CN102020417A - 电子产品用玻璃的加工工艺 - Google Patents

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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

本发明公开了一种电子产品用玻璃的加工工艺，依先后顺序至少包括如下步骤：a.前序加工：切割选取待加工玻璃；b.双面贴保护膜；c.激光开窗：按设计在待加工玻璃两面的保护膜上通过激光对应烧出若干个单个产品的玻璃图案；d.剥离多余的保护膜；e.喷砂蚀刻：用喷砂蚀刻技术将露出保护膜的待加工玻璃蚀刻掉；f.剥膜。玻璃产品的形状越怪异，孔槽越多，其加工精度要求越高，采用激光器及喷砂蚀刻机进行加工，其精度控制非常精确；利用贴膜蚀刻的方式进行玻璃加工，可在大块玻璃上同时一步到位制作出多块玻璃产品，生产效率明显提高；玻璃产品始终在保护膜的保护下进行制造，确保表面不会产生新的划痕或污染且不会受到外部物理性冲击而降低玻璃强度。

Description

电子产品用玻璃的加工工艺
技术领域
本发明涉及一种玻璃加工工艺，尤其是一种电子产品用玻璃的加工工艺。
背景技术
随着技术和生活水平的提高，越来越多的手机，PDA(Personal Digital Assistant)，汽车导航系统，MP4，上网本(Net Book)等电子产品进入人们的日常生活。
为了携带方便，人们对这些电子产品提出轻、薄小化的要求，因此这些产品的设计大多采用了小型平面显示器(Flat Display)。
这些平面显示器的尺寸很小、精度要求高，在加工技术上有较大的难度，所以过去普遍采用透光率较好的压克力(Acryl)、PET等高密度塑料材料经挤压成型或切割研磨的方式来加工。
但是塑料产品的硬度低，容易被划伤，使用时间长了发生拉伸变形现象，因此使用寿命较短。
为了使显示器产品更漂亮、使用寿命更长、透光率更高，现在普遍用玻璃产品。传统的玻璃加工工艺有以下几种：
1)用金刚石刀具切割后经研磨、打孔等复杂的制作工艺制造切割刀具只能切割成方形，而且切割面非常锋利、参差不齐。为了使电子产品更美观，产品设计商把玻璃设计成多种形状，有孔或有V形槽的形状。加工这类产品需要很长的研磨过程才能完成。而且在加工过程中玻璃不仅多次受外部的物理性撞击使强度降低，而且产生的玻璃屑、磨料划伤或污染玻璃表面。
2)化学蚀刻方法
利用硝酸(HNO3)和氢氟酸(HF)化学蚀刻玻璃成型。这个工艺虽然有很多优点，但因使用剧毒、强腐蚀性化学品，不仅威胁着人身安全，而且对环境产生不可逆转的严重破坏。
3)激光切割工艺
这是最新的生产工艺。此工艺采用特殊的高热量激光，利用瞬间产生的高温熔化、切割玻璃。由于玻璃是透明体不容易吸收激光能量，所以只有在很大的能量下方可熔化玻璃。其熔切面凹凸不平，表现为锯齿状。最大的问题是因高温产生的内应力，破坏或降低玻璃强度。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种电子产品用玻璃的加工工艺，可在不破坏玻璃强度的基础上，对玻璃产品进行各种造型制造并保证其精度，且可有效提高生产效率。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电子产品用玻璃的加工工艺，依先后顺序至少包括如下步骤：
a.前序加工：切割选取待加工玻璃；
b.双面贴保护膜：在待加工玻璃的两面贴覆保护膜；
c.激光开窗：按设计在待加工玻璃两面的保护膜上通过激光对应烧出若干个单个产品的玻璃图案，该玻璃图案界定形成有用区域保护膜和无用区域保护膜；
d.剥离多余的保护膜：将无用区域保护膜揭除，露出无用区域保护膜下的无用区域待加工玻璃；
e.喷砂蚀刻：利用喷砂蚀刻技术将无用区域待加工玻璃蚀刻掉，有用区域待加工玻璃受有用区域保护膜的保护而保留下来；
