Apple dévoile des techniques de découpe au laser pour le traitement du saphir

Sep 13, 2023

Début février, nous avons appris l'arrivée du nouvel équipement de fabrication Sapphire d'Apple dans sa nouvelle usine en Arizona pour le traitement des matériaux en saphir. Nous avons appris quelques jours plus tard que l'usine d'Apple en Arizona pourrait fabriquer du saphir synthétique à deux fois la capacité mondiale actuelle. Et au début de ce mois, le PDG d'Apple, Tim Cook, a déclaré que leur nouvelle usine de saphir n'était pas destinée à créer des couvertures d'écran pour iPhone, mais plutôt réservée à un projet secret. Aujourd'hui, nous en apprenons plus sur les méthodes et les systèmes de traitement du saphir d'Apple grâce à deux nouvelles demandes de brevet publiées par l'Office américain des brevets. Le brevet couvre des techniques spéciales de découpe au laser et des fours spécialisés. Et bien que l'usine de l'Arizona ne puisse pas être utilisée pour fabriquer des couvertures d'écran en saphir pour iPhone, une autre usine le fera, car le brevet illustre clairement le processus dans le contexte de l'iPhone, comme indiqué dans notre graphique de couverture.

Contexte des brevets d'Apple

Le corindon est une forme cristalline d'oxyde d'aluminium et se trouve dans différentes couleurs, qui sont généralement appelées saphir, à l'exception du corindon rouge qui est communément appelé rubis et du corindon rose-orange qui est connu sous le nom de padparadscha.

Les formes transparentes de corindon sont considérées comme des pierres précieuses ou des pierres précieuses. Généralement, le corindon est extraordinairement dur avec du corindon pur défini comme ayant 9,0 Mohs et, en tant que tel, est capable de rayer presque tous les autres minéraux. Aux fins présentes, les termes "corindon" et "saphir" peuvent être utilisés de manière interchangeable pour désigner généralement la forme cristalline de l'oxyde d'aluminium.

Comme on peut s'en rendre compte, en raison de certaines caractéristiques du corindon, y compris sa dureté et ses caractéristiques transparentes, entre autres, il peut être utile dans une variété d'applications différentes.

Cependant, les mêmes caractéristiques qui sont bénéfiques pour des applications particulières augmentent couramment à la fois le coût et la difficulté de traitement et de préparation du saphir pour ces applications. Ainsi, au-delà des coûts associés à sa qualité de pierre précieuse, les coûts de préparation du corindon pour des usages particuliers sont souvent prohibitifs.

Par exemple, la dureté du saphir rend la taille et le polissage du matériau à la fois difficiles et chronophages lorsque des techniques de traitement conventionnelles sont mises en œuvre. En outre, les outils de traitement conventionnels tels que les fraises subissent une usure relativement rapide lorsqu'ils sont utilisés sur du corindon.

Apple invente des techniques de découpe au laser et d'autres procédés liés au saphir

Apple invente des systèmes et des procédés liés à la découpe de matériaux durs polis et, plus précisément, des systèmes et des procédés liés à la découpe de corindon poli (saphir).

Les méthodes liées au traitement efficace du saphir sont discutées dans le dépôt de brevet d'Apple, qui devraient à la fois accélérer la fabrication du corindon pour les applications et rendre l'utilisation de l'énigme rentable.

En particulier, un mode de réalisation peut prendre la forme d'un procédé de découpe d'un matériau dur transparent présentant une surface polie. Le procédé comprend la rugosité d'une partie de la surface polie, la direction d'un faisceau laser sur la partie rugueuse de la surface pour fondre et, ainsi, découper le matériau dur.

Un autre mode de réalisation peut prendre la forme d'un système de traitement du corindon comprenant un appareil de dégrossissage et un laser. L'appareil de rugosité reçoit initialement un élément en corindon et rend rugueuse une surface polie de l'élément en corindon. Le laser découpe ensuite l'élément en corindon en dirigeant le laser vers les parties de la surface polie qui ont été rendues rugueuses.

