一种双层基板的孔结构激光加工方法与流程

本发明涉及双层基板的加工领域，具体涉及一种双层基板的孔结构激光加工方法。

背景技术：

关于显示面板行业，需要在双层玻璃屏幕内制作通孔的应用，但发明方法不限于该行业应用。在该应用中要求在双层密封玻璃的进行孔或槽的加工，所述双层密封屏由两层玻璃组合而成，两层玻璃有环形框胶进行胶合。

针对上述应用，现有方法主要采用传统的cnc数控机械加工机床对玻璃屏进行打孔加工。但是，目前需加工的玻璃面板屏厚度在0.25-0.5mm，在如此薄的玻璃屏中进行机械加工，刀具对玻璃屏压力很容易超过玻璃屏的机械强度，使玻璃破碎，导致该方法的成品率不高。

并且，cnc数控机床加工方式还存在环境污染大，需频繁更换刀具，难以集成到全自动生产线中等问题。

另外，在非上述应用领域中还存在两种利用激光对单层玻璃进行孔加工的技术。一种为利用聚焦光束，采用沿玻璃厚度方向分层螺旋线扫描方法，对需加工孔径玻璃进行烧蚀，然后对孔内余料进行分离。该方法存在热影响大，粉尘污染等问题，不适应于上述应用领域。另外一种方法为用超短脉冲光束汇聚成长焦深对单层玻璃孔径边缘进行微穿孔，然后利用二氧化碳激光束对余料进行加热促进穿孔线周围完全分离。但该方法主要应用在单层玻璃上。利用在双层密封玻璃时，由于框胶与双层玻璃之间组合成一个密闭空间，二氧化碳激光对轮廓余料加热过程中，容易造成密封空间内气体膨胀，导致框胶或玻璃炸裂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双层基板的加工方法及取料装置，解决对轮廓余料加热过程中，容易造成密封空间内气体膨胀，导致基板炸裂的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双层基板的孔结构激光加工方法，所述双层基板包括重叠设置的基板，且所述基板之间设有环形胶并形成隔层；所述孔结构激光加工方法的步骤包括：将第一激光聚焦成激光束焦线并入射至基板中，形成一改质微孔；再将第一激光与基板进行相对平移，形成具有预设间距的改质微孔阵列，作为改质微孔轮廓；将第二激光聚焦至基板上，并以固定点入射方式或围绕轨迹入射方式对基板进行烧蚀，形成与隔层连通的微通气孔；将二氧化碳激光聚焦至基板上并形成加热轮廓，对内塞余料进行加热；将内塞余料从双层基板分离。

其中，较佳方案是：所述基板为玻璃材质。

其中，较佳方案是：所述基板的厚度为0～10mm，所述环形胶的厚度为0～1mm，且内外边缘的宽度为0.1～10mm。

其中，较佳方案是，所述孔结构激光加工方法的步骤包括：先设置改质微孔轮廓，再设置微通气孔；或者，先设置微通气孔，再设置改质微孔轮廓。

其中，较佳方案是：所述改质微孔轮廓的设置在环形胶的外边缘内。

其中，较佳方案是，所述改质微孔的加工步骤包括：控制第一激光聚焦成激光束焦线，并分次穿过双层基板的两个基板，在每一所述基板上分次形成改质微孔轮廓；或者，控制第一激光聚焦成激光束焦线，并同时穿过双层基板的两个基板，在每一所述基板上同时形成改质微孔轮廓。

其中，较佳方案是：所述第一激光为超短脉冲激光，所述超短脉冲激光的脉冲宽度时间为0.1～100皮秒。

其中，较佳方案是：所述改质微孔阵列的预设间距为0.1～50um。

其中，较佳方案是：所述微通气孔设置在改质微孔轮廓内。

其中，较佳方案是：所述微通气孔的直径大于10um。

其中，较佳方案是：所述第二激光为二氧化碳激光、紫外激光、可见光激光或红外激光中的一种。

其中，较佳方案是：所述加热轮廓设置在改质微孔轮廓内。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计双层基板的孔结构激光加工方法，实现高质量的轮廓边缘加工，实现孔结构加工，使表面崩边可以做到100um以内，一般为无崩边，并且，实现无粉尘产生，保证了产品的洁净度，并适合在超净间生产；进一步地，通过增加微通气孔，使双层基板内外气压保持平衡，提高了激光加热步骤的可靠性，减少轮廓余料炸裂或者轮廓边缘崩缺的风险。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明双层基板的加工方法的流程示意图；

