TWI501832B

TWI501832B - 使用雷射於殼體製造孔洞或微孔之方法及具有微孔的殼體

Info

Publication number: TWI501832B
Application number: TW101142866A
Authority: TW
Inventors: Ho Han Lin
Original assignee: Ichia Tech Inc
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2015-10-01
Also published as: TW201420248A

Description

使用雷射於殼體製造孔洞或微孔之方法及具有微孔的殼體

本發明有關一種於殼體製造孔洞的方法及一種具有微孔的殼體，特別是有關一種使用雷射快速於殼體製造孔洞的方法。

目前市面上的手機和筆記型電腦內常設置揚聲器，又稱喇叭，因此在手機和筆記型電腦的外殼上需要設置孔洞，可稱之為喇叭孔，供聲音傳出。這些喇叭孔多是以數值控制(numeral control，NC)或電腦數值控制(computer numeral control，CNC)的加工方式製做，孔徑多為0.25至0.5mm。在喇叭孔後面與喇叭之間需要貼設防塵布，例如泡綿層，以幫助防塵及防水，以達國際規範的IP65防塵及防水等級。然而，稍大的孔洞會減損外殼的美觀，以及，防塵布或防水布的設置，也會增加產品體積。

因此，對於新穎的手機和筆記型電腦等產品的殼體之製法仍有所需求，以使製得的產品能夠具有美觀的喇叭孔外觀與更小的體積，並且能夠快速製得。

本發明之一目的是提供一種使用雷射於殼體製造孔洞或微孔之方法，可快速於殼體製得複數個細小或微小孔洞，而且孔洞周圍的殼體表面平滑，仍具美觀。

本發明之另一目的是提供一種具有微孔的殼體，微孔的孔徑細小，因此具有防潑水及/或防塵的功能。

依據本發明之一具體實施例之使用雷射於殼體製造孔洞之方法，包括下列步驟。提供殼體。殼體包括一預定區域。預定區域包括複數個預定位置。進行雷射鑽孔製程，以對該等預定位置輪流照射雷射光複數次，而於該等預定位置形成複數個孔洞。其中，於該等預定位置中之任一預定位置照射雷射光一次後，選擇與此任一預定位置相距一特定距離的該等預定位置中之另一預定位置進行下一次的雷射光照射，該特定距離是使後者在進行該下一次的雷射光照射時不受前者的雷射光熱效應影響的距離。

依據本發明之另一具體實施例之一種使用雷射於殼體製造微孔之方法，包括下列步驟。提供一雷射加工機。調整雷射加工機的雷射功率於5W(瓦)至10W(瓦)之範圍內和雷射加速度於1000mm/sec至100000mm/sec之範圍內。使用雷射加工機對一殼體進行多次雷射光照射，以於殼體形成一孔徑為0.03mm至0.05mm的微孔。當殼體的厚度越厚，雷射功率越小及雷射加速度越快。

依據本發明之又另一具體實施例之一種具有微孔的殼體，包括一殼體，其具有複數個孔洞穿透殼體，這些孔洞各具有孔徑在 0.03mm至0.05mm範圍內。

依據本發明之使用雷射於殼體製造孔洞之方法，係以「跳打」的方式進行雷射光的照射，不須等待前次位置冷卻即可連續進行，可良好、快速及便利地於一裝置或產品的殼體上形成複數個細孔或微孔。另外，雷射速度和頻率可依被加工物(殼體)的厚度做調整，對於越厚的殼體，則使用越小的雷射功率及越快的雷射速度，照射雷射光多次，可獲得具有平順外觀的微孔。

請參閱第1圖，顯示一電子產品結構例如行動電話的平面示意圖。行動電話2包括塑膠殼體4。塑膠殼體4上包括複數個孔洞6，做為喇叭孔。當這些孔洞6各具有一孔徑在約0.03mm至0.05mm之範圍內，即為可具有防潑水及/或防塵性質的喇叭孔，不需要於孔洞與殼體下的元件之間設置防塵/水布。