f.剥膜：将保留下来的有用区域待加工玻璃表面的有用区域保护膜揭除，而形成若干个单个产品玻璃。
作为本发明的进一步改进，所述步骤e与步骤f之间按客户需求还包括有清洗和研磨中的至少一种工艺。
作为本发明的进一步改进，所述步骤f之后按客户需求还包括有强化、平磨、离子镀膜、印刷、贴防爆膜或包装中的至少一种工艺。
作为本发明的进一步改进，所述待加工玻璃的材质为浮法玻璃和高品质水合硅酸铝玻璃中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述保护膜由粘结剂的保护纸、粘结剂层和PVC层组成，使用时揭下粘结剂的保护纸通过粘结剂层贴覆待加工玻璃表面。
作为本发明的进一步改进，所述PVC层呈黑色，厚度为100～120μm，表面坚固程度可耐得住喷砂蚀刻时产生的高强度冲击；所述粘结剂层呈透明色，其材质为亚克力胶，厚度为20μm，剥离强度为300～350gf/1英寸；所述粘结剂的保护纸为普通的蜡纸。
作为本发明的进一步改进，所述保护膜的耐热性为大于130℃，并具有耐酸碱性。
作为本发明的进一步改进，所述按设计在待加工玻璃两面的保护膜上通过激光对应烧出若干个玻璃图案的过程是：调整激光焦点，在待加工玻璃两面的保护膜中同时形成激光焦点，按设计在待加工玻璃两面的保护膜中同时烧出若干个相同的玻璃图案。
作为本发明的进一步改进，所采用的激光种类为Nd-Yag激光，其属于红外激光，波长长、廉价，激光模式为TEM00模式，其直径较小、激光束长度较短，激光所用功率为10～30瓦特；所采用的激光的激光束形状为呈彼此分开的同等大小的点状激光。
作为本发明的进一步改进，所述激光的输出能量为20瓦特的脉冲激光，为了降低玻璃应力，激光束长度小于20mm、宽度小于1.5mm。
本发明的有益效果是：玻璃产品的形状越怪异，孔槽越多，加工精度要求就越高，采用激光器以及喷砂蚀刻机进行玻璃加工，其精度控制非常精确，累积公差可控制在±25微米以内；且利用贴膜蚀刻的方式进行玻璃加工，可在大块玻璃上一步到位并同时制作出多块玻璃产品，玻璃产品的形状越怪异，孔槽越多，本工艺相较于传统工艺生产效率的提高便越明显；玻璃产品的制造过程始终在保护膜的保护下进行，在加工过程中玻璃表面不会产生新的划痕或污染，大幅度减少了后续所需的研磨时间和清洗时间，且在加工过程中不会受到外部物理性冲击而降低玻璃强度。
附图说明
图1为本发明所述步骤c后的玻璃示意图；
图2为图1中单个产品所处位置的玻璃放大示意图；
图3为图2中A-A面剖面放大示意图；
图4为本发明所述步骤d后的玻璃示意图；
图5为本发明所述步骤e后的玻璃示意图；
图6为本发明所述步骤f后的玻璃示意图；
图7为图6中单个产品的玻璃放大示意图；
图8为本发明所述保护膜的结构示意图；
图9为本发明实施例中所述手机玻璃的工艺流程图；
图10为本发明所述激光光束长度与玻璃内应力之间的变化曲线图；
图11为本发明所述激光束直径与玻璃内应力之间的变化曲线图；
图12为本发明所述的四种激光形状的示意图。
具体实施方式
实施例：一种电子产品用玻璃的加工工艺，依先后顺序至少包括如下步骤：
a.前序加工：切割选取待加工玻璃；
b.双面贴保护膜：在待加工玻璃的两面贴覆保护膜1；
c.激光开窗：按设计在待加工玻璃两面的保护膜上通过激光对应烧出若干个单个产品的玻璃图案2，该玻璃图案界定形成有用区域保护膜21和无用区域保护膜22；
d.剥离多余的保护膜：将无用区域保护膜22揭除，露出无用区域保护膜22下的无用区域待加工玻璃32；
e.喷砂蚀刻：利用喷砂蚀刻技术将无用区域待加工玻璃32蚀刻掉，有用区域待加工玻璃31受有用区域保护膜21的保护而保留下来；
f.剥膜：将保留下来的有用区域待加工玻璃31表面的有用区域保护膜21揭除，而形成若干个单个产品玻璃3。
所述步骤e与步骤f之间按客户需求还包括有清洗和研磨中的至少一种工艺。
