Apple stellt Laserschneidtechniken für die Bearbeitung von Saphir vor

Sep 13, 2023

Anfang Februar erfuhren wir, dass Apples neue Saphir-Produktionsausrüstung in ihrem neuen Werk in Arizona zur Verarbeitung von Saphirmaterialien eintrifft. Tage später erfuhren wir, dass Apples Werk in Arizona synthetischen Saphir mit der doppelten Kapazität der derzeit weltweiten Kapazität herstellen könnte. Und Ende dieses Monats erklärte Apples CEO Tim Cook, dass die neue Saphirfabrik nicht für die Herstellung von iPhone-Displayhüllen, sondern vielmehr für ein geheimes Projekt reserviert sei. Heute erfahren wir mehr über die Saphirverarbeitungsmethoden und -systeme von Apple durch zwei neue Patentanmeldungen, die vom US-Patentamt veröffentlicht wurden. Das Patent umfasst spezielle Laserschneidtechniken und Spezialöfen. Und während das Werk in Arizona möglicherweise nicht für die Herstellung von iPhone-Displayabdeckungen aus Saphirglas genutzt wird, wird dies bei einem anderen Werk der Fall sein, da das Patent den Prozess im Zusammenhang mit dem iPhone deutlich veranschaulicht, wie in unserer Covergrafik zu sehen ist.

Apples Patenthintergrund

Korund ist eine kristalline Form von Aluminiumoxid und kommt in verschiedenen Farben vor, die im Allgemeinen alle als Saphir bezeichnet werden, mit Ausnahme von rotem Korund, der allgemein als Rubin bekannt ist, und rosa-orangefarbenem Korund, der als Padparadscha bekannt ist.

Transparente Formen von Korund gelten als Edelsteine ​​oder Edelsteine. Im Allgemeinen ist Korund außerordentlich hart, wobei reiner Korund eine Mohshärte von 9,0 hat und daher in der Lage ist, fast alle anderen Mineralien zu zerkratzen. Für die vorliegenden Zwecke können die Begriffe „Korund“ und „Saphir“ austauschbar verwendet werden, um sich allgemein auf die kristalline Form von Aluminiumoxid zu beziehen.

Es versteht sich, dass Korund aufgrund bestimmter Eigenschaften, unter anderem seiner Härte und transparenten Eigenschaften, für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen nützlich sein kann.

Dieselben Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen von Vorteil sind, erhöhen jedoch häufig sowohl die Kosten als auch die Schwierigkeit bei der Verarbeitung und Vorbereitung des Saphirs für diese Anwendungen. Abgesehen von den Kosten, die damit verbunden sind, dass es sich um einen Edelstein handelt, sind die Kosten für die Aufbereitung des Korunds für bestimmte Verwendungszwecke oft unerschwinglich.

Beispielsweise macht die Härte des Saphirs das Schneiden und Polieren des Materials bei herkömmlichen Verarbeitungstechniken schwierig und zeitaufwändig. Darüber hinaus unterliegen herkömmliche Bearbeitungswerkzeuge wie Fräser bei der Bearbeitung von Korund einem relativ schnellen Verschleiß.

Apple erfindet Laserschneidtechniken und andere Prozesse im Zusammenhang mit Saphir

Apple erfindet Systeme und Methoden zum Schneiden polierter Hartmaterialien und insbesondere Systeme und Methoden zum Schneiden von poliertem Korund (Saphir).

In der Patentanmeldung von Apple werden Methoden zur effizienten Verarbeitung von Saphir erörtert, von denen erwartet wird, dass sie sowohl die Herstellung von Korund für Anwendungen beschleunigen als auch die Verwendung von Korund kostengünstiger machen.

Insbesondere kann eine Ausführungsform die Form eines Verfahrens zum Schneiden eines harten transparenten Materials mit einer polierten Oberfläche annehmen. Das Verfahren umfasst das Aufrauen eines Teils der polierten Oberfläche und das Richten eines Laserstrahls auf den aufgerauten Teil der Oberfläche, um ihn zu schmelzen und dadurch das harte Material zu durchschneiden.

Eine weitere Ausführungsform kann eine Anlage zur Bearbeitung von Korund sein, die eine Aufrauvorrichtung und einen Laser umfasst. Die Aufrauvorrichtung nimmt zunächst ein Korundelement auf und raut eine polierte Oberfläche des Korundelements auf. Der Laser schneidet dann durch das Korundelement, indem er den Laser auf die aufgerauten Teile der polierten Oberfläche richtet.

Noch eine weitere Ausführungsform kann die Form eines Verfahrens zum Schneiden von poliertem Korund annehmen, das einen Oberflächenvorbereitungsschritt und einen Schneidschritt umfasst. Im Schritt der Oberflächenvorbereitung wird ein polierter Teil der Oberfläche des Korunds durch Einkopplung von Laserenergie für das anschließende Schneiden vorbereitet. Im Schneidschritt wird ein Laser auf den vorbereiteten Teil der polierten Oberfläche des Korunds gerichtet.

