神奇的玻璃材料:未来智慧型手机和感应器的创新推动力

2020-07-27  阅读 966 次

神奇的玻璃材料:未来智慧型手机和感应器的创新推动力

在「中国硅谷」深圳举办的一次创新活动上,科技集团 SCHOTT 向人们展示了玻璃对行动装置(如智慧型手机和平板电脑)未来 发展的巨大影响。SCHOTT 不仅在一般零件如显示萤幕保护玻璃领域为今 后的装置设计奠定了基础,同时 SCHOTT 研製的特殊玻璃,由于其材质与硅的物理性质类似,正在改变感应器、晶片和天线的设计理念。

智慧型手机用户每天平均碰触手机的次数超过 2,500 多次。如此高的碰触频率主要是用手指浏览资讯和应用软体的使用,这样一来,用户和手机显示萤幕保护玻璃之间的关係显得格外亲密。较为不明显的是:玻璃对于手机内部零件,如感应器和晶片,具有重要的保护作用。国际科技集团 SCHOTT 现已在中国深圳的一次创新活动上向人们具体呈现「智慧型手机内置玻璃」 的主题专案,此专案会让观众眼前一亮。

高解析度数位相机──运用滤除近红外线的滤光镜片  只为提供最佳效果

现代高阶智慧型手机如今可以实现千万或千万以上画素的数位摄影。大多数人都知道图像品质不仅仅取决于画素的大小。除了所谓的 CMOS 感测器以外,置于相机前端的滤光镜片对摄影的真色度和现实成像度会产生重要影响。优质滤光镜片由高强度超薄玻璃製成,可保护相机模组免受刮痕的困扰。

滤光镜片所起的重要作用:它是一种吸收式的近红外线滤除的滤光镜片(NIR 滤除滤光镜片)。这种滤光镜片可以在複杂光线和极其恶劣的摄影条件下展现其性能作用。SCHOTT 的吸收式近红外线滤除滤光镜片是高科技相机模组和智慧型手机相机中的一个零件,较其他材料优势明显。如干涉滤光镜片,其过滤近红外线光谱的性能较差,通常是配备在低画素相机上。SCHOTT 可以提供各种不同种类的玻璃产品,可以用于低阶至高阶相机上的近 红外线滤除的滤光镜片的应用。就高阶近红外线滤除的滤光镜片而言,很大程度上来说, SCHOTT 是该产品的主要供应商之一。「无论人们拍摄高像素的相片使用的是高阶智慧型 手机或是数位单眼相机,可以肯定都是透过红外线滤除滤光镜片而成的,」SCHOTT 先进光学部门欧洲区销售总监 Andreas Haedrich 这样表示。「通常来说,你可以假设所有具备 500 万以上画素的数位相机均使用吸收式的近红外线滤除滤光镜片。由于智慧型手机双镜头、望远及广角镜头搭配结合的趋势,市场对公司产品的需求量在过去几个月成长了一倍」, 他接着说道。 「这种积极的开发策略促使 SCHOTT 集团追求更高的开发成果。换言之, SCHOTT 目前正在努力将近红外线滤除的滤光镜片做得更薄以适应智慧型手机更轻盈的设计趋势。」

超薄玻璃──专门用于曲面设计和未来感应器神奇的玻璃材料:未来智慧型手机和感应器的创新推动力

SCHOTT AS 87 eco 超薄玻璃。

SCHOTT 集团多年来一直致力于提升其超薄玻璃的开发。透过工业製造方法使玻璃的厚度 降至 30 微米,超薄玻璃可应用的领域甚至超乎人们想像。比人的头髮丝还薄的玻璃为其在电子领域提供了广阔的应用可能。

超薄玻璃可以被设计成显示萤幕保护玻璃、指纹感应器的外盖或是相机晶片或镜头的外盖, 这主要是根据其特殊材料的性质,将其投入到电子零件中使用。当然,未来还会有更多应 用的可能性。由于超薄玻璃的灵活性,已经可以将其应用到未来曲面设备的设计之中。

SCHOTT AS 87 eco 是一种特殊玻璃,同这类应用相得益彰。该产品是由 SCHOTT 集团位于德国和亚洲的两个部门国际性合作研製的产品,并透过环保方式在德国生产而成。这种玻璃提供超薄及可即刻使用的厚度範围,极端坚固及弹性,具备独特的物理性能。例如,其具备卓越的光学和物理穿透特性,这些特性对于指纹感应器来说都是重要的参考因素。此外,独特的生产製程免去了使用有害酸液进行减薄的步骤。SCHOTT AS 87 eco 应用领域极其广泛,它还可以用做曲面显示萤幕的保护玻璃使用。

此超薄玻璃是运用「下拉法」直接从融炉拉製成所需的厚度。这是一种製造超薄膜镜片的技术, SCHOTT 集团是世界上唯一精通此技术的公司。同时,也是推动超薄玻璃用于未来晶片和感应器进入奈米层次的先驱。

与硅类似特性的特殊玻璃──用于感应器和 5G 天线等产品

同 SCHOTT AS 87 eco 一样,SCHOTT MEMpax 也是运用下拉法,从融炉直接拉製而成。这种製程可以让客户在火抛表面节约成本,甚至是在低于 500 微米的厚度。MEMpax 的特别之处在于此硼硅酸玻璃的线性热膨胀係数及其火抛表面与硅的特性类似。而且,这种玻璃非常适合做阳极接合。它可以同硅相结合,而硅这个化学元素经过特殊加工,是半导体行业中电脑晶片、处理器和感应器的基础。

MEMpax 如今已经被用在了汽车行业的感应器当中,用于测量胎压和油压。这里需要指出的是,这种玻璃通过压力、加热和拉力将其同硅相结合,进而可以为构成微机电系统部件提供可靠的测量结果(同样被称为「MEMS」或是微机电系统)。

玻璃可以做为大规模 MIMO 系统(5G)和雷达应用程式的基材

此同质材料不仅适合做为未来感应器中昂贵高分子的理想替代品,同时,还可以做为高频应用整合的基材。这个意思指的是将尽可能多的电路元件与天线在一个很小的空间里集中组装在一个最佳开发的零件内,同时确保其拥有更优质的性能。这对于多输入 / 多输出无线 电系统而言很有挑战趣味,这也是就所谓的「大规模 MIMO」,它可以做为第五代电信网路(LTE 的接替产品「5G」)的基础。

在大规模 MIMO 的概念中,很多天线被结合置于一个狭小的空间内。与之相反的是:「仅有」少数传送和接收天线负责 LTE 网路或快速 Wi-Fi 标準 802.11ac 的传送工作。增加的天线数量不仅用于提升传送速度,也为了保证在限定的空间範围内同尽可能多的用户保持稳定的连接性。在很多接收方同处一个狭小空间的情况下,这种方法很有优势,比如在足球馆或密度很高的城市中心。目标性更强的传送还可以有效降低能源的耗费。

「不论某个公司是一家在汽车领域从事基于雷达的远距离测量装置的製造商,还是一家将许多手机无线电天线结合的可靠基材製造商,SCHOTT 集团的超薄专用玻璃都可以满足其各 种设计需求、高标準的製造精度和卓越的高频性能,」SCHOTT 集团材料开发部门的 Martin Letz 这样表示。「另外,玻璃比聚四氟乙烯 Teflon 具有更为明显的金属複合性,比如在用于高频系统的标準材料时。同时,玻璃较塑胶而言,还具有更高的抗拉刚度和良好的介电性能,」他最后总结。

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