果。對(duì)玻璃進(jìn)行納秒激光和皮秒加工，皮秒邊緣沒有熱影響。

國科激光已具有大能量皮秒全固態(tài)激光器批量產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)能力，kHz1064 nm單脈沖能量已達(dá)30 mJ，為國際最高水平。綜合目前皮秒激光加工的研究現(xiàn)狀和成果，總結(jié)皮秒加工的技術(shù)特點(diǎn)主要有：1）皮秒脈沖寬度之短，足以避免能量發(fā)生熱擴(kuò)散并達(dá)到這些消融臨界過程所需要的峰值能量密度。2）10 ps左右的激光脈沖寬度適合于許多加工用途，有助于避免在靶標(biāo)前面的空氣中發(fā)生的等離子效應(yīng)和由此引起的光束變形和散射。3）皮秒激光器穩(wěn)定可靠，而且比飛秒激光器便宜。且加工成本低，符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

以手機(jī)為代表的個(gè)人電子設(shè)備正極大地改變和便利人們的生活，功能化、智能化和靈巧美觀是手機(jī)發(fā)展的方向。傳統(tǒng)激光加工技術(shù)已在手機(jī)制造業(yè)中廣泛應(yīng)用。隨著微電子工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和人們對(duì)手機(jī)個(gè)性化的追求，精細(xì)激光加工技術(shù)將在手機(jī)制造中發(fā)揮越來越重要的作用，以紫外激光加工和皮秒激光加工為代表的新一代精細(xì)加工技術(shù)將在手機(jī)制造業(yè)中得到人們更多關(guān)注�？傊S著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，其在手機(jī)制造行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，同時(shí)也會(huì)推動(dòng)其它微電子制造相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

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