所述步骤f之后按客户需求还包括有强化、平磨、离子镀膜、印刷、贴防爆膜或包装中的至少一种工艺。
所述待加工玻璃的材质为浮法玻璃和高品质水合硅酸铝玻璃中的一种。
所述保护膜1由粘结剂的保护纸11、粘结剂层12和PVC层13组成，使用时揭下粘结剂的保护纸11通过粘结剂层12贴覆待加工玻璃表面。
所述PVC层13呈黑色，厚度为100～120μm，表面坚固程度可耐得住喷砂蚀刻时产生的高强度冲击；所述粘结剂层12呈透明色，其材质为亚克力胶，厚度为20μm，剥离强度为300～350gf/1英寸；所述粘结剂的保护纸11为普通的蜡纸。
所述保护膜1的耐热性为大于130℃，并具有耐酸碱性。
所述按设计在待加工玻璃两面的保护膜1上通过激光对应烧出若干个玻璃图案2的过程是：调整激光焦点，在待加工玻璃两面的保护膜1中同时形成激光焦点，按设计在待加工玻璃两面的保护膜1中同时烧出若干个相同的玻璃图案2。
所采用的激光种类为Nd-Yag激光，其属于红外激光，波长长、廉价，激光模式为TEM00模式，其直径较小、激光束长度较短，激光所用功率为10～30瓦特；所采用的激光的激光束形状为呈彼此分开的同等大小的点状激光。
所述激光的输出能量为20瓦特的脉冲激光，为了降低玻璃应力，激光束长度小于20mm、宽度小于1.5mm。
为了便于理解本发明的具体实施过程，以手机玻璃制造流程为例，比较严格的手机玻璃制造流程为：大面积切割玻璃→玻璃外观检查→双面贴保护膜→激光开窗→剥离多余保护膜→喷砂蚀刻→简单水洗→研磨→剥膜→强化→平磨→离子镀膜→印刷→贴防爆膜→包装，结合手机玻璃制造流程，作详细说明如下：
①、大面积切割玻璃：自动或手动裁切玻璃原材料，根据实际需求，通常切割成450×500mm、500×500mm、500×600mm等多种尺寸，可根据产品的实际尺寸切割成最多排列、最低损耗的尺寸；
②、玻璃外观检查：检查原材料表面是否有划痕、气泡、裂纹等不良。
③、双面贴保护膜：在检查合格的玻璃原材料的上、下两面同时贴保护膜(使用手动或自动贴膜机)，在加热、拉紧的条件下保护膜被紧紧地贴在玻璃原材料上；
在保护膜的选用上，保护膜的种类和特性应为：保护膜的剥离强度在用手可以剥开为宜。
④、激光开窗：根据产品的CAD设计图，用激光把贴附在玻璃表面的上、下保护膜烧掉开窗，使保护膜下的玻璃露出；
为了精确达到激光开窗的目的，可使用特别设计的光学镜头。
⑤、剥离多余的保护膜：激光开窗后沿着开窗线把多余区域的保护膜剥离露出膜下玻璃，这时有效保护区的保护膜仍然覆盖在有效保护区玻璃上，使其在喷砂蚀刻时被保护起来，如果产品为在有效保护区域内有几个通孔，经激光处理后通孔边缘的保护膜同样表现为开窗，在进入喷砂蚀刻前把孔内的多余的保护膜剥离，以便蚀刻掉所有的多余的玻璃。
⑥、喷砂蚀刻：喷砂干式蚀刻，为了使蚀刻切面光滑细腻，通常分5次用不同目数的白刚玉、棕刚玉砂砾喷射。刚玉目数通常使用320～600目，被保护膜保护的部分被保护起来，而被激光开窗的部位被喷砂蚀刻掉，形成若干个形状相同的玻璃产品；
根据喷砂蚀刻机的蚀刻特点通常分两步完成蚀刻：第一步先蚀刻上面约1/2玻璃厚度；第二步把玻璃翻转180度，使原来的下面转到上面进入第二次蚀刻，考虑到大规模量产之需求，蚀刻完上面，在上面贴覆粘性适中的连接膜。完全蚀刻后剥掉连接膜即可得到若干个形状完全相同的玻璃产品。
⑦、简单水洗：在常温下用水清洗即可。
⑧、研磨：因喷砂蚀刻切割面非常光滑，如果客户没有特别要求可以不研磨或只需研磨孔内，如需研磨，可在保护膜保护下进行研磨，不会产生新的划痕等质量问题；
无论研磨外缘还是孔内，整个研磨过程始终在保护膜下进行，因此在研磨过程中既不会产生新的划痕，又有助于抑制产生内应力，降低玻璃强度。
如果客户没有特别要求可以不研磨，因为喷砂蚀刻后的蚀刻面非常光滑。
⑨、剥膜：完成喷砂蚀刻后，为了后续的强化制程必须把有效保护区表面的保护膜完全剥离；在60摄氏度左右的水中浸泡1～2分钟后可用手剥膜。
