CN102357736A - 脉冲激光刻蚀双面ito玻璃上导电膜层的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置及方法，膜材的正面和背面各布置一套脉冲激光刻蚀装置，每套脉冲激光刻蚀装置包含高频率短脉冲激光器、半透半反镜、格兰棱镜和全反镜，高频率短脉冲激光器输出端依次布置光闸、扩束镜和半透半反镜，半透半反镜输出端布置第一1/2波片和全反镜，第一1/2波片输出端依次布置第一格兰棱镜和第一3D动态聚焦镜，第一3D动态聚焦镜输出端布置第一振镜，全反镜输出端布置第二1/2波片，第二1/2波片输出端依次布置第二格兰棱镜和第二3D动态聚焦镜，第二3D动态聚焦镜输出端布置第二振镜，第一振镜和第二振镜输出端均正对于膜材表面。用于对不同触摸屏产品中双面ITO玻璃进行蚀刻，实现高效率高精度线路制作。

Description

脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置及其方法，属于激光微加工技术领域。

背景技术

传统的触摸屏上双面导电膜层上线路制作方法主要有化学湿法刻蚀和黄光刻蚀等两种工艺方法。其中化学湿法刻蚀导电膜层的工艺方法中，工序设计到完成刻蚀时间长，需投入治具和耗材成本较高，同时产线上投入较多人力，废水费酸等废液对环境污染较为严重，整个工艺流程能源浪费较严重。而黄光刻蚀工艺需要前期投入较大，成本高昂，对于材料的选择性较为狭隘，不适合市场上所有导电膜层的制作方法，再加上日常维护开销较大，耗材和人力成本带来整个生产成本的增加，应用领域限制较为严重。

激光刻蚀触摸屏上双面导电膜层工艺是利用脉冲激光通过光学聚焦系统将激光束聚焦为几百纳米到20微米的光斑，聚焦后光斑，达到材料的去除能量阈值，通过高速扫描振镜系统精密快速扫描，从而实现触摸屏上双面导电膜层的线路制作目的。

传统的湿刻触摸屏上双面导电膜层线路实现宽度最细只能达到80um，且良品率较低，线性不均匀，更换不同批次产品较为繁琐，需要用化学药水清洗，污染环境；绷网张力值较小，成品材料耐磨性、耐化学药品性较差，易老化发脆。这种印刷方式工序复杂、生产中需要较多耗材，产线需要较多人力维护，局限性较大。而激光蚀刻可以避免这些问题的出现，而且激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性，使其成为触摸屏上双面导电膜层线路刻蚀控制的重要应用热点，并且逐渐会在工业中得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置，膜材由夹紧气缸夹紧固定，特点是：所述膜材的正面和背面各布置一套相同的脉冲激光刻蚀装置，所述每套脉冲激光刻蚀装置均包含高频率短脉冲激光器、扩束镜、半透半反镜、格兰棱镜和全反镜，高频率短脉冲激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有半透半反镜，半透半反镜的输出端布置有第一1/2波片和全反镜，第一1/2波片的输出端布置有第一格兰棱镜，第一格兰棱镜的输出端布置有第一3D动态聚焦镜，第一3D动态聚焦镜的输出端布置有第一振镜，全反镜的输出端布置有第二1/2波片，第二1/2波片的输出端布置有第二格兰棱镜，第二格兰棱镜的输出端布置有第二3D动态聚焦镜，第二3D动态聚焦镜的输出端布置有第二振镜，第一振镜和第二振镜的输出端均正对于膜材的表面，膜材的表面上布置有CCD对位观察系统，膜材的一侧布置有吹气系统，另一侧安装有集尘系统，高频率短脉冲激光器、第一振镜和第二振镜通过通讯系统连接工控机。

进一步地，上述的的脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置，其中，所述高频率短脉冲激光器是波长为190nm～1100nm、脉宽在1ps～200ns、频率在10KHz～100MHz的激光器。

