CN102480848B - 一种导电栅的制造系统和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电栅的制造系统和制造方法。所述方法包括：在基板的正面印刷第一组条纹；对所述第一组条纹进行烧结形成第一组导电条纹；根据所述第一组导电条纹的位置确定需要打孔的位置；在所述位置上钻孔，向所述孔的内壁上沉积金属，并烧结沉积的金属。由于上述方法采用连续印刷技术，保证制作的第一组条纹在长程上的高度均匀和高度重复，制造过程简单，生产效率高。此外，由于导电条纹在打孔前形成，可以避免有严格要求的导电条纹的位置受到孔位置的制约。

Description

一种导电栅的制造系统和制造方法

技术领域

本发明涉及位移检测技术，特别涉及一种导电栅的制造系统和制造方法。

背景技术

位移检测技术是将物体在空间的位移量转化为光信号或电信号，通过测量该光信号或电信号来达到检测空间位移量的目的。位移检测技术通常会使用到一种叫做栅的器件，它通常提供准确的位移参考信息。

栅是将一组同质的元件平行地、有规则间隔地布置在基体上构成的器件。

光栅尺提供给光学读取器件精确的位移参考信号。光栅通常是在玻璃或石英表面上刻划出有规则间隔的槽而形成的，也有在钢带表面制作的有规则间隔的槽而形成。玻璃、石英或钢带光栅的制造方法是将带有图样的光掩膜覆盖在基板上，再对基板进行蚀刻产生凹槽。由于受到光掩膜尺寸的限制，光栅的长度不可能很长。如果一段一段地生产光栅，再将多段光栅拼接在一起时，在结合处很容易发生空间周期偏差，从而影响位移检测的精确性。因此，按照上述方法制造的光栅无法在长距离位移检测的场景下应用。

导电栅尺提供给电子读取器件精确的位移参考信号。导电栅则是由一组导电区域和不导电区域按照固定间隔相间排列组成，相邻的一个导电区域和一个不导电区域构成一个物理周期。例如，导电栅可以由金属条和填充在其间的绝缘条组成。

图1为一种用于位移检测系统的导电栅的结构示意图。如图1所示，所述导电栅包括：绝缘基板102、及其上承载的双面电路。在绝缘基板102的正面，具有固定周期间隔的纵向的导电条104和其间的非导电性区域，一个导电条与一个物理周期的填充比为20％-80％。其中，导电条104与绝缘基板102的长边垂直。为了提供精确的位置参考信号，导电条104必须被精确地放置在可测量的长度范围内预定的、具有固定间隔的位置上。在绝缘基板102的背面，多条，比如2至12条，与绝缘基板的长边平行的导电条106横向排列。由于进行位移检测时，需要纵向导电条104发出不同的载波信号，例如差分载波信号，就需要将这些导电条104与绝缘基板102背面的导电条106分别进行连接。因此，在正面纵向条纹与反面的横向导电条的交叉位置上制作导电孔(也称为过孔)108来连接绝缘基板102正面的导电条104和绝缘基板102背面的导电条106。基本上，每个纵向条纹必须仅与某一根横向导电条连接，过孔位置形成的图案在整个测量长度上是唯一的。

导电栅可以利用现有的制造印刷电路板(PCB)的方法来制造。

现有技术中制造PCB的过程主要包括以下几个步骤。

一、按照设计，在基板的预定位置打出若干孔。

二、通过电镀使孔的内壁镀上金属形成过孔，使过孔连接基板的正面和背面。由于电镀的过程采用的是非选择性的金属沉积法，所以整条基板表面也覆盖上了一层金属箔。

三、图形制作过程。

图2为现有技术中制造PCB过程中图形转移技术的示意图。如图2所示，一片基板220首先附上一层感光的干膜，根据其上的对齐记号与光掩膜板210对齐，并抽出其间的空气保证掩模板与干膜紧密接触。利用紫外光透过光掩模板210照射该基板220，经过曝光发生的光化学反应，光掩膜板210上的图样被紫外固化到基板210表面的感光干膜上。对于尺寸较大的基板，曝光过的区域220被移出曝光区域，待加工的区域230被移进曝光区域重复上述步骤就可以在大尺寸基板上生成多个电路的图样。

四、通过刻蚀技术，未受紫外曝光过的干膜被显影掉暴露出铜箔，被紫外光照射过的干膜则覆盖在基板上。所以，通过化学腐蚀就可以形成铜线条的电路图案，最后，再全部去除残留的干膜。

但是，利用上述方法制造不出纵向条纹高度重复的长距离导电栅，有以下几点原因：

首先，由于紫外光照射范围有限，光掩模板的尺寸也有限，需要采用拼接方法制作长距离的周期条纹。在制造用于长距离位移检测的导电栅时，由于纵向导电条的位置精确性要求很高，对基板的拼接技术要求也会很高。相邻两张基板之间很容易发生连接误差，长距离下，导电栅上的导电条的位置精确性很难得到保证，严重影响了位移测量在该处的精度。

其次，由于各种复杂的过程参数的影响，例如电镀金属溶液的密度、温度和浓度等，很难保证整张基板在过孔电镀时能够镀上厚度均匀的金属箔。因此，基板不同位置镀上的金属箔的厚度也有差别。由于基板上的金属箔厚度不一，刻蚀需要的时间也不同。但只能选择刻蚀最厚的金属箔所需的时间，对金属箔较薄的部分的就会过度刻蚀，导致刻蚀出的铜条的宽度变窄，与厚度较大部分的铜条的宽度不一致。导电条宽度、厚度不一致会影响导电条的电阻，也会使得导电条发出的信号受到影响，最终影响位移检测的精度。

