CN101450419B - 一种ito薄膜激光蚀刻设备及蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ITO薄膜激光蚀刻设备及蚀刻方法，包括机架、工控机、显示系统、激光发生器、切割头、吸附盘、X轴运动系统、Y轴运动系统和Z轴运动系统，所述工控机、激光发生器、显示系统和Z轴运动系统都安装在机架上，所述切割头安装在Z轴运动系统上，所述吸附盘固定在X轴运动系统上，位于Y轴运动系统的上方，所述X轴运动系统安装在Y轴运动系统上，并交叉呈十字状，Y轴运动系统固定安装在机架上。该蚀刻方法包括：预设激光蚀刻图形；将被蚀刻产品放置在激光蚀刻设备的工作台上，并进行定位；根据所述预设的激光蚀刻图形控制激光蚀刻设备对被蚀刻产品进行蚀刻。本发明对ITO薄膜的刻线效率高、线性好。

Description

一种ITO薄膜激光蚀刻设备及蚀刻方法

【技术领域】

本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种ITO薄膜激光蚀刻设备及蚀刻方法。

【背景技术】

ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，此膜镀在有机薄膜PET，玻璃(钠钙Na-Ca玻璃)或是硬性塑料(表面做过硬化处理的亚克力板)基板上，一般厚度只有几千埃(300-500nm)，这种氧化铟锡薄膜具有较低电阻率、高可见光透过率和紫外光高反射率等优良特性。镀有ITO薄膜的基材刻线后由上层与下层线路组合，各自布线X轴与Y轴，两层线路中间由极小的绝缘点支撑作为隔层，经组装贴合后，用手指或笔尖等任何材质对上方导电膜施以压力，造成上下X轴与Y轴短路，因而改变其电压值且产生信号，再经由控制器计算受压处之相对坐标位置，此为触摸屏产品的使用；而液晶屏的应用是利用导电玻璃上的透明导电ITO薄膜，经蚀刻制成特定形状的电极，上下导电玻璃制成液晶盒后，在这些电极上加适当电压信号，使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列，仅而显示出与电极波长相对应的图形；随着电子产品的多样化及高速发展，ITO薄膜广泛地应用于平板显示、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域，平板显示器市场广阔，特别是液晶显示器(LCD)具有体积小、重量轻、能耗低、无辐射、无闪烁、抗电磁干扰等特点，适用于笔记本电脑、台式电脑、各类监视器、数字彩电和手机面板等电子产品上。

其中触摸屏及液晶显示屏，其组合结构基本相似，由上下层线路层组合而成，如图4所示，在触摸屏里主要由上线路层23和下线路层27组成，一般来说，上线路层23使用ITO薄膜和PET基材25，而下线路层27可选用ITO薄膜和玻璃基板26，两个线路层23、27中间由极小的绝缘点24支撑，当操作者点触触摸屏时，上线路层23与下线路层27的导电线路相互接触，造成上下X轴与Y轴短路，因而改变其电压值且产生一讯号，再经由控制器计算受压处之相对坐标位置，并进行相应的功能操作；类似的液晶显示屏是利用ITO导电玻璃上的透明导电薄膜，经刻线制成特定形状的电极，使上线路层23和下线路层27的ITO导电玻璃制成液晶盒后，在其间充满液晶，在这些电极上加适当电压信号，使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下往特定的方面排列，仅而显示出与电极波长相对应的图形。

使用湿法化学试剂蚀刻加工方式需增加清洗、废水处理等占地较大的设备，制作成本高、使用寿命低、导电膜层线路直线性差、加工使用区域需加大等缺陷。蚀刻会残留光阻于基材表面，浸入蚀刻溶液并会导致表面损坏，减少使用寿命；蚀刻加工工艺使用溶液势必添加清洗、废水处理等程序，增加设备成本；蚀刻后去光阻步骤，造成ITO导电线路直线性差，影响使用性能的稳定及一致性。

随着触摸屏及液晶显示屏行业的不断发展，对ITO薄膜基材性能需求的不断提高，对ITO薄膜的加工方式也出现了改变，现有技术中由于加工设备结构布局问题，导致对ITO薄膜的加工效率低，采用传统的电机进行平台移动，无法保证加工的线性。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种刻线效率高、提高ITO薄膜刻线性能的激光蚀刻设备及蚀刻方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种ITO薄膜激光蚀刻设备，包括机架、工控机、显示系统、激光发生器、切割头、吸附盘、X轴运动系统、Y轴运动系统和Z轴运动系统，所述工控机、激光发生器、显示系统和Z轴运动系统都安装在机架上，所述切割头安装在Z轴运动系统上，所述吸附盘固定在X轴运动系统上，位于Y轴运动系统的上方，所述X轴运动系统安装在Y轴运动系统上，并交叉呈十字状，Y轴运动系统固定安装在机架上。

