CN102151996A - 激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光加工装置，其能够将层叠于玻璃基板的功能层的一部分从玻璃基板高效地除去。该激光加工装置具有：保持工作台(3)，其对在玻璃基板(11)层叠有太阳电池膜(12)的工件(W)以玻璃基板(11)朝下的方式进行保持；以及激光束照射单元(4)，其对保持于保持工作台(3)的工件(W)照射激光束，保持工作台(3)使工件(W)的至少一部分以能够从激光束照射单元(4)照射激光束的方式向下侧露出，激光束照射单元(4)构成为从工件(W)的玻璃基板(11)侧以聚光点对准玻璃基板(11)与太阳电池膜(12)之间的交界面(46)的方式照射激光束。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工装置，特别涉及对太阳电池等在玻璃基板上具有功能层的工件进行加工的激光加工装置。
背景技术
一般，太阳电池板通过在玻璃基板的一个面上层叠太阳电池膜(功能层)、粘接片和盖片而构成。以往，在太阳电池板的制造工序中，已知有这样的工序：从玻璃基板将太阳电池膜的周缘部分除去，从而形成附加密封材料的地方(例如，参照专利文献1)。在该太阳电池板的制造工序中，在玻璃基板的一个面上层叠太阳电池膜，通过激光加工等将太阳电池膜的周缘部分从玻璃基板除去。接着，经由粘接片将盖片粘接在太阳电池膜上，将通过太阳电池膜的除去而露出的玻璃面作为粘接面，沿太阳电池膜的外周缘涂布密封材料。这样制造出的太阳电池板通过在玻璃基板的一个面侧进行密封，来防止密封材料蔓延到玻璃基板的另一个面侧，从而提高了美观性和受光量。
专利文献1：日本特许第3727877号公报
然而，在如上所述的太阳电池板的制造工序中，用于除去太阳电池膜的激光加工装置一般构成为直接对太阳电池膜照射激光束。但是，由于该激光加工装置对太阳电池膜直接照射激光束，因此需要高能量，存在使玻璃基板破损的可能。因此，必须对激光加工装置的激光束的强度等进行微调，存在无法将太阳电池膜的一部分从玻璃基板高效地除去的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够将层叠于玻璃基板的功能层的一部分从玻璃基板高效地除去的激光加工装置。
本发明的激光加工装置具有：保持工作台，该保持工作台对在玻璃基板层叠有功能层的工件进行保持；激光束照射单元，该激光束照射单元对保持于所述保持工作台的工件照射激光束；以及移动机构，该移动机构使所述保持工作台与所述激光束照射单元相对移动，所述激光加工装置的特征在于，所述保持工作台具有：工件保持部，该工件保持部具有比工件的外缘要小的上表面，并且该工件保持部从下侧支承工件的玻璃基板；以及工件保持部旋转机构，该工件保持部旋转机构使所述工件保持部以铅直方向为旋转轴旋转，所述激光束照射单元具有：振荡器，该振荡器用于振荡出激光束；聚光透镜，该聚光透镜通过使从所述振荡器振荡出的激光束以聚光点自玻璃基板侧对准玻璃基板与功能层之间的交界面的方式会聚，来使所述功能层从所述玻璃基板剥离并飞散；以及聚光透镜移动机构，该聚光透镜移动机构使所述聚光透镜沿与所述移动机构的移动方向相交的方向移动。
根据该结构，从玻璃基板侧将聚光点对准玻璃基板与功能层之间的交界面地照射激光束，通过交界面处的热膨胀来将功能层从玻璃基板剥离。因此，与直接对功能层照射激光束的结构相比，能够利用低能量的激光束将功能层从玻璃基板剥离，因此能够防止玻璃基板的破损。此外，由于工件以玻璃基板侧朝下的方式被保持工作台从下侧支承，因此不会由于保持工作台的支承而使工件的功能层受到损伤。另外，由于保持工作台、移动机构、激光束照射单元配置于工件的下侧，因此能够使装置保持低重心从而提高稳定性。
此外，关于本发明，在上述激光加工装置中具有抽吸机构，该抽吸机构对通过所述激光束照射单元的激光束照射而剥离并飞散的、层叠于玻璃基板的功能层进行抽吸以将其除去。
