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0431-81702023
光学博览
玻璃切割难点何在?超快激光+光束整形完美解决!

智能手机的出现大大改变了人们的生活方式,而人们生活水平不断提高也对智能手机提出了更高要求:除了系统、硬件等功能配置不断升级外,手机外观也成为各手机厂商角力的重点。在外观材料的革新过程中,玻璃材料凭借造型多变、抗冲击性好、成本可控等诸多优点而受到厂家欢迎,并在手机上获得越来越广泛的应用,包括手机前盖板、后盖板、摄像头盖板、滤光片、指纹识别片、三棱镜等。

尽管玻璃材料有着诸多优点,但其易碎的特点为加工过程带来不少难题,如容易出现裂纹、边缘毛糙等。此外,听筒、前置摄像头、指纹片等位置的异型切割也对加工工艺提出了更高要求。如何解决玻璃材料的加工难题、提升产品良率,成为业内共同的目标,推动玻璃切割技术的创新迫在眉睫。

玻璃切割工艺对比

传统的玻璃切割工艺包括刀轮切割和CNC研磨切割。刀轮切割的玻璃崩边大、边缘粗糙,对玻璃的强度会大幅影响。而且刀轮切割的玻璃良率较低,材料利用率较低,切割完后还需进行复杂工序的后处理。刀轮进行异型切割时速度及精度会大幅下降,有些异型全面屏因转角太小,根本无法用刀轮切割。CNC较刀轮的精度高,精度≤30μm,崩边比刀轮小,约40μm,缺点是速度慢。

随着激光技术的发展,玻璃切割中也出现了激光的身影。激光切割的速度快,精度高,切口没有毛刺而且不受形状限制,崩边一般小于80μm。

传统激光切割玻璃为消融机理,利用聚焦后的高能量密度的激光将玻璃融化甚至气化,高压的辅助气体则将残余的熔渣吹除。由于玻璃易碎,高重叠率的光斑会累积过度的热在玻璃上,使玻璃龟裂,因此激光无法使用高重叠率的光斑进行一次切割,通常使用振镜进行高速扫描,将玻璃一层一层去除,一般的切割速度小于1mm/s。

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各类加工工艺对比

图片来源:OFweek激光网

近年来超快激光(或称超短脉冲激光)取得了飞速发展,尤其是在玻璃切割的应用上取得了非常优异的表现。英诺激光便开发出专为脆性材料加工的定制化模组,搭配英诺激光的超快激光器,能将脆性材料切得更好、更快,使成本更进一步下降。

定制激光模组(脆性材料切割模组)

图片来源:英诺激光

超快激光加工原理

众所周知,超快激光器是指输出激光的脉冲宽度在皮秒(10-12秒)级别、或小于皮秒级别的脉冲激光器,具备极高的峰值功率。

对玻璃等透明材料而言,当超高峰值功率的激光被聚焦在透明材料内部时,材料内部由光传播造成的非线性极化改变了光的传播特性,使光束出现自聚焦现象(波前聚焦)。由于超快激光的峰值功率极高,使脉冲在玻璃内不断重复聚焦,在不发散的状态下一路向下传输到材料内部,直至激光的能量不足以继续支持发生自聚焦现象。至此,激光传输过的地方留下了如同丝线般的轨迹(直径只有数个微米),将这些丝线连起来,对其施加应力,玻璃便会自行沿着丝线裂开。

这是玻璃被激光改性过的结果,改性后的玻璃与原本的性质不同。而这样的加工方式也确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,从而做到了加工的“超精细”。

此外,非接触式加工也可避免传统机加方式切割容易发生崩边、裂纹等问题,具有精度高、不产生微裂纹、破碎或碎片问题、边缘抗破裂性高、无需冲洗、打磨、抛光等二次制造成本等优点,降低成本的同时大幅提高了工件良率及加工效率。

超快激光加工玻璃的难点

英诺激光的脆性材料切割模组便是利用超快激光在材料内部的自聚焦现象进行切割、钻孔,但应用超快激光进行自聚集也存在一定难点。例如,使用高斯光束自聚焦成丝,至多只有一两百微米的长度,而且成丝的强度、粗细不均匀,呈一端粗一端细。这便无法确保激光作用于材料时成丝的稳定性。

英诺激光通过光束整形解决了这一难点。一方面,英诺激光自主开发的脆性材料切割模组通过空间分布的光束整形,将原本聚焦为一点的高斯光束变成沿轴线的线型聚焦光束,在很长的一个范围内都有不错的聚焦效果。而AOPICO皮秒系列(红外激光器)则通过特殊的运行模式,将脉冲在时间上进行光束整形。两种光束整形的共同作用,实现了自聚焦的效果极大化。

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AOPICO皮秒系列(红外皮秒激光器)

图片来源:英诺激光

整形后的成丝长度可达5mm以内,且粗细均匀,适合玻璃切割、钻孔。由于成丝长度长,可完全覆盖手机用的薄玻璃厚度,只需一次扫描即可完成整个切割轮廓的改性。视不同曲线而定,激光切割的速度可从数十毫米每秒到一米每秒,切割速度是传统激光消融的数十倍以上。

加工案例展示

英诺激光脆性材料切割模组搭配英诺激光的皮秒激光器,可以进行几乎无锥度的切割及钻孔,而且可以进行任意形状的切割,满足异型全面屏的各种加工需求。可加工的玻璃种类也更多,过去被认为无法加工的强化玻璃也可以加工。部分加工案例如下(以下图片均由英诺激光提供):

摄像头盖板玻璃  T0.55 mm

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康宁玻璃  T3 mm

雾面玻璃  T2 mm

蓝宝石  T0.3 mm

全面屏TFT玻璃  T0.25 mm(双层)