CN101925435A - 用于借助激光处理可运动衬底的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助激光处理可运动衬底的方法，其中该处理导致释放从衬底分离的材料，其中在衬底的处理期间，在衬底的被激光束射到的一侧上施加的压力高于在衬底的另一侧上的压力，并且本发明涉及一种用于执行这种处理的设备，其中该设备包括：用于导引衬底的导引装置；和激光处理装置，其适于将激光光斑投射到衬底上，所述激光光斑在激光处理区中处理衬底，并且该设备包括用于在衬底的被激光束射到的一侧上产生比衬底的另一侧上的压力更高的压力的装置。

Description

用于借助激光处理可运动衬底的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于借助激光处理可运动衬底的方法，其中该处理导致释放从衬底分离的材料。

本发明还涉及一种用于借助激光处理可运动衬底的设备，其中该处理导致释放从衬底分离的材料，其中该设备包括用于导引衬底的导引装置和激光处理装置，所述激光处理装置适于将激光光斑投射到衬底上，所述激光光斑在激光处理区中处理衬底。

背景技术

当在衬底中切割孔时，产生分离的部件，所述分离的部件必须以受控的方式排出，以便防止该部件沿着朝向激光束的方向运动而从激光束吸收太多的能量以至于处理停止。仅被部分切除的部件也不能朝向激光束折叠起来而覆盖衬底的仍然待处理的部件。

发明内容

本发明的目的是提供这样一种避免这些缺点的方法和设备。

本发明的目的通过以下这样而实现：在衬底的处理期间，在衬底中被激光束射到的一侧上施加的气体压力高于在衬底的另一侧上的气体压力。

本发明的目的还通过以下设备而实现，所述设备设有用于在衬底中被激光束射到的一侧上产生比在衬底的另一侧上的气体压力更高的气体压力的装置。

由经验知道，以上阐述的方法并非总是足以完全去除释放的材料。

根据优选的实施例，在处理期间或者处理之后，迫使衬底进入弯曲的位置中。

由于材料的硬度，仍然部分地附装到衬底的部件将不跟随衬底的方向的改变。该部件由此更加容易地与衬底分离。该分离还由于部分附装的部件的质量惯性而增强；这是因为这些部件趋向于沿其原始路径行进，而衬底由于方向的改变而沿不同的路径行进。

本发明同样通过这种设备实施，其中导引装置适于使衬底受到至少一个弯曲。

根据另一个优选的实施例，衬底在处理之后运动到弯曲的位置中。然后，可能切除的部件从衬底更加完全分离，从而使这些部件更加容易地从衬底分开。例如对于粗颗粒砂纸就是这样的情况，其中颗粒阻止激光束在衬底中的有效性，并且衬底没有沿着待切除的部件的周边到处完全穿透。由于在处理之后(即，在分开尽可能多的待切除的部件之后)衬底被迫使进入的弯曲位置，待切除的部件受到额外的力，由此该部件更加容易地从衬底分开。该实施例也提供这样的措施，即，导引装置适于在衬底已经通过激光处理之后使衬底受到弯曲。

当导引装置包括可转动的辊时，这在结构上是吸引人的，所述可转动的辊适于在衬底已经通过激光处理之后导致弯曲。

然而，也可以在处理期间使衬底受到弯曲。可以由此排出更小的已经全部切掉的部件。实际上在激光处理中还总必要的是，激光束在衬底的表面位置处或者在衬底的厚度内聚焦成光斑。除了为了操纵聚焦的目的而使用适当的光学装置以外，衬底还必须被定位在限定的位置处。对于网或者连续的条形式的衬底，这通常通过在机械张力下沿着运动方向保持网并在激光操作区的任一侧上在两个辊上导引网而实现。由此在两个辊之间张紧网，并且较好地限定该网的位置(尤其是沿着激光的主要方向的位置)。由于例如网的张力的改变、空气压差、和网形式的衬底的任一侧上的变化，仍然可以在衬底的期望的位置中出现偏差。对于分离的页或片形式的衬底，情况更是如此，其中前边缘借助夹紧构件夹紧并且页或者片的其余部分被拉靠着吸板。在两种情况下，当激光操作区较大时变得更难以准确地维持衬底的位置。可以应用以上阐述的根据优选实施例的措施，以便也减小这些问题。这些措施利用通常易曲的衬底的硬度，当在该衬底中布置有弯曲部时所述硬度增大。换言之，弯曲的衬底与平坦的衬底相比更能抵抗垂直于衬底的偏转。该实施例还提出适于使衬底在激光操作区中受到弯曲的导引装置。