再次，在后续生成电路的时候需要将电路图形与先钻的过孔对齐。在制造用于长距离位移检测的导电栅时，由于纵向导电条的位置精确性要求很高，在钻孔时，需要孔的位置非常精确，对生产工艺的要求非常高，因此提高了生产成本。

综上所述，在需要进行长距离位移检测的应用场景下，要求导电栅的长度较长，一般大于1米。而目前还没有一种低成本的制造长度较长的导电栅的方法。

发明内容

由于现有技术无法满足长距离位移检测的应用场景下对导电栅的要求，本发明实施例提供一种导电栅的制造方法，可以以低成本制造长度较长的导电栅。

本发明实施例还提供一种导电栅的制造系统，可以以低成本制造长度较长的导电栅。

本发明实施例提供了一种导电栅的制造方法，其中，导电栅是由一组导电区域和不导电区域按照固定间隔相间排列组成，所述方法包括：

在基板的第一面印刷出第一组条纹，其中，所述第一组条纹与所述基板的长边成一角度；

对所述第一组条纹进行烧结；

根据所述第一组条纹的位置确定需要打孔的位置；

在所述确定的位置上钻孔；以及

向所述孔的内壁沉积金属，并烧结所述沉积的金属。

本发明实施例提供的一种导电栅的制造系统，该制造系统用于实施上述导电栅的制造方法。

本发明实施例还提供了一种导电栅的制造系统，其中，导电栅是由一组导电区域和不导电区域按照固定间隔相间排列组成，该系统包括：

一个滚筒，用于在基板的第一面用导电墨水印刷出第一组条纹，其中，所述第一组条纹与所述基板的长边成一角度；

定位打孔设备，用于根据所述第一组条纹的位置确定需要打孔的位置，并在所述确定的位置上钻孔；

沉积设备，用于在所述孔的内壁上沉积金属；以及

烧结设备，用于烧结所述第一组条纹以及所述沉积的金属。

根据本发明实施例，由于基板在印刷纵向条纹前没有进行过其它加工，例如打孔，因此就不需要参考先前基板上做好的元件的位置来确定纵向条纹的位置，从而避免了先前步骤中的不精确因素影响纵向导电条纹位置的精确性，并且避免了精确定位孔的高成本。

附图说明

图1为一种用于位移检测系统的导电栅的结构示意图；

图2为现有技术中制造PCB过程中紫外固化方法的示意图；

图3a为本发明的一个实施例提供的一种导电栅的制造方法的流程图；

图3b为本发明的另一个实施例提供的一种导电栅的制造方法的流程图；

图4为本发明一个实施例中采用滚筒印刷纵向条纹和烧结过程的示意图；

图5为本发明一个实施例中提供的一种导电栅的制造系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图3a为本发明的一个实施例提供的一种导电栅的制造方法的流程示意图，主要包括以下步骤。

步骤310：在基板的第一面印刷出第一组条纹。本实施例中，该第一组条纹例如可以基本垂直于基板的长边，也可以与基板的长边成一特定角度。

步骤320：对该第一组条纹进行烧结。

步骤330：根据第一组条纹的位置确定需要打孔的位置。

步骤340：在确定的位置上钻孔。

步骤350：向孔的内壁沉积金属。

步骤360：烧结沉积的金属。

本实施例中步骤320和步骤360可以为同一个步骤，也即一次性的对内壁上沉积的金属和第一组条纹进行烧结。若步骤320与步骤360为两个步骤，则其先后顺序没有特殊规定。若步骤320先于步骤360执行，有利于对第一组条纹进行及时的烧结，避免了第一组条纹的晕染。

通过本实施例提供的制造方法，可以先印刷条纹后打孔，从而避免了精确定位打孔位置所带来的高成本，并且还可以避免打孔所带来的条纹误差，提高导电栅的精确度。

进一步的，本实施例中，步骤310中还可以使用滚筒在基板的第一面用导电墨水印刷出第一组条纹，特别是带有条形凸起的滚筒。从而使得在制造长度很长的导电栅时，能够采用连续印刷技术，不需要对多张基板逐张处理并进行拼接，避免了拼接误差，而且制造过程简单，大大节约了生产时间，提高了生产效率。此外，传统的PCB加工过程要经历非选择性金属沉积和刻蚀，这个过程中大部分金属材料要被丢弃。而使用导电墨水可以杜绝材料浪费，减少工序，省去基板残留物的水洗工序，大大降低了制造成本，减少制造过程中的环境污染。

进一步的，步骤350的实现方法具体可以为向孔内注入导电墨水。

进一步的，步骤330的实现方法具体可以为：在第一组条纹中的至少一条条纹上添加定标标记；以及根据定标标记的位置确定需要打孔的位置。

进一步的，本实施例中还包括对第二组条纹的印刷和烧结，具体参见下述实施例。

本实施例特别适用于长基板的印刷，通常长基板的长度大于1米。

下面，以第一组条纹为纵向条纹为例，结合附图对上述方法进行详细说明。

图3b为本发明的一个实施例提供的一种导电栅的制造方法的流程示意图，主要包括以下步骤。

步骤301：在基板的一面形成横向导