請參閱第2圖，依據本發明之一具體實施例之使用雷射於殼體製造孔洞之方法可包括提供殼體10、提供雷射裝置12、及於殼體10之一預定區域進行雷射鑽孔，以形成複數個孔洞14。如圖所示，雷射裝置12用以發射雷射光，可包括驅動電路板16、雷射二極體18、及雷射發射區20，雷射光22由雷射二極體18通過雷射發射區20射出而到達殼體10。雷射光22用以將照射到的殼體加熱熔化，蝕出孔洞。

進行雷射鑽孔的流程可為例如第3圖所示。首先，進行步驟101，即，確認殼體10要雷射鑽孔的預定區域，依據殼體10的材料選擇合適的聚焦鏡頭，例如120mm的聚焦鏡頭，可以加工120mmX120mm的雷射面積。然後進行步驟102，即，調整雷射發射區20的高度，亦即調整雷射光22的聚焦位置，例如240mm。接著進行步驟103，即，調整適合的雷射功率，此步驟會影響雷射加工件的外觀。對於塑膠類殼體，可使用較低之功率，例如：約3 W(瓦)至4.5 W。對於金屬類殼體，可使用較高之功率，例如：約7 W至8.5 W。但仍依殼體材料及厚度而定。塑膠材質加工厚度較佳在約0.4~0.6mm之間，而金屬材質較佳在約0.2~0.5mm之間。

然後，進行步驟104，即，調整適合的雷射位移速度，以對於加工物提供適當的雷射能量。可依據殼體材質及厚度而定。接著進行步驟105，即，調整適合的雷射頻率。可依據殼體材質及厚度來調整。然後進行步驟106，即，開始加工，以便對殼體10進行鑽孔。最後，進行步驟107，即，完成加工並檢查工件。

可注意到的是，如上述之流程，在依序進行步驟101及步驟102後，步驟103、104、及105三者的順序並不限於此，可依需要調換或同時進行。

簡言之，可依據殼體10的材料性質與厚度、殼體10要接受雷射鑽孔的預定區域的位置、及孔徑14的預定尺寸，選擇適當的聚焦鏡頭、聚焦位置、雷射功率，配合適合的雷射速度及雷射頻率以進行雷射鑽孔。值得注意的是，於本發明中，雷射速度和頻率可依被加工物的厚度做調整，詳言之，當殼體厚度越厚，則使用越小的雷射功率及越快的雷射速度，如此吃穿一個孔洞，可能需要照射雷射光許多次，雖然這樣加工時間會越長，但可獲得平順的孔徑。換言之，所獲得之產品面的孔洞周圍才不會因為熱效應而產生熔融導致凝固後凹凸不平滑現象。於習知技術中，對於約0.05mm以下的微孔很容易因為熱集中而造成熔融現象。使用如上述之加工方法，可避免或緩和此問題。

殼體10的材料可為金屬或塑膠。金屬可為例如鋁、鋁鎂合金、及其他金屬等等。塑膠可為例如聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、PC與ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene)共聚物)的摻合物、PC與玻璃纖維的複合材料、尼龍與玻璃纖維的複合材料，但不限於此等材料。殼體厚度可依材料性質及依需要而定。做為消費性電子產品用的殼體，一般都很薄，以達輕薄短小的需求。例如，當殼體10的材料為例如PC時，殼體10厚度較佳為約0.2mm至0.6mm。

可注意的是，於本發明中，在步驟106中的加工，其進行的方式，可進一步採用「跳打」的方式進行雷射鑽孔製程。所稱「跳打」一詞，係指未按照孔洞預定位置逐一施加雷射光以循序完成孔洞的製作，而是在每一預定位置施予雷射光後(尚未打通孔洞)，可跳到相鄰的預定位置或跳過其鄰近的一、二或三個以上的預定位置，選擇特定距離以上(換言之，大於或等於特定距離)的預定位置來施予下一次的雷射光。