⑩、强化：通常在400～600摄氏度下，利用特殊强化炉进行强化。基本原理是：使用硝酸钾(KNO3)和强化添加剂，在高温下完成钾离子和钠离子的物理交换过程。
如果客户没有特别要求可以不进行强化，在保护膜的作用下，玻璃强度不会在工艺过程中大幅降低。
Figure B200910182566XD0000091
平磨：属于表面平磨工艺，如果玻璃原材料的表面状态良好，可以不进行。
Figure B200910182566XD0000092
离子镀膜：按客户要求镀膜，客户没有要求即不进行。
Figure B200910182566XD0000093
印刷：按客户要求印刷，客户没有要求即不进行。
Figure B200910182566XD0000094
贴防爆膜：按客户要求，客户没有要求即不贴。
包装：按客户要求进行，客户没有要求可自行包装或不包装直接装箱。
上述手机玻璃制造流程中，省略了部分水洗流程，如在研磨后、强化后、平磨后都需要水洗工艺。
根据客户的需求，手机玻璃产品形状可能多种多样。比如，按一定的半径对玻璃四角进行倒角，或者有多个形状不同的通孔等。
为了节省玻璃原材料，提高生产效率，可根据产品的形状和尺寸选择不同的排列方式，在切割下来的一片大面积玻璃上尽量排列更多的产品位置。
本发明研发时的试验数据如下：
1、激光数据：
①、激光形状对玻璃内应力的影响数据：
激光开窗时，因激光能量传达到玻璃上，使玻璃表面和内部发生应力。如图10和图11所示，随着激光束的长度的增加，玻璃的内应力也在增加；随着激光束直径的增加，玻璃的内应力也在增加。根据该试验数据，为了尽量减少玻璃内部的应力，选用直径较小、长度较短的TEM00模式的激光束。
②、激光形状对玻璃表面应力的影响数据：
激光束的形状有多种：
(a).分开的椭圆状激光；
(b).相连的椭圆状激光；
(c).蝌蚪状激光；
(d).同等大小、彼此分开的点状激光。
经试验发现，不同形状的激光(在输出能量相同的情况下)在玻璃表面产生的应力有很大的区别。实测玻璃表面应力值数据如下表所示：
  激光束形状   抗拉表面应力(单位：kg/mm2)
  1   分开的椭圆状激光   5.13E+/-07
  2   相连的椭圆状激光   3.75E+/-07
  3   蝌蚪状激光   2.45E+/-07
  4   同等大小，彼此分开的点状激光   1.73E+/-07
从试验数据中不难看出，同等大小、彼此分开的点状激光对玻璃表面应力的影响较小。选用该形激光可以把上、下保护膜同时开窗，而且开出的窗口整齐一致，上、下膜的切割公差小于10微米。
2、保护膜的选用数据：
●PVC层：黑色。厚度为100～120μm。表面坚固，耐得住喷砂蚀刻时产生的高强度冲击。
●粘结剂：透明。材质为压克力胶，厚度为20μm。剥离强度在300～350gf/1英寸为宜。
●粘结剂的保护纸：通常为普通的蜡纸。
具体数据如下表所示：
Figure B200910182566XD0000121
*剥离强度(Peel strength)：不锈钢SUS304的镜面拉力。
3、喷砂蚀刻切割面
喷砂蚀刻的边缘非常光滑，可根据客户的要求省去量产中最大的瓶颈工艺，即研磨工艺。
4、加工公差和强度数据
1)加工公差
传统的CNC机械加工的累积公差通常控制在±50微米，有些部位的公差甚至达到±100微米，这是因为设备本身的公差范围和人为因素造成。本发明使用特种保护膜、高精度激光设备、高精度蚀刻设备，可以把所有部位的累积公差控制在±25微米以内，而且不存在人为因素导致公差下降的可能。
2)玻璃强度
根据本发明，玻璃加工过程是在保护膜的保护下进行，因此不仅避免了产生新的划痕，而且降低了外部物理性冲击对玻璃强度的影响。相比传统的制造工艺，可提高强度20gf/inch以上。
本发明不仅可以大大提高生产效率、提高产品品质、降低制造成本、解决生产中的技术瓶颈，而且满足多品种小批量的生产需求和快速打样要求。时间是金钱，效率是机会，利用本发明可以提高现代企业的竞争力。
