1  簡介

激光技術是現代物理學發展史上的重大成就，其在軍事國防、工業生產、科學研究、醫療衛生等領域的巨大應用早已為人們共知。在工業應用方面，激光加工是激光技術應用的首要領域，也是當前各國先進制造業優先發展的方向之一。由于激光具有功率密度高、方向性好、清潔、高效、環保等突出特點，激光加工技術取代傳統加工技術的趨勢日益加快，尤其隨著微電子行業向納米尺度發展，激光加工技術在微電子領域內的運用更是優勢明顯。

作為現代微電子行業的一個代表性成果，手機制造業不僅體現了光電子行業的最新技術成果，同時也集成了機械、美學、工業設計等多學科的特點，在手機各組件的制造過程中，激光加工技術隨處可見，例如手機外殼切割、主機板制造、鍵盤芯片標記及聽筒、耳機、飾件的雕刻與打孔等等。目前，手機制造技術正向個性化、智能化方向發展，在關鍵元件制備中，激光加工可以保證加工工藝對高分辨率、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的發展，基于這些激光器的激光加工技術更促進了智能手機制造技術的發展。

相比于傳統加工方法，激光加工具有許多顯而易見的優點。如：1）適應性強，加工的對象范圍廣，除金屬、非金屬材料外，還可進行透明材料的加工； 2）加工精度高，可聚焦到微米級的光斑； 3）非接觸加工，無工具磨損， 熱影響區小，變形小；4）自動化程度高，與機器人、數字控制等先進技術相結合，可實現自動化加工；5）整機緊湊、設計靈活；6）維護方便，運行成本低。目前，激光加工已廣泛用于激光打標、激光打孔、激光切割與焊接、材料表面改性、激光快速成型、激光復合加工等方面。手機制造中的激光加工技術集中體現了激光加工的諸多技術特點，本文綜述了手機制造中一些用到的激光加工技術，介紹了具體運用激光加工的特點和要求，并對將來智能手機制造中的激光加工技術進行了展望。

2  激光加工的物理基礎

激光加工是一種高能束加工方法，它利用激光高強度、高亮度的特性，通過一系列的光學系統聚焦成平行度很高的微細光束（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，使材料在極短的時間內（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至汽化，以達到加熱和去除材料的目的。其物理基礎主要是激光與材料的相互作用，具體表現在：

1）激光作用到被加工材料上，光波的電磁能先轉換為電子激發能，然后再轉化為熱能、化學能和機械能等；
2）加工過程中，材料被加工區域將發生各種變化，表現為材料升溫、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、作用時間、激光波長、材料對激光的吸收率、材料的密度、熔點、相變溫度、熱導率等有關。表0給出了影響激光加工效果的主要參數。
 

3  激光加工在手機制造中的應用

當前手機制造水平是先進制造業的典型代表，各個部件均有最新行業技術的體現，如：微芯片——電子技術；手機材料——美觀、耐磨、耐熱、防爆等等，納米技術的運用；手機部件加工——激光加工的廣泛運用。手機制造中廣泛用到的激光加工主要有激光打標、激光打孔、激光焊接和切割等，可以實現主機板焊接；絕緣墊切割；手機鍵盤、電池、銘牌打標；手機聽筒、配件打孔、打標等功能。圖1所示是手機制造中可能用到的激光加工技術。

3.1  手機激光加工特點

1)手機零件繁多，需要多種激光加工方式同時運用，包括全固態激光器、CO2激光器、光纖激光器等；
2)手機可加工范圍廣，手機外殼、鍵盤、主機板、芯片、外設等部件均適于激光加工；
3)手機材料來源眾多，包括金屬、塑料、介質材料、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，激光加工極具優勢。

3.2  激光打標

激光打標是目前激光加工在手機制造中的首要應用，相比于傳統酸腐蝕打標，激光打標無污染，標記不易磨損，且成本低、省時省力。熟知的手機部件激光打標主要有：手機按鍵、手機外殼、手機電池、芯片Logo打標、手機飾品打標等等。圖2所示為采用綠光打標機加工的手機鍵盤圖片。在塑膠、硅膠等材料上用綠光納秒激光打標，光斑可聚到更小，精細度更高。圖2所示為采用方圓激光FY-YLP20激光打標機手機鍵盤打標圖片。

3.3  激光打孔

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

3.4  激光焊接

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

3.5  手機部件激光切割

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

3.6  液晶修復

液晶板制造過程中由于制備工藝缺陷會出現短路（導線不應有的搭橋）和開路現象（導線不應有的間隙），需激光修復；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，引起亮點或局部暗點等損壞，需激光修復。圖5是液晶屏修復前和修復后的照片對比情況，將短路的30μm的壞點進行了修復。

4  手機制造中激光加工技術的發展前景

手機制造業正逐漸引入高端激光加工技術，通過新型激光加工技術的運用，對手機一些核心部件和整體性能的提升都起到了一定的促進作用。手機制造中的激光加工技術可能的技術前景有以下幾點：   

1）紫外激光加工技術正快速發展

隨著高功率皮秒激光技術的成熟，在高端激光加工領域微納加工技術正逐漸普及；

2） 在高技術領域、高附加值產品研發方面，皮秒激光技術將對當前激光加工產生深遠影響；手機制造行業，預期皮秒激光加工將會用于：超薄玻璃的打孔與切割；特殊導電薄膜的去除；硅/碳化硅等特殊材料的微打孔；陶瓷材料加工等；

3）皮秒加工技術用于精密手機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的加工效果。對玻璃進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激光器批量產品的開發設計能力，kHz1064 nm單脈沖能量已達30 mJ，為國際最高水平。綜合目前皮秒激光加工的研究現狀和成果，總結皮秒加工的技術特點主要有：1）皮秒脈沖寬度之短，足以避免能量發生熱擴散并達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，有助于避免在靶標前面的空氣中發生的等離子效應和由此引起的光束變形和散射。3）皮秒激光器穩定可靠，而且比飛秒激光器便宜。且加工成本低，符合工業應用標準。

5 總結

以手機為代表的個人電子設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發展的方向。傳統激光加工技術已在手機制造業中廣泛應用。隨著微電子工業的技術進步和人們對手機個性化的追求，精細激光加工技術將在手機制造中發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加工技術將在手機制造業中得到人們更多關注。總之，隨著激光技術的不斷發展，其在手機制造行業中的應用會越來越廣泛，同時也會推動其它微電子制造相關行業的發展。

方圓激光m.www-469300.com 2014-1225