根据本发明，通过从玻璃基板侧将聚光点对准玻璃基板与功能层之间的交界面地照射激光束，能够将层叠于玻璃基板的功能层的一部分从玻璃基板高效地除去。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式的图，该图1是激光加工装置的立体图。
图2是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式的图，该图2是保持工作台移动机构的立体图。
图3是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式的图，该图3是激光加工装置的剖视图。
图4是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式的图，该图4是激光加工的说明图。
标号说明
1：激光加工装置；3：保持工作台；4：激光束照射单元；5：抽吸机构；6：工作台移动机构(移动机构)；11：玻璃基板；12：太阳电池膜(功能膜)；27：工件保持部旋转机构；28：工件保持部；37：振荡器；38：加工头；41、42：反射镜；43：聚光透镜；44：电流计镜；46：交界面；47：加工头移动机构(聚光透镜移动机构)；W：工件。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，对将本发明应用于使作为功能层的太阳电池膜的周缘部分从玻璃基板剥离的结构中的示例进行说明，但并不限定于该结构。只要是通过激光加工使功能层从玻璃基板剥离的结构，则可以在任意的结构中应用本发明。
参照图1，对本发明的实施方式所涉及的激光加工装置进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的立体图。
如图1所示，激光加工装置1构成为使被基座2上的保持工作台3保持的工件W相对于设置在工件W下方的激光束照射单元4移动来对工件W进行加工。工件W形成为俯视呈四边形，该工件W通过将作为功能层的太阳电池膜12层叠在玻璃基板11上而形成。太阳电池膜12通过在基板上层叠透明电极膜、半导体膜、金属电极膜等而形成。
保持工作台3吸附保持工件W的玻璃基板11侧，保持工作台3沿作为加工进给方向的X轴方向进行前后移动。在该保持工作台3的侧方，夹着保持工作台3的移动路径，一对激光束照射单元4的加工头38从基座2上的开口部14凸出，并且设置有一对抽吸机构5，这一对抽吸机构5用于通过抽吸将通过激光加工而从工件W剥离下来的加工屑除去。
一对抽吸机构5从基座2的上表面凸出，该一对抽吸机构5的上部向加工头38侧延伸，从而形成为侧视观察呈L字状。各抽吸机构5的抽吸口在上下方向与加工头38对置，并经由形成于内部抽吸通道与基座2内的未图示的抽吸源连接。各抽吸机构5与激光束照射单元4同步驱动，防止在激光加工中飞溅的加工屑附着于工件W。
此外，在基座2的上表面中央，沿保持工作台3的移动路径形成有矩形的开口部16。该开口部16被能够与保持工作台3一起移动的波纹状的防尘罩18、19所覆盖。在防尘罩18、19的下方设置有使保持工作台3沿X轴方向移动的工作台移动机构6(移动机构)(参照图2)。此外，在基座2内，夹着工作台移动机构6，以使加工头38的顶端侧露出于基座2外的状态配置有一对激光束照射单元4(参照图3)。
接下来，参照图2对具有保持工作台的工作台移动机构进行说明。图2是本发明的实施方式所涉及的保持工作台移动机构的立体图。
如图2所示，工作台移动机构6具有：支承座21，其沿X轴方向延伸；一对导轨22，其配置在支承座21上且相互平行；以及X轴工作台23，其以能够滑动的方式配置于一对导轨22，且由马达驱动。在X轴工作台23的背面侧形成有未图示的螺母部，滚珠丝杠24与该螺母部螺合。在滚珠丝杠24的一端部连接有驱动马达25，通过该驱动马达25来驱动滚珠丝杠24旋转。此外，工作台移动机构6具有未图示的线性编码器，通过线性编码器来调整X轴工作台23的移动位置。
在X轴工作台23的上部设置有保持工作台3。保持工作台3具有：工件保持部旋转机构27(参照图3)，其固定于X轴工作台23的上表面，且能够绕Z轴旋转；以及工件保持部28，其设置于工件保持部旋转机构27的上部，用于吸附保持工件W。工件保持部旋转机构27具有未图示的旋转编码器，通过旋转编码器来调整工件保持部28的旋转角度。
