CN105322065A - 曲面基板的制造方法及其成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲面基板的制造方法及其成型装置，制造方法包括以下步骤：首先，提供莫氏硬度为8以上的一高硬度基材；接着，将所述高硬度基材定位于相互配合的一第一模体与一第二模体之间；然后，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模；最后，在特定气氛下加热所述高硬度基材至少大于摄氏1600度，使所述高硬度基材经模压成型为一曲面基板。将传统加工成型技术转用于高硬度基材并加以改进，以此增进高硬度基材的应用性，并制成符合业界所需的曲面高硬度基材。

Description

曲面基板的制造方法及其成型装置

技术领域

本发明有关于一种加工成型技术，尤指一种曲面基板的制造方法及其成型装置。

背景技术

蓝宝石为三氧化二铝的单晶结构，其与氮化镓相似，且具有极佳的化学稳定性，可抗腐蚀及抗高温高压，是制造发光二极体(LED)的关键材料之一。此外，蓝宝石亦具有良好的电气绝缘、透光性及机械特性，其莫氏硬度达9级，为仅次于钻石的高硬度材料，可提供防刮、耐磨的优异性，使得应用蓝宝石所制成的产品更为耐用，由此蓝宝石已取代玻璃成为制造电子装置的零组件的理想材料。

近年来，针对蓝宝石于LED产业的应用，已开发许多蓝宝石的抛光研磨、图案化等制程技术，然而，为使蓝宝石更符合产品的设计及应用性，特别是在电子装置的显示面板或触控面板的使用上，推展出可挠曲或曲面的面板的概念，故针对蓝宝石或其他具相同应用性的碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)等高硬度材料的加工与成型技术，已然是相关产业的重要课题之一。

但是，就面板或其他光学视窗的应用而言，生产为其普及化的关键因素，目前本领域尚未提出该类高硬度材料的低成本加工成型的技术方案，且在其高硬度及高熔点的特性上，亦造成加工上多有限制，使得蓝宝石及其他高硬度材料并不适用于一般加工环境，故相较一般材料而言更具加工困难度。

发明内容

有鉴于上述的问题，本发明提供一种曲面基板的制造方法及其成型装置，其将传统加工成型技术转用于高硬度基材并加以改进，以此增进高硬度基材的应用性，并制成符合业界所需的曲面高硬度基材。

为了达到上述目的，本发明提供一种曲面基板的制造方法，其包括以下步骤：首先，提供莫氏硬度为8以上的一高硬度基材；接着，将所述高硬度基材定位于相互配合的一第一模体与一第二模体之间；然后，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模；最后，在特定气氛下加热所述高硬度基材至至少大于1600℃，使所述高硬度基材经模压成型为一曲面基板。

根据上述构思，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括配置至少一辅助压合件于所述第一模体及所述第二模体之间，并通过所述辅助压合件的压制以调整所述曲面基板的厚度及变形曲率。

根据上述构思，所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相对应的模穴，所述模穴具有一第二塑型面，并且以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括设置一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模穴的第二塑型面之间。

根据上述构思，所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相对应的模穴，所述模穴具有一第二塑型面，并且以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括设置一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模仁之间，并设置另一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模穴的第二塑型面之间。

根据上述构思，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括以一第一连动杆带动所述第一模体朝所述第二模体的方向移动，同时以一第二连动杆带动所述第二模体朝所述第一模体的方向移动，使所述第一模体及所述第二模体进行合模。