Encore un autre mode de réalisation peut prendre la forme d'un procédé de découpe de corindon poli comprenant une étape de préparation de surface et une étape de découpe. Dans l'étape de préparation de surface, une partie polie de la surface du corindon est préparée pour une découpe ultérieure par couplage de l'énergie laser. Lors de l'étape de découpe, un laser est dirigé vers la partie de la surface polie du corindon qui a été préparée.

Un procédé laser

Le brevet d'Apple FIG. 3C noté ci-dessous illustre un mode de réalisation dans lequel le laser #123 est utilisé pour rendre rugueuse la surface du saphir. Comme illustré sur la Fig. 3C, le laser peut se déplacer par rapport à l'élément en saphir de manière à créer un motif de découpe #124 sur la surface du saphir. Le mouvement et le positionnement du laser peuvent être contrôlés avec précision de manière à créer le motif (ligne pointillée) d'un élément en saphir souhaité, qui est un couvercle d'affichage, comme indiqué plus loin ci-dessous.

Dans une technique de dégrossissage, la surface polie #120 est attaquée chimiquement. Un masque peut initialement être prévu pour recouvrir des parties de la surface polie qui ne doivent pas être rendues rugueuses et une partie non masquée de la surface polie prend généralement la forme de la forme d'élément en saphir souhaitée. Un agent de gravure est appliqué sur la surface (ou la surface est exposée à l'agent de gravure) pour rendre rugueuse les parties non masquées de la surface polie. Une étape de nettoyage peut être mise en oeuvre pour retirer ou neutraliser l'agent de gravure avant ou après le retrait du masque.

Un processus de coupe

En ce qui concerne le brevet d'Apple FIG. 5 noté ci-dessous, une étape de coupe est illustrée. Dans l'étape de découpe, un laser #130, tel qu'unlaser à fibre microseconde , se concentre sur le point rugueux #121 pour découper au laser le ruban saphir #120. Le laser peut mettre en œuvre des longueurs d'impulsion, des fréquences, des énergies d'impulsion et des niveaux de puissance moyens différents de ceux du laser #123 de la FIG. 3C de l'étape de dégrossissage.

De plus, le laser peut être focalisé sur le point rugueux sur la surface ou à un certain point au-dessous du point rugueux. C'est-à-dire que le laser peut être focalisé en un certain point au milieu de l'élément en saphir ou près d'une surface arrière de l'élément en saphir, plutôt que sur la surface qui a été rendue rugueuse.

Dans un cas, le laser peut faire fondre le saphir lorsqu'il se couple et chauffe le saphir. Une fois que le laser s'est couplé et a commencé à faire fondre le saphir, il peut s'éloigner de la position de la tache rugueuse et continuer à faire fondre le saphir. Dans un deuxième cas, le laser peut provoquer l'enlèvement de matière par un processus d'ablation, où des couches de saphir sont ablatées sur plusieurs passes de coupe.

Apple note en outre que le gaz sous pression, tel que l'air, l'azote gazeux ou un autre gaz approprié #132 est dirigé vers le saphir fondu pour le retirer, laissant une coupe #126 à travers le ruban de saphir.

Le brevet d'Apple FIG. 8 illustre un exemple de dispositif électronique, un iPhone, dans lequel l'élément en saphir #136 peut être mis en œuvre. Il se trouve qu'il illustre un iPhone avec un design d'affichage bord à bord sans lunette.

Dans le brevet d'Apple FIG. 9, nous pouvons voir une illustration d'une plaquette de saphir # 160 à partir de laquelle de nombreux éléments de saphir peuvent être coupés. Généralement, la plaquette de saphir peut être tranchée à partir d'une boule de saphir développée.

Un ou les deux côtés de la plaquette peuvent être polis avant de découper les éléments en saphir #164. En particulier, une surface supérieure #162 de la boule en saphir peut être polie. Ainsi, chacun des éléments en saphir peut avoir au moins un côté poli lorsqu'il est coupé de la tranche. La découpe du saphir des éléments de la plaquette peut être réalisée par une étape de rugosité suivie d'une étape de découpe/fusion au laser, comme décrit ci-dessus.

Système de croissance et de traitement Sapphire d'Apple

Et enfin, dans le brevet d'Apple FIG. 10 noté ci-dessus, nous pouvons voir un exemple de système de croissance et de traitement de saphir #170 qui comprend un four de croissance de saphir #172, qui peut prendre n'importe quelle forme appropriée telle qu'un four EFG par exemple.

