CN107520540B - 加工脆性材料基板的方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种加工脆性材料基板的方法以及系统，属于激光加工技术领域。所述方法包括，控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同。本发明实施例提供的一种加工脆性材料基板的方法，通过控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域的方式，使得激光扫描装置可以通过多次的激光扫描来加工待加工基板上的扫描区域，提升了加工精度以及基板的加工质量，降低了出错率。

Description

加工脆性材料基板的方法以及系统

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体而言，涉及一种加工脆性材料基板的方法以及系统。

背景技术

目前制造商越来越多的在电子类设备里使用由二维或三维加工技术形成的基板等零部件，并且随着工业和社会需求的增加，高精度和高质量的如玻璃或者水晶等脆性材料加工制成的二维或三维零部件越来越受到青睐。但是，传统的制造业大多数是采用数控、线锯技术和研磨车床等的结合来完成这些零部件的加工制造，此种方式加工效率低下，加工工序繁多、复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种加工脆性材料基板的方法以及系统，以解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种加工脆性材料基板的方法，所述方法包括：控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种加工脆性材料基板的系统，所述系统包括控制装置、激光扫描装置以及加工平台；所述加工平台，用于放置待加工基板；所述激光扫描装置，用于发射激光扫描所述待加工基板；所述控制装置，用于控制激光扫描装置沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同。

本发明实施例提供的一种加工脆性材料基板的方法以及系统，通过控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域的方式，使得激光扫描装置可以通过多次的激光扫描来加工待加工基板上的扫描区域，提升了加工精度以及基板的加工质量，降低了出错率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例提供的控制装置的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的一种加工脆性材料基板的系统的结构图；

图3为本发明第一实施例提供的另一种加工脆性材料基板的系统的结构图；

图4为本发明第二实施例提供的加工脆性材料基板的方法的流程图；

图5为本发明第二实施例中分层后目标加工形状的俯视图；

图6为本发明第二实施例中分层后目标加工形状的侧视图；

图7为本发明第二实施例提供的一种扫描路径设置示意图；

图8为本发明第二实施例提供的另一种扫描路径设置示意图；

图9为本发明第二实施例提供的另一种扫描路径设置示意图；

图10为本发明第二实施例提供的扫描路径合并示意图；

图11本发明第二实施例提供的待加工基板设置有多个扫描区域的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在现有的基于计算机数字控制机床CNC(Computerized Numerical ControlMachine)的加工中，在切割操作期间将成型的金刚石钻头压入工件内以产生倒角。由于有限的设计灵活性，该操作耗时且成本高。所产生的倒角通常还需通过抛光步骤进行后续处理以确保将微裂缝和碎片移除。

本发明实施例提供了一种加工脆性材料基板的方法以及系统，以改善上述问题。

如图1所示，是本实施例提供的控制装置的结构框图。所述控制装置包括存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元以及显示单元。

所述存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元、显示单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。

其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器 (Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器 (DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，外设接口，处理器以及存储控制器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

输入输出单元用于提供给用户输入数据实现用户与所述控制装置的交互。所述输入输出单元可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

显示单元在所述控制装置与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

第一实施例

如图2所示，为本发明实施例提供的一种加工脆性材料基板的系统的结构图，该加工系统包括：激光扫描装置、第一位置调节机构130、加工平台140和控制装置150。激光扫描装置包括激光光源110、多个光学组件120。

加工平台140设置有用于摆放待加工的脆性材料基板的承载面，在加工平台140的上面安装有激光光源110和第一位置调节机构130，第一位置调节机构130上安装有多个光学组件120。多个光学组件120包括：周长切割组件121、倒角切割组件122、孔切割组件123。其中，周长切割组件121 用于对待加工基板进行周长切割时使用，倒角切割组件122用于对待加工基板进行倒角加工时使用，孔切割组件123用于对待加工基板进行孔加工时使用。

激光光源110用于提供初始激光光束，具体的可以是一个光纤激光器。其中，初始激光光束可以是一个线宽较宽的一个椭圆光斑，各光学组件可以根据加工工序的需求对初始激光光束进行线宽压缩或者强度放大等处理，以将初始激光光束调整为光学组件的加工工序对应参数的工作激光光束。加工系统除了可以为上述结构外，还可以为图3中所示的结构。图3 与图2所示的加工系统最主要的区别在于，图3中的调节机构为线性的第二位置调节机构170。

