用皮秒脈沖激光器進(jìn)行精密玻璃加工

        幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，玻璃的加工工藝主要有機(jī)械法劃片和斷裂、磨削和切割。盡管微電子技術(shù)逐步發(fā)展，但這些古老的技術(shù)仍然在玻璃加工技術(shù)中占主導(dǎo)地位。隨著高功率激光器在20 世紀(jì)60年代出現(xiàn)，玻璃切割很快就成為它的一個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)。盡管開(kāi)發(fā)出許多創(chuàng)新的技術(shù)，但激光系統(tǒng)相對(duì)較高的復(fù)雜性和成本拖慢了它在該市場(chǎng)工業(yè)化的腳步。本世紀(jì)初，化學(xué)強(qiáng)化玻璃的普及給傳統(tǒng)切割技術(shù)帶來(lái)了更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，從而使得激光加入到更公平的競(jìng)爭(zhēng)中來(lái)。結(jié)果顯而易見(jiàn)：和玻璃深加工相關(guān)的新型激光器和激光技術(shù)呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展。有些技術(shù)例如ESI的Diamond Blaze技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非?？焖俚木€(xiàn)切割，并且質(zhì)量非常高。然而，在如今的微電子市場(chǎng)，弧形轉(zhuǎn)角、內(nèi)弧形的“Home”按鈕、揚(yáng)聲器孔等部件需要的是不同的技術(shù)。例如， Eolite公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)專(zhuān)有工藝可以實(shí)現(xiàn)高化學(xué)強(qiáng)化玻璃的內(nèi)弧形和外弧形的線(xiàn)切割，良品率很高?？諝鈬娚涞膲毫蛘呱踔林粦{重力就可以移除被切除的部位，并且切割邊緣的質(zhì)量非常高，能減少或去掉后處理的步驟。
化學(xué)強(qiáng)化玻璃：結(jié)構(gòu)

 

 
       化學(xué)強(qiáng)化玻璃起源于20世紀(jì)6 0 年代，由康寧（Corning）開(kāi)發(fā)，命名為“Chemcor”，可以應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天和制藥行業(yè)，但是顯然并未成為業(yè)內(nèi)的主流。不過(guò)，在本世紀(jì)初，該項(xiàng)技術(shù)煥發(fā)了新的活力，改進(jìn)產(chǎn)品被命名為“大猩猩玻璃”（Gorilla Glass），并迅速成為用于智能手機(jī)和平板電腦面板的主流材質(zhì)。截止到2013年5月底，估計(jì)超過(guò)15億臺(tái)售出的設(shè)備使用了大猩猩玻璃。
生產(chǎn)大猩猩玻璃的工藝仍然利用了生產(chǎn)Chemcor 玻璃的基礎(chǔ)原理。將鈉玻璃浸入堿性溶液，使得玻璃中的鈉離子與溶液中的鉀離子交換。正如圖1所示， 因?yàn)殁涬x子大于鈉離子，使得玻璃表面具有更大的殘余壓應(yīng)力。該壓應(yīng)力反過(guò)來(lái)又可以阻止裂紋的產(chǎn)生，從而限制了任何裂紋末端的應(yīng)力，可以減少瑕疵的誘發(fā)和蔓延。最終使得該玻璃的抗損壞性比未強(qiáng)化的玻璃高出很多倍，可以耐受智能手機(jī)日常使用中遇到的應(yīng)力和應(yīng)變。
這種表面壓應(yīng)力可以顯著提高玻璃的力學(xué)性能，但是強(qiáng)化玻璃的強(qiáng)度也會(huì)呈下降趨勢(shì)，上海激光打標(biāo)擁有這種技術(shù)，這樣的話(huà)如果采用傳統(tǒng)的劃片和鋸切工藝會(huì)帶來(lái)更多問(wèn)題。不夸張地說(shuō)，通過(guò)傳統(tǒng)的方法來(lái)切割最高強(qiáng)度的玻璃是不可能實(shí)現(xiàn)的。雖然化學(xué)強(qiáng)化讓玻璃變得結(jié)實(shí)，但是也讓它難以用機(jī)械法切割。首先，為了切開(kāi)一種材料，劃痕會(huì)非常深，作用力也必須非常高。同時(shí)，一旦劃痕深入到中間的拉應(yīng)力區(qū)域，拉應(yīng)力作用于裂紋尖端，使得裂紋迅速自發(fā)地在中心的拉應(yīng)力層進(jìn)行無(wú)序擴(kuò)展。由此在中心層產(chǎn)生的不可控和不規(guī)則的裂紋擴(kuò)展通常會(huì)破壞整個(gè)部件。所以需要一種新的切割方法。

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