衬底的硬度通常随着曲率半径越小而增大。在确定半径方面还有其它考虑因素起作用。从而激光束必须从衬底的凸侧或者凹侧瞄准衬底。当激光束射到衬底的凸侧上时，对于保持激光光斑焦点对准的光学装置具有较高的要求。这是因为，沿着朝向凸侧的方向，不但必须在激光束相对于垂直位置偏转的情况下补偿在平坦的衬底的情况下已经存在的较大的距离，而且还要补偿由弯曲部产生较大的距离。另一个缺点是激光束以显著地小于90°的角射到衬底上，由此衬底的平面中的定位的准确度降低，而光斑的形状(当激光束以直角射到衬底上时假定是圆形)也变成椭圆形。单位表面积的激光功率由此显著地减小。在极端情况下，为了满意地执行期望的处理，甚至必须增大激光功率。为了减轻这些缺点，优选的实施例提供这样的措施，即，衬底的凹侧朝向激光束。同一实施例也提供这样的措施，即，导引装置适于使衬底的凹侧朝向激光束。衬底的凹侧上的偏离以及增大凸侧上的距离的偏差至少部分地彼此补偿，由此对于担负激光光斑焦点对准的光学装置具有较低的要求。该措施还具有这样的优点，即，在激光处理期间被分开的部件位于衬底的远离激光处理装置的侧上，在该处没有阻挡激光束的危险并且通常更多的空间是可用的。应当注意到，弯曲部的轴线可以沿着不同的方向延伸；该弯曲部的轴线不但可以与运动方向平行和垂直地延伸；而且可以相对于运动方向以小于90°的角延伸。

又一个优选的实施例提供这样的措施，即，在处理期间衬底被弯曲成弧，所述弧的中心与可控制的偏转镜的转动轴线重合，所述可控制的偏转镜在衬底的弯曲平面中偏转激光束，并且提供这样的措施，即导引装置适于迫使衬底形成圆弧并且激光处理装置的偏转镜的轴线位于圆弧的中心。由于这些措施，不管偏转镜的偏转角如何，偏转镜和衬底之间的距离都保持相同。

如已经阐述的，当实施处理时，在衬底的运动期间，通常使用细长的激光操作区，虽然通常这样，但是所述细长的激光操作区的最长距离不必沿着运动方向延伸。激光束沿着该方向的偏转因此大于激光束沿着与该方向横向的方向的偏转。通过使弯曲部的轴线相对于激光束操作区的最大尺寸横向地延伸，从该措施得到最大的优点。

因为，如上所述，激光束操作区的最大尺寸通常沿着运动方向延伸，弯曲部的轴线相对于衬底的运动方向横向地延伸是吸引人的。

可以以不同的方式获得期望的衬底的弯曲部，例如，通过弯曲的导引件，沿着所述弯曲的导引件导引衬底，所述弯曲的导引件必须设有用于将衬底推压抵靠导引件的加压装置。弯曲的导引件可以采用固定布置的圆柱体分段的形式或者可转动的圆柱体的形式。

然而，也可以采用空气轴承形式的弯曲导引件。空气轴承具有最小摩擦的优点，使得由于衬底与空气轴承之间的最小摩擦，用于将衬底推压抵靠空气轴承的装置同样能够沿着运动方向驱动衬底，以便使该实施例尤其但不排它地适用于传输分离的片形式的衬底。由于在空气轴承与衬底之间的最少接触或者甚至没有接触，该实施例还尤其适用于处理其表面可能由于接触而破坏的衬底。