工件保持部28为俯视呈四边形的板状，且形成为比工件W的外周缘小。即，工件保持部28以使工件W的周缘部分相对于该工件保持部28的上表面向外侧探出的方式保持工件W。该情况下，从工件保持部28探出的工件W的周缘部分与加工头38对置，从位于下侧的加工头38照射出激光束。此外，工件保持部28的中央部分成为吸附面29，该吸附面29与配置在基座2内的未图示的抽吸源连接。
接下来，参照图3，对配置在基座内部的激光束照射单元进行说明。图3是本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的剖视图。另外，在图3中，单点划线示出了加工头的移动范围，双点划线示出了激光束的光路。
如图3所示，基座2的内部被分隔壁31分隔成工作台移动机构6用的收纳部32和激光束照射单元4用的收纳部33。激光束照射单元4具有：振荡器37，其配置在凸出设置于分隔壁31的支承板34的下方，用于振荡出激光束；以及加工头38，其配置在支承板34上，用于将从振荡器37振荡出的激光束照射向工件W。此外，在基座2的与分隔壁31对置的侧壁35设置有反射镜41、42，所述反射镜41、42将由振荡器37振荡出的激光束引导至加工头38。
加工头38具有：聚光透镜43，其使激光束会聚；以及电流计镜(galvanometer mirror)44，其将通过反射镜41、42引导来的激光束反射向聚光透镜43。聚光透镜43构成为能够上下移动，以调整成使聚光点对准工件W的玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46。此外，聚光透镜43由单个透镜或组合透镜构成。电流计镜44构成为能够通过未图示的驱动源而往复摆动，该电流计镜44经由聚光透镜43使激光束的照射点在Y轴方向往复扫描。该照射点的扫描量(振动量)根据工件W相对于工件保持部28的上表面期望被除去的宽度来调整。
此外，在支承板34设置有使加工头38沿Y轴方向移动的加工头移动机构(聚光透镜移动机构)47。加工头移动机构47用于进行加工头38在Y轴方向的定位，该加工头移动机构47根据被工件保持部28保持的工件W的预期的除去宽度来对加工头38进行定位。加工头移动机构47具有：支承座51，其沿Y轴方向延伸；以及Y轴工作台52，其配置成能够沿支承座51的引导件移动，且该Y轴工作台52由马达驱动。在Y轴工作台52形成有未图示的螺母部，进给丝杠53与该螺母部螺合。在进给丝杠53的一端部连接有驱动马达54，通过该驱动马达54来驱动进给丝杠53旋转。
此外，在基座2设置有使抽吸机构5沿Y轴方向移动的抽吸机构移动机构48。抽吸机构移动机构48用于进行抽吸机构5在Y轴方向的定位，该抽吸机构移动机构48伴随加工头移动机构47的驱动而定位成使抽吸口与加工头38对置。抽吸机构移动机构48具有：支承座56，其沿Y轴方向延伸；以及Y轴工作台57，其配置成能够沿支承座56的引导件移动，且该Y轴工作台57由马达驱动。在Y轴工作台57形成有未图示的螺母部，进给丝杠58与该螺母部螺合。在进给丝杠58的一端部连接有驱动马达59，通过该驱动马达59来驱动进给丝杠58旋转。
这样，工件W被保持工作台3从下侧支承，并且工作台移动机构6、激光束照射单元4被收纳在工件W的下方的基座2内，因此能够使激光加工装置1保持低重心从而提高稳定性。
参照图4，对利用激光加工装置实现的激光加工进行说明。图4是利用激光加工装置实现的激光加工的说明图。
如图4的(a)所示，工件W以使玻璃基板11朝向下侧的方式保持于工件保持部28。此时，工件W的外缘部分以能够被进行激光加工的方式从工件保持部28探出。此外，由于工件W的玻璃基板11侧被保持于工件保持部28，所以作为功能层的太阳电池膜12不会因与工件保持部28接触而受到损伤。
