CC BY
21
УДК 54.053, 62-523.6
ТЕХНОЛОГИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАЩИТНЫХ САПФИРОВЫХ ЭКРАНОВ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Алексей Владимирович Бородин, д-р техн. наук, начальник отдела технологий роста кристаллов и новых материалов
e-mail: [email protected], Дмитрий Борисович Ширяев, начальник конструкторского бюро электротермического оборудования e-mail: [email protected], ФГУП ЭЗАН http://www.ezan.ac.ru
В настоящее время основные производители мобильных устройств коммуникации (смартфонов, планшетных компьютеров и. т.д.) начали применять сапфир в качестве защитного материала экрана. Прочность и высокая твердость сапфира значительно повышают потребительские качества смартфонов. Сдерживающим фактором массового использования и замещения традиционного химически упрочненного стекла сапфиром является его высокая стоимость производства и обработки. ФГУП ЭЗАН разрабатывает и поставляет промышленное оборудование и технологии производства профилированных кристаллов сапфира, которые обеспечивают преимущества в себестоимости и производительности перед технологиями получения защитных экранов из объемных слитков.
Ключевые слова: мобильные устройства, сапфир, рост кристаллов.
В настоящее время крупнейшие производители смартфонов начали использовать монокристаллический сапфир в качестве материала защитного экрана. Это может как минимум удвоить мировой рынок искусственного сапфира. Экраны изготавливаются из цилиндрических кристаллов сапфира, выращенных распространенными в производстве способами (Киропулос, или Heat exchange method). Однако, высокая стоимость изготовления экрана из объемного слитка, включающая первоначальный раскрой цилиндрических буль, квадратирование и проволочную резку, вместе с высокими потерями материала не позволяет обеспечить низкую стоимость экрана.
Технология группового выращивания профилированных лент сапфира способом Степанова широко применяется для производства в изделий в виде часовых стекол, смотровых окон вакуумных установок, оптических компонентов. Технология является экономически оправданной благодаря высокой производительности процесса, минимальной механической обработке кристаллов, необходимой для изготовления изделия из кристалл-заготовки, малому времени производственного цикла, низких затрат на расходные материалы. Вместе с этим, малая масса загрузки тигля (как правило, не более 3 кг) установок известных производителей не позволяла с достаточной экономической эффективностью изготавливать изделия с характерными для защитного экрана размером (130 мм х 64 мм х 0,7-1 мм).
ФГУП ЭЗАН разрабатывает и поставляет заказчикам высокопроизводительное промышленное оборудование и технологии для производства профилированных монокристаллических сапфировых лент и пластин, используемых для изготовления защитных экранов смартфонов. Созданы два варианта установки - с загрузкой тигля 6 и 10 кг соответственно, Рис.1. Типичные пакеты кристаллов сапфира в виде лент и экраны, изготовленные из пластин представлены на Рис.2 и Рис.3.
Рис.1 Ростовые модули установок Ника-Профиль и Ника-Профиль 10
Рис.2. Типичные пакеты лент
Оборудование спроектировано на базе современной механики и электроники, распределенных систем сбора и обработки данных, программного обеспечения управления процессом кристаллизации с возможностью адаптивного управления. Индукционный нагрев осуществляется с помощью высокостабильного транзисторного генератора мощностью до 100 кВт. Генератор разработан Отделом силовой электроники ФГУП ЭЗАН.
К настоящему моменту отработаны технологические процессы одновременного выращивания 24 пластин длиной 500 мм (установка НИКА-Профиль). Разрабатывается технология выращивания 24 пластин длиной 1000 мм для установки с загрузкой тигля 10 кг (установка НИКА-Профиль 10).
Проведем сравнительный анализ производительности процессов роста методами Степанова (ЕБО) и Киропулоса. Как следует из Рис. 4, геометрический выход материала из були, выращенной методом Киропулоса, составит не более 50 процентов от массы кристалл (удаляется верхняя часть расширения кристалла массой 10-12 кг и боковины).
