CN101661227A

CN101661227A - 大幅面导电基板粗线路直写装置及其直写工艺

Info

Publication number: CN101661227A
Application number: CN200910183799A
Authority: CN
Inventors: 文谏; 黄良杰; 李春宝; 高委; 严翠萍
Original assignee: 杨飞
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: CN101661227B

Abstract

本发明公开了一种大幅面导电基板粗线路直写装置及其直写工艺，包括控制器、作业平台、待直写的导电基板、激光发射器及设定在激光光路上的振镜单元，其特征在于：该作业平台为静止，且振镜单元多于一个，构成作业平台上方的多振镜阵列。由控制器驱动多振镜阵列，控制激光光路的焦点沿刻蚀方向以一定的速度移动，通过机械结构相对固定的多振镜阵列实现对导电基板全幅面的线路分图直写，为在大幅面导电基板上快速、精确地直写制备线宽大于30μm的粗线路提供了一种切实可行的工艺途径。本发明具有布线成本低、最小线宽和最小线距可达30μm、加工幅面大、加工速度快、定位及重复直写性能高的特殊效果。

Description

大幅面导电基板粗线路直写装置及其直写工艺

技术领域

本发明涉及一种在导电基板上制备微粗细导电线路的直写装置及工艺，尤其涉及一种能在大幅面导电基板上快速加工、高精度定位、重复直写的装置及其工艺。

背景技术

目前不同结构的激光直写系统，应用于如集成电路制造、微光学元件加工、MEMS、光学检测、光学防伪等多个行业中。因此，激光直写系统的研制工作备受关注。现有比较成熟的布线工艺包括：丝网印刷、单振镜平台步进激光直写、平台移动激光直写和掩膜光刻等，具体来看：

丝网印刷：丝网网版上涂满感光胶后通过预置图案的菲林曝光，曝光固化后的感光胶封堵住丝网孔使油墨无法渗透通过，未曝光固化的感光胶则被去除，从而在丝网网版上形成图案；印刷时，网版上油墨在印刷刮刀的压力下渗透过丝网孔落在承印物上形成图案；当使用导电油墨时，固化后的导电油墨即可在基板上形成导线线路；如果是在导电基板上印刷抗蚀刻油墨图案，再将基板经化学蚀刻、剥膜后，则被抗蚀刻油墨覆盖住的导电膜层被保留下来，未覆盖住部分导电膜层被去除，从而形成导线线路。

掩膜光刻法：如图1所示，对导电基板的导电膜层91表面涂覆光致抗蚀剂93将图案绘入特制的掩模版94，再以特殊波长的紫外光99透过光刻掩模板94，曝光照射涂有光致抗蚀剂93的导电基板上，被照射的光刻胶固化，未照到光刻胶剥离去除后，得到待蚀刻的图案；将显影、坚膜后的基板蚀刻剥膜后，被覆盖到的导电层93被保留成为导线92，未覆盖到的导电层93被去除，从而形成导线隔道95。

平台移动式激光直写：如图2所示，图中激光器3、振镜单元(扩束镜41、反射镜44a、振镜42a和场镜43a相对固定)。利用激光的集中能量气化导电层获得线路的原理，不过激光光斑固定，通过装有X，Y双向伺服电机的运动平台移动带动基板按照设定的路线移动，从而形成大幅面的蚀刻线路。

单振镜+平台步进激光直写：同样如图2所示，利用激光的集中能量气化导电层获得线路的原理，在单振镜的加工范围内，平台和基板不动，通过调节振镜单元使光斑移动获得蚀刻线路，当加工图案尺寸超过单振镜的加工范围时，通过平台移动带动基板向x向或y向移动一个距离后，再重新用单振镜激光蚀刻，从而达到分图实现大幅面加工的效果。

但是，这些现有的直写工艺都或多或少存在着一些缺陷，例如丝网印刷的布线工艺的制版、油墨成本较高，且定位和重复直写精度差，制作小于100μm的线条良率非常低；掩膜光刻的布线工艺制掩膜、曝光刻蚀费用昂贵，对于幅面较大的情况直写性价比不佳；平台移动式激光直写的加工幅面由X、Y向伺服电机行程决定，且当为弧线、折线等非X向或Y向的线路时加工速度特别慢；而单振镜+平台步进激光直写工艺的加工速度慢；单幅面精度较高，但当配合步进后的大幅面直写工艺精度较差。

发明内容

鉴于上述现有多种直写工艺的缺陷，本发明的目的在于提供一种大幅面导电基板粗线路直写装置及其直写工艺，实现在大幅面导电基板上以分图直写的方式完成线宽大于30μm的图案布线。