加工头38通过加工头移动机构47根据工件W的除去宽度L在Y轴方向被对位。具体来说，将加工头38定位于工件W的除去宽度L的大致中间位置。此外，抽吸机构5通过抽吸机构移动机构48而定位成使抽吸口与加工头38对置。加工头38的聚光透镜43被进行位置调整，以使聚光点对准工件W的玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46。另外，所谓使聚光点对准交界面46，并不仅指聚光点完全对准交界面46的状态，在具有与本发明同样的效果的范围内、即在当剥离太阳电池膜12时不会使玻璃基板11破损的程度的范围内，聚光点也可以偏离交界面46。
当开始进行激光加工时，从振荡器37振荡出的激光束经由反射镜41、42入射至加工头38。入射至加工头38的激光束通过电流计镜44而被经由聚光透镜43向工件W反射。朝向工件W的激光束透过玻璃基板11对玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46进行照射。此时，激光束的聚光点通过电流计镜44的箭头F1所示的往复摆动而在玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46上沿箭头F2所示的Y轴方向进行扫描。
如图4的(b)所示，照射于玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46的激光束将交界面46加热，从而使太阳电池膜12从交界面46侧热膨胀从而将该太阳电池膜12吹走。此时的交界面46的温度根据层叠于玻璃基板11的功能层的材质而不同，但与通过激光束对功能层进行加工的结构相比，能够以较低的能量进行激光加工。因此，能够防止玻璃基板11因激光加工而破损。
此外，在振荡器37进行激光束的振荡的同时，保持工作台3沿X轴方向进行加工进给。这样，在俯视呈四边形的工件W的对置的两条边上，太阳电池膜12被从玻璃基板11除去。被从玻璃基板11吹走的太阳电池膜12的加工屑被抽吸机构5向上方吸起，从而防止了该加工屑附着于工件W。
在此，对激光加工装置的整体动作进行说明。首先，将工件W以玻璃基板11侧朝下的方式保持于工件保持部28。此时，工件W被载置成工件W的周缘部分从工件保持部28探出的状态。接着，通过加工头移动机构47使加工头38相对于工件W的周缘部分进行位置对准，并且通过抽吸机构移动机构48使抽吸机构5相对于工件W的周缘部分进行位置对准。接着，对加工头38的聚光透镜43进行位置调整，以使激光束的聚光点位于玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46。
接着，使激光加工装置1工作，使从振荡器37振荡出的激光束经由反射镜41、42入射至加工头38，并从加工头38射出而照射到工件W的玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46。此时，激光束通过电流计镜44的往复摆动而在工件W的周缘部分的交界面46上沿Y轴方向进行往复扫描。
当激光束照射单元4被驱动时，保持工作台3沿X轴方向进行加工进给，工件W的对置的两条边被同时加工。此时，从玻璃基板11剥离下来的太阳电池膜12的加工屑被抽吸机构5抽吸。接着，通过工件保持部旋转机构27使保持工作台3旋转90度，将工件W的剩余两条边调整成与X轴方向平行。然后，使保持工作台3沿X轴方向进行加工进给，对工件W的剩余的对置的两条边同时进行加工。
这样，工件W的太阳电池膜12的周缘部分被从玻璃基板11剥离。关于除去了太阳电池膜12的周缘部分以后的工件W，在后续工序中将盖片经由粘接片粘接于该工件W，并将除去了太阳电池膜12的部分密封起来，从而制造出太阳电池板。另外，在上述激光加工装置的加工动作中，通过调整保持工作台3的加工速度和聚光点的扫描速度，能够通过保持工作台的一次往复动作来对工件W的四条边进行加工。即，在保持工作台3向后方移动时，对工件W的对置的两条边进行加工，而在保持工作台3向前方返回时，对工件W的剩余的对置的两条边进行加工。通过这样的动作，能够更加高效地对工件W进行加工。
