TWI552846B

TWI552846B - 鑽取裝置

Info

Publication number: TWI552846B
Application number: TW103122355A
Authority: TW
Inventors: 吳偉浩; 張延瑜; 呂建興; 王興民; 陳智勇
Original assignee: 兆遠科技股份有限公司
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-10-11
Also published as: TW201600292A

Description

鑽取裝置

本發明是有關於一種曲面基材之成型技術，且特別是有關於一種用於曲面加工製程之鑽取裝置。

按，藍寶石為三氧化二鋁的單晶結構，其與氮化鎵相似，且具有極佳的化學穩定性，可抗腐蝕及抗高溫高壓，是製造發光二極體(LED)的關鍵材料之一。此外，藍寶石亦具有良好的電氣絕緣、透光性及機械特性，其莫氏硬度達9級，為僅次於鑽石之高硬度材料，可提供防刮、耐磨的優異性，使得應用藍寶石所製成的產品更為耐用，由此藍寶石已取代玻璃成為製造電子裝置之零組件的理想材料。

近年來，針對藍寶石於LED產業的應用，已開發許多藍寶石的拋光研磨、圖案化等製程技術，然而，為使藍寶石更符合產品的設計及應用性，特別是在電子裝置的顯示面板或觸控面板的使用上，推展出可撓曲或曲面之面板的概念，故針對藍寶石或其他具相同應用性之碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)等高硬度材料的加工與成型技術，已然是相關產業的重要課題之一。

惟，目前本領域尚未提出該等高硬度材料之加工成型的技術方案，且在其高硬度及高熔點的特性上，亦造成加工上多有限制，使得藍寶石及其他高硬度材料並不適用於一般加工環境，故相較一般材料而言更具加工困難度。

有鑒於習用的高硬度材質之待加工物之曲面加工製程存在之缺失，本發明提供一種特殊設計之鑽取裝置，其能對高硬度材質之待加工物進行一預定切削角度之加工作業，且所成型之曲面基板可滿足精細、準確的曲面標準，進而可大幅降低產品不良率。

為達上述之目的，本發明採用以下技術方案：一種鑽取裝置，用於對一高硬度材質之待加工物進行加工，包括一鑽取基座及一切削齒部，該鑽取基座具有一切削端及一裝配端，該切削齒部設置於所述鑽取基座之切削端。其中，該鑽取基座之裝配端用以連接於一動力機構，且該鑽取基座可經由該動力機構之驅動而沿著垂直於該高硬度材質之待加工物表面的一鑽取軸位移，並帶動該切削齒部圍繞該鑽取軸進行預定角度之轉動，以將該高硬度材質之待加工物形成至少一曲面基板。

在本發明之一實施例中，該鑽取裝置包括一第一管狀基座、一第二管狀基座、一第一切削齒部及一第二切削齒部，該第一管狀基座及該第二管狀基座呈同軸設置且各具有一切削端及一裝配端，該第一切削齒部設置於該第一管狀基座之切削端，該第二切削齒部設置於該第二管狀基座之切削端，且該第一切削齒部與該第二切削齒部之間有一預定間隙。其中，該第一管狀基座及該第二管狀基座之裝配端用以連接於一動力機構，且該第一管狀基座及該第二管狀基座可經由該動力機構之驅動而沿著垂直於該高硬度材質之待加工物表面的一鑽取軸位移，並帶動該第一切削齒部及該第二切削齒部同時圍繞該鑽取軸進行預定角度之轉動，以將該高硬度材質之待加工物形成至少一曲面基板，且該曲面基板之厚度與該預定間隙相等。

綜上所述，本發明將用於鑽取晶棒或玻璃、高硬度基材之鑽孔製程之既有的鑽管結構，轉用至(莫氏硬度為8以上)高硬度基材之曲面加工製程，不僅能解決目前高硬度基材(如藍寶石基材)之曲面加工技術的缺乏及操作困難等問題，所成型之曲面基板還具有良好的曲面品質及表面平整度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧鑽取裝置