С учетом толщины проволочного реза и допусков на финишную полировку на 1 пластину со стандартным для экрана размером равным 62 мм на 124 мм потребуется 1,2 мм материала по толщине. Тогда общее количество пластин составит 660 штук (при 80 % выходе материала оптического качества из кристалла, выращенного методом Киропулоса). Типичное время цикла выращивания 20 суток.
За этот же период времени на установке НИКА-Профиль будет выполнено 36 процессов. Суммарная производительность составит 1872 пластины. Уста-Рис.З. Экраны телефонов новка НИКА-Профиль
10 проведёт 20 процессов и произведет 2360 пластин.
Также следует отметить исключительно важный фактор, которым является время коррекции технологического сбоя (выращивание кристалла низкого качества). Для метода ЕБО оно составляет не более 24 часов, а для метода Киропулоса 20 суток. Поэтому для метода
Киропулоса потери связанные с риском выращивания кристалла низкого качества как минимум на порядок выше этого показателя способа Степанова.
Экономический расчет показывает, чтотехнология изготовления защитных экранов из профилированных лент сапфира, обеспечивает вдвое более низкую себестоимость по сравнению с традиционной технологией производства из объемных цилиндрических буль.
Рис.4. Раскрой сапфировой були, выращенной методом Киропулоса, для нарезки кристалл-заготовок
Technology and automated equipment for the production of protective sapphire screens for portable mobile devices
Alexey Vladimirovich Borodin, Doctor of technical science, Head of crystal growth and new materials technology department, EZAN
Dmitry Borisovich Shiryaev, Head of electrothermal equipment design bureau, EZAN
8
ИТШУ*2017'1
Currently, the major manufacturers of mobile communication devices (smartphones, tablets) started to use sapphire as a protective material for a screen. Strength and high hardness of sapphire significantly improve consumer quality of smartphones. The mass use and substitution of traditional chemically toughened glass with sapphire so far limited due to its high cost of production and mechanical processing. EZAN develops and delivers high-performance industrial equipment and technology for production of shaped sapphire crystals. The equipment and technology has advantages it terms of cost and productivity over the well-established techniques used for commercial production of protective screens for mobile devises.
Key words: Mobile devices, sapphire, crystal growth.
УДК 004.032
КОМПОНЕНТЫ ПОНЯТИЯ INDUSTRY 4.0.
Олег Юрьевич Новиков, начальник отдела цифровой телекоммуникационной аппаратуры, [email protected], ФГУП ЭЗАН (г. Черноголовка), http://www.ezan.ac.ru
Для того чтобы превратить свою компанию в цифровое предприятие, реализующее весь потенциал концепции «Industry 4.0», необходимо провести преобразование в масштабах всего предприятия c применением новых цифровых технологий.
Ключевые слова: Интернет вещей, Индустрия 4.0
Введение
До 2020 года ежегодные инвестиции компаний во внедрение решений «Industry 4.0» по всему миру будут составлять более 900 млрд долларов США. Такие результаты были получены в ходе проведенного PwC (PricewaterhouseCoopers) международного исследования «Industry 4.0: создание цифрового предприятия» (Industry 4.0: Building the Digital Enterprise), в котором приняли участие 2 000 компаний из девяти отраслей в 26 странах мира.
Термин «Industry 4.0» был введён в публичный оборот в 2011 году, когда сообщество представителей бизнеса политических и академических кругов Германии выдвинуло под этим именем инициативу, направленную на повышение конкурентоспособности германской промышленности. [1]
Промышленные предприятия всех отраслей по всему миру начинают обращать пристальное внимание на бизнес в контексте программы «Industry 4.0». Внедрение проекта идет полным ходом во всем мире: уже около трети компаний оценивают свой уровень цифровизации как высокий. В ближайшие пять лет доля таких компаний, как ожидается, увеличится с 33% до 72%.
Для модернизации предприятия к «Industry 4.0» необходимо однозначное понимание компонентов программы и базовых технологий.
Четыре компонента понятия Industry
4.0:
1. «Киберфизические системы» (Cyber-Physical Systems), это «интеграция вычислительных и физических процессов.
- Системы и приборы\продукты, интер-
Ном п лс КСНЭЯ эвгомэ тиэзци я
Индустрия 1.0 (Кан&цХШ] в-ска)