所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，还包括安装在X轴运动系统侧面的第一光学栅尺及第一读数器，以及安装在Y轴运动系统侧面的第二光学栅尺及第二读数器。

所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，还包括安装在X轴运动系统内的第一直线电机，以及安装在Y轴运动系统内的第二直线电机。

所述吸附盘的内部为空腔，其盘面设置阵列有多个与空腔连通的小孔；所述吸附盘的侧面开有多个通孔，其中，至少一个通孔作为吸附口与所述空腔相通，并连接真空装置或抽风装置；至少一个通孔作为进气口与空腔相通，并连接吹气装置。

所述切割头包括使激光聚焦成能量集中的小光点，以作用在ITO薄膜上激光聚焦镜组、连接压缩气体的吹气部件及连接吸气系统吸尘部件，所述聚焦镜组、吹气部件和吸尘部件同轴设置。

所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，还包括安装在机架上方的风机过滤单元，其风口对准吸附盘与切割头的交汇处。

所述激光发生器为波长是1064nm、532nm或355nm的固体(YAG)激光发生器。

所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，还包括安装在机架上自动门及保护装置，其位于吸附盘前方，与所述机架前挡板并排布置。

一种ITO薄膜激光蚀刻方法，包括以下步骤：

901、预设激光蚀刻图形；

902、将被蚀刻产品放置在激光蚀刻设备的工作台上，并进行定位；

903、根据所述预设的激光蚀刻图形控制激光蚀刻设备对被蚀刻产品进行蚀刻。

所述的一种ITO薄膜激光蚀刻方法，还包括以下步骤：

1001、检测蚀刻后产品参数；

1002、根据检测结果修订所述激光蚀刻设备的参数。

本发明的有益效果是：

本发明采用线性电机及光学栅尺读数，从而保证了ITO薄膜的刻线精度及速度；X轴运动系统和Y轴运动系统采用十字结构安装，使工作平台能够快速移动到预定位置，提高效率；工作平台采用吸附盘，在刻线过程中ITO薄膜始终吸附在吸附盘上，吸附盘上还设置了吹气浮起装置，在刻线结束时关闭吸气同时吹气将ITO薄膜鼓吹浮起，使ITO薄膜容易从吸附盘上取下；激光产生器采用固体(YAG)激光器，所用激光几乎仅对ITO薄膜作用，有效保护基板材料，不影  响基材透明度；机架上安装有自动门，在工作状态时自动门关闭，从而保证了操作者的安全；本发明的蚀刻方法相对于传统的湿式化学试剂蚀刻工艺，ITO激光蚀刻设备具有体积小，占地面积小，无污染，且易于管理的特点；本发明中激光蚀刻线的参数全由电脑程序控制，减少人为操作的影响；激光蚀刻是通过聚焦高能激光点将ITO层瞬间气化，不需要其它的辅助材料，不会对环境及操作工人造成不良的影响；激光蚀刻线的线体细，易于电路的设计并可节省材料；激光蚀刻是通过调节激光的焦点位置直接作用于ITO膜层上，且使用固体激光器，对底部衬底材料不会造成影响；使用激光蚀刻ITO膜层时，产品只需一次定位就可以完成全部工作，影响产品质量因素少，易于控制，产品良品率高；基于上述方案，本发明提高了ITO薄膜刻线效率、提高寿命、成本降低、直线性更好、可视区域加大，不使用化学试剂，符合环保要求。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明蚀刻设备的结构示意图。

图2是本发明蚀刻设备的侧面示意图。

图3是图1中A部分的放大示意图。

图4是触摸屏的结构示意图。

图5是本发明的蚀刻工艺流程图。

【具体实施方式】

如图1至图3所示，本发明的激光蚀刻设备包括地脚支撑调整螺栓1、工控机2、键盘鼠标抽拉盒3、显示系统4、机架5、激光发生器6、风机过滤单元(FFU)7、Z轴运动系统8、切割头9、吸附盘10、X轴运动系统11、Y轴运动系统12、防尘罩13、电气控制柜14、线性电机15、防震垫铁16、滑动轮17、红光电感装置18、自动门保护装置19、汽缸轴20、脚轮21；

