CN105437391A - 钻取装置及高硬度材质的曲面基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种钻取装置及高硬度材质的曲面基板的制造方法，钻取装置用于对一高硬度材质的待加工物进行加工，包括一钻取基座及一切削齿部，其中该钻取基座具有一切削端及一装配端，该切削齿部设置于该钻取基座的切削端。本发明于实施时，可透过将该钻取基座的装配端连接于一动力机构，使其经由该动力机构的驱动而沿着垂直于该高硬度材质的待加工物表面的一钻取轴位移，并带动该切削齿部围绕该钻取轴进行预定角度的转动，以将该高硬度材质的待加工物形成至少一曲面基板。藉此，可提升高硬度材质的待加工物的曲面加工制程的良率，并降低制程成本。

Description

钻取装置及高硬度材质的曲面基板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种曲面基材的成型技术，且特别涉及一种转用于曲面加工制程的钻取装置及高硬度材质的曲面基板的制造方法。

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，是制造发光二极管(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，故针对蓝宝石或其它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的一。

然而，目前本领域尚未提出该等高硬度材料的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，使得蓝宝石及其它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

有鉴于现有的高硬度材质的待加工物的曲面加工制程存在的缺失，本发明提供一种高硬度材质的曲面基板的制造方法利用特殊设计的钻取装置对高硬度材质的待加工物进行一预定切削角度的加工作业，所成型的曲面基板可满足精细、准确的曲面标准，进而可大幅降低产品不良率。

为达上述的目的，本发明采用以下技术方案：一种钻取装置，用于对一高硬度材质的待加工物进行加工，包括一钻取基座及一切削齿部，该钻取基座具有一切削端及一装配端，该切削齿部设置于所述钻取基座的切削端。其中，该钻取基座的装配端用以连接于一动力机构，且该钻取基座可经由该动力机构的驱动而沿着垂直于该高硬度材质的待加工物表面的一钻取轴位移，并带动该切削齿部围绕该钻取轴进行预定角度的转动，以将该高硬度材质的待加工物形成至少一曲面基板。

在本发明的一实施例中，该钻取装置包括一第一管状基座、一第二管状基座、一第一切削齿部及一第二切削齿部，该第一管状基座及该第二管状基座呈同轴设置且各具有一切削端及一装配端，该第一切削齿部设置于该第一管状基座的切削端，该第二切削齿部设置于该第二管状基座的切削端，且该第一切削齿部与该第二切削齿部之间有一预定间隙。其中，该第一管状基座及该第二管状基座的装配端用以连接于一动力机构，且该第一管状基座及该第二管状基座可经由该动力机构的驱动而沿着垂直于该高硬度材质的待加工物表面的一钻取轴位移，并带动该第一切削齿部及该第二切削齿部同时围绕该钻取轴进行预定角度的转动，以将该高硬度材质的待加工物形成至少一曲面基板，且该曲面基板的厚度与该预定间隙相等。

基于上述的钻取装置，本发明另提供一种高硬度材质的曲面基板的制造方法，包括以下的步骤：首先，提供一高硬度材质的待加工物，其莫氏硬度为8以上；接着，将所述高硬度材质的待加工物固定于一固定装置上；之后，使用上述的钻取装置对所述高硬度材质的待加工物进行切削，以形成至少一曲面基板。

本发明另提供一种高硬度材质的曲面基板的制造方法，包括以下的步骤：提供一高硬度材质的待加工物，其莫氏硬度为8以上；以及使用上述的钻取装置对该高硬度材质的待加工物进行切削，以形成至少一曲面基板。

综上所述，本发明将用于钻取晶棒或玻璃、高硬度基材的钻孔制程的既有的钻管结构，转用至(莫氏硬度为8以上)高硬度基材的曲面加工制程，不仅能解决目前高硬度基材(如蓝宝石基材)的曲面加工技术的缺乏及操作困难等问题，所成型的曲面基板还具有良好的曲面质量及表面平整度。

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。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的钻取装置与高硬度材质的待加工物的立体视图。

