神奇的玻璃材料:未来智能手机和传感器的创新推动

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在“中国硅谷”深圳举办的一次创新活动上,全球领先的科技集团肖特(SCHOTT)向人们展示了玻璃对移动设备(如智能手机和平板电脑)未来发展的巨大影响。肖特不仅在一般部件如显示屏保护玻璃领域为今后的移动设备设计奠定了基础,同时肖特研制的特种玻璃与半导体材料有着良好的物理兼容性,它正在改变传感器、芯片和天线的设计理念。

智能手机用户每天平均点击手机的次数超过2500 余次。如此高的点击频率主要在于信息浏览和应用软件的使用。这样一来,用户和手机显示屏保护玻璃之间的关系就显得格外“亲密”。但对于用户来说,这一点感受其实不明显:玻璃对于手机内部元件,如传感器和芯片,也扮演着非常重要的作用。肖特在深圳最近举办的创新记者会上向人们具体呈现“智能手机内置玻璃”为主题的项目,该项目令观众眼前一亮。

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蓝玻璃红外截止滤光片——应用于高分辨率数码相机,呈现最佳视觉效果

现代智端智能手机如今可以实现千万或千万以上像素的数码摄影。大多数人都知道图像质量不仅仅取决于像素的大小。除了所谓的CMOS传感器以外,置于相机前端的滤光片对摄影的色彩还原和成像清晰度会产生重要影响。优质滤光片和保护盖板都是由高强度超薄玻璃制成,可以保护摄像头免遭刮痕。

滤光片的重要作用:它是一种可以过滤红外光谱的滤光镜片(NIR:近红外光谱技术),可以在复杂光线和恶劣的摄影环境下发挥其性能作用。肖特研制的吸收型蓝玻璃红外截止滤光片是高科技相机模组和智能手机相机中的一个重要部件,较其它材料优势明显。而干涉型红外截止滤光片过滤近红外线光谱的性能较差,通常是配备在低像素相机上。肖特的玻璃产品可以用于从低端至高端相机上的各种类型红外截止滤光片,有多种规格型号可供客户选择。

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很大程度上,肖特可以说是高端红外截止滤光片的龙头生产企业之一。“无论人们拍摄高像素的相片使用的是高端智能手机或是数码单反相机,可以肯定的是都需要红外截止滤光片,”肖特先进光学公司欧洲区销售总监Andreas Haedrich 表示,“通常来说,五百万像素以上的数码相机均需要使用吸收型蓝玻璃红外截止滤光片。由于智能手机双镜头模组的需求,例如同时需要长焦和广角镜头,市场对公司产品的需求量在过去几个月翻了一番”。他接着说道,“这种积极的开发策略促使肖特集团追求更高的开发成果,肖特目前正在努力将红外截止滤光片做的更薄以适应智能手机更轻盈的设计趋势。”

AS 87 eco 超薄玻璃——专门用于曲面设计和未来的传感器

肖特集团多年来一直致力于提升其超薄玻璃的开发。通过工业制造方法使玻璃的厚度降至30 微米,超薄玻璃所渗入到的领域甚至超乎人们想象。比人的头发丝还薄的玻璃为其在电子领域的应用提供了无限可能。

得益于特殊的材料性质,超薄玻璃可以被设计成显示屏幕保护玻璃、指纹传感器的外盖或是相机芯片或镜头的外盖。当然,未来还会有更多应用的可能性。由于超薄玻璃卓越的柔韧性,也可以将其应用到未来曲面设备之中。

肖特AS 87 eco正是基于这类应用领域应运而生的特种玻璃。该产品是由肖特集团位于德国和亚洲的两个部门国际性合作研制的产品,并通过环保工艺在德国生产。这种超薄玻璃可根据客户需求提供多种厚度规格,性能卓越,灵活方便,同时具备出色的物理性能。例如,其具备卓越的光学和电磁传送特性,这些特性对于指纹识别模组来说都是重要的参考因素。此外,独特的一次成型生产工艺避免了使用有害的氢氟酸化学减薄厚玻璃的步骤。肖特AS 87 eco应用领域极其广泛,它还可以在曲面显示屏的保护玻璃上使用。

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此超薄玻璃是运用“下拉法” 直接热成型工艺生产,通过一个狭缝将熔化的玻璃直接拉制成型所需的厚度。这是一种制造超薄镜头的技术,肖特集团是世界上唯一一家精通此技术的公司,同时也是将超薄玻璃用于未来纳米层面芯片和传感器的技术引领者。

MEMpax 特种玻璃——与半导体硅材料匹配,用于传感器和5G 天线等产品

同肖特AS 87 eco 一样,肖特MEMpax 也是运用下拉法将玻璃从熔炉直接拉制而成所需的厚度。此制程可以让客户在火抛光方面节约成本,甚至在低于500 微米的厚度层面。作为具有火抛光表面的硼硅玻璃,MEMpax 的特别之处在于具有和硅材料匹配的热膨胀系数。而且,这种玻璃十分适用于阳极键合工艺。基于特殊工艺,MEMpax 可以和用于高速计算机芯片、处理器和传感器的基础材料——硅片形成紧密结合。

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MEMpax 如今已经被用在了汽车行业的传感器当中,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,从而可以为构成微机电系统(MEMS)的部件提供可靠的测量结果。

超薄专用玻璃——作为大规模MIMO 系统(5G)和雷达的基板材料

极其均质化的材料不仅适合作为未来传感器中昂贵聚合物的理想替代品,同时,还可以作为高频应用的基板材料。也就是说,可以将尽可能多的电路元件与天线集中组装在一个空间狭小的零部件内部,并确保拥有优质的性能。这对于多输入/多输出无线电系统而言具有很大的挑战。这也是所谓的“大规模MIMO”,可以作为第五代电信网络(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LET 网络或快速WiFi 标准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范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,比如在足球场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。

“不论是汽车领域的雷达测距装置制造商,还是高可靠性天线基材的制造商,肖特集团的超薄专用玻璃均可以为其提供极高的设计自由度、高标准的制造精度和卓越的高频性能,”肖特集团材料开发部门的Martin Letz 这样表示。“另外,在应用于高频系统的标准材料上,玻璃比聚四氟乙烯具有更为优越的金属化性能。同时,玻璃较塑料而言,还具有更高的刚性和介电性能,”他最后总结道。

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