图2是本发明基于微孔改质轮廓的双层基板的结构示意图；

图3是本发明双层基板实施例一的俯视简易结构示意图；

图4是本发明双层基板实施例二的俯视简易结构示意图；

图5是本发明双层基板实施例三的俯视简易结构示意图；

图6是本发明基于微通气孔的双层基板的结构示意图；

图7是本发明一实例所用光学器件的结构示意图；

图8是本发明改质微孔轮廓的加工方法的流程示意图；

图9是本发明微通气孔的加工方法实施例一的流程示意图；

图10是本发明微通气孔的加工方法实施例二的流程示意图；

图11是本发明余料加热的加工方法实施例一的流程示意图；

图12是本发明余料加热的加工方法实施例二的流程示意图；

图13是本发明基于加热轮廓的双层基板的结构示意图；

图14是本发明顶针式的取料装置的结构示意图；

图15是本发明真空抽取式的取料装置的结构示意图；

图16是本发明真空吸盘式的取料装置的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图6所示，本发明提供双层基板的加工方法的优选实施例。

参考图1，所述双层基板的加工方法的步骤包括：

步骤s11、将第一激光聚焦成激光束焦线并入射至基板中，形成一改质微孔；再将第一激光与基板进行相对平移，形成具有预设间距的改质微孔阵列，作为改质微孔轮廓101；

步骤s12、将第二激光聚焦至基板上，并以固定点入射方式或围绕轨迹入射方式对基板进行烧蚀，形成与隔层连通的微通气孔102；

步骤s13、将二氧化碳激光聚焦至基板上并形成加热轮廓，对内塞余料进行加热；

步骤s14、将内塞余料从双层基板分离，在对应基板上形成槽口；或者在双层基板上形成通孔。

在本实施例中，参考图2至图6，所述双层基板包括重叠设置的基板,即第一基板11和第二基板12，且在第一基板11和第二基板12之间设有环形胶13并形成隔层，优选形成密封中空结构。

所述基板为玻璃材质，构成双层密封玻璃结构。当然，第一基板11和第二基板12的材质和厚度可相同也可不相同。优选地，所述基板的厚度为0～10mm，优选小于0.5mm，所述环形胶13的厚度为0～1mm，优选小于0.1mm，且内外边缘之间的宽度为0.1～10mm。再参考图3和图4，所述微孔改质轮廓101小于环形胶13的外边缘，以及大于、等于或小于环形胶13的内边缘。在参考图5，所述微孔改质轮廓101为孔或槽，孔的轮廓为圆形，槽为具有一定长宽比的闭合曲线，如椭圆、长方形、跑道形等。

在本实施例中，所述加工方法的步骤包括：先设置多个改质微孔，再设置微通气孔102；或者，先设置微通气孔102，再设置多个改质微孔。具体是，所述步骤s11和步骤s12的加工顺序可进行调整。

如图7和图8所示，本发明提供改质微孔的加工方法的较佳实施例。

所述第一激光为超短脉冲激光，所述超短脉冲激光的脉冲宽度时间为0.1～100皮秒。

所述改质微孔的加工步骤还包括：

步骤s111、超短脉冲激光通过光学器件整形并聚焦成中心高强度的激光束焦线；

步骤s112、将激光束焦线入射至基板中，诱导玻璃吸收形成改质微孔；

步骤s113、通过运动平台或振镜系统使基板与激光束焦线产生相对位移运动，形成具有预设间距的改质微孔阵列；

步骤s114、将改质微孔阵列作为一改质微孔轮廓101。

具体地，并参考图7，超快脉冲激光通过光学器件进行光路整形，可以产生高强度长焦深能量束，在其中一实施例中，光学器件包括依次设置的轴锥透镜21和聚焦透镜22，能量束焦深覆盖玻璃厚度；又或者，产生的长焦深的能量束的光学元器件可以是环形激光光斑加透镜，轴棱镜或衍射光学元器件等。

关于超快脉冲激光，使激光脉冲从飞秒到皮秒均可实现，激光波长可以是紫外、可见和红外光等。优选地，所述基板优选为显示面板无碱玻璃，单层厚度为0.15mm，所述激光为红外皮秒激光，激光波长1064nm，脉宽1-50ps，功率2-10w，可通过扩束镜将光斑放大后，再反射经过轴棱镜与透镜的光学组合，将高斯光束转变为贝塞尔光束，形成具有中心高强度的长焦深能量束。其中，根据不同的轴棱镜和透镜的光学组合，可实现不同的焦深范围。

当超快脉冲激光发出一个脉冲光时，形成的中心高强度的电磁场能量区域诱导玻璃产生改质微孔，根据不同的激光器、光学器件、加工参数及加工玻璃性质，上述改质微孔的间距在0.5um-50um之间，控制微孔间距可以实现改质微孔的裂纹定向连接，形成无锥度、高强度、低表面粗糙度的微孔改质轮廓101。