10‧‧‧鑽取基座

10a‧‧‧第一管狀基座

10b‧‧‧第二管狀基座

11、11a‧‧‧裝配端

12、12a‧‧‧切削端

13‧‧‧拋光區

14‧‧‧細磨區

20‧‧‧切削齒部

20a‧‧‧第一切削齒部

21‧‧‧鑽石鋸齒

30‧‧‧動力機構

40‧‧‧第一拋光墊

41‧‧‧第一研磨粒

50‧‧‧第二拋光墊

51‧‧‧第二研磨粒

60‧‧‧震盪裝置

A、B、C‧‧‧箭頭

G‧‧‧預定間隙

H‧‧‧厚度

S1‧‧‧高硬度材質之待加工物

S2‧‧‧曲面基板

T1‧‧‧第一次鑽取槽

T2‧‧‧第二次鑽取槽

Z‧‧‧鑽取軸

圖1為本發明之第一實施例之鑽取裝置與高硬度材質之待加工物之立體視圖。

圖2為本發明之第一實施例之鑽取裝置之剖視圖。

圖3A為本發明之第二實施例之鑽取裝置之剖視圖。

圖3B為本發明之第二實施例之鑽取裝置之立體視圖。

圖4為本發明之第三實施例之鑽取裝置之剖視圖。

圖5為本發明之第四實施例之鑽取裝置之剖視圖。

圖6為本發明之高硬度材質之曲面基板的製造方法之流程圖。

本發明的揭露內容涉及一種新穎的高硬度材質之曲面基板的製造方法，值得一提的是，本發明主要是將用於鑽取晶棒或玻璃、高硬度基材之鑽孔製程之既有的鑽管結構，轉用至(莫氏硬度為8以上)高硬度基材之曲面加工製程，藉此所成型之曲面基板可滿足精細、準確的曲面標準。

下文中將透過多個實施例並配合所附圖式說明本發明之技術特徵及使用方式，使讓熟習此項技藝者可經由本發明的揭露內容輕易了解本發明的目的、特點及功效，以基於不同的觀點施行或應用本發明。

[第一實施例]

請一併參考圖1及2，圖1為本發明第一實施例之鑽取裝置與高硬度材質之待加工物之立體視圖，圖2為所述鑽取裝置之剖視圖。如圖所示，本實施例之鑽取裝置1包括一鑽取基座10及一切削齒部20。

具體地說，鑽取基座10為一體成型之金屬管狀基座，並具有一裝配端11及一切削端12，其中裝配端11可供組裝或拆卸於一動力機構30，從而鑽取基座10可藉由動力機構30配合伺服馬達(圖中未顯示)之控制沿著平行於一高硬度材質之待加工物S1表面之方向位移、沿著垂直於所述高硬度材質之待加工物S1表面之一鑽取軸Z位移及圍繞所述鑽取軸Z進行預定角度之轉動。

另一方面，切削齒部20為複數個鑽石鋸齒21所組成，所述鑽石鋸齒21之材質可為電鍍或燒結鑽石，並且鑽石鋸齒21可於研磨加工後焊接於鑽取基座10之切削端12，原因在於，鑽石鋸齒21須透過研磨以匹配於鑽取基座10之切削端12，同時達到良好的切割效果。

請復參考圖1所示，本實施例之鑽取裝置1的操作流程如下：首先，鑽取基座10經由動力機構30之驅動沿著箭頭A所示之方向位移一預定行程；緊接著，鑽取基座10經由動力機構30之驅動沿著箭頭B所示之方向位移；然後，當接觸到高硬度材質之待加工物S1時，鑽取基座10經由動力機構30之驅動沿著箭頭C所示之方向並圍繞著鑽取軸Z進行預定角度之轉動，藉此帶動切削齒部20對高硬度材質之待加工物S1進行第一次切削，以形成第一次鑽取槽T1；此後，重覆執行一次前述之操作流程，在高硬度材質之待加工物S1上形成第二次鑽取槽T2，其中第一次鑽取槽T1與第二次鑽取槽T2之間即形成一曲面基板S2，以此類推。