根据又一个实施例，通过至少一个传动带将衬底压靠在至少一个导引件上，并且加压装置包括至少一个传动带，所述至少一个传动带适于将衬底压靠在每个导引件上。传动带在此还尤其适用于共同位移衬底，这对于片形式的衬底是尤其重要的。代替传动带或者多个传送带，也可以使用可能与传动带结合的辊来将衬底压靠在导引件上。

可转动的圆柱体和空气轴承二者可以采用成对的形式，以便提供用于激光处理装置的空间。该实施例继而导致其中设备包括两个可转动的同心圆柱体或者两个平行延伸的空气轴承，并且其中激光处理装置至少部分地位于两个圆柱体或者空气轴承之间。

为了简化构造以及使相关设备能够容易地适用于不同的衬底尺寸和衬底上的处理位置，当可转动的圆柱体或空气轴承以及加压装置与用于排出所得到的分离的材料的装置一起被放置在单个托架上并且该托架根据用于处理的衬底的需要而可以优选地相对于衬底的传输方向横向地放置和固定时，这是有吸引力的。

最后，可以在同一个托架上放置遮蔽装置以用于遮蔽周围的区域以防激光辐射，由此这些装置与处理装置的位移同步位移。

虽然根据本发明的方法尤其可应用于衬底连续地运动的上述状况中，这些方法还可应用于运动逐步进行的状况中，在该状况中在衬底的停顿期间实施衬底的处理。

以上阐述的方法可以应用到连续托架形式的衬底，而且还可以应用到分离的片形式的衬底。

附图说明

以下将参照附图阐明本发明，其中：

图1是在受到激光处理之后在辊上导引的衬底的示意图；

图1A是通过激光束处理的衬底的示意图，其中在衬底的两侧之间施加压差；

图2是在受到激光处理的同时在弯曲的导引件上导引的衬底的示意图；

图3是图2中所示的状况的示意性剖视图；

图4A和4B示出与图3相对应的可替代状况的视图；

图5是图3中所示的结构的实施例的示意性透视图；

图6是图3中所示的结构的另一个实施例的剖视图；以及

图7是图6中所示的实施例的变型的剖视图。

具体实施方式

图1示出位于激光处理设备下游的衬底1的一部分。衬底1在此在辊15上被导引，所述辊15形成用于衬底1的导引装置的一部分。与以下将说明的导引装置一起，设置辊15以用于衬底1的曲率和方向改变。衬底1的该曲率使得在激光处理期间仅被部分地分开的部件16更容易从衬底1脱离。随着衬底的曲率半径减小和衬底的硬度增大，这更加容易实施。

激光处理和相关联的衬底1的传输也通常以较高的速度实施。当衬底的方向改变时，与衬底1分离或者有限地附装到衬底1的部件16将不但由于其自身的硬度而且由于其质量惯性而趋向于沿着其原始路径继续。这也构成增强松的部件16和衬底1之间的分离的机构。很清楚，可以应用其它的方向改变元件来代替任选的共同转动的辊15。

图1A再次示出通过激光束处理的衬底1，但是在此布置有用于在衬底中激光束2所射到的一侧与衬底的另一侧之间产生压差的装置。为此布置有盒10，所述盒10设有在周围延伸的空隙11，并且衬底1延伸通过该空隙11。然而，也可以使用两个空隙，每个空隙都布置在相对侧中，并且衬底延伸通过所述两个空隙。在激光源一侧上在盒10的壁12中布置的窗13，激光束12延伸通过所述窗13。该窗13可以用对于相关频率的激光透明的材料关闭。盒11的容积从而被衬底分成两个部件。如此形成的部件通过空气泵14彼此联接，所述空气泵14用于在两个部件之间产生压差。当然可以布置有各种隔板(附图中未示出)，以在衬底的任一侧上防止空气压差的短路。

由于该压差，衬底的分离的部件将通过压差而运动到衬底1的远离激光源的一侧，例如因为激光束2的光斑3穿过封闭的曲线而导致所述分离的部件。这防止这些分开的部件干扰激光束2的进一步操作。另外，在假定盒10具有足够大的尺寸的情况下，还可以将激光的偏转设备布置在盒10中。

