CN111872580B - 一种基板打孔装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基板打孔装置及方法，所述基板打孔装置包括：底座；工作台，其滑动安装在所述底座上；支架，其一端安装在所述底座上，其另一端位于所述工作台上方；激光发射部，其安装在所述支架位于所述工作台上方的一端且所述激光发射部的工作面朝向所述工作台，所述激光发射部越靠近所述工作台，则所述激光发射部的水平横截面积越小，所述激光发射部上设有至少一个激光发射器，允许所述激光发射器在所述激光发射部的侧面上移动。本发明的基板打孔装置可以改善贯通孔的切割面的切割质量，可以减小碎屑的大小，增强基板的强度，同时防止基板破损。

Description

一种基板打孔装置及方法
技术领域
本发明属于钻孔技术领域，特别是涉及利用激光束在基板上打孔的技术，更具体地涉及一种基板打孔装置及方法。
背景技术
触控面板(touch panel)设置在电子手册、液晶显示装置(LCD，Liquid CrystalDisplay)或等离子显示板(PDP，Plasma Display Panel)等平板显示器装置和阴极射线管显示器(CRT，Cathod Ray Tube)等图像显示装置的屏幕上，用户通过观看图像显示装置选择想要获取的信息，简单、误操作少，不需要使用另外的输入仪器即可完成输入，并且用户可以通过画面显示的内容快速、容易地进行操作，因其便利性适用于多种图像显示装置。
在一些实施例中为了制作触控面板的扬声器孔或按键孔等，需要在基板上打孔形成贯通孔。现有的技术为了在基板上形成贯通孔，可以采用使金刚钻沿着贯通孔的切割预定线移动的机械方法，但是此方法形成的贯通孔，在贯通孔的切割面处可能形成大量的锋利的不规则的碎屑。这些碎屑的产生会使基板的整体切割质量下降，这些碎屑还会成为向基板的内部传递裂纹的起始点，使基板的硬度下降并且造成基板破损。另外，当碎屑的尺寸大时，为了解决上述问题，还需要另外的研磨工艺，从而会使工艺效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基板打孔装置及方法，本发明分阶段向基板的表面照射激光束，前期先产生用于定位的裂纹区，后期再将裂纹区去除形成平坦切割面的贯通孔，从而可以改善贯通孔的切割面的切割质量，可以减小碎屑的大小，增强基板的强度，同时防止基板破损。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种基板打孔装置，其包括：
底座；
工作台，其滑动安装在所述底座上；
支架，其一端安装在所述底座上，其另一端位于所述工作台上方；
激光发射部，其安装在所述支架位于所述工作台上方的一端且所述激光发射部的工作面朝向所述工作台，所述激光发射部越靠近所述工作台，则所述激光发射部的水平横截面积越小，所述激光发射部上设有至少一个激光发射器，允许所述激光发射器在所述激光发射部的侧面上移动。
在本发明的一个实施例中，所述激光发射部呈倒置梯形。
在本发明的一个实施例中，所述激光发射部呈倒置圆锥形。
在本发明的一个实施例中，沿着所述激光发射部的竖直延伸方向且围绕所述激光发射部的平行于水平面的横截面的外围设有多条轨道，所述多个激光发射器分别滑动安装在所述多条轨道上。
在本发明的一个实施例中，所述多条轨道相互平行。
在本发明的一个实施例中，所述多条轨道间隔为0.1-1mm。
在本发明的一个实施例中，在所述激光发射部的侧面且与水平面呈预设角度设有螺旋轨道，所述激光发射器滑动安装在所述螺旋轨道上。
在本发明的一个实施例中，所述螺旋轨道远离所述工作台的螺圈与水平面平行。
在本发明的一个实施例中，所述螺旋轨道的螺旋角为30-60度。
本发明还提供一种基板打孔方法，其至少包括以下步骤：
准备阶段，将待打孔基板放置在安装在底座上的工作台上；