根据上述构思，所述高硬度基材为一蓝宝石基材、一碳化硅基材、一碳化硼基材或一氮化铝基材。

根据上述构思，所述第一模体及所述第二模体为一金属材料所制成，所述金属材料为铱、钨、铂、钼或其合金。

根据上述构思，所述第一模体及所述第二模体为一陶瓷材料所制成，所述陶瓷材料为氧化锆、氧化锗、氧化铝或其组合。

根据上述构思，在特定气氛下加热所述高硬度基材至至少大于摄氏1600度的步骤中，为加热所述高硬度基材至摄氏1800度至2045度之间。

根据上述构思，所述特定气氛为真空气氛、含惰性气体的混合气氛、含氧量小于1托耳的有氧气氛或无氧气氛。

根据上述构思，所述曲面基板为一球状曲面基板、一桥状曲面基板或一波浪状曲面基板。

本发明另提供一种应用于所述曲面基板的制造方法的成型装置，其包括一高温炉、至少一高温模具、多个挡止件、两辅助压合件及至少一耐热垫片。其中，所述高温模具设置于所述高温炉内，并包含一第一模体及一第二模体，其中所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相配合的模穴，且所述模穴具有一第二塑型面；所述该些挡止件抵接于所述高温模具的外壁面；所述该些辅助压合件设置于所述第一模体与所述第二模体之间，并分别位于所述模仁及所述模穴的其中之一的相对二侧；所述耐热垫片，设置于所述模仁与所述模穴之间。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果在于，本发明曲面基板的制造方法确实可将莫氏硬度为8以上的高硬度基材加工成型为曲面基板，因此解决了目前业界对于高硬度基材的加工成型技术的匮乏。再者，本发明的成型装置应用于所述曲面基板的制造方法可确保曲面基板的完整性。进一步地，通过耐热垫片的配置，本发明的成型装置不需要经常替换高温模具而可有效节省成本，并且通过辅助压合件的配置，所述成型装置还可精确控制曲面基板的变形曲率。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明曲面基板的成型装置的剖面示意图。

图2为本发明一实施例的成型装置的剖面示意图。

图3A为本发明另一实施例的成型装置的剖面示意图。

图3B为本发明另一实施例的成型装置的使用状态示意图。

图4为本发明曲面基板的制造方法的流程图。

图5A至图5G为本发明高温模具的使用状态示意图。

图6A至图6D为利用本发明所制成的曲面基板的示意图。

【主要元件符号说明】

D、D’、D”成型装置

H高硬度基材

H’曲面高硬度基材

1高温炉

2高温模具

21第一模体

211模仁

211a第一塑型面

22第二模体

221模穴

221a第二塑型面

23辅助压合件

24耐热垫片

3挡止件

4连动结构

41第一连动杆

42第二连动杆

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的曲面基板的成型装置D的剖面示意图。首先，为方便说明，先就本发明的制造设备进行介绍，如图1所示，本实施例的曲面基板的成型装置D主要包括一高温炉1及至少一高温模具2。

具体而言，高温炉1为一种真空热压炉，其可依制程需求在特定气氛下对高硬度基材H，例如碳化硅(SiC)、碳化硼(B₄C)及氮化铝(AlN)等莫氏硬度至少大于8的材料进行高温加热。在本实施例中，高温炉1可利用电阻加热方式使炉内温度在短时间内达到约1500～2500℃，甚至是2500℃以上，并且高温炉1可配合一抽气泵(图未示)及/或一气体钢瓶(图未示)来控制炉内的环境条件，例如真空度、气体环境等。附带一提，高温炉1可根据所选用的高硬度基材H而为任何加热形式的高温炉1，本发明并不对此加以限制。

高温模具2可直接置放于高温炉1内，本发明并不限制高温模具2的摆放方式；在本实施例中，高温模具2的材质可为金属、陶瓷或其他合适的耐高温材料，其中金属材料可为铱(Ir)、钨(W)、铂(Pt)、钼(Mo)及其合金，陶瓷材料可为氧化锆(ZrO)、氧化锗(GeO₂)、氧化铝(Al₂O₃)及其组合，但不以前述材料为限。

更详细地说，高温模具2包含可互相配合的一第一模体21及一第二模体22，其中第一模体21具有一模仁211，第二模体22则具有外形对应模仁211的一模穴221。在本实施例中，模仁211为第一模体21沿垂直于其表面的方向延伸所成型者且具有一第一塑型面211a；另一方面，模穴221具有对应于第一塑型面211a的一第二塑型面221a，而且模穴221的第二塑型面221a的曲率等于、略小于或略大于曲状模仁211的第一塑型面211a的曲率。

需特别说明的是，上述第一塑型面211a及第二塑型面221a的曲率是依据所欲成型的弯曲度而决定，并不加以限制；此外，本发明的模仁211也不限制于曲状，其也可为桥状、球状或波浪状等，并通过模仁211与模穴221的构型相配合，进而将欲成型的高硬度基材H模压形成对应的构型以符合实际所需。

请复参考图1，高温模具2可进一步包含多个辅助压合件23，且所述高温模具2通过将辅助压合件23配置于第一模体21与第二模体22之间，可通过调整压合条件以控制曲面高硬度基材的厚度及弯曲度。于实际实施时，所述辅助压合件23的数量最少为模穴221的相对二侧分别具有一个，但本发明并不局限于此，辅助压合件23的数量、构型及位置配置可根据待压合的高硬度基材H的尺寸及形状而有所调整。