所述工控机2、激光发生器6、Z轴运动系统8、显示系统4、风机过滤单元(FFU)7、自动门保护装置19都安装在机架5上，所述切割头9安装在Z轴运动系统8上，位于吸附盘10的上方，所述吸附盘10固定安装在X轴运动系统11上，位于Y轴运动系统12的上方，所述X轴运动系统安装在Y轴运动系统上，并交叉呈十字状，Y轴运动系统固定安装在机架上。吸附盘10、X轴运动系统11与Y轴运动系统12组合成的十字式平台，该十字式平台可以通过连接板与机架固定在一起。风机过滤单元(FFU)7的风口对准吸附盘与切割头的交汇处，可把洁净干燥空气往ITO薄膜加工面吹入，有效保护ITO薄膜性能。

本发明的激光蚀刻设备，还包括安装在X轴运动系统11侧面的第一光学栅尺及第一读数器，以及安装在Y轴运动系统12侧面的第二光学栅尺及第二读数器；光学栅尺及读数器都未在图中示出。所述X轴运动系统11及Y轴运动系统12组成十字工作台，X轴及Y轴运动系统使用线性电机和光学栅尺，能实现更快速的定位运行及更高精度图形运行，所述光学栅尺配读数器安装在X、Y轴侧面，方便调节及更好的防油防尘，保证运动系统的精度。

本发明中，在X轴运动系统11内还安装有第一直线电机(图中未示出)，在Y轴运动系统内还安装有第二直线电机，即图中的线性电机15。

本发明还包括安装在机架5上自动门及保护装置19，其位于吸附盘10前方，与所述机架5前挡板并排布置，其装有滑动轮17可使自动门开关自如，采用汽缸轴20连接压缩气体，并通过电磁阀实现自动开关门控制，采用红光电感装置18实现自动门的开关安全。

采用防尘罩13把X轴运动系统11及Y轴运动系统12中的线性电机15和光学栅尺及读数器完全封住，有效防护光学栅尺及线性电机光洁正常使用，工控机2装备有运动控制卡，经由电气控制柜14内各器件实现对线性电机15的运动控制。

所述吸附盘10的内部为空腔，其盘面设置阵列有多个与空腔连通的小孔。吸附盘10的侧面开有多个通孔，其中，至少一个通孔作为吸附口与所述空腔相通，并连接真空装置或抽风装置；至少一个通孔作为进气口与空腔相通，并连接吹气装置。作为吸附口的通孔及作为进气口的通孔安装有一使吸气及进气错开动作的阀门装置；这样实现在刻线过程中ITO薄膜始终吸附在吸附盘10上，吸附盘10上还设置了吹气浮起装置，在刻线结束时吸气关闭同时吹气将ITO薄膜鼓吹浮起，使ITO薄膜容易从吸附盘10上取下。

所述激光发生器6安装在机架5上，使用固体(YAG)激光发生器，可以是波长为1064nm、532nm或355nm激光发生器，激光基本仅作用于ITO薄膜，不会影响基板材料，及影响板材透光性；所述切割头9连接在Z轴运动系统8上，所述切割头包括聚焦镜组、吹气部件及吸尘部件，所述聚焦镜组、吹气部件和吸尘部件同轴设置，其中的聚焦镜组使激光聚焦成能量集中的小光点，以作用在ITO薄膜上，按需求图形线路把导电膜层刻掉；安装在切割头9上的吹气部件连接压缩气体，在刻线过程中吹净刻线后薄膜面，其上的吸尘部件连接吸气系统，在刻线过程中吸走刻线后的粉尘。

其中，键盘鼠标抽拉盒3安装在机架5上，脚轮21和地脚支撑调整螺栓1都安装在机架的下底部，方便机架调整搬动，防震垫铁16放置于X轴运动系统11成的十字式平台底下，能有效的减震。