Ein Laserprozess

Apples Patent ABB. Die unten erwähnte 3C veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der der Laser Nr. 123 zum Aufrauen der Oberfläche des Saphirs verwendet wird. Wie in FIG. dargestellt. Wie in 3C gezeigt, kann sich der Laser relativ zum Saphirelement bewegen, um ein Schnittmuster Nr. 124 auf der Oberfläche des Saphirs zu erzeugen. Die Bewegung und Positionierung des Lasers kann präzise gesteuert werden, um das Muster (gestrichelte Linie) eines gewünschten Saphirelements zu erzeugen, bei dem es sich um eine Displayabdeckung handelt, wie weiter unten erwähnt.

Bei einer Aufrautechnik wird die polierte Oberfläche #120 chemisch geätzt. Zunächst kann eine Maske bereitgestellt werden, um Teile der polierten Oberfläche abzudecken, die nicht aufgeraut werden sollen, und ein nicht maskierter Teil der polierten Oberfläche nimmt im Allgemeinen die Form der gewünschten Form des Saphirelements an. Auf die Oberfläche wird ein Ätzmittel aufgetragen (oder die Oberfläche wird dem Ätzmittel ausgesetzt), um die nicht maskierten Teile der polierten Oberfläche aufzurauen. Es kann ein Reinigungsschritt implementiert werden, um das Ätzmittel vor oder nach dem Entfernen der Maske zu entfernen oder zu neutralisieren.

Ein Schneidvorgang

Kommen wir nun zu Apples Patent ABB. In der unten aufgeführten 5 ist ein Schneidschritt dargestellt. Im Schneidschritt wird ein Laser Nr. 130, wie zMikrosekunden-Faserlaser , wird auf die aufgeraute Stelle Nr. 121 fokussiert, um das Saphirband Nr. 120 per Laser zu schneiden. Der Laser kann andere Pulslängen, Frequenzen, Pulsenergien und variierende durchschnittliche Leistungspegel implementieren als der Laser Nr. 123 von FIG. 3C des Aufrauschritts.

Zusätzlich kann der Laser auf die aufgeraute Stelle auf der Oberfläche oder auf einen Punkt unterhalb der aufgerauten Stelle fokussiert werden. Das heißt, der Laser kann auf einen Punkt in der Mitte des Saphirelements oder in der Nähe einer Rückseite des Saphirelements fokussiert werden, anstatt auf die aufgeraute Oberfläche.

In einem Fall kann der Laser beim Einkoppeln und Erhitzen des Saphirs zum Schmelzen des Saphirs führen. Sobald der Laser eingekoppelt ist und mit dem Schmelzen des Saphirs begonnen hat, kann er sich von der Position der aufgerauten Stelle entfernen und den Saphir weiter schmelzen. In einem zweiten Fall kann der Laser einen Materialabtrag durch einen Ablationsprozess bewirken, bei dem Saphirschichten über mehrere Schneiddurchgänge abgetragen werden.

Apple weist außerdem darauf hin, dass unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoffgas oder ein anderes geeignetes Gas Nr. 132 auf den geschmolzenen Saphir gerichtet wird, um ihn zu entfernen, wodurch ein Schnitt Nr. 126 durch das Saphirband entsteht.

Apples Patent ABB. 8 veranschaulicht ein beispielhaftes elektronisches Gerät, ein iPhone, in dem das Saphirelement Nr. 136 implementiert sein kann. Es handelt sich lediglich um ein iPhone mit einem randlosen, randlosen Displaydesign.

In Apples Patent ABB. In Abb. 9 sehen wir eine Abbildung eines Saphirwafers Nr. 160, aus dem viele Saphirelemente geschnitten werden können. Im Allgemeinen kann der Saphirwafer aus einer gewachsenen Saphirkugel geschnitten werden.

Eine oder beide Seiten des Wafers können vor dem Ausschneiden der Saphirelemente Nr. 164 poliert werden. Insbesondere kann eine Oberseite Nr. 162 der Saphirkugel poliert werden. Somit kann jedes der Saphirelemente beim Ausschneiden aus dem Wafer mindestens eine polierte Seite aufweisen. Das Ausschneiden der Saphirelemente aus dem Wafer kann durch einen Aufrauungsschritt gefolgt von einem Laserschneid-/Schmelzschritt erfolgen, wie oben erläutert.

Apples Sapphire Growth & Processing System

Und schließlich in Apples Patent FIG. In der oben erwähnten 10 können wir ein Beispiel für ein Saphirwachstums- und -verarbeitungssystem Nr. 170 sehen, das einen Saphirwachstumsofen Nr. 172 umfasst, der jede geeignete Form annehmen kann, beispielsweise einen EFG-Ofen.