本发明脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的方法，高频率短脉冲激光器发出的激光经过光闸控制开关光，光闸控制激光光束后经过扩束镜对光束进行同轴扩束，改善光束传播的发散角，使光路准直，扩束镜扩束准直后光束到达半透半反镜，使激光透过一半反射一半，透过的一半激光到达全反镜后光路垂直改向将激光全部反射到第二1/2波片，第二1/2波片的光束经第二格兰棱镜和第二3D动态聚焦镜到达第二振镜，第二振镜将光束聚焦于膜材的表面上，通过半透半反镜反射下来的激光到达第一1/2波片，第一1/2波片的光束经第一格兰棱镜和第一3D动态聚焦镜到达第一振镜，第一振镜将光束聚焦于膜材的表面上，扫描图形转化为数字信号，图形转化在膜材的表面上进行刻蚀，膜材由夹紧气缸夹紧固定， CCD对位观察系统将导入的定位标拍摄并抓取靶标，蚀刻产生的粉尘由吹气系统产生气流，由集尘系统收集粉尘。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过运用高频率的短脉冲激光器作为激光源，对不同触摸屏产品中双面ITO玻璃进行激光蚀刻，使双面ITO玻璃的上下导电膜层材料在高频率的短脉冲固体激光器的作用下气化而达到蚀除的目的，通过高精度平台的移动拼接和小幅面振镜蚀刻来完成这些导电薄膜材料的蚀刻，产生的粉尘经过吹气系统和大流量积尘系统集尘，加工出无污染、线性稳定、功能完好的触摸屏电子产品。克服传统微加工中存在的系统复杂、加工效率低、易产生耗材和选择性不强等缺点，实现高效率高精度的触摸屏上线路制作。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的光路系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置，膜材12由夹紧气缸13夹紧固定，膜材12的正面和背面各布置一套相同的脉冲激光刻蚀装置，所述每套脉冲激光刻蚀装置均包含高频率短脉冲激光器1、扩束镜3、半透半反镜4、格兰棱镜6和全反镜16，高频率短脉冲激光器1是波长为190nm～1100nm、脉宽在1ps～200ns、频率在10KHz～100MHz的激光器，高频率短脉冲激光器1的输出端布置有光闸2，光闸2的输出端设置有扩束镜3，扩束镜3的输出端布置有半透半反镜4，半透半反镜4的输出端布置有第一1/2波片5和全反镜16，第一1/2波片5的输出端布置有第一格兰棱镜6，第一格兰棱镜6的输出端布置有第一3D动态聚焦镜7，第一3D动态聚焦镜7的输出端布置有第一振镜8，全反镜16的输出端布置有第二1/2波片17，第二1/2波片17的输出端布置有第二格兰棱镜18，第二格兰棱镜18的输出端布置有第二3D动态聚焦镜19，第二3D动态聚焦镜19的输出端布置有第二振镜20，第一振镜8和第二振镜20的输出端均正对于膜材12的表面，膜材12的表面上布置有CCD对位观察系统9，膜材12的一侧布置有吹气系统11，另一侧安装有集尘系统10，高频率短脉冲激光器1、第一振镜8和第二振镜20通过通讯系统15连接工控机14。

本发明运用高频率的短脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层，加工的材料为以GLASS为基底双面镀ITO导电材料，激光聚焦在ITO薄膜材料上，从而达到蚀刻效果。

上述装置用于刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层时，加工前激光焦点聚焦位于膜材12的上表面，高频率短脉冲激光器1发出的激光经过光闸2控制开关光，具体可以由软件控制感应信号来控制光闸2的开启和关闭，从而实现激光器1的外部控制激光开关；光闸2控制激光光束后经过扩束镜3对光束进行同轴扩束，一方面改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；另外一方面，对激光光束同轴扩束，使得聚焦后光斑更小，从而实现激光稳定刻蚀的目的；扩束镜3扩束准直后光束到达半透半反镜4，使激光透过一半反射一半，透过的一半激光到达全反镜16后光路垂直改向将激光全部反射到第二1/2波片17，第二1/2波片17的光束经第二格兰棱镜18和第二3D动态聚焦镜19到达第二振镜20，第二振镜20将光束聚焦于膜材12的表面上，通过半透半反镜4反射下来的激光到达第一1/2波片5，第一1/2波片5的光束经第一格兰棱镜6和第一3D动态聚焦镜7到达第一振镜8，第一振镜8将光束聚焦于膜材12的表面上，扫描图形转化为数字信号，图形转化在膜材12的表面上进行刻蚀，膜材12由夹紧气缸13夹紧固定， CCD对位观察系统9将导入的定位标拍摄并抓取靶标，蚀刻产生的粉尘由吹气系统11产生气流，由集尘系统10收集粉尘。通过调节1/2波片配合格兰棱镜实现一定范围内功率可调，可以使分光后的两束光功率相等，从而对工艺具有很高的指导性意义，光束到达3D动态聚焦镜，可以准确的控制激光聚焦到材料表面焦点的位置，使其蚀刻效果更佳稳定；经过通过3D动态聚焦镜后到达振镜，上下共四个振镜经过通讯系统15和工控机14进行数据通信，具体可以实现将扫描图形转化为数字信号，然后驱动电机将图形转化在需要刻蚀的材料上。当然，材料被夹紧气缸13固定，一起连接在四维高精度移动平台上后，经过CCD观察系统9将导入的定位标拍摄并抓取靶标，然后控制加工。吹气系统11和集尘系统10同时工作，使得加工过程稳定，高频率的短脉冲激光蚀刻好112mm×112mm以内单元后，平台移动下一个单元，高频率的短脉冲激光再开始加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。