以第4圖之一實施例說明「跳打」。殼體包括預定要形成複數個孔洞的預定區域23，預定區域23包括複數個預定位置，其數量可為數個(例如四個以上)、或數十個至數千個之多，且不限於此。可形成一陣列。於此僅標示出預定位置i₁₁ 、i₁₂ 、i₁₅ 、i₄₁ 及i₄₅ ，將分別做為形成後之孔洞26、27、30、28、24等等的位置，其餘省略標示。依據本發明之一具體實施例，各孔洞在形成前於殼體的預定位置需要照射雷射光數次，以逐漸將殼體的預定位置打穿製得孔洞。此次數可依實際殼體材料、厚度、所欲孔徑、雷射裝置等等而定，並無特別限制。需注意的是，並不是於單一孔洞的預定位置(例如i₁₁ )連續照射雷射光或連打雷射光數次以形成一孔洞後，再到其他預定位置(例如i₁₂ 或i₁₅ )形成其他孔洞；而是，於一孔洞的預定位置(例如i₁₁ )照射雷射光一次後，選擇與此預定位置(例如i₁₁ )相距一「特定距離」以上的另一預定位置(例如i₄₁ )進行下一次的雷射光照射。

「特定距離」是指使此另一預定位置(例如i₄₁ )在進行此下一次的雷射光照射時不受在先之預定位置(例如i₁₁ )的雷射光熱效應影響的距離。因此，當相鄰的二孔洞間預定的距離小於前述之「特定距離」時，「特定距離」可能是相隔一個、二個、或三個以上的預定位置的距離。而任意二個連續照射雷射光的預定位置之間的距離可為相同或不同。然後，再依相同方式選擇下一次雷射照光的預定位置，例如i₄₅ ；其他各預定位置的選擇以此類推。而，當相鄰的二孔洞間預定的距離大於前述之「特定距離」時，下次的雷射照射標的也可選擇相鄰的預定位置。這樣的跳打，可使所選的下一個照射雷射光的預定位置在照射雷射光時避免前一預定位置的雷射光熱效應的干擾，不須等待前次位置照光後冷卻即可進行，故可良好、快速及便利地於一裝置或產品的殼體上形成複數個細孔或微孔。

各次的雷射光照射，均以上述方式選擇下一個預定位置進行之；而對於任一孔洞的形成而言，是於一預定位置照射雷射光複數次所達成，在單一預定位置的連續二次照光之間的時間，因跳打其他預定位置，而有時間使由熱效應引起的升溫充分降溫，因此再度照射雷射光時，能避免前次的熱效應。因此孔壁及洞口周圍的殼體可保持平滑，不致使預定位置的殼體熔融過多致凹凸不平。

因此，依據本發明之方法所製得的孔洞分佈密度不受製程中熱效應影響而可相對較密，及於製程中可省下等待降溫的時間。如此，於進行雷射鑽孔製程中，對此等預定位置輪流照射雷射光各達所需的複數次，以使這些位置形成複數個孔洞。當製造數千個孔洞時，本發明之方法更能顯出省時的效益。

「跳打」的製作順序尚可依需要利用電腦設定(即，軟體)及電腦控制驅動電路板16來達成。而依據本發明之其他具體實施例，於照射雷射光時，亦可進一步使用一降溫設備使殼體降溫，降溫設備可為例如氣冷式降溫設備，但不限於此。

習知，若依各孔洞的預定位置的正常排列順序進行照射雷射光，在孔洞排列較擁擠時，易因相鄰的預定位置剛照射完雷射光而因熱效應產生熔融狀態，妨礙加工。此係因為在孔洞剛完成鑽孔時，此孔洞旁的殼體常有餘熱產生。在習知鑽孔技術上，往往採用相當大的洞距，以便使產生的餘熱不影響相鄰孔洞的鑽孔作業，可隨即進行相鄰的下一個孔洞的製作；或者，習知在所產生的餘熱會影響相鄰孔洞的鑽孔作業時，則往往等待孔洞冷卻後才進行所相鄰的下一個孔洞的製作，因此製作費時。