值得注意的是，鑽取基座10於切削過程中鑽取基座10可對高硬度材質之待加工物S1造成一衝擊壓力，此衝擊壓力不僅能有效提升切割效率，還能實現高硬度材質之待加工物S1的曲面加工。另一方面，鑽取基座10在A方向所作預定行程的位移係可根據曲面基板S2厚度的需求而有所調整。據此，本實施例之鑽取裝置1實可解決目前高硬度基材(如藍寶石基材)之曲面加工技術的缺乏及操作困難等問題。

[第二實施例]

請參考圖3A，為本發明第二實施例之鑽取裝置之剖視圖。本實施例之鑽取裝置1與第一實施例的不同之處在於，鑽取裝置1在切削過程中可同時對高硬度材質之待加工物S1的切削表面(與鑽取基座之外壁面相對之內表面)進行研磨拋光，以提高成型品之曲面品質及完整性。

須說明的是，儘管鑽取基座10之主鑽取功能區係為切削端12上之高硬度的切削齒部20，然而鑽取基座10之外壁面因為在鑽取過程中會與被鑽取之高硬度材質之待加工物S1的鑽取面相接觸，因此本實施例進一步於鑽管之外壁面設計一個以上之較細磨粒的研磨區，藉此在鑽取過程中同步進行細磨，以降低後續製程所需移除量或加工時間。再者，所述研磨區內可配合設計一維以上之溝槽以利排屑，避免鑽取基座10因著塞屑而降低移除效果或影響加工穩定性。

請配合參考圖3B，更詳細地說，鑽取基座10之外壁面具有一拋光區13及一細磨區14，其中細磨區14係鄰近於切削端12，拋光區13則係鄰近於細磨區14。進一步言之，拋光區13內設有至少一拋光墊40，所述拋光墊40可為但不限於樹脂銅溝墊、錫溝墊、絨布拋光墊，細磨區14內則設有複數顆高硬度磨粒50。據此，本實施例之鑽取裝置1於使用時，可對高硬度材質之待加工物S1依序進行切削、細磨及拋光等加工步驟。

進一步地，本實施例之鑽取裝置1於使用時，其(平行於鑽曲軸之)加工路徑上可持續噴灑鑽石懸浮液、碳化硼(B₄C)懸浮液或其他合適的拋光液，但本發明並不局限於此。並且，為提高切削齒部20之切削效率，本所述鑽取裝置1可進一步配合一震盪裝置60。於實際實施時，震盪裝置60例如但不限於一超音波裝置，鑽取基座10之裝配端11可設有一鑽取主軸，震盪裝置60即設置於鑽取基座10上、鑽取主軸上或高硬度材質之待加工物S1的下方，藉此使高硬度材質之待加工物S1在超音波震盪環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，同時減少崩裂缺陷產生。該震盪裝置可加於鑽取主軸上、鑽管上或待加工物上。

[第三實施例]

請參考圖4，為本發明第三實施例之鑽取裝置之剖視圖。本實施例為第二實施例之鑽取裝置1的結構改良，目的為確保拋光區13及細磨區14都能有效作用，以達到研磨暨拋光之最佳效果，進而改善曲面基板S2表面平整度與加工均勻性。

於本實施例中，鑽取基座10之外徑係自切削端12往裝配端11之方向遞增，鑽取基座10之外壁面具有鄰近於裝配端11之一細研拋區13及鄰近於切削端12之一粗研拋區14，其中細研拋區13內設有複數顆第一研磨粒41，粗研拋區14內設有複數顆第二研磨粒51，須說明的是，第二研磨粒51之加工粗度大於第一研磨粒41之加工粗度。