定位阶段，通过激光发射部上对应位置的激光发射器定位待打孔的切割预定线位置，所述激光发射部安装在所述支架位于所述工作台上方的一端且所述激光发射部的工作面朝向所述工作台，所述激光发射部越靠近所述工作台，则所述激光发射部的水平横截面积越小，所述激光发射部上设有至少一个激光发射器，允许所述激光发射器在所述激光发射部的侧面上移动，定位阶段具体包括以下步骤：驱动激光发生器移动并向待加工基板发射激光束，在所述基板上形成尺寸由小至大且与切割预定线形状相同的一系列闭合曲线，直至所述闭合曲线与切割预定线重合，继而在所述基板的表面形成一定深度的裂纹；
形成阶段，驱动激光发生器移动向所述形成裂纹的区域照射激光束，除去所述裂纹下部的基板区域，形成贯通孔的切割面；
优化阶段，驱动激光发生器移动向所述贯通孔的切割面的突出部照射激光束，除去所述突出部，优化贯通孔的切割面形态，获得切割面平坦的贯通孔。
本发明可以实现分阶段向基板的表面照射激光束，前期先产生用于定位的裂纹区，后期再将裂纹区去除形成平坦切割面的贯通孔，从而可以改善贯通孔的切割面的切割质量，可以减小碎屑的大小，增强基板的强度，同时防止基板破损。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。
图1为本发明基板打孔装置的结构示意图；
图2为图1中一实施例的激光发射部的结构示意图；
图3为图1中另一实施例的激光发射部的结构示意图；
图4为本发明基板打孔方法的方法流程图；
图5为图4中本发明基板待打孔示意图；
图6为图4中步骤S2中对应的加工方法示意图；
图7为图4中步骤S3中对应的加工方法示意图；
图8至图10为图4中步骤S4中对应的加工方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在需要精确打孔的领域，例如带按键的显示面板，触控面板等，本发明的触控面板(touch panel)可以设置在电子手册、液晶显示装置(LCD，Liquid Crystal Display)或等离子显示板(PDP，Plasma Display Panel)等平板显示器装置和阴极射线管显示器(CRT，Cathod Ray Tube)等图像显示装置的屏幕上，用户通过观看图像显示装置选择想要获取的信息，简单、误操作少，不需要使用另外的输入仪器即可完成输入，并且用户可以通过画面显示的内容快速、容易地进行操作，因其便利性适用于多种图像显示装置。在一些实施例中为了制作触控面板的扬声器孔或按键孔等，需要在基板上打孔形成贯通孔。
请参阅图1至图3，为了提高基板上贯通孔的质量，本发明提供一种基板打孔装置，其包括：底座1、工作台2、支架3和激光发射部4。
请参阅图1至图3，底座1可以采用任意形状，本实施例中，底座1例如可以采用方形底座1。
请参阅图1至图3，工作台2滑动安装在底座1上，具体的，底座1两侧面可以分别设有一根齿条，工作台2的底部对应齿条的位置分别设有一齿轮，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述齿轮与一驱动电机连接，驱动电机驱动齿轮转动，从而实现齿轮沿着齿条滑动，继而带动工作台2相对底座1滑动，本实施例中，为了能够精确控制工作台2的移动精度，可以采用伺服电机作为驱动电机，为了实现大扭矩的输出，本实施例中可以在伺服电机后接一减速机，减速机再与齿轮轴连接，驱动齿轮相对齿条按既定精度进行移动，从而实现工作台2可以相对底座1移动精确的距离，使放置在工作台2上的基板6的待打孔7位置对正工作台2的加工中心。
请参阅图1至图3，支架3的一端安装在底座1上，支架3的另一端位于工作台2上方，本实施例中，支架3例如可以呈L型，在其他实施例中，支架3也可以呈其他形状例如J型，T型或P型等，只需满足支架3的一部分悬于工作台2上方即可，所述支架的高度可调节，所述支架例如采用现有的液压升降结构。