如前文中已经阐述，在激光处理期间将衬底1(尤其是具有较小的硬度的衬底)推压到弯曲位置中是有吸引力的。这不但增强了在衬底1和分开的部件之间由于衬底所受到的方向改变而导致的分离，而且还由此更好地限定衬底1的位置，以便使衬底1的位置与激光束2的焦点更加精确地一致。图2示出导引装置的包括弯曲的导引件20、前辊21和后辊22的一部分。通过衬底1中的张力的辅助，两个弯曲的导引件20将衬底1推压成单条曲线的形式，由此增大衬底的硬度并且由此稳定在激光操作区中相对于激光束的主要方向横向的位置。另外，对于衬底还可以绕与运动方向平行地延伸或相对于运动方向倾斜地延伸的轴线弯曲。

图3示出同样状况的剖视图，其中还示出执行处理的激光束2以及控制激光光斑4的位置的元件的一部分。该图示出如何在通过镜25的图平面中进行激光束2的偏转，所述镜25的轴线27与圆弧的中心重合，通过弯曲的导引件20迫使衬底1进入所述圆弧中。由于该方法，镜25和衬底1之间的距离R并不依赖于通过镜25的激光束2的偏转角，由此放置在激光源18与镜15之间的激光束2的聚焦装置26不必执行任何调节。

在图4A和4B中进一步阐明这些方法。图4A在此示出在平坦的导引件的情况下，并且从而平坦地定位衬底的情况下，偏转镜和衬底之间的距离如何依赖于镜的偏转角，这需要光学动态调节以便保持聚焦。激光束2还以非90°的角度射到衬底1上，由此大体圆的激光束2在衬底1上产生椭圆形的光斑4′，这减小了能量密度，由此降低了效率。图4B示出如何通过选择几何结构避免这些缺点。

应当指出，激光束2不但在图3和4的图平面中偏转，而且沿着其横向的方向偏转。原则上能够使衬底在相关的方向上沿着曲线导引，以便于获得同样的优点。因为通常不能使衬底沿着两个方向弯曲，所以也不能结合两种构造，从而仍然总是必须执行光学调节以便补偿激光束的改变的路径长度。

图5示出用于将衬底推压成曲线的导引装置的实施例的示意图。作为图2的弯曲的条状导引件的替代方案，在此使用定位成绕同一几何轴线31转动的中空的圆柱体30。这些圆柱体30各自安装在轴端32上。圆柱体30在其外表面33上设有穿孔34。在圆柱体30的内部，可以施加负压，所述负压经由穿孔34将衬底1拉靠在外表面33上。优选在圆柱体30的内部布置有装置用于仅在穿孔34处以与导引角相对应的角施加真空，以便使衬底1可以容易地与圆柱体31分离。例如，为此可以使用分段状的部件，所述分段状的部件布置在圆柱体30中并且连接到真空泵。另外，为了将衬底1压靠在圆柱体30上，还可以使用导辊或者导带。很清楚，圆柱体30之间的空间可用于通过激光处理衬底。

图6示出图2的构造的第二可替代方案的剖视图。代替导引件20或者圆柱体30，在此应用设有弯曲导引面42的两个盒41，在导引面42中布置有穿孔43。盒41的内部连接到压力泵，由此空气从穿孔43流出并且在导引面和衬底之间形成空气的薄层。从而，形成空气轴承。因为空气轴承不能在衬底上施加任何力，借助带44实施驱动，所述带44将衬底压在空气轴承42上并且所述带44在带轮45、46和47上张紧，这些带轮中的一个带轮47被驱动。另外，还可以使用其它的用于衬底的驱动和张紧装置(附图中未示出)。还有用于带44的张紧装置48。此外布置有辊49。当然，为了将衬底推压在空气轴承42上，可以使用其它的辊和带的构造。