在本实施例中，提供两种改质微孔的加工方案。上述提供了改质微孔轮廓的产生的一般方法，对于双层基板，需要分别对两层基板产生改质微孔轮廓101。

方案一、控制第一激光聚焦成激光束焦线，并分次穿过双层基板的两个基板，在每一所述基板上分次形成改质微孔轮廓101。具体地，将激光入射在第一基板11的表面，控制激光焦长，聚焦到第一基板11表面，在第一基板11表面形成微孔改质轮廓101；通相关翻转装置，对双层基板实现翻转，再控制激光焦长，聚焦到第二基板12表面，以实现双层基板的切割。

方案二、控制第一激光聚焦成激光束焦线，并同时穿过双层基板的两个基板，在每一所述基板上同时形成改质微孔轮廓101。具体地，将激光入射在第一基板11的表面，控制激光焦长，聚焦到第一基板11表面，贯穿第一基板11和第二基板12，即使焦线同时穿过两片双层基板，形成微孔改质轮廓101，以实现双层基板的切割。

关于方案一，对基板的改质效果好，需要翻转和切割两次，流程复杂；关于方案二，不需要翻面，只切割一次，效率较高，但中间层会对下层基板的改质效果有影响。

如图9和图10所示，本发明提供微通气孔的加工方法的较佳实施例。

本发明提供两种所述微通气孔102的加工步骤，包括：

步骤s1211、第二激光聚焦到基板上，以固定点入射方式对基板进行烧蚀；

步骤s1212、形成一与隔层连通的微通气孔102。

或者，

步骤s1221、第二激光聚焦到基板上，围绕轨迹入射方式对基板进行烧蚀；

步骤s1222、形成一与隔层连通的微通气孔102。

在本实施例中，对基板上的余料加热会使双层基板的改质微孔产生热胀冷缩，促进基板的分离，然而双层基板的中空结构是密封设置，加热过程中，会使内部气体受热膨胀，容易使内塞余料炸裂或使本体轮廓产生大块的斜向崩边，导致加工不良；因此，采用激光熔蚀方法，在双层基板上，即双层玻璃中，产生一个连通内部夹层(中空结构)与外部空气的微通气孔102，使后续加热过程中，保持基板的内外气压平衡。

关于第二激光，可以为紫外、可见、红外、远红外等各波长激光。由于步骤s13所采用的二氧化碳(co2)激光也可以利用于微通气孔102的产生，所以优选使用二氧化碳(co2)激光作为步骤s12的加工激光源。只要控制好激光聚焦点，提供足够高的能量，就可以实现玻璃的熔蚀。不建议使用超短脉冲激光器，因为超短脉冲激光器峰值能量太高，可以直接气化材料，必然产生粉尘，不符合生产过程基本无尘的特点。

在本实施例中，在步骤s1211和步骤s1212中，用激光在需要产生微通气孔102位置点出光加热一段时间，对基板(优选为玻璃)进行熔蚀，直至基板(优选为玻璃)被完全贯通。在步骤s1221和步骤s1222中，用激光在需要产生微通气孔102位置移动圆或螺旋线等轨迹，对基板(优选为玻璃)进行熔蚀，直至基板(优选为玻璃)被完全贯通。

在本实施例中，所述微通气孔102的直径大于10um。利用激光在双层基板的一个面产生微通气孔102，即可以实现平衡内外大气压力的目的。微通气孔102的大小可以根据微孔改质轮廓101进行调整，气孔太大，容易受二氧化碳激光加热时的热应力影响，导致产生裂纹，一般来说，大于10um的微通气孔102可以满足平衡内外大气压力的目的。

如图11至图13所示，本发明提供余料加热的加工方法的较佳实施例。

本发明提供所述余料加热的加工步骤，包括：

步骤s1311、通过运动平台对基板进行移动；

步骤s1312、使激光对内塞余料的不同位置进行加热；

步骤s1313、形成与微孔改质轮廓101相对应的加热轮廓103。

或者，

步骤s1321、通过振镜系统使激光移动；

步骤s1322、使激光在内塞余料的不同位置上进行加热；

步骤s1323、形成与微孔改质轮廓101相对应的加热轮廓103。

在本实施例中，对于双层基本结构，需要使用二氧化碳激光对至少一面基板内塞余料进行加热。优选地，一般为两面双层基板分别进行加热。加工参数随双层玻璃材质与厚度等特点可采用不同的加热加工参数。

在本实施例中，使用二氧化碳激光对内塞余料的不同位置进行加热，如通过围绕轮廓加热，形成与微孔改质轮廓101相对应的加热轮廓103，通过冷却时产生的收缩应力促进加热轮廓103内塞余料的分离。加热过程可以通过振镜系统或运动平台的方式，在小于微孔改质轮廓101的内塞余料内部进行加热。所述加热轮廓103根据产品轮廓轨迹变化，可以为圆形，同心圆，螺旋线等等。