上料时，工件放置好后经按钮控制成吸附状态，便于工件切割时不移位；下料时，工作台面吸附盘由真空吸附切换到压缩气反吹浮起工件，并回到上料位置，便于工件下料。

本发明中，刻线轨迹可为直线方式，首先上层基板或下层基板放置于吸附盘10上，X轴运动系统11与Y轴运动系统12组合运动，带动吸附盘按需求图形移动，激光经由激光发生器6通过切割头9聚焦成小光点，作用在ITO薄膜上，把基板上ITO薄膜刻划成X轴或Y轴阵列排布的导电膜，并于基板上刻划出对应的两个对位靶点，以便刻线出的上层与下层基板对位组装贴合；本发明刻线轨迹亦可实现非直线方式，根据图形轨迹运行，X、Y方向同时移动组合成形，按需求进行操作。

下面参见图5对本发明的蚀刻方法进行具体描述：

1、在设计软件(AUTO CAD、CORELDRAW、CAM等)中绘制好需要被去除的ITO线路层图形，即绘制激光蚀刻图形；存成切割软件可直接导入的后缀为DXF或是PLT或是CAM或是GBX的文档，即将图形导入切割软件；

2、裁剪好的导电PET片材或是导电玻璃用边定位放到专用的切割吸附盘上，通过真空吸附或抽风系统将工件吸平并固定在台面，即将被蚀刻产品进行定位；

3、启动设备，按设定好的切割参数及图形对需加工件进行激光加工，切割头使激光束聚焦成高能激光点作用于ITO膜层表面，按设计图形通过激光热分解法(或是分子链破坏的方式)将有用ITO导电膜区域与需去除的ITO导电膜区域分隔开；工作过程由电脑全程控制，加工完成吸附盘回上料位置后停机；

4、蚀刻完成后，取出工件进行相关参数的检测，被去除ITO膜层线路需蚀刻干净，无残留，不能对衬底材料有损伤，做好记录参数调整保存；

5、修正相关参数后就可以对同一批次的产品进行批量的生产。

在整个蚀刻过程中，用激光蚀刻ITO层时，产品只需一次定位就可以完成全部工作。影响产品质量因素少，易于控制，产品良品率高。

本发明简化了ITO薄膜刻线工艺流程，减少了生产设备，很大程度地提高生产效率，同时生产成品率也提高了，产品质量也提高了。

Claims (6)

1.一种ITO薄膜激光蚀刻设备，包括机架、工控机、显示系统、激光发生器、切割头、吸附盘、X轴运动系统、Y轴运动系统和Z轴运动系统，所述工控机、激光发生器、显示系统和Z轴运动系统都安装在机架上，所述切割头安装在Z轴运动系统上，其特征在于：

所述吸附盘固定在X轴运动系统上，位于Y轴运动系统的上方，所述X轴运动系统安装在Y轴运动系统上，并交叉呈十字状，Y轴运动系统固定安装在机架上，吸附盘、X轴运动系统与Y轴运动系统组合成的十字式平台，该十字式平台与机架固定在一起，还包括安装在机架上方的风机过滤单元，其风口对准吸附盘与切割头的交汇处；所述吸附盘的内部为空腔，其盘面设置阵列有多个与空腔连通的小孔；所述吸附盘的侧面开有多个通孔，其中，至少一个通孔作为吸附口与所述空腔相通，并连接真空装置或抽风装置；至少一个通孔作为进气口与空腔相通，并连接吹气装置；且作为吸附口的通孔及作为进气口的通孔安装有一使吸气及进气错开动作的阀门装置；且在刻线过程中，ITO薄膜始终吸附在吸附盘上，吸附盘上还设置了吹气浮起装置。

2.根据权利要求1所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，其特征在于：还包括安装在X轴运动系统侧面的第一光学栅尺及第一读数器，以及安装在Y轴运动系统侧面的第二光学栅尺及第二读数器。

3.根据权利要求1所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，其特征在于：还包括安装在X轴运动系统内的第一直线电机，以及安装在Y轴运动系统内的第二直线电机。

4.根据权利要求1所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，其特征在于：所述切割头包括使激光聚焦成能量集中的小光点，以作用在ITO薄膜上激光聚焦镜组、连接压缩气体的吹气部件及连接吸气系统吸尘部件，所述聚焦镜组、吹气部件和吸尘部件同轴设置。

5.根据权利要求1所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，其特征在于：所述激光发生器为波长是1064nm、532nm或355nm的固体(YAG)激光发生器。

6.根据权利要求1所述的一种ITO薄膜激光蚀刻设备，其特征在于：还包括安装在机架上自动门及保护装置，其位于吸附盘前方，与所述机架前挡板并排布置。

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