根据本发明，手机玻璃的成型全过程是在保护膜的保护下进行。相比传统工艺，不仅避免了多次物理性冲击产生应力导致玻璃强度的降低，而且避免了玻璃屑、砂石、磨料等物质刮伤、污染手机玻璃的现象。

Claims (10)

1.一种电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：依先后顺序至少包括如下步骤：
a.前序加工：切割选取待加工玻璃；
b.双面贴保护膜：在待加工玻璃的两面贴覆保护膜(1)；
c.激光开窗：按设计在待加工玻璃两面的保护膜上通过激光对应烧出若干个单个产品的玻璃图案(2)，该玻璃图案界定形成有用区域保护膜(21)和无用区域保护膜(22)；
d.剥离多余的保护膜：将无用区域保护膜(22)揭除，露出无用区域保护膜(22)下的无用区域待加工玻璃(32)；
e.喷砂蚀刻：利用喷砂蚀刻技术将无用区域待加工玻璃(32)蚀刻掉，有用区域待加工玻璃(31)受有用区域保护膜(21)的保护而保留下来；
f.剥膜：将保留下来的有用区域待加工玻璃(31)表面的有用区域保护膜(21)揭除，而形成若干个单个产品玻璃(3)。
2.根据权利要求1所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述步骤e与步骤f之间按客户需求还包括有清洗和研磨中的至少一种工艺。
3.根据权利要求1所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述步骤f之后按客户需求还包括有强化、平磨、离子镀膜、印刷、贴防爆膜或包装中的至少一种工艺。
4.根据权利要求1所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述待加工玻璃的材质为浮法玻璃和高品质水合硅酸铝玻璃中的一种。
5.根据权利要求1所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述保护膜(1)由粘结剂的保护纸(11)、粘结剂层(12)和PVC层(13)组成，使用时揭下粘结剂的保护纸(11)通过粘结剂层(12)贴覆待加工玻璃表面。
6.根据权利要求5所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述PVC层(13)呈黑色，厚度为100～120μm，表面坚固程度可耐得住喷砂蚀刻时产生的高强度冲击；所述粘结剂层(12)呈透明色，其材质为亚克力胶，厚度为20μm，剥离强度为300～350gf/1英寸；所述粘结剂的保护纸(11)为普通的蜡纸。
7.根据权利要求5所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述保护膜(1)的耐热性为大于130℃，并具有耐酸碱性。
8.根据权利要求1所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述按设计在待加工玻璃两面的保护膜(1)上通过激光对应烧出若干个玻璃图案(2)的过程是：调整激光焦点，在待加工玻璃两面的保护膜(1)中同时形成激光焦点，按设计在待加工玻璃两面的保护膜(1)中同时烧出若干个相同的玻璃图案(2)。
9.根据权利要求8所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所采用的激光种类为Nd-Yag激光；所采用的激光的激光束形状为呈彼此分开的同等大小的点状激光。
10.根据权利要求9所述的电子产品用玻璃的加工工艺，其特征在于：所述激光的输出能量为20瓦特的脉冲激光，激光束长度小于20mm、宽度小于1.5mm。
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