再者，高温模具2可更进一步包含至少一耐热垫片24，其设置于第二模体22的模穴221内，耐热垫片24材质同样可为金属、陶瓷或其他合适的耐高温材料。于实际实施时，耐热垫片24预先形成对应模穴221第二塑型面221a，并将耐热垫片24可拆卸地覆盖于第二塑型面221a，然而，本发明的耐热垫片24的数量、构型及所设位置并不以此为限，亦可对应覆盖于模仁21的第一塑型面211a，也就是说，本发明的耐热垫片24可设置于该第一模体21及该第二模体22的至少其中之一，并提供方便模压成型后的高硬度基材H由高温模具2脱模取出，以及调整所制成曲面基板H’的弯曲度。

进一步而言，关于本发明的成型装置D的构造并不以上述为限，其可依据模压成型的方式而在构造上有所调整。举例来说，请参阅图2，为本发明另一实施例的成型装置D’的示意图。在本实施例中，成型装置D’包含多个高温模具2，该些高温模具2彼此相互堆叠在一起，以此，本实施例的成型装置D’可通过高温模具2自身的重量，以高温模具2自重方式进行高硬度基材H的模压成型，故可依据高温模具2的重量、堆叠数量及其构型模压形成所需的曲面基板H’。

再者，为防止堆叠的高温模具2可能于模压成型过程中产生偏移，影响高硬度基材H的成型，可进一步设置多个与高温模具2为相同的耐高温材料的挡止件3，通过螺丝锁固、卡合等方式，可拆卸地抵接在该些堆叠而成的高温模具2的相对两侧面，但不以此为限。较佳地，该些挡止件3抵接于该些高温模具2的外壁面以限制其水平方向上的位移，使得高温模具2只能在垂直方向上进行位移。

请参阅图3A及3B，为本发明再一实施例的成型装置D”的示意图。本实施例与前一实施例的差别在于，本实施例主要利用机械加压方式控制高温模具2进行模压成型程序。为达此一目的，本实施例的成型装置D”更进一步包括一连动结构4，据此，本实施例的成型装置D”可通过连动结构4进行单一高温模具2的操作。

具体而言，连动结构4包括一第一连动杆41及一第二连动杆42，所述第一、第二连动杆41、42以其一末端穿设于高温炉1并分别连接第一、第二模体21、22。另一方面，所述第一、第二连动杆41、42的其中另一末端连接一液压装置(图未示)，当然，其他合适的机械驱动装置也可以被应用于本实施例。据此，本实施例的成型装置D”于使用时，可配合液压装置的加压动作或泄压动作来驱动第一、第二连动杆41、42，进而带动第一、第二模体21、22彼此朝靠以进行合模(如图3B所示)，或带动第一、第二模体21、22彼此分离(如图3A所示)。

进一步配合参阅图4，为本发明的曲面基板的制造方法的流程图，以下将针对本发明的曲面高硬度基材的制造步骤作详细说明，值得注意的是，本发明的制造步骤虽与玻璃模造的步骤类似，但所使用的治具的材质与设计以及制程条件等有着极大的差异，例如热压温度范围与环境气氛等。

首先，执行步骤S11，提供一如上述的曲面基板的成型装置D、D’、D”，其具体构造及各部零件的详细说明内容，在此不另赘述。

然后，执行步骤S13，提供一高硬度基材H，将其置放于第二模体22的模穴221中，但不以此为限；在一变化实施方式中，高硬度基材H的两端可分别经由多个固定件(图未示)以螺丝锁固或卡接于高热炉1，使高硬度基材H位于第一模体21与第二模体22之间。所述高硬度基材H即为前述所提及的材料，其中，由于蓝宝石为目前业界所亟欲使用，故在后续制造步骤中，本实施例特以蓝宝石(Sapphire)作一详细说明，但不限制于此。

执行步骤S15，将第一模体21与第二模体22合模。详细而言，在一实施例中，当高硬度基材H(即蓝宝石基材)的模压成型以自重法(如图2所示)来进行，其是在放置高硬度基材H于模穴211后，先将模仁211与模穴221对应合模，并进一步堆叠多个高温模具2于第一模体21上方，以及经挡止板3固定堆叠而成的高温模具2，即可进行后续步骤。

在另一实施例中，若以机械加压法(如图3所示)进行高硬度基材H的模压成型，则可通过第一、第二连动杆41、42同时带动第一、第二模体21、22，并使第一、第二模体21、22相互靠近而合模；本实施例亦可在第二模体22固定不动的情况下，以第一连动杆41将第一模体21朝着第二模体22的方向推抵来进行合模，或反之亦然。