请参阅图1至图3，激光发射部4安装在所述支架3上，具体的，激光发射部4安装在支架3位于工作台2上方的部分，激光发射部4的工作端面向工作台2，如图所示，激光发射部4由上至下，水平横截面积逐渐递减，符合此条件的激光发射部4可以呈倒置梯形、倒置圆锥形、倒置圆台型或者其他倒置多边形，激光发射部4的形状可以根据待打孔7的形状来选择。所述激光发射部4上设有至少一个激光发射器5，允许所述激光发射器5在所述激光发射部4的侧面上移动，具体的，在一些实施例中，沿着所述激光发射部4的竖直延伸方向且围绕所述激光发射部4的水平横截面的外围设有多条相互平行的轨道，多个激光发射器5分别滑动安装在多条轨道上，激光发射器5可以沿着轨道围绕激光发射部4的水平横截面的外围运动，由于激光发射部4由上至下，水平横截面积逐渐递减，所以沿着不同水平横截面运动的激光发射器5可以在基板6上对应形成多个尺寸不同的闭合曲线投影，更具体的，通过激光发射部4上的多个激光发射器5根据待加工孔的位置定位待加工孔的切割预定线61的位置及形状，多个激光发射器5沿着具有与待加工孔的切割预定线61相同的形状、比切割预定线61小的尺寸不同的多个第一闭合曲线62和切割预定线61照射激光束，通过控制器控制多个激光发射器5相继开启或关闭，使得从小尺寸的第一闭合曲线62向大尺寸的第一闭合曲线62和切割预定线61依次移动，同时照射第一功率的激光束，从而在基板6的表面形成一定深度的裂纹63，然后将预定形成贯通孔的区域划分为多个子贯通孔区域，通过开启不同位置的激光发射器5向基板6对应区域反复照射激光束，使得裂纹63下部的基板6区域熔融从而可以除去，形成贯通孔切割面，再向贯通孔的切割面的突出部照射激光束，除去切割面的突出部，优化贯通孔的切割面形态，形成具有平坦切割面的贯通孔。本实施例中，考虑到待打孔7的尺寸及裂纹63扩展的尺寸，设置所述多条轨道的间隔例如为0.1-1mm。
请参阅图1至图3，在其他一些实施例中，在所述激光发射部4的侧面且与水平面呈预设角度的位置设有螺旋轨道，可以将一个激光发射器5滑动安装在所述螺旋轨道上，所述螺旋轨道远离所述工作台2的螺圈与水平面平行，所述螺旋轨道的螺旋角为30-60度，其中滑动安装可以采用齿轮齿条连接，皮带传动连接或滑轮轨道方式等多种，本发明不做限定。具体的，螺旋轨道远离所述工作台2的螺圈对应待加工孔的尺寸及位置，也就是基板6上对应的切割预定线61的位置，当激光发射器5在螺旋轨道上向上运动直至最终螺圈的过程中，可以实现在基板6上激光束的照射轨迹从小尺寸的第一闭合曲线62向切割预定线61逐渐移动，从而在基板6的表面形成一定深度的裂纹63，然后通过激光发射器5在螺旋轨道上来回移动，除去预定形成贯通孔的区域，既除去所述裂纹63下部的基板6区域形成贯通孔切割面，再将激光发射器5移动至贯通孔切割面的突出部的对应位置照射激光束，除去切割面的突出部，优化贯通孔的切割面形态，形成具有平坦切割面的贯通孔。
请参阅图4至图10，本发明还提供一种基板6打孔方法，其至少包括以下步骤：
S1.准备阶段，将待打孔7基板6放置在安装在底座1上的工作台2上，移动工作台2使待打孔7位置对准加工中心；
S2.定位阶段，通过激光发射部4上对应位置的激光发射器5定位待打孔7的切割预定线61位置及形状，所述激光发射部4安装在所述支架3位于所述工作台2上方的一端且所述激光发射部4的工作面朝向所述工作台2，所述激光发射部4越靠近所述工作台2，则所述激光发射部4水平横截面积越小，所述激光发射部4上设有至少一个激光发射器5，允许所述激光发射器5在所述激光发射部4的侧面上移动，定位阶段具体包括以下步骤：驱动激光发生器移动并向待加工基板6发射激光束，在所述基板6上形成尺寸由小至大且与切割预定线61形状相同的一系列闭合曲线，直至所述闭合曲线与切割预定线61重合，继而在所述基板6的表面形成一定深度的裂纹63；