图2为本发明的第一实施例的钻取装置的剖视图。

图3A为本发明的第二实施例的钻取装置的剖视图。

图3B为本发明的第二实施例的钻取装置的立体视图。

图4为本发明的第三实施例的钻取装置的剖视图。

图5为本发明的第四实施例的钻取装置的剖视图。

图6为本发明的高硬度材质的曲面基板的制造方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1钻取装置

10钻取基座

10a第一管状基座

10b第二管状基座

11、11a装配端

12、12a切削端

13抛光区

14细磨区

20切削齿部

20a第一切削齿部

21钻石锯齿

30动力机构

40第一抛光垫

41第一研磨粒

50第二抛光垫

51第二研磨粒

60震荡装置

A、B、C箭头

G预定间隙

H厚度

S1高硬度材质的待加工物

S2曲面基板

T1第一次钻取槽

T2第二次钻取槽

Z钻取轴

具体实施方式

本发明的揭露内容涉及一种新颖的高硬度材质的曲面基板的制造方法，值得一提的是，本发明主要是将用于钻取晶棒或玻璃、高硬度基材的钻孔制程的既有的钻管结构，转用至(莫氏硬度为8以上)高硬度基材的曲面加工制程，藉此所成型的曲面基板可满足精细、准确的曲面标准。

下文中将透过多个实施例并配合所附图式说明本发明的技术特征及使用方式，使让熟习此项技艺者可经由本发明的揭露内容轻易了解本发明的目的、特点及功效，以基于不同的观点施行或应用本发明。

[第一实施例]

请一并参考图1及2，图1为本发明第一实施例的钻取装置与高硬度材质的待加工物的立体视图，图2为所述钻取装置的剖视图。如图所示，本实施例的钻取装置1包括一钻取基座10及一切削齿部20。

具体地说，钻取基座10为一体成型的金属管状基座，并具有一装配端11及一切削端12，其中装配端11可供组装或拆卸于一动力机构30，从而钻取基座10可藉由动力机构30配合伺服马达(图中未显示)的控制沿着平行于一高硬度材质的待加工物S1表面的方向位移、沿着垂直于所述高硬度材质的待加工物S1表面的一钻取轴Z位移及围绕所述钻取轴Z进行预定角度的转动。

另一方面，切削齿部20为多个钻石锯齿21所组成，所述钻石锯齿21的材质可为电镀或烧结钻石，并且钻石锯齿21可于研磨加工后焊接于钻取基座10的切削端12，原因在于，钻石锯齿21须透过研磨以匹配于钻取基座10的切削端12，同时达到良好的切割效果。

请复参考图1所示，本实施例的钻取装置1的操作流程如下：首先，钻取基座10经由动力机构30的驱动沿着箭头A所示的方向位移一预定行程；紧接着，钻取基座10经由动力机构30的驱动沿着箭头B所示的方向位移；然后，当接触到高硬度材质的待加工物S1时，钻取基座10经由动力机构30的驱动沿着箭头C所示的方向并围绕着钻取轴Z进行预定角度的转动，藉此带动切削齿部20对高硬度材质的待加工物S1进行第一次切削，以形成第一次钻取槽T1；此后，重复执行一次前述的操作流程，在高硬度材质的待加工物S1上形成第二次钻取槽T2，其中第一次钻取槽T1与第二次钻取槽T2的间即形成一曲面基板S2，以此类推。

值得注意的是，钻取基座10于切削过程中钻取基座10可对高硬度材质的待加工物S1造成一冲击压力，此冲击压力不仅能有效提升切割效率，还能实现高硬度材质的待加工物S1的曲面加工。另一方面，钻取基座10在A方向所作预定行程的位移可根据曲面基板S2厚度的需求而有所调整。据此，本实施例的钻取装置1实可解决目前高硬度基材(如蓝宝石基材)的曲面加工技术的缺乏及操作困难等问题。

[第二实施例]

请参考图3A，为本发明第二实施例的钻取装置的剖视图。本实施例的钻取装置1与第一实施例的不同之的处在于，钻取装置1在切削过程中可同时对高硬度材质的待加工物S1的切削表面(与钻取基座的外壁面相对的内表面)进行研磨抛光，以提高成型品的曲面质量及完整性。

须说明的是，尽管钻取基座10的主钻取功能区为切削端12上的高硬度的切削齿部20，然而钻取基座10的外壁面因为在钻取过程中会与被钻取的高硬度材质的待加工物S1的钻取面相接触，因此本实施例进一步于钻管的外壁面设计一个以上的较细磨粒的研磨区，藉此在钻取过程中同步进行细磨，以降低后续制程所需移除量或加工时间。再者，所述研磨区内可配合设计一维以上的沟槽以利排屑，避免钻取基座10因着塞屑而降低移除效果或影响加工稳定性。