实现本发明首要目的的技术方案是：

大幅面导电基板粗线路直写装置，包括控制器、作业平台、置于作业平台上的导电基板、悬浮装载在作业平台上空的激光发射器，以及设定在激光光路上的振镜单元，其特征在于：该作业平台为静止，振镜单元多于一个，相互独立地构成作业平台上方的多振镜阵列；各振镜单元分别与控制器信号相连。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其中振镜单元包括扩束镜、振镜、场镜和反射镜，其中反射镜为抽插式或旋转式。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其中该多振镜阵列所包括的振镜单元为多个，可以是两个，可以是三个，可以是四个，也可以是四个以上。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其中该导电基板包括导电玻璃、导电PET、导电PC，或绝缘基板和导电膜层的结合物，其中导电膜层为单层或多层的镀层或涂覆层。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其中该多振镜阵列激光直写的导线最小线宽和最小线间距均大于30μm。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其中该大幅面指的是导电基板的布线区域大于直径110mm的覆盖区域。

实现本发明次要目的的技术解决方案是：

一种大幅面导电基板粗线路直写工艺，其特征工艺步骤包括：第I步、将待加工的导电基板置于作业平台上并定位；第II步、根据导电基板上导电膜层厚度和能量吸收特性，选择并设定激光器发射功率和频率能符合刻蚀深度的激光；第III步，由控制器驱动多振镜阵列，控制激光光路的焦点沿刻蚀方向移动，通过结构相对固定的多振镜阵列实现导电基板全幅面内的线路分图直写。

进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写工艺，其中该激光光路顺次透过扩束镜、振镜和场镜照射到导电基板上，第III步中所述多振镜阵列可以是全部振镜单元都通过反射镜反射光波逐个参与直写；也可以是部分振镜单元通过反光镜反射光波参与直写，而另一部分振镜单元反射镜让路激光传导处于闲置状态。

更进一步地，前述的大幅面导电基板粗线路直写工艺，其中该反射镜通过控制器电控旋转，或者以固定角度的水平抽插、垂直抽插实现激光光路的反射和避让。

本发明直写装置和直写工艺的应用实施，其有益效果为：

通过在作业平台上多振镜阵列的结构设计，为在大幅面导电基板上直写制备大于30μm的粗线路提供了一种切实可行的工艺途径。具有布线成本低、最小线宽和最小线距可达30μm、加工幅面大、加工速度快、定位及重复直写性能高的特殊效果，能广泛应用在触摸屏等光电器件生产领域。

附图说明

图1是现有技术掩膜光刻法的工艺流程示意图；

图2是现有技术平台移动式激光直写或单振镜+平台步进激光直写的工艺流程及结构示意图；

图3是激光直写的原理示意图；

图4是本发明大幅面导电基板粗线路直写装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，是本发明针对大幅面导电基板进行粗线路直写工艺所基于的激光直写技术的原理示意图。导电基板一般由不导电的基板21和薄的导电膜层22构成，该导电膜层既可为导电镀层也可为导电涂覆层，既可以是单层结构，也可为多层叠覆。针对导电基板上导电膜层的厚度和能量吸收特性，可以选用特定功率和频率的激光5对导电基板进行照射，光斑焦点51部位的导电膜层被高能量快速气化而失去导电性能，通过控制激光光斑51的直径和能量密度从而控制刻蚀的宽度K。当激光5的光斑焦点51向某方向以一定的速度移动时，可以在导电基板上刻画出连续的刻蚀线路。再配合包括扩束镜、振镜和场镜的的高精度振镜系统，可以在其场镜加工范围内实现对任意走向(直线、曲线或其他非规则线性)线路或图案的快速加工。

随着振镜系统里的场镜焦距增大，加工幅面范围相应增大，但激光焦点的光斑直径和能量密度也会发生劣化，从而影响刻蚀的线宽和刻蚀的深度；为保证在细线路的线宽、深度和精度不劣化，且作业平台无需占用较大空间进行水平移动的情况下获得更大的加工幅面，使用多振镜阵列，通过分图方式完成大幅面图案布线便成为一种创新的构想。

如图4所示，是本发明大幅面导电基板粗线路直写装置一实施例的结构示意图。较之于图2所示可以看到：该大幅面导电基板粗线路直写装置包含控制器(未图示，机电领域的公知技术)、水平静止设置的作业平台1、置于作业平台1上方的导电基板，以及悬浮装载在作业平台1上空的激光发射器3，以及设定在激光光路上、多个(本实施例中选用了四个振镜单元)相互独立的振镜单元，呈阵列形式排布在作业平台1的上方，对应每个振镜单元还分别包括一面可由控制器电控旋转的反射镜，这些反射镜顺次设在激光器的发光光路上。

其中，该振镜单元包括扩束镜41、振镜42a～42d和场镜43a～43d，结合各自的反射镜，能将激光光路聚焦到导电基板所需直写的位置，并以一定的速度移动。

该导电基板为导电玻璃、导电PET、导电PC，或由绝缘基板21和导电膜层22的结合物。该导电膜层可以是单层的镀层或涂覆层；也可以是多层的镀层和涂覆层。导电膜层的材质可以为很多种：例如铝、铬、镍、ITO、银浆、碳浆等都有可能，且镀层或涂覆工艺也可以多样，例如真空溅镀、蒸镀，印刷涂覆，沉积法等方法。此处并非穷举，导电基板本身已是本领域较为成熟的成品，并非本发明申请的重点。