S3.形成阶段，驱动激光发生器移动向所述形成裂纹63的区域照射激光束，除去所述裂纹63下部的基板6区域，形成贯通孔的切割面；
S4.优化阶段，驱动激光发生器移动向所述贯通孔的切割面的突出部照射激光束，除去所述突出部，优化贯通孔的切割面形态，获得切割面平坦的贯通孔。
请参阅图4至图6，具体的，在定位阶段，可以沿着多个第一闭合曲线62和切割预定线61照射具有第一功率的激光束，从基板6的表面形成一定深度的裂纹63。作为激光束照射的路径的多个第一闭合曲线62具有与贯通孔的切割预定线61相同的形状。例如，预定在基板6上形成的贯通孔的形状如果为椭圆形，则多个第一闭合曲线62也是与贯通孔的切割预定线61相同的椭圆形。另外，多个第一闭合曲线62比切割预定线61小，并且其尺寸各不相同。以尺寸不同的2个第一闭合曲线62为例进行图示，第一闭合曲线62的数量也可以是3个以上。如上所述，在定义激光束照射的路径的状态下，从小尺寸的第一闭合曲线62向大尺寸的第一闭合曲线62和切割预定线61依次移动，同时照射第一功率的激光束T，从而在基板6的表面形成一定深度的裂纹63。利用沿着小尺寸的第一闭合曲线62照射的激光束T，形成与小尺寸的第一闭合曲线62形状相同的裂纹63，利用沿着大尺寸的第一闭合曲线62照射的激光束T，形成与大尺寸的第一闭合曲线62形状相同的裂纹63，随后利用沿着切割预定线61照射的激光束T形成与切割预定线61形状相同的裂纹63。各个裂纹63的边缘部有一部分相同重叠。
请参阅图4至图6，实际上，在与激光束T最先照射的小尺寸的第一闭合曲线62对应的裂纹63处，因为激光束T在基板6上产生的碎屑的尺寸相对较大，与激光束T随后照射的大尺寸的第一闭合曲线62和切割预定线61对应的裂纹63处，因为激光束T在基板6上产生的碎屑的尺寸相对较小。在向没有产生一点裂纹63的光滑的基板6的表面照射激光束T的情况下，传递到基板6上的初期冲击力较大，因此在基板6上产生的碎屑的尺寸相对较大，但是在已经形成裂纹63的情况下，向与裂纹63邻接的位置的基板6表面照射激光束T时，传递到基板6上的冲击力相对较小，因此在基板6上产生的碎屑的尺寸相对较小。即使在利用沿着小尺寸的第一闭合曲线62照射的激光束T形成的裂纹63处碎屑的尺寸较大，但是因为在之后贯通孔形成的状态下，与贯通孔内部对应的基板6部分是废弃的部分，因此即使碎屑的尺寸较大也不会产生任何问题。
请参阅图7，形成阶段是向形成裂纹63的区域照射具有比第一功率高的第二功率的激光束T，除去裂纹63下部的基板6区域。照射可以使基板6的材质熔融的功率的激光束T除去裂纹63下部的基板6区域，从而可以使与贯通孔的内部区域对应的基板6与基板6的剩余部分分离，形成贯通孔的切割面65。
请参阅图7，本实施例中的形成阶段可以通过向基板6对应区域沿着具有与切割预定线61相同的形状、比切割预定线61小的尺寸不同的多个第二闭合曲线64照射激光束T。此时，从大尺寸的第二闭合曲线64向小尺寸的第二闭合曲线64依次移动，同时照射激光束T，再重新从小尺寸的第二闭合曲线64向大尺寸的第二闭合曲线64依次移动，同时照射激光束。反复上述过程，使得裂纹63下部的基板6区域熔融从而可以除去。裂纹63下部的基板6区域逐渐熔融，激光束T的焦点位置沿着基板6的深度方向改变，从而可以有效率地利用激光束T的能量。在裂纹63下部的基板6区域熔融的初期阶段，激光束T的焦点位置定位在第一位置处使裂纹63下部的基板6区域熔融，在裂纹63下部的基板6区域的上部区域一定程度熔融后，激光束T的焦点位置定位在比第一位置低的第二位置处从而使裂纹63下部的基板6区域熔融。