请配合参考图3B，更详细地说，钻取基座10的外壁面具有一抛光区13及一细磨区14，其中细磨区14系邻近于切削端12，抛光区13则邻近于细磨区14。进一步言之的，抛光区13内设有至少一抛光垫40，所述抛光垫40可为但不限于树脂铜沟垫、锡沟垫、绒布抛光垫，细磨区14内则设有多颗高硬度磨粒50。据此，本实施例的钻取装置1于使用时，可对高硬度材质的待加工物S1依序进行切削、细磨及抛光等加工步骤。

进一步地，本实施例的钻取装置1于使用时，其(平行于钻曲轴的)加工路径上可持续喷洒钻石悬浮液、碳化硼(B₄C)悬浮液或其它合适的抛光液，但本发明并不局限于此。并且，为提高切削齿部20的切削效率，本所述钻取装置1可进一步配合一震荡装置60。于实际实施时，震荡装置60例如但不限于一超音波装置，钻取基座10的装配端11可设有一钻取主轴，震荡装置60即设置于钻取基座10上、钻取主轴上或高硬度材质的待加工物S1的下方，藉此使高硬度材质的待加工物S1在超音波震荡环境下被加工形成至少一曲面基板S2，藉此改善其善表面粗糙度，同时减少崩裂缺陷产生。该震荡装置可加于钻取主轴上、钻管上或待加工物上。

[第三实施例]

请参考图4，为本发明第三实施例的钻取装置的剖视图。本实施例为第二实施例的钻取装置1的结构改良，目的为确保抛光区13及细磨区14都能有效作用，以达到研磨暨抛光的最佳效果，进而改善曲面基板S2表面平整度与加工均匀性。

于本实施例中，钻取基座10的外径自切削端12往装配端11的方向递增，钻取基座10的外壁面具有邻近于装配端11的一细研抛区13及邻近于切削端12的一粗研抛区14，其中细研抛区13内设有多颗第一研磨粒41，粗研抛区14内设有多颗第二研磨粒51，须说明的是，第二研磨粒51的加工粗度大于第一研磨粒41的加工粗度。

[第四实施例]

请参考图5，为本发明第四实施例的钻取装置与高硬度材质的待加工物的立体视图。如图所示，本实施例的钻取装置1包括一第一管状基座10a、一第二管状基座10b、至少一第一切削齿部20a及至少一第二切削齿部(图中未显示)。

具体地说，第一管状基座10a及第二管状基座10b均为一体成型的金属基体且二者同轴设置，且第一管状基座10a位于第二管状基座10b的外侧，其中第一管状基座10a具有一装配端11a及一切削端12a，第二管状基座10亦具有一装配端及一切削端(图中未显示)，且第二管状基座10的装配端与第一管状基座10a的装配端11a共同连接于一动力机构30。

另一方面，第一切削齿部20a为多个钻石锯齿所组成，并连接于第一管状基座10a的切削端12a，第二切削齿部20b亦为多个钻石锯齿所组成，并连接于第二管状基座10b的切削端；进一步值得注意的是，所述第一管状基座10a与第二管状基座10b的间保持一预定间隙G。

本实施例的钻取装置1于使用时，第一管状基座10a与第二管状基座10b可同时经由动力机构30的驱动沿着钻取轴Z位移，并带动第一切削齿部20a及第二切削齿部围绕钻取轴Z进行预定角度的转动，使第一切削齿部20a及第二切削齿部同时对高硬度材质的待加工物S1进行次切削，所成型的曲面基板S2的厚度H等同于所述预定间隙G。如此一来，所述钻取装置1能有效提升曲面基板S2的产能至少两倍以上。

请参考图6，并请配合参考图1及5，本发明的钻取装置1的结构特征已详述如上，于是本发明另提供一种高硬度材质的曲面基板的制造方法，包括以下的步骤：

首先，提供一高硬度材质的待加工物S1，其莫氏硬度为8以上，例如为蓝宝石(Al₂O₃)晶棒；值得说明的是，本发明所定义的「晶棒」可广泛地解释，并不特指某一制程所制作者。

接着，将高硬度材质的待加工物S1固定于一固定装置(图中未显示)上，所述固定装置无特别限制，举凡能在各种加工过程中对高硬度材质的待加工物进行压制，使其无法任意移动者，均可被使用于此一步骤。