如上所述，根据本实施方式所涉及的激光加工装置1，从玻璃基板11侧将聚光点对准玻璃基板11与太阳电池膜12之间的交界面46地照射激光束，通过交界面46处的热膨胀来将太阳电池膜12从玻璃基板11剥离。因此，与直接对太阳电池膜12照射激光束的结构相比，能够利用低能量的激光束将太阳电池膜12从玻璃基板11剥离，因此能够防止玻璃基板11的破损。此外，由于工件W以玻璃基板11侧朝下的方式被保持工作台3从下侧支承，因此不会由于保持工作台3的支承而使工件W的太阳电池膜12受到损伤。另外，由于保持工作台3、工作台移动机构6、激光束照射单元4配置于工件W的下侧，因此能够使装置保持低重心从而提高稳定性。
另外，在上述实施方式中，激光加工装置是通过对加工头的聚光透镜进行位置调整来使聚光点对准工件的玻璃基板与功能层之间的交界面的结构，但并不限定于该结构。激光加工装置只要是能够使聚光点对准工件的交界面的结构即可，例如，也可以是通过使保持工作台上下移动来使聚光点对准工件的交界面的结构。
此外，在上述实施方式中，激光加工装置是对工件的功能层的周缘部分进行剥离的结构，但并不限定于该结构。激光加工装置可以根据用途而应用于从工件的至少一部分将功能层剥离的结构。该情况下，保持工作台使工件的要剥离功能层的部分以能够被激光束照射的方式露出。
此外，在上述实施方式中，作为功能层，例示出太阳电池膜进行了说明，但并不限定于该结构。功能层只要是层叠于玻璃基板并赋予特定功能的结构，则可以为任意的结构。此外，也可以使用具有透射性的基板，以代替层叠功能层的玻璃基板。
此外，在上述实施方式中，激光加工装置是相对于工件从下侧照射激光束的结构，但也可以是相对于工件从上侧照射激光束的结构。该情况下，激光加工装置构成为：通过保持工作台以玻璃基板朝上的方式进行吸附保持，并且从玻璃基板侧(上侧)对工件照射激光束。
此外，在上述实施方式中，加工头移动机构是使加工头沿与X轴方向正交的Y轴方向移动的结构，其中X轴方向是保持工作台进行加工进给的方向，但并不限定于该结构。加工头移动机构也可以是使加工头沿与X轴方向斜向交叉的方向移动的结构。
此外，在上述实施方式中，激光加工装置是具有将在激光加工中从工件飞散的加工屑抽吸除去的抽吸机构的结构，但并不限定于该结构。激光加工装置只要具有用于抑制加工屑附着于工件的机构即可，例如，也可以具有将加工屑吹走的鼓风机构。
此外，此次公开的实施方式在各个方面均为例示，并不限定于该实施方式。本发明的范围并不仅仅是上述实施方式的说明，而是包含了由权利要求书所示的、与权利要求书相当的意思和范围内的所有的变更。
工业上的可利用性
如以上说明的那样，本发明具有能够将层叠于玻璃基板的功能层的一部分从玻璃基板高效地除去的效果，特别是对于加工太阳电池等在玻璃基板上具有功能层的工件的激光加工装置非常有实用性。
Claims (2)
1.一种激光加工装置，其具有：保持工作台，该保持工作台对在玻璃基板层叠有功能层的工件进行保持；激光束照射单元，该激光束照射单元对保持于所述保持工作台的工件照射激光束；以及移动机构，该移动机构使所述保持工作台与所述激光束照射单元相对移动，所述激光加工装置的特征在于，
所述保持工作台具有：工件保持部，该工件保持部具有比工件的外缘要小的上表面，并且该工件保持部从下侧支承工件的玻璃基板；以及工件保持部旋转机构，该工件保持部旋转机构使所述工件保持部以铅直方向为旋转轴旋转，
所述激光束照射单元具有：振荡器，该振荡器用于振荡出激光束；聚光透镜，该聚光透镜通过使从所述振荡器振荡出的激光束以聚光点自玻璃基板侧对准玻璃基板与功能层之间的交界面的方式会聚，来使所述功能层从所述玻璃基板剥离并飞散；以及聚光透镜移动机构，该聚光透镜移动机构使所述聚光透镜沿与所述移动机构的移动方向相交的方向移动。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光加工装置具有抽吸机构，该抽吸机构对通过所述激光束照射单元的激光束照射而剥离并飞散的、层叠于玻璃基板的功能层进行抽吸以将其除去。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110817 |