请参阅图6及图7，在一些实施例中，定位阶段的激光束T的移动速度最好是比形成阶段的激光束T的移动速度慢。在定位阶段，如果沿着多个第一闭合曲线62，切割预定线61移动的激光束T的移动速度过快，则碎屑的尺寸可能会变大。这是因为想要使移动速度变快则需要将激光的功率设定的更高，那么传递到基板6的冲击力变大，使得碎屑的尺寸变大。因此，在定位阶段，激光束T的移动速度和功率最好是尽可能地设定的低一些。相反，在形成阶段是向已经形成裂纹63的部分照射激光束T，因此形成阶段的激光束T的移动速度与碎屑的大小之间关联不大。因此，为了缩短整体的加工时间，最好是将形成阶段的激光束T的移动速度设定的比定位阶段的激光束T的移动速度更快。
请参阅图8至图10，优化阶段是向从贯通孔的切割面65向下侧逐渐突出形成的区域即突出部照射激光束T，从而除去突出部。通过优化阶段可以使贯通孔的切割面65在基板6的深度方向上平坦化。本实施例中的锥形除去阶段是通过第一优化阶段和第二优化阶段依次除去突出部。
请参阅图8至图10，第一优化阶段是沿着具有与切割预定线61相同的形状、比切割预定线61小的与突出部的下端部65a交叉的第三闭合曲线66照射激光束T，从而除去突出部的下端部65a。随后在第二优化阶段，沿着具有与切割预定线61相同的形状、比切割预定线61小、比第三闭合曲线66大的与突出部的中央部交叉的第四闭合曲线67照射激光束T，从而除去突出部的中央部65b。依次进行第一优化阶段和第二优化阶段，使贯通孔的切割面65在基板6的深度方向上几乎是平坦的状态。另外，依次除去突出部的下端部65a和突出部的中央部65b，从而在除去突出部时，可以使贯通孔的切割面65处产生的碎屑最少化。
以上公开的本发明选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种基板打孔装置，其特征在于，其包括：
底座；
工作台，其滑动安装在所述底座上；
支架，其一端安装在所述底座上，其另一端位于所述工作台上方，所述支架的高度可调节；
激光发射部，其安装在所述支架位于所述工作台上方的一端且所述激光发射部的工作面朝向所述工作台，所述激光发射部越靠近所述工作台，则所述激光发射部的水平横截面积越小，所述激光发射部上设有至少一个激光发射器，允许所述激光发射器在所述激光发射部的侧面上移动，在所述激光发射部的侧面且与水平面呈预设角度设有螺旋轨道，所述激光发射器滑动安装在所述螺旋轨道上；
所述螺旋轨道远离所述工作台的螺圈对应待加工孔的尺寸及位置；
其中，所述激光发射部呈倒置圆锥形。
2.根据权利要求1所述一种基板打孔装置，其特征在于，所述螺旋轨道远离所述工作台的螺圈与水平面平行。
3.根据权利要求1所述一种基板打孔装置，其特征在于，所述螺旋轨道的螺旋角为30-60度。
4.一种基板打孔方法，采用如权利要求1-3任一项所述的基板打孔装置，其特征在于，其至少包括以下步骤：
准备阶段，将待打孔基板放置在安装在底座上的工作台上；
定位阶段，通过激光发射部上对应位置的激光发射器定位待打孔的切割预定线位置，所述激光发射部安装在支架位于所述工作台上方的一端且所述激光发射部的工作面朝向所述工作台，所述激光发射部越靠近所述工作台，则所述激光发射部的水平横截面积越小，所述激光发射部上设有至少一个激光发射器，允许所述激光发射器在所述激光发射部的侧面上移动，定位阶段具体包括以下步骤：
驱动激光发生器移动并向待加工基板发射激光束；
在所述基板上形成尺寸由小至大且与切割预定线形状相同的一系列闭合曲线，直至所述闭合曲线与切割预定线重合，继而在所述基板的表面形成一定深度的裂纹；
形成阶段，驱动激光发生器移动向所述形成裂纹的区域照射激光束，除去所述裂纹下部的基板区域，形成贯通孔的切割面；
优化阶段，驱动激光发生器移动向所述贯通孔的切割面的突出部照射激光束，除去所述突出部，优化贯通孔的切割面形态，获得切割面平坦的贯通孔，依次除去突出部的下端部和突出部的中央部；
其中，所述定位阶段的激光束的移动速度比所述形成阶段的激光束的移动速度慢。
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