该装置在进行实际的直写作业时，是先将待加工的导电基板平置于作业平台上1并定位，使其在作业平台1上不会轻易发生偏移。再根据待加工的导电基板上导电膜层22的厚度和能量吸收特性，选择并设定激光器3发射功率和频率能符合刻蚀深度和宽度的激光5。继而设定控制器调节多振镜阵列的各振镜单元反射镜，使激光5光路的焦点51能沿刻蚀方向以一定的速度移动，激光光路顺次透过扩束镜、振镜和场镜照射到导电基板上，实现对大幅面导电基板的粗线路直写。

根据不同的直写要求，可由控制器部分控制多振镜阵列的振镜单元进行直写作业，也可由控制器控制多振镜阵列的全部振镜单元进行直写作业，而这种控制的切换只需由控制器控制反射镜旋转即可。当部分旋转反射镜44b与激光光路不相干涉时，该振镜单元(振镜42b、场镜43b)便处于闲置状态，而当旋转反射镜44a到一定角度反射激光到达振镜42a时，便使该振镜单元(振镜42a、场镜43a)参与实施了直写作业，形成绝缘的线路分隔槽221、222。如此便实现了对大幅面导电基板上不同区块的分图布线。

应用本发明所设计的大幅面导电基板粗线路直写装置及其直写工艺，其相比于现有技术的直写工艺，能够实现布线区域大于直径110mm的覆盖区域，且导线的最小线宽和最小线间距均大于30μm。并且具有设备成本适中、布线成本极低、加工速度快、定位和重复直写精度高，对环境无负面影响的突出优点。

综上，是对本发明大幅面导电基板粗线路直写装置与直写工艺通过一具体实施例进行的非限制性说明，并非以此限制本发明权利要求保护和应用实施的范围，根据加工幅面的不同，呈阵列排布的振镜单元可以远大于一个(理论上趋向于无穷)；并且与各振镜单元相匹配的反射镜干涉激光和避让激光的实现方式也不仅仅局限于上述实施例的旋转，可以是由控制器驱动以固定角度进行水平抽插或垂直抽插来实现的；为进一步提高直写装置的效率，甚至可以设置多个激光器，对大幅面导电基板采用多振镜阵列同步分图直写工艺排布线路。故凡对上述实施例所述装置进行的简单结构修改、等效替换，均应视为本发明请求保护的范围。

Claims

1.大幅面导电基板粗线路直写装置，包括控制器、作业平台、置于作业平台上的导电基板、悬浮装载在作业平台上空的激光发射器，以及设定在激光光路上的振镜单元，其特征在于：所述作业平台为静止，所述振镜单元多于一个，相互独立地构成作业平台上方的多振镜阵列；各振镜单元分别与控制器信号相连。

2.根据权利要求1所述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其特征在于：所述振镜单元包括振镜、场镜和反射镜，其中反射镜为抽插式或旋转式。

3.根据权利要求1所述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其特征在于：所述多振镜阵列包括两至四个振镜单元，或包括四个以上振镜单元。

4.根据权利要求1所述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其特征在于：所述导电基板包括导电玻璃、导电PET、导电PC，或绝缘基板和导电膜层的结合物，其中导电膜层为单层或多层的导电镀层或涂覆层。

5.根据权利要求1所述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其特征在于：所述多振镜阵列激光直写的导线最小线宽和最小线间距均大于30μm。

6.根据权利要求1所述的大幅面导电基板粗线路直写装置，其特征在于：所述大幅面指的是导电基板的布线区域大于直径110mm的覆盖区域。

7.大幅面导电基板粗线路直写工艺，其特征工艺步骤包括：

第I步、将待加工的导电基板置于作业平台上并定位；

第II步、根据导电基板上导电膜层厚度和能量吸收特性，选择并设定激光器发射功率和频率能符合刻蚀深度的激光；

第III步，由控制器驱动多振镜阵列，控制激光光路的焦点沿刻蚀方向移动，通过结构相对固定的多振镜阵列实现导电基板全幅面内的线路分图直写。

8.根据权利要求7所述的大幅面导电基板粗线路直写工艺，其特征在于：所述激光光路顺次透过扩束镜、振镜和场镜照射到导电基板上，第III步中所述多振镜阵列的全部振镜单元都通过反射镜反射光波逐个参与直写。

9.根据权利要求7所述的大幅面导电基板粗线路直写工艺，其特征在于：所述激光光路顺次透过扩束镜、振镜和场镜照射到导电基板上，第III步中所述多振镜阵列的部分振镜单元通过反光镜反射光波参与直写，而另一部分振镜单元反射镜让路激光传导处于闲置状态。

10.根据权利要求8或9所述的大幅面导电基板粗线路直写工艺，其特征在于：所述反射镜通过控制器电控旋转，或者以固定角度的水平抽插、垂直抽插实现激光光路的反射和避让。