在加工过程中，所述控制装置150，用于控制激光扫描装置沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同。

本实施例提供的加工脆性材料基板的系统，通过控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域的方式，使得激光扫描装置可以通过多次的激光扫描来加工待加工基板上的扫描区域，提升了加工精度以及基板的加工质量，降低了出错率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考后述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

第二实施例

请参阅图4，本发明第二实施例提供了一种加工脆性材料基板的方法，所述方法包括：

步骤S210：控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同。

为了提升加工精度，在预先的参数设定过程中，获取到目标加工形状后，可以将目标加工形状划分为平行的多个层。即将所述多个层组合起来即为获取的目标加工形状。如图5所示，例如，在基板的倒角设计过程中，可以将倒角220划分为层221、层222、层223以及层224等多个层。

需要说明的是，为了进一步的提升加工过程中的灵活性，在预先的参数设定过程中，每条扫描路径均可以对应有可修改的扫描参数，所述扫描参数包括扫描宽度以及扫描深度。如图5所示，图中层221对应的标识d 为该层对应的扫描宽度，其它层的扫描宽度定义也可以如此，图中不再重复标注。该扫描宽度用于定义在后续的加工过程中，激光扫描装置在该条扫描路径上的扫描范围。

扫描深度用于定义在后续的加工过程中，激光扫描装置在该条扫描路径上的发射的激光能量。如图6所示，图中层221对应的标识h为该层对应的扫描深度，其它层的扫描深度定义也可以如此，图中不再重复标注。

将目标加工形状划分为多个层后，再将该多个层映射到待加工的基板上预设的扫描区域内。在映射过程中，如图7所示，设定待加工基板310 上每个层的扫描起点以及扫描终点，进而确定每个层对应的扫描路径。以便于在后续的实际加工过程中，控制装置可以控制激光扫描装置根据确定的若干条扫描路径扫描，使得待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同

需要说明的是，目标加工形状的加工精度主要和每条扫描路径对应的移除的材料部分、每条扫描路径对应的移除的材料数量，以及目标加工形状的复杂度有关。根据多次实践的数据表明，每条扫描路径对应的扫描宽度不大于25μm时可以获得的较佳的扫描精度。

需要说明的是，在预先的参数设定过程中，每条扫描路径各自对应的扫描宽度以及扫描深度均可以不同。作为一种实施方式，为了在加工过程中，能够更加精确的待加工基板上加工出目标加工形状，可以将处于最外层的两条扫描路径的宽度设置为小于该两条扫描路径之间的扫描路径。例如，如图8所示，在待加工基板310上设置的若干条扫描路径包括第一边缘扫描路径311、第二边缘扫描路径312以及至少一个第三扫描路径313，所述第三扫描路径313位于所述第一边缘扫描路径311和所述第二边缘扫描路径312之间；所述第一边缘扫描路径311和所述第二边缘扫描路径312 的扫描宽度均小于所述第三扫描路径313的扫描宽度。所述第一边缘扫描路径311和所述第二边缘扫描路径312的扫描宽度均在1-2μm之间。

在扫描过程中，作为一种实施方式，所述控制装置可以控制激光扫描装置，沿着预先设定的与所述待加工基板的相邻棱边中的一条棱边均平行的若干条扫描路径，扫描所述待加工基板上预设的扫描区域。例如，如图8 所示，在根据扫描路径311进行扫描加工时，所述控制装置可以控制激光扫描装置沿着所示虚线箭头的方向进行扫描。图8中虚线箭头的方向与所述待加工基板的AB边的延伸方向平行。

此外，如图9所示，作为另一种实施方式，所述控制装置可以控制激光扫描装置，沿着预先设定的与所述代加工基板的相邻棱边均不平行的若干条扫描路径扫描所述待加工基板上预设的扫描区域。例如，在根据图9 中所示的扫描路径410进行扫描加工时，所述控制装置可以控制激光扫描装置沿着图9中所示虚线箭头的方向进行扫描。图9中虚线箭头的方向与所述待加工基板的相邻棱边AB以及CB均不平行。