接着，进行一加热步骤S17，其是在特殊气氛下，以电阻加热方式来提高高温炉1内部的温度至至少大于1600℃，以将高硬度基材H加热至模压成型所需的温度并使其适度软化，如此，软化后的高硬度基材H可经由高温模具2的自重压力，或连动结构4的机械加压，而被模压形成曲面基板H’。

所述的特殊气氛可为有氧环境，特别是指高温炉1内部含氧量为小于1torr(压强单位，托耳)的环境，以避免于高温环境中发生燃烧而破坏高温模具2或高硬度基材H并降低操作危险。故较佳地，本发明是于无氧的真空环境，或是在含有惰性气体(例如氮气、氩气等)的混合气体环境下进行操作，以防止前述问题发生，并确保高温模具2或高硬度基材H不会因高温氧化而影响品质。

在一较佳情况是将高硬度基材H加热至温度1800～2045℃，其中当温度大于1800℃时，有利于缩短高硬度基材H的模压成型时间，而在未超过2045℃的温度，可以维持高硬度基材H的晶相及其物理特性，据此，在此一温度范围下，可减少制程时间并获得品质良好的曲面基板H’。

请配合参考图6A至6D，值得注意的是，本发明为因应各种用途例如LED配光、电子装置屏幕等，于进行加热步骤S17时，可凭借第一模体21的第一塑型面211a与第二模体22的第一塑型面221a相配合以形成各种不同实施方式的曲面基板H’。

进一步言之，根据一实施方式，所述第一及第二塑型面211a、221a各为一略呈桥形的表面，则可于此一加热步骤S17后形成一桥状曲面基板(如图6A所示)。根据另一实施方式，所述第一及第二塑型面211a、221a各为一略呈球形的表面，则可于此一加热步骤S17后形成一正凹或反凹的球状曲面基板(如图6B及6C所示)。根据又一实施方式，所述第一及第二塑型面211a、221a各为一略呈波浪形的表面，则可于此一加热步骤S17后形成一波浪状曲面基板(如图6D所示)。

另值得一提的是，在以机械加压的模压过程中，由于高温模具2可固定于连动结构4，并经由连动结构4所带动，因此在上述制造步骤中，亦可先将高硬度基材H加热至软化后，再进行第一、第二模体21、22的合模，或者同时进行合模及加热步骤，进而将高硬度基材H模压成型；换句话说，本发明并不限制步骤S15及步骤S17的执行顺序，其可依据高硬度基材H的模压成型方法的不同而交换顺序或同时进行。再进一步延伸，如以机械加压成形，模具并不限以垂直堆叠方式摆放，亦可以水平堆叠方式进行摆放。

最后，执行步骤S19，将第一模体21与第二模体22相互分离，待曲面基板H’冷却后，即可将高硬度基材H’脱模取出。

请参图5A至图5F，为本发明的高硬度基材H的模压成型示意图，以说明本发明除了可通过模仁211及模穴221的曲率改变而调整曲面基板H’的弯曲度以外，可通过设置辅助压合件23、耐热垫片24或两者相互配合，进一步调整曲面基板H’的弯曲度。

首先针对辅助压合件23而言，由于辅助压合件23可与高温模具2为相同的耐高温材料，故辅助压合件23在模压成型过程中，不会因高温产生软化，使得第一模体21与第二模体22合模后，会因辅助压合件23夹制于第一、第二模体21、22之间而形成有一间隙，如此，根据辅助压合件23的厚度不同相对会造成第一、第二模体21、22的间隙大小(即密合程度)差异，高硬度基材H受到第一、第二模体21、22挤压而弯曲的程度也会因此不同。

更具体地说，如图5A所示，当辅助压合件23具有一定厚度时，第一模体21会受到辅助压合件23的限制，减少将高硬度基材H向下挤压的程度，而制成弯曲度较小的曲面基板H’；因此，如图5B所示，在进一步调降辅助压合件23的厚度后，使第一、第二模体21、22更趋近密合，即可增加曲面基板H’的弯曲度。而在一实施方式中，如图5C所示，可分别于第一、第二模体21、22设置耐热垫片24，凭借耐热垫片24避免曲面基板H’直接贴合于第一模体21或第二模体22上而有利于脱模。

然而，耐热垫片24的作用并不限于此，如图5D所示，可调整设于第一模体21的耐热垫片24的型态，使其厚度由中央向两端递减，亦即将耐热垫片24形成具有不同于第一模体21的曲率，如此，所模压形成的曲面基板H’(如图5E所示)则可对应耐热垫片24的曲率而弯曲成型，以达到调整曲面基板H’弯曲度的目的。