又於依據本發明的一實施例中，如第4圖所示，當孔徑為0.1mm以上時，二相鄰的孔洞之間的距離(孔邊至相鄰的孔邊的距離)較佳為孔徑之0.8至1倍，但並不侷限於此。例如，當孔徑為約0.1mm時，孔邊至相鄰的孔邊的距離為約0.08mm。如此可使孔洞分佈密集，以良好展現殼體下對應的元件所提供的功能，例如音響或光線，並且能夠維持製程的流暢性。孔密度越密，遮蔽率將越低，即，由揚聲器傳出的音量越大，或是由光源射出的光線透光越多。但孔洞分佈太密時，將降低該區域殼體的強度，並且製程也會較困難。

於本發明之方法中，使用雷射光熔穿殼體，因此，由於雷射光的光束本身的直徑越往光束的尖端越小，再者，由於在雷射光殼體靠近入射面的部分停留的時間較在殼體靠近射出面的部分停留的時間久，因此孔洞呈現錐形，更嚴格說，是截頭錐形，換言之，當孔洞的第一端是雷射光進入端，及孔洞的第二端是雷射光射出端時，第一端的孔徑往往會大於第二端的孔徑。此差別成為本發明之方法的特色之一。二個孔徑大小的差別會依製程條件而異，較佳使二者的差別在約0.1mm範圍內，但不限於此。

再者，殼體可包括一正面及一背面，正面顯露於外面環境，亦即殼體的外觀表面，背面則面向殼體所容納之元件。於雷射鑽孔時的雷射光可由殼體的背面射入，而由正面射出，如第5圖的截面圖所示，殼體32具有正面34與背面36，正面34即為使用者看到的外觀，背面36則面向元件38，孔洞40位於殼體32背面36的孔徑(即，位於孔洞的一端)較大，位於殼體32正面34的孔徑(即，位於孔洞的另一端)較小。或是，於雷射鑽孔時的雷射光可由殼體的正面射入，而由背面射出，如第6圖的截面圖所示，孔洞42位於殼體32背面36的孔徑較小，位於殼體32正面34的孔徑較大。於應用上，若用於喇叭孔的製造，較佳使位於正面的孔徑大於位於背面的孔徑，以利於聲音的傳出。

第7圖則顯示孔洞44的洞口周圍有殼體32熔融後所形成的突出物46的情況之一。其為本發明亟思避免並且終於能夠避免的現象。

依據本發明之方法，可應用於製造例如約0.03mm至0.6mm的孔洞，例如各種需要防潑水及/或防塵孔洞，其孔徑例如為約0.03mm至0.05mm的微孔，或是孔徑為約0.3mm至0.6mm的一般孔的產品上。但能夠達成的孔徑不限於此。使用本發明之方法，藉由調整雷射加工機上的雷射功率約5W~10W和雷射加速度約1000mm/sec~100000mm/sec，以及改變加工形狀，可將孔洞形狀製成圓形、方形、菱形、或多邊形等形狀。習知的CNC加工方式尚無法製做圓形之外的孔洞形狀。

可將依據本發明的方法應用於例如需要輕薄短小的電子產品例如手機、手提電腦、平板電腦等等之喇叭出音孔、透光裝飾孔、特殊符號LOGO導光隱形孔、透光照明孔或散熱孔等等的製造，可使加工便利而快速，且成本可較低。此等孔洞分佈密度可相對密集，因此產品體積可較習知更加縮小且美觀。將此等孔洞製成為微孔狀時，外觀尚具有隱密性，可使產品外觀精密細緻而美觀。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