当采用图9所示的扫描路径进行扫描时，为了提升扫描效率，所述控制装置可以合并所述若干条扫描路径中的多条，得到新的扫描路径。所述控制装置控制激光扫描装置，沿着所述新的扫描路径，扫描待加工基板上预设的扫描区域。如图9和图10所示，图9中的扫描路径410、扫描路径 420、扫描路径430以及扫描路径440可以合并为图10中所示的扫描路径450。

如图11所示，当在待加工基板上设置了多个扫描区域时，为了便于加工多个扫描区域，作为优选，控制装置可以控制用于放置所述待加工基板的加工平台，沿着预设时针方向转动，以使所述激光扫描装置依次扫描所述待加工基板上转动到所述激光扫描装置的扫描范围内的扫描区域。如图 11所示，待加工基板上设置有扫描区域510、扫描区域520、扫描区域530 以及扫描区域540。则为了可以将多个扫描区域均扫描掉，放置待加工基板的加工平台在控制装置的控制下可以沿图中箭头所示的方向转动，使得扫描装置可以扫描预设的扫描区域510、扫描区域520、扫描区域530以及扫描区域540。

可以理解，当有多个扫描区域时，每个扫描区域均对应有各自设置的若干条扫描路径，激光扫描装置在扫描每个扫描区域时，可以根据该扫描区域对应的若干条扫描路径进行扫描。

需要说明的是，在加工过程中，所述激光扫描装置的配置参数包括：激光脉冲宽度不大于30ps；脉冲能量不小于1μJ；以及脉冲重复频率大于 10kHz。

本实施例提供的加工脆性材料基板的方法，通过控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域的方式，使得激光扫描装置可以通过多次的激光扫描来加工待加工基板上的扫描区域，提升了加工精度以及基板的加工质量，降低了出错率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的若干个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或若干个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基板并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种加工脆性材料基板的方法，其特征在于，所述方法包括：

控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同，其中，所述控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，包括：

所述控制装置合并所述若干条扫描路径中的多条，得到新的扫描路径；

所述控制装置控制所述激光扫描装置，沿着所述新的扫描路径，扫描所述待加工基板上预设的扫描区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的扫描区域有多个，所述控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，还包括：

所述控制装置控制用于放置所述待加工基板的加工平台，沿着预设时针方向转动，以使所述激光扫描装置依次扫描所述待加工基板上转动到所述激光扫描装置的扫描范围内的扫描区域。

3.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于，每条所述扫描路径对应有扫描参数，所述扫描参数包括扫描宽度以及扫描深度；所述控制装置控制激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，还包括：

所述控制装置控制所述激光扫描装置，沿着预先设定的若干条扫描路径，并根据每条所述扫描路径对应的扫描参数，扫描所述待加工基板上预设的扫描区域。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若干条扫描路径包括第一边缘扫描路径、第二边缘扫描路径以及至少一个第三扫描路径，所述第三扫描路径位于所述第一边缘扫描路径和所述第二边缘扫描路径之间；所述第一边缘扫描路径和所述第二边缘扫描路径的扫描宽度均小于所述第三扫描路径的扫描宽度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一边缘扫描路径和所述第二边缘扫描路径的扫描宽度均在1-2μm之间。

6.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于，所述激光扫描装置的配置参数包括：

激光脉冲宽度不大于30ps；

脉冲能量不小于1μJ；以及

脉冲重复频率大于10kHz。

7.一种加工脆性材料基板的系统，其特征在于，所述系统包括控制装置、激光扫描装置以及加工平台；

所述加工平台，用于放置待加工基板；

所述激光扫描装置，用于发射激光以扫描所述待加工基板；

所述控制装置，用于控制所述激光扫描装置沿着预先设定的若干条扫描路径扫描所述待加工基板上预设的扫描区域，以使所述待加工基板被扫描掉的区域的形状与预设的目标加工形状相同，其中，所述控制装置，用于控制所述激光扫描装置沿着预先设定的若干条扫描路径扫描待加工基板上预设的扫描区域，包括：

所述控制装置合并所述若干条扫描路径中的多条，得到新的扫描路径；

所述控制装置控制所述激光扫描装置，沿着所述新的扫描路径，扫描所述待加工基板上预设的扫描区域。