图7示出图6中所示的激光处理设备的示意性剖视图，其中衬底的运动方向相对于附图的平面横向地延伸。该图示出在该实施例中图6的构造的空气轴承42被组合以在衬底1的顶侧上的两侧形成单元50。可移除的容器51布置在该单元50中，该容器51可以被去除以用于清洁目的。该容器至少在其上表面上设有对于施加的激光束透明的开口或者窗。在下侧上，带和导辊被组合成相对应的单元52。在该单元内部还设置有可移除的容器53。为了能够对于不同的纸张尺寸和衬底内的处理位置设定和调节激光束处理设备，在衬底1上方和下方设置的两个单元经由托架55彼此刚性地连接，所述托架55可以相对于衬底的传输方向横向地位移和固定。

Claims (26)

1.一种用于借助激光处理可运动衬底的方法，其中该处理导致释放从所述衬底分离的材料，其特征在于，在所述衬底的处理期间，所述衬底的被激光束射到一侧上施加的压力高于在所述衬底的另一侧上的压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述处理期间或者在所述处理之后，所述衬底受到弯曲。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述处理之后，所述衬底被推压到弯曲的位置中。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述处理期间，所述衬底被推压到弯曲的位置中。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底的弯曲部的凹侧朝向所述激光源。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述处理期间，所述衬底弯曲成弧，所述弧的中心与可控制的偏转镜的转动轴线重合，所述可控制的偏转镜在所述衬底的弯曲平面中偏转激光束。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的方法，其特征在于，所述激光在细长的操作区内处理所述衬底，并且所述弯曲部的轴线相对于所述操作区的最大尺寸横向地延伸。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述弯曲部的轴线相对于所述衬底的运动方向横向地延伸。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述激光处理期间，在至少一个弯曲的导引件上导引所述衬底。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导引件起空气轴承的作用。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过至少一个传送带将所述衬底推压抵靠所述至少一个空气轴承。

12.一种用于借助激光处理可运动衬底的设备，其中所述处理导致释放从所述衬底分离的材料，其中，所述设备包括：

-用于导引所述衬底的导引装置；

-激光处理装置，其能够将激光光斑投射到所述衬底上，所述激光光斑在激光处理区中处理所述衬底，其特征在于，用于在所述衬底的被激光束射到的一侧上产生比所述衬底的另一侧上的压力更高的压力的装置。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述导引装置能够使所述衬底受到至少一个弯曲。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述导引装置能够使所述衬底在已经通过激光处理之后受到弯曲。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述导引装置包括能够导致所述弯曲的可转动辊。

16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述导引装置能够使所述衬底在所述激光操作区中受到弯曲。

17.根据权利要求14、15或16所述的设备，其特征在于，所述导引装置能够使所述衬底的凹侧朝向所述激光束。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述导引装置能够迫使所述衬底形成圆弧形式的弯曲部，并且偏转镜的转动轴线位于所述圆弧的中心，所述偏转镜能够在所述衬底的弯曲平面内偏转激光束。

19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，激光能够在细长的操作区内处理所述衬底，并且所述弯曲部的轴线相对于所述操作区的最大尺寸横向地延伸。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述弯曲部的轴线相对于所述衬底的运动方向横向地延伸。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述导引装置包括至少一个可转动的圆柱体，所述至少一个可转动的圆柱体具有用于将所述衬底推压抵靠所述可转动的圆柱体的加压装置或者抽吸装置。

22.根据权利要求17至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述导引装置包括至少一个具有弯曲导引面的空气轴承。

23.根据权利要求21或22所述的设备，其特征在于，所述加压装置包括至少一个传送带，其中每个所述传送带都能够将所述衬底压靠在所述空气轴承或者圆柱体中的一个上。

24.根据权利要求22或23所述的设备，其特征在于，所述设备包括两个平行延伸的空气轴承或者圆柱体，并且所述激光处理装置至少部分地位于所述两个空气轴承之间。

25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述可转动的圆柱体或空气轴承以及所述加压装置与用于排出所得到的分离的材料的装置一起被放置在单个托架上。

26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，在所述托架上还放置有遮蔽装置，用于遮蔽周围区域以防激光辐射。

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