之后，使用本发明各实施例的钻取装置1对高硬度材质的待加工物进行切削、粗抛光及细抛光等加工步骤，以形成至少一曲面基板S2，所述曲面基板S2可应用于太阳能芯片、发光二极管芯片、半导体芯片等领域。

综上所述，相较于现有的曲面加工制程，本发明利用钻取装置切削(莫氏硬度为8以上的)高硬度基材的方式，所成型的曲面基板皆能达到精细、准确的的曲面标准。

再者，透过配置不同加工粗度的第一及第二抛光垫于钻取基座的外壁面上的抛光区及细磨区，本发明的钻取装置可依序对高硬度基材进行切削、粗抛光及细抛光等加工步骤，以提高成型品的曲面质量及完整性。进一步地，透过超音波震荡装置的配置并配合钻取基座的管径变化(外径自切削端往装配端的方向递增)，本发明的钻取装置的切削效率及抛光研磨效率可获得显着提升。

整体而言，本发明将用于钻取晶棒或玻璃、高硬度基材的钻孔制程的既有的钻管结构，转用至(莫氏硬度为8以上)高硬度基材的曲面加工制程，可解决目前高硬度基材(如蓝宝石基材)的曲面加工技术的缺乏及操作困难等问题；除此之外，本发明更具备制程简单、操作方便等优点，有助于降低后续制程步骤的成本。

然而以上所述仅为本发明的较佳实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。

Claims (9)

1.一种钻取装置，用于对一高硬度材质的待加工物进行加工，其特征在于，该钻取装置包括：

一钻取基座，具有一切削端及一装配端；以及

一切削齿部，设置于该钻取基座的切削端；

其中，该钻取基座的装配端用以连接于一动力机构，且该钻取基座可经由该动力机构的驱动而沿着平行于该高硬度材质的待加工物表面的方向或垂直于该高硬度材质的待加工物表面的一钻取轴位移，并带动该切削齿部围绕该钻取轴进行预定角度的转动，藉以在该高硬度材质的待加工物上形成至少二钻取槽，且该二钻取槽可界定出一曲面基板。

2.如权利要求1所述的钻取装置，其中该高硬度材质的待加工物为一蓝宝石晶柱、一蓝宝石晶锭或一蓝宝石晶棒，该钻取基座为一管状基座，该管状基座的外径自该切削端往该装配端的方向递增。

3.如权利要求1所述的钻取装置，其中该钻取基座的外壁面设有至少一邻近于该切削端的细磨区。

4.如权利要求3所述的钻取装置，其中该细磨区内进一步设有至少一用于排屑的沟槽。

5.如权利要求3所述的钻取装置，其中该钻取基座的外壁面进一步设有至少一邻近于该细磨区的抛光区，且该抛光区设有至少一抛光垫。

6.如权利要求5所述的钻取装置，其中该抛光垫为一树脂铜沟垫、一锡沟垫或绒布抛光垫。

7.如权利要求5所述的钻取装置，其中该钻取装置还包括一震荡装置，该钻取基座的装配端设有一钻取主轴，该震荡装置设置于该钻取主轴上、该钻取基座上或该高硬度材质的待加工物的下方。

8.一种钻取装置，用于对一高硬度材质的待加工物进行加工，其中该曲面基材具有一厚度，其特征在于，该钻取装置包括：

一第一管状基座及一第二管状基座，该第一管状基座及该第二管状基座呈同轴设置且各具有一切削端及一装配端；以及

一第一切削齿部及一第二切削齿部，该第一切削齿部设置于该第一管状基座的切削端，该第二切削齿部设置于该第二管状基座的切削端，且该第一切削齿部与该第二切削齿部之间有一预定间隙；

其中，该第一管状基座及该第二管状基座的装配端用以连接于一动力机构，且该第一管状基座及该第二管状基座可经由该动力机构的驱动而沿着垂直于该高硬度材质的待加工物表面的一钻取轴位移，并带动该第一切削齿部及该第二切削齿部同时围绕该钻取轴进行预定角度的转动，以将该高硬度材质的待加工物形成至少一曲面基板，且该曲面基板的厚度与该预定间隙大致相等。

9.一种高硬度材质的曲面基板的制造方法，包括以下的步骤：

提供一高硬度材质的待加工物，其莫氏硬度为8以上；以及

使用如权利要求1或8所述的钻取装置对该高硬度材质的待加工物进行切削，以形成至少一曲面基板。