[發(fā)明專利]一種超聲波切割裝置及其切割方法

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• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110040948A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱凱
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州市三協(xié)精密有限公司
• 主分類號: C03B33/02
• 分類號: C03B33/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 劉羽

本發(fā)明涉及超聲波切割技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種超聲波切割裝置及其切割方法，包括：超聲波發(fā)生器用于將市電轉(zhuǎn)換成高頻高電壓交流電流，超聲波換能器用于將輸入的高頻高電壓交流電流轉(zhuǎn)換為輸出功率大于100W的超聲波，超聲波換能器將超聲波轉(zhuǎn)換為機械振動，超聲波換能器輸出振幅；超聲波變幅器用于將超聲波換能器的輸出振幅放大，并輸出振幅；金剛石切割刀設(shè)置于超聲波變幅器的節(jié)點處，金剛石切割刀用于進一步放大超聲波變幅器的輸出振幅，集中超聲波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圓或陶瓷的切割部位。本發(fā)明可直接異形加工，自動化程度高、對被切割物體固定效果好、加工精度高、消音效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波切割技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲波切割裝置及其切割方法。

背景技術(shù)

近年來，智能手機普遍采用觸摸顯示屏作為用戶操作界面，典型的觸摸顯示屏使用四塊玻璃來分別實現(xiàn)容納薄膜晶體管和液晶材料，觸摸功能和鋼化玻璃蓋板的功能；同時無線充電和5G通訊技術(shù)的發(fā)展，促使智能手機背板也采用玻璃來改善信號傳輸質(zhì)量，直接拉動了顯示行業(yè)對新型玻璃的需求，用于這些產(chǎn)品的液晶顯示屏(LCD)和等離子顯示屏(PDP)面板的需求也在快速增長。2019年智能手機的總出貨量預(yù)計15.5億部，玻璃蓋板的滲透率為25％，即有4億塊的需求量，觸摸顯示有16億塊的需求量；玻璃背板的滲透率為40％，即有6.2億塊的需求量。

為了制造LCD、PDP面板，玻璃基板切割/加工的工序是不可或缺的。目前市場上采用的技術(shù)為開料+異形加工的工序，其中開料工序一般采用輪式切割，異形加工工序一般采用精雕機或激光切割。

一、輪式切割技術(shù)切割原理：由刀輪呈算盤珠子形狀，齒輪縱向垂直方向切割形成裂紋，同時包括對切割紋路施加外力，使原來的垂直方向產(chǎn)生的裂紋更進一步向內(nèi)部延伸發(fā)展，使玻璃分離裂開。傳統(tǒng)輪式切割技術(shù)的刀輪呈算盤珠子形狀，兩側(cè)斜面的棱線部分構(gòu)成刀頭，通過輪子移動，切割輪上的鋸齒和玻璃表面反復(fù)接觸進行擠壓切割作業(yè)，從而使玻璃受力裂開。刀輪材質(zhì)成分主要是超硬合金及燒結(jié)金剛石。超硬合金和PCD材質(zhì)相比較，超硬合金的價格較低，PCD材質(zhì)的耐久性更強。各種材質(zhì)所制成的刀輪的棱線部分。無論是哪種材質(zhì)，都是使用粒度600號以上的金剛鉆刀輪進行斜面的研磨加工的，斜面表面粗糙度及棱線的粗糙度(凹凸)都比較大。為觀察刀輪切割后形成的垂直方向裂紋，在表面向內(nèi)延伸方向進行切割，而后在垂直方向再進行二次切割，掰斷，將玻璃分離開來。通過觀察切斷分離的玻璃切斷面，發(fā)現(xiàn)板玻璃的表面至玻璃內(nèi)部，垂直方向裂紋有伸展開來。同時詳細觀察玻璃表層，發(fā)現(xiàn)由于和刀輪接觸有形成塑性變形區(qū)域。塑性變形區(qū)域的下面形成了被稱之為肋紋的垂直方向裂紋，同時在下方發(fā)生了垂直方向裂紋的伸展現(xiàn)象。輪式切割存在問題：A.切割端面粗糙；B.精度差；C.崩邊不良；D.需要二次加工才能滿足使用要求，追加研磨工序。

二、激光切割技術(shù)切割原理：激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的主，高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開，激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割玻璃基板更是一個復(fù)雜的光致熱過程及激光與材料相互作用的過程，該過程包括激光移動熱源對材料進行加熱的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)、溫度場梯度變化產(chǎn)生熱應(yīng)力，利用熱應(yīng)力誘導(dǎo)裂紋擴展直至斷裂，從而分割玻璃基板。激光切割存在問題：A、由于激光完全靠聚焦強熱能，并且溫度急劇使物體受比本身更高熔點熱能，為了停止溫度損傷顯示屏密封膠，需要預(yù)留一定位置切割(切割間距)，使用材料費用增加；B、根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害等級分4級，光纖激光由于波長短對人體由于是眼睛的傷害大，屬于危害最大的一級；C、激光在異形切割過程中，不同角度及形狀的交叉點，會形成掛角，需要二次加工(追加研磨工序)；D、設(shè)備投資成本較高。

綜上所述，輪式切割是機械擠壓式切割，切割精度不高，玻璃崩邊嚴(yán)重；激光切割投資成本過，而且由于激光是通過光束熱能腐蝕原理，對玻璃產(chǎn)生高溫，從而影響顯示周邊零件及密封膠水，顯示器品質(zhì)有很大損傷。

基于上述顯示屏切割的技術(shù)及存在的問題，超聲波切割技術(shù)作為一種新的發(fā)展趨勢，試圖被利用來解決上述問題。