本发明利用精密光学分光系统处理的均匀光路聚焦系统，采用高频率的短脉冲的固体脉冲激光器，对触摸屏上导电膜层线路进行蚀刻，以得到较细较稳定的线宽，且不损伤基底。两个高频率短脉冲固体激光器经过扩束镜准直扩束后，分别经过两个高精度分光系统，分成上下两独立光路系统，每一个独立部分光路通过2个相同远心场镜聚焦，使每个聚焦光斑在10um左右，其中单个振镜一次性加工范围为112mm*112mm以内，高精度的扫描振镜头具有长时间高精度高速度扫描无受环境温度漂移影响，保证长时间工作扫描一致性，实现工业上稳定性量产要求。将双面ITO玻璃四壁夹持在悬空的平台上，保证附有导电膜层的双面ITO玻璃放置很好，双面ITO的平面度精度较高，放置产品后真空吸附开启，确保产品在加工过程中不移位；进行CCD定位；本系统含有CCD自动抓靶功能，只需第一次在软件中建立模板，将导入的图形的对位图层靶标位置与平台坐标中样品靶标位置一一设置对应，后续同一批次产品直接自动抓靶即可完成定位。激光按照设计图形进行蚀刻，在蚀刻的同时打开吹气和积尘系统，确保蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统中，以提高高频率的脉冲激光器蚀刻银浆的工艺重复性和稳定性。两个高频率短脉冲激光分别负责双面ITO玻璃的上下表面，每个独立的振镜头蚀刻好110mm*110mm以内单元后，平台移动下一个单元，再开始重复加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。系统运动系统是3轴运动方式，使用光栅尺监测和反馈位置信息，可以达到高精度的定位操作运行；蚀刻材料为双面ITO材料，具体有ITO可视导电膜层，边缘有银浆或铜、钼铝钼等不可视导电材料，蚀刻基底为玻璃。

综上所述，本发明采用高频率的短脉冲激光器作为激光源，对不同触摸屏产品中双面ITO玻璃进行激光蚀刻，使双面ITO玻璃的上下导电膜层材料在高频率的短脉冲固体激光器的作用下气化而达到蚀除的目的，通过高精度平台的移动拼接和小幅面振镜蚀刻来完成这些导电薄膜材料的蚀刻，产生的粉尘经过吹气系统和大流量积尘系统集尘，加工出无污染、线性稳定、功能完好的触摸屏电子产品。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置，膜材（12）由夹紧气缸（13）夹紧固定，其特征在于：所述膜材（12）的正面和背面各布置一套相同的脉冲激光刻蚀装置，所述每套脉冲激光刻蚀装置均包含高频率短脉冲激光器（1）、扩束镜（3）、半透半反镜（4）、格兰棱镜（6）和全反镜（16），高频率短脉冲激光器（1）的输出端布置有光闸（2），光闸（2）的输出端设置有扩束镜（3），扩束镜（3）的输出端布置有半透半反镜（4），半透半反镜（4）的输出端布置有第一1/2波片（5）和全反镜（16），第一1/2波片（5）的输出端布置有第一格兰棱镜（6），第一格兰棱镜（6）的输出端布置有第一3D动态聚焦镜（7），第一3D动态聚焦镜（7）的输出端布置有第一振镜（8），全反镜（16）的输出端布置有第二1/2波片（17），第二1/2波片（17）的输出端布置有第二格兰棱镜（18），第二格兰棱镜（18）的输出端布置有第二3D动态聚焦镜（19），第二3D动态聚焦镜（19）的输出端布置有第二振镜（20），第一振镜（8）和第二振镜（20）的输出端均正对于膜材（12）的表面，膜材（12）的表面上布置有CCD对位观察系统（9），膜材（12）的一侧布置有吹气系统（11），另一侧安装有集尘系统（10），高频率短脉冲激光器（1）、第一振镜（8）和第二振镜（20）通过通讯系统（15）连接工控机（14）。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的装置，其特征在于：所述高频率短脉冲激光器（1）是波长为190nm～1100nm、脉宽在1ps～200ns、频率在10KHz～100MHz的激光器。

3.利用权利要求1所述装置实现脉冲激光刻蚀双面ITO玻璃上导电膜层的方法，其特征在于：高频率短脉冲激光器（1）发出的激光经过光闸（2）控制开关光，光闸（2）控制激光光束后经过扩束镜（3）对光束进行同轴扩束，改善光束传播的发散角，使光路准直，扩束镜（3）扩束准直后光束到达半透半反镜（4），使激光透过一半反射一半，透过的一半激光到达全反镜（16）后光路垂直改向将激光全部反射到第二1/2波片（17），第二1/2波片（17）的光束经第二格兰棱镜（18）和第二3D动态聚焦镜（19）到达第二振镜（20），第二振镜（20）将光束聚焦于膜材（12）的表面上，通过半透半反镜（4）反射下来的激光到达第一1/2波片（5），第一1/2波片（5）的光束经第一格兰棱镜（6）和第一3D动态聚焦镜（7）到达第一振镜（8），第一振镜（8）将光束聚焦于膜材（12）的表面上，扫描图形转化为数字信号，图形转化在膜材（12）的表面上进行刻蚀，膜材（12）由夹紧气缸（13）夹紧固定， CCD对位观察系统（9）将导入的定位标拍摄并抓取靶标，蚀刻产生的粉尘由吹气系统（11）产生气流，由集尘系统（10）收集粉尘。

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