反之，如图5F及图5G所示，亦可调整设于第二模体22的耐热垫片24，使其厚度由中央向两端递增而具有不同于第二模体22的曲率，以模压形成具特定弯曲度的曲面基板H’(如图5G所示)。

在另一实施方式中，可于图5D及图5F所示的高温模具2进一步设置辅助压合件23，且同样将辅助压合件23配置于第一、第二模体21、22之间(如图5A所示)，通过辅助压合件23及耐热垫片24的相互配合，以上述厚度调整方式进一步制成所需的曲面基板H’，并方便成型的曲面基板H’脱模。

需特别说明的是，本发明的辅助压合件23及耐热垫片24经调整其形状及配置位置，即可应用于任何模具类型中，换言之，上述通过辅助压合件23及耐热垫片24调整高硬度基材H弯曲度的方式，并不限制应用于特定的模压成型方法或成型装置。

综上所述，相较于习用曲面压合成型技术，本发明的曲面基板的制造方法及其成型装置，仅需通过辅助压合件23、耐热垫片24的厚度调整，即可达到调整曲面基板H’的弯曲度的，而不需借助替换高温模具2来改变高温模具2的曲率；且其中耐热垫片24更有利于成型后的高硬度基材H进行脱模，使本发明在制程调控上更为简便及多元。

再者，本发明特别针对高硬度的蓝宝石基材提供特定的制程条件，将其模压形成曲状型态，或者可配合高温模具2的设计，将蓝宝石基材模压形成特定的构型(例如波浪状)，已解决目前蓝宝石基材加工成型的技术缺乏及操作困难等问题，并提供符合半导体、电子零组件等产业所需的高硬度基材H。

整体而言，本发明将传统热压合装置转用到高硬度基材H的加工成型，并进一步改善成型装置D、D’、D”的构造及配合特定的制程条件，以达到增进高硬度基材H的应用性的目的；除此之外，本发明更具备制程简单、方便的特点，而可降低高硬度基材H于后续应用的成本。

虽然本发明以前述实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种曲面基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供莫氏硬度为8以上的一高硬度基材；

将所述高硬度基材定位于相互配合的一第一模体与一第二模体之间；

以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模；以及

在特定气氛下加热所述高硬度基材至至少大于摄氏1600度，使所述高硬度基材经模压成型为一曲面基板。

2.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括配置至少一辅助压合件于所述第一模体及所述第二模体之间，并通过所述辅助压合件的压制以调整所述曲面基板的厚度及变形曲率。

3.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相对应的模穴，所述模穴具有一第二塑型面，并且以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括设置一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模穴的第二塑型面之间。

4.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相对应的模穴，所述模穴具有一第二塑型面，并且以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括设置一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模仁之间，并设置另一耐热垫片于所述高硬度基材与所述模穴的第二塑型面之间。

5.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，以所述第一模体及所述第二模体对所述高硬度基材进行合模的步骤中，更进一步包括以一第一连动杆带动所述第一模体朝所述第二模体的方向移动，同时以一第二连动杆带动所述第二模体朝所述第一模体的方向移动，使所述第一模体及所述第二模体进行合模。

6.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述高硬度基材为一蓝宝石基材、一碳化硅基材、一碳化硼基材或一氮化铝基材。

7.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述第一模体及所述第二模体为一金属材料所制成，所述金属材料为铱、钨、铂、钼或其合金。

8.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述第一模体及所述第二模体为一陶瓷材料所制成，所述陶瓷材料为氧化锆、氧化锗、氧化铝或其组合。

9.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，在特定气氛下加热所述高硬度基材至至少大于摄氏1600度的步骤中，为加热所述高硬度基材至摄氏1800度至2045度之间。

10.如权利要求9所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述特定气氛为真空气氛、含惰性气体的混合气氛、含氧量小于1托耳的有氧气氛或无氧气氛。

11.如权利要求1所述的曲面基板的制造方法，其特征在于，所述曲面基板为一球状曲面基板、一桥状曲面基板或一波浪状曲面基板。

12.一种应用于如权利要求1所述的曲面基板的制造方法的成型装置，其特征在于，包括：

一高温炉；以及

至少一高温模具，所述高温模具设置于所述高温炉内，并包含一第一模体及一第二模体，其中所述第一模体具有一模仁，所述第二模体具有一与所述模仁相配合的模穴，且所述模穴具有一第二塑型面；

多个挡止件，抵接于所述高温模具的外壁面；

两辅助压合件，设置于所述第一模体与所述第二模体之间，并分别位于所述模仁及所述模穴的其中之一的相对二侧；以及

至少一耐热垫片，设置于所述模仁与所述模穴之间。