优选地，双层基板的基板优选为玻璃材质，二氧化碳激光波长在10um左右连续激光，该波长在玻璃中接近全吸收，更合适对玻璃进行加热。激光通过透镜汇聚的方式产生能量集中的加工区域，在工作位置越靠近透镜焦点附近，能量集中度越高，激光能量密度越大，激光光斑越小。

一般二氧化碳激光工作光斑直径在0.1-5mm比较合适，能量密度太高，容易导致玻璃余料破裂，能量密度太低，不足以将玻璃达到软化温度，提供不了足够的收缩应力，并且光斑太大，边缘热影响增大，容易影响双层基板的环形胶13。进一步地，对于连续型的二氧化碳激光器，一般通过脉冲宽度调制方法控制激光器出光，即调制单位时间内的激光输出时间占比(即占空比)，来控制激光器的输出功率，以及激光的移动速度(通过振镜或者运动平台控制)决定走相同轨迹下，激光的作用时间。一般使用平台控制加工速度在1-200mm/s范围，用振镜控制速度可以达到更高。通过控制激光出光占空比，移动速度，运动轨迹，共同决定激光输出的总能量。激光输出能量越大，收缩应力越大，轮廓余料越好与产品分离。

但能量太大，其热应力超过玻璃本身的强度也容易导致内塞余料破碎，使内塞余料卡在孔槽内，不容易分离，需要根据不同的材料性质，厚度来调整二氧化碳激光加热的工艺参数。优选地，步骤s12和步骤s13的激光器为同一种类激光器，可以减低设备的冗余。

在本实施例中，二氧化碳激光所运动的加热轮廓103，可以根据不同的微孔改质轮廓101作不同的调整，二氧化碳激光的加热轮廓103要小于微孔改质轮廓101，一般对于加工圆孔轮廓，二氧化碳激光所运动的轨迹轮廓一般为圆形，同心圆，或螺旋线，对于槽形轮廓，可以根据槽形轮廓的特点进行调整。若激光沿加热轮廓103运动一次提供的热量不足以产生足够的收缩应力，可以通过激光根据加热轮廓103对内塞余料进行多次循环加热。

如图14所示，本发明提供顶针式的取料装置的较佳实施例。

一种顶针式的取料装置，所述取料装置应用于所述的加工方法，以将内塞余料取出；所述取料装置包括可抵触在内塞余料表面且将基板与内塞余料分离的顶针31。

采用顶针31，将内塞余料从一方向顶出。

二氧化碳激光通过步骤s14已经将玻璃轮廓余料与微孔改质轮廓101彻底分离，通常只需要顶针31就可以实现内塞余料分离。但由于为双层基板，第一基板11轮廓余料分离时需经过第二基板12的轮廓，所以必须保证双层基板的两微孔改质轮廓101具有良好的轮廓同心度，必要时，可以将下层基板的孔径尺寸略大于上层基板孔径尺寸，以降低轮廓同心度的要求。

如图15所示，本发明提供真空抽取式的取料装置的较佳实施例。

一种真空抽取式的取料装置，所述取料装置应用于所述的加工方法，以将内塞余料取出；所述取料装置包括可抵触在内塞余料表面且将基板与内塞余料分离的真空吸孔32，所述真空吸孔32的孔径大于微孔改质轮廓101。

通过真空抽取方法，将内塞余料从一个方向抽出。

优选地，双层基板的一面与真空吸孔32贴近，真空吸孔32产生负大气压力使双层基板的两面产生气压差，使内塞余料从正气压一面推向负气压一面，实现内塞余料分离与内塞余料残渣收集。以及，同样需要双层基板的微孔改质轮廓101保证良好的轮廓同心度，必要时，可以出口面基板的轮廓略大于另外一面的基板。

如图16所示，本发明提供真空吸盘式的取料装置的较佳实施例。

一种真空吸盘式的取料装置，所述取料装置应用于所述的加工方法，以将内塞余料取出；所述取料装置包括可抵触在内塞余料表面且将基板与内塞余料分离的真空吸盘33。

通过真空吸盘33，将内塞余料从双层基板两个方向分别吸出。

优选地，通过真空吸盘33分别设置在双层基板的两个方向，从两个方向吸出，对应双层基板夹层之间有阻碍双层基板从一个方向出来的情况，并且降低了对双层基板的两层内塞余料同心度的要求。

在本发明中，上述三个取料装置中，可设置一治具，用于夹持固定双层基板，以实现后续加工。

本发明所加工的双层基板的孔结构，优选为通孔或槽口(孔槽)，对环形胶13热影响小于70um，高质量的轮廓边缘，其表面崩边可以做到100um以内，一般为无崩边。并且该方法基本无粉尘产生，保证了产品的洁净度，并适合在超净间生产。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。