2‧‧‧行動電話

4‧‧‧塑膠殼體

6、14、24、26、27、28、30、40、42、44‧‧‧孔洞

10‧‧‧殼體

12‧‧‧雷射裝置

16‧‧‧驅動電路板

18‧‧‧雷射二極體

20‧‧‧雷射發射區

22‧‧‧雷射光

23‧‧‧預定區域

32‧‧‧殼體

34‧‧‧正面

36‧‧‧背面

38‧‧‧元件

46‧‧‧突出物

i₁₁ 、i₁₂ 、i₁₅ 、i₄₁ 、i₄₅ ‧‧‧預定位置

101、102、103、104、105、106、107‧‧‧步驟

第1圖顯示一行動電話的平面示意圖。

第2圖顯示依據本發明之一具體實施例之於一殼體製造防潑水及/或防塵孔洞之方法之裝置與工件之示意圖。

第3圖顯示依據本發明之一具體實施例之於一殼體製造防潑水及/或防塵孔洞之方法之流程示意圖。

第4圖顯示依據本發明之一具體實施例中所形成的複數個孔洞之平面示意圖。

第5圖顯示依據本發明之一具體實施例中所形成的複數個孔洞之截面示意圖。

第6圖顯示依據本發明之另一具體實施例中所形成的複數個孔洞之截面示意圖。

第7圖顯示孔洞的洞口周圍有殼體熔融後所形成的突出物的情況之截面示意圖。

23‧‧‧預定區域

24、26、27、28、30‧‧‧孔洞

i₁₁ 、i₁₂ 、i₁₅ 、i₄₁ 、i₄₅ ‧‧‧預定位置

Claims

一種使用雷射於殼體製造孔洞之方法，包括：提供一殼體，其包括一預定區域，該預定區域包括複數個預定位置；及對該殼體進行雷射鑽孔製程，以對該等預定位置輪流照射雷射光複數次，而於該等預定位置形成複數個具有防潑水及/或防塵性質的孔洞，其中，於該等預定位置中之任一預定位置照射雷射光一次後，選擇與該任一預定位置相距大於或等於一特定距離的該等預定位置中之另一預定位置進行下一次的雷射光照射，該特定距離是使該另一預定位置在進行該下一次的雷射光照射時不受在先之該任一預定位置的雷射光熱效應影響的距離。
如請求項1所述之方法，其中，將該等孔洞形成孔徑尺寸在0.03mm至0.05mm之範圍內。
如請求項1所述之方法，其中，將該等孔洞形成孔徑尺寸在0.3mm至0.6mm之範圍內。
如請求項1所述之方法，其中，使該等孔洞為四個以上且排列成一陣列。
如請求項1所述之方法，其中，該等孔洞各包括一第一端及一第二端，該第一端為該雷射光的入射端，該第二端為該雷射光的射出端，該第一端之孔徑大於該第二端之孔徑。
如請求項1所述之方法，其中，使該等孔洞之二相鄰的孔洞之間的距離為該孔徑之0.8至1倍。
如請求項1所述之方法，進一步包括：於形成該等孔洞的過程中，使用一降溫設備使該殼體降溫。
如請求項1所述之方法，其中，依據該殼體的厚度及材質調整該雷射光的功率及速度，使位於各該孔洞的周圍的該殼體的外觀表面維持平坦狀。
一種使用雷射於殼體製造微孔之方法，包括：提供一雷射加工機；調整該雷射加工機的雷射功率於5W至10W之範圍內和雷射加速度於1000mm/sec至100000mm/sec之範圍內；及使用該雷射加工機對一殼體進行多次雷射光照射，以於該殼體形成一孔徑為0.03mm至0.05mm具有防潑水及/或防塵性質的微孔；其中，當該殼體的厚度越厚，該雷射功率越小及該雷射加速度越快。
如請求項9所述之使用雷射於殼體製造微孔之方法，其中，改變加工形狀，以將該微孔洞形狀製成圓形、方形、菱形、或多邊形。
一種具有微孔的殼體，包括：一殼體，其具有複數個孔洞穿透該殼體，該等孔洞各具有孔徑在0.03mm至0.05mm範圍內。
如請求項11所述之具有微孔的殼體，其中，該等孔洞各具有圓形、方形、菱形、或多邊形。