手機(jī)“齊劉?！睍?huì)推動(dòng)激光加工設(shè)備市場(chǎng)繼續(xù)成長(zhǎng)嗎？

作者 / 周萬木 IHS Markit工業(yè)自動(dòng)化組高級(jí)分析師(上海 200122)

周萬木，碩士，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制，新能源汽車，工業(yè)電子等。

全面屏的“齊劉?！爆F(xiàn)象

　　在一般人印象中，決定一款手機(jī)性能的最重要部件是處理器和存儲(chǔ)器，那么處理器和存儲(chǔ)器也應(yīng)該是最貴的手機(jī)部件。但現(xiàn)實(shí)并不是，在這個(gè)顏值即是正義的年代，一切看臉，面板才是手機(jī)最昂貴的部件，在IHS Markit 最新的iPhone X拆機(jī)報(bào)告中，三星AMOLED屏幕和康寧大猩猩玻璃屏加起來成本為110美元，即使在存儲(chǔ)器漲價(jià)后，屏幕依然占iPhone X物料總成本368美元的30%，比蘋果A11芯片、SDRAM、NAND Flash和基帶芯片加起來還要貴。

　　從2017年到現(xiàn)在，手機(jī)比拼的焦點(diǎn)無疑是全面屏和柔性O(shè)LED，屏幕要更瘦，面積要更大。與傳統(tǒng)的5.5英寸16：9顯示屏相比，6英寸18：9顯示屏的面積增加了12.5%，18：9的長(zhǎng)寬比只是一個(gè)開始，19：9、19.5：9，甚至21：9顯示屏?xí)芸斐霈F(xiàn)。為了增加顯示面積， iPhone X率先推出“齊劉海”設(shè)計(jì)，將紅外鏡頭、泛光感應(yīng)元件、距離傳感器、環(huán)境光傳感器、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、點(diǎn)陣投影器和一個(gè) 700 萬像素的攝像頭通通放進(jìn)這個(gè)狹小的“齊劉?！敝?。華為、OPPO、Vivo和Moto等也正在相繼推出自己的“齊劉?！痹O(shè)計(jì)。讓我們來一睹“齊劉?！?軍團(tuán)的合影吧!雖然很多人覺得丑(如圖1)。

屏幕的激光切割工藝

　　不管是把手機(jī)設(shè)計(jì)成圓角或者L形角的窄邊框，還是設(shè)計(jì)成無邊框的圓角、C型角或者U型角，都需要更多的異型切割工藝來實(shí)現(xiàn)。異型玻璃正是制造難點(diǎn)所在。異型顧名思義就是不規(guī)則形狀，在一塊用銳器都劃不出痕跡的高硬度玻璃上，要挖坑、打洞、磨角，還要兼顧半導(dǎo)體能力的疊加……難度可想而知。先來看看這些異型切割的加工方式：

　　第一種是切割輪切割。切割輪利用應(yīng)力使玻璃表面產(chǎn)生裂紋，深度達(dá)到玻璃厚度的10%~20%，然后通過在玻璃的兩側(cè)施加力來分離玻璃。這是一種沒有高溫問題、低成本和成熟的機(jī)械切割方法。但由于保留了切割線，玻璃的精度和利用率(10%~20%以下)較低。很難使用切割輪來切割復(fù)雜的圖案(如U型角和R型角)。

　　第二種是CNC磨削。也是一種物理切削方法，使用高速旋轉(zhuǎn)磨削桿來形成所需的形狀。CNC磨削效率較低，能耗和成本高(需要加工軸，砂輪等)，但它適用于許多不同的形狀(如U型、L型、C型或R型切口)，局限性較少。

　　第三種是激光切割，使用激光將局部加熱到熔點(diǎn)以上，形成非常狹窄的狹縫，熔融玻璃被高壓氣體吹走。激光切割的最大優(yōu)勢(shì)在于處理效率(單層C角只需要5 s，而CNC磨削需要100 s)。另外，激光切割精度可以達(dá)到20 μm， 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和大批量生產(chǎn)，成本低(只是CNC磨削成本的75%)，避免很多生產(chǎn)問題， 提升良率。激光切割的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，需要額外的玻璃分離工藝(超聲波)。但新的生產(chǎn)線越來越多地使用超短脈沖激光器，在冷卻過程中切割玻璃，不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力。另外，激光產(chǎn)生平滑的邊緣，沒有微裂紋，不需要二次加工， 大大降低了玻璃破損的可能性。

　　目前大多數(shù)手機(jī)面板制造商仍然使用CNC磨削和激光切割來進(jìn)行玻璃型材切割，CNC磨削的適應(yīng)性配合激光切割的效率， 精度和質(zhì)量，進(jìn)行復(fù)雜的形狀處理是不錯(cuò)的方案。

　　激光設(shè)備除了用于手機(jī)屏幕的激光切割工藝，還廣泛應(yīng)用在整個(gè)平板顯示制造流程中， 如表1。

　　在此介紹幾種關(guān)鍵工藝：

　　1.準(zhǔn)分子激光退火工藝(ELA): 在LCD和OLED 陣列和背板中使用高功率固態(tài)UV激光器對(duì)硅進(jìn)行操作，將其降溫，使之結(jié)晶成為低溫多晶硅，不僅提高分辨率，同時(shí)能降低能耗，提升穩(wěn)定性。

　　2.激光剝離(LLO)：激光剝離在半導(dǎo)體工業(yè)中比較常見，現(xiàn)在已經(jīng)成為柔性O(shè)LED制造的關(guān)鍵工藝。在涂覆工藝之后，OLED必須從支撐玻璃基板上分離，剝離具有載體玻璃的聚酰亞胺基板。355 nm波長(zhǎng)的UV激光束從后面穿過顯示玻璃上的聚酰亞胺層，在接觸基材的地方加熱，使其失去附著力并剝落。

　　3.藍(lán)寶石切割：藍(lán)寶石是世界第二堅(jiān)硬的材料，耐擦刮，是保護(hù)玻璃和手機(jī)攝像頭模組的理想材料。機(jī)械加工和拋光比較適合小批量，通常用于鐘表行業(yè)的藍(lán)寶石加工，批量一般不超過一千，這種工藝顯然不能滿足手機(jī)和顯示行業(yè)的龐大加工數(shù)量需求， 所以制造商正在使用超短波長(zhǎng)的激光來快速、精確地切割藍(lán)寶石，無需重新加工，而且可以加工階梯式邊緣。

　　4.柔性薄膜電路板和柔性O(shè)LED的切割和鉆孔：使用激光切割柔性電路板，可以獲得精確的所需形狀，從而減少電路板所需的空間， 適應(yīng)智能眼鏡、手環(huán)、手表，甚至是隱形眼鏡的各種形狀需求。多層電路板中有很多導(dǎo)電微孔，越來越多的微孔正在使用紅外皮秒激光器進(jìn)行鉆孔，這種激光器每秒鐘可以打出數(shù)千個(gè)孔，加工精度在10 μm以內(nèi)。

大族激光的股價(jià)表現(xiàn)

　　中國(guó)最大的激光加工設(shè)備廠商——大族激光最近一年強(qiáng)勁的股價(jià)表現(xiàn)如圖2所示。

結(jié)論

　　不管“齊劉海”的手機(jī)是不是會(huì)得到消費(fèi)者青睞，隨著半導(dǎo)體、電子制造、平板顯示等行業(yè)的高速增長(zhǎng)，激光加工設(shè)備的前景繼續(xù)看好。

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第4期第83頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。