Darüber hinaus kann das System Vorverarbeitungsgeräte wie Slicer und Polierer Nr. 174 umfassen. Zusätzlich kann ein Glühofen bereitgestellt werden, um etwaige Defekte im Saphirkristall aus der Wachstumsphase zu beheben.

Das System umfasst ein Schneidsystem Nr. 176, das einen Aufrauer Nr. 178 und einen Laserschneider Nr. 180 umfasst. Wie oben besprochen, kann der Laserschneider so konfigurierbar sein, dass sein Leistungsniveau und/oder sein Brennpunkt so angepasst werden können, dass er zwei Zwecken als Aufrauer und Fräser dienen kann.

Das System kann außerdem Geräte für einen oder mehrere Nachbearbeitungsschritte wie Schleifen und Polieren umfassen. Nach dem Schneiden der Saphirelemente kann auch ein Glühofen bereitgestellt werden, um etwaige Fehler zu beheben, die durch das Schneiden und/oder andere Bearbeitungsschritte entstanden sind.

Apple weist darauf hin, dass davon ausgegangen wird, dass das System Effizienzsteigerungen erzielt, basierend auf den Geräten und Prozessen, die bei der Herstellung eines Sapphire-Elements für den Einsatz in elektronischen Geräten durchgeführt werden. Insbesondere das Laserschneiden des Saphirs dürfte auf lange Sicht Kosten sparen, da der Saphir nicht wie ein mechanischer Fräser verschleißt. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit, mit der der Laserschneider arbeiten kann, zu einer höheren Produktion führen. Darüber hinaus können die hier beschriebenen Prozesse und Systeme gut skalierbar und konfigurierbar sein, um weitere Effizienzsteigerungen zu erzielen. Insbesondere können beispielsweise ein oder mehrere Aufrauer einen einzelnen Laserschneider versorgen, oder ein einzelner Aufrauer kann mehrere Laserschneider versorgen.

Patentnachweise

Apple nennt Anthony Richter, Dale Memering und Vincent Yan die Erfinder der Patentanmeldung 20140076299, die ursprünglich im dritten Quartal 2012 eingereicht wurde.

Zweite Erfindung: Wärmetauscher in der Saphirverarbeitung

Ein zweites Patent im Zusammenhang mit der Saphirverarbeitung wurde heute unter der Patentanmeldungsnummer 20140080081 aufgetaucht und nennt die Erfinder Christopher Prest und Dale Memering.

In der Patentzusammenfassung von Apple heißt es, dass es bei ihrer Erfindung um „Systeme und Methoden zur effizienten Erwärmung während der Korundproduktion“ geht. Eine Ausführungsform besteht aus einem System zur Verarbeitung von Korund, das einen ersten Ofen und einen zweiten Ofen umfasst. Der erste und der zweite Ofen sind nacheinander angeordnet und Die Wärme des ersten Ofens wird anschließend zum Beheizen des zweiten Ofens verwendet.

Apples Patent ABB. 1 zeigt unten einen Kyropoulos-Prozess für das Saphirwachstum; FEIGE. 3 veranschaulicht einen VHGF-Prozess für das Saphirwachstum; und Patent FIG. 4B zeigt ein alternatives System zur Wärmerückgewinnung bei der Saphirverarbeitung, indem die Wärme direkt zwischen zwei Öfen nach Aufheizphasen für die Öfen geleitet wird, wobei ein einzelner Wachstumsofen Wärme an zwei Glühöfen liefert.

Klicken Sie hier, um weitere Details zu Apples zweitem Saphir-Patent zu erfahren.

Ein Hinweis für Tech-Sites, die unseren Bericht abdecken: Wir bitten technische Websites, die über unseren Bericht berichten, die Verwendung unserer Grafiken auf ein Bild zu beschränken. Vielen Dank im Voraus für Ihre Mitarbeit.

Patently Apple präsentiert eine detaillierte Zusammenfassung der Patentanmeldungen mit zugehörigen Grafiken für journalistische Nachrichtenzwecke, da jede dieser Patentanmeldungen vom US-Patent- und Handelsamt veröffentlicht wird. Leser werden darauf hingewiesen, dass der vollständige Text jeder Patentanmeldung vollständig gelesen werden sollte, um vollständige und genaue Details zu erhalten. Enthüllungen in Patentanmeldungen sollten nicht als Gerücht interpretiert oder im Schnellverfahren gemäß Gerüchteplänen behandelt werden.Über das Abgeben von Kommentaren auf unserer Website:Offensichtlich behält sich Apple das Recht vor, Kommentare zu veröffentlichen, abzulehnen oder zu bearbeiten.

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Gepostet von Jack Purcher am 20. März 2014 um 06:50 Uhr in 1A. Patentanmeldungen | Permalink | Kommentare (0)