De plus, le système peut inclure des équipements de prétraitement tels que des trancheuses et des polisseuses #174. De plus, un four de recuit peut être fourni pour aider à guérir tout défaut dans le cristal de saphir de la phase de croissance.

Le système comprend un système de coupe #176 qui comprend un dégrossisseur #178 et un découpeur laser #180. Comme décrit ci-dessus, la découpeuse laser peut être configurable de telle sorte que son niveau de puissance et/ou son point focal peuvent être ajustés de sorte qu'elle puisse servir à la fois de dégrossissante et de découpeuse.

Le système peut en outre comprendre un équipement pour une ou plusieurs étapes de post-traitement telles que le meulage et le polissage. Un four de recuit peut également être prévu après la découpe des éléments en saphir pour remédier à tout défaut résultant de la découpe et/ou d'autres étapes de traitement.

Apple note que le système est censé atteindre des gains d'efficacité basés sur l'équipement et les processus exécutés lors de la création d'un élément en saphir destiné à être utilisé dans des appareils électroniques. En particulier, la découpe au laser du saphir devrait permettre de réduire les coûts à long terme car il ne subira pas d'usure de la même manière qu'un coupeur mécanique. De plus, la vitesse à laquelle la découpeuse au laser peut fonctionner peut permettre une production accrue. De plus, les processus et les systèmes décrits ici peuvent bien évoluer et peuvent être configurables pour atteindre des efficacités supplémentaires. En particulier, par exemple, un ou plusieurs dégrossisseurs peuvent alimenter un seul découpeur laser ou un seul dégrossisseur peut alimenter plusieurs découpeurs laser.

Crédits de brevets

Apple attribue à Anthony Richter, Dale Memering et Vincent Yan les inventeurs de la demande de brevet 20140076299, initialement déposée au troisième trimestre 2012.

Deuxième invention : les échangeurs de chaleur dans le traitement du saphir

Un deuxième brevet lié au traitement du saphir a fait surface aujourd'hui sous le numéro de demande de brevet 20140080081, notant les inventeurs Christopher Prest et Dale Memering.

L'abrégé de brevet d'Apple indique que leur invention concerne des "Systèmes et procédés de chauffage efficace pendant la production de corindon. Un mode de réalisation prend la forme d'un système de traitement du corindon comprenant un premier four et un deuxième four. Les premier et deuxième fours sont agencés séquentiellement et la chaleur du premier four est ensuite utilisée pour chauffer le deuxième four."

Le brevet d'Apple FIG. 1 noté ci-dessous illustre un processus Kyropoulos pour la croissance du saphir; FIGUE. 3 illustre un procédé VHGF pour la croissance du saphir ; et le brevet FIG. 4B illustre un système alternatif pour recycler la chaleur dans le traitement du saphir en faisant passer la chaleur directement entre deux fours après des phases de chauffage pour les fours dans lesquels un seul four de croissance fournit de la chaleur à deux fours de recuit.

Pour en savoir plus sur les détails du deuxième brevet lié au saphir d'Apple, cliquez ici.

Une note pour les sites techniques couvrant notre rapport : Nous demandons aux sites techniques couvrant notre rapport de bien vouloir limiter l'utilisation de nos graphiques à une seule image. En vous remerciant d'avance pour votre coopération.

De toute évidence, Apple présente un résumé détaillé des demandes de brevet avec des graphiques associés à des fins d'actualités journalistiques, chaque demande de brevet de ce type étant révélée par le US Patent & Trade Office. Les lecteurs sont avertis que le texte intégral de toute demande de brevet doit être lu dans son intégralité pour des détails complets et précis. Les révélations trouvées dans les demandes de brevet ne doivent pas être interprétées comme des rumeurs ou accélérées selon les calendriers des rumeurs.À propos des commentaires sur notre site :De toute évidence, Apple se réserve le droit de publier, de rejeter ou de modifier tout commentaire.

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Publié par Jack Purcher le 20 mars 2014 à 06h50 dans 1A. Demandes de brevet | Lien permanent | Commentaires (0)