[第四實施例]

請參考圖5，為本發明第四實施例之鑽取裝置與高硬度材質之待加工物之立體視圖。如圖所示，本實施例之鑽取裝置1包括一第一管狀基座10a、一第二管狀基座10b、至少一第一切削齒部20a及至少一第二切削齒部(圖中未顯示)。

具體地說，第一管狀基座10a及第二管狀基座10b均為一體成型之金屬基體且二者係同軸設置，且第一管狀基座10a位於第二管狀基座10b之外側，其中第一管狀基座10a具有一裝配端11a及一切削端12a，第二管狀基座10亦具有一裝配端及一切削端(圖中未顯示)，且第二管狀基座10之裝配端與第一管狀基座10a之裝配端11a共同連接於一動力機構30。

另一方面，第一切削齒部20a為複數個鑽石鋸齒所組成，並連接於第一管狀基座10a之切削端12a，第二切削齒部20b亦為複數個鑽石鋸齒所組成，並連接於第二管狀基座10b之切削端；進一步值得注意的是，所述第一管狀基座10a與第二管狀基座10b之間保持一預定間隙G。

本實施例之鑽取裝置1於使用時，第一管狀基座10a與第二管狀基座10b可同時經由動力機構30之驅動沿著鑽取軸Z位移，並帶動第一切削齒部20a及第二切削齒部圍繞鑽取軸Z進行預定角度之轉動，使第一切削齒部20a及第二切削齒部同時對高硬度材質之待加工物S1進行次切削，所成型之曲面基板S2之厚度H等同於所述預定間隙G。如此一來，所述鑽取裝置1能有效提升曲面基板S2之產能至少兩倍以上。

請參考圖6，並請配合參考圖1及5，本發明之鑽取裝置1之結構特徵已詳述如上，於是本發明另提供一種高硬度材質之曲面基板的製造方法，包括以下之步驟：首先，提供一高硬度材質之待加工物S1，其莫氏硬度為8以上，例如為藍寶石(Al₂O₃)晶棒；值得說明的是，本發明所定義之「晶棒」可廣泛地解釋，並不特指某一製程所製作者。

接著，將高硬度材質之待加工物S1固定於一固定裝置(圖中未顯示)上，所述固定裝置無特別限制，舉凡能在各種加工過程中對高硬度材質之待加工物進行壓制，使其無法任意移動者，均可被使用於此一步驟。

之後，使用本發明各實施例之鑽取裝置1對高硬度材質之待加工物進行切削、粗拋光及細拋光等加工步驟，以形成至少一曲面基板S2，所述曲面基板S2可應用於太陽能晶片、發光二極體晶片、半導體晶片等領域。

綜上所述，相較於習用的曲面加工製程，本發明利用鑽取裝置切削(莫氏硬度為8以上之)高硬度基材的方式，所成型之曲面基板皆能達到精細、準確的的曲面標準。

再者，透過配置不同加工粗度之第一及第二拋光墊於鑽取基座之外壁面上的拋光區及細磨區，本發明之鑽取裝置可依序對高硬度基材進行切削、粗拋光及細拋光等加工步驟，以提高成型品之曲面品質及完整性。進一步地，透過超音波震盪裝置的配置並配合鑽取基座之管徑變化(外徑自切削端往裝配端之方向遞增)，本發明之鑽取裝置的切削效率及拋光研磨效率可獲得顯著提升。

整體而言，本發明將用於鑽取晶棒或玻璃、高硬度基材之鑽孔製程之既有的鑽管結構，轉用至(莫氏硬度為8以上)高硬度基材之曲面加工製程，可解決目前高硬度基材(如藍寶石基材)之曲面加工技術的缺乏及操作困難等問題；除此之外，本發明更具備製程簡單、操作方便等優點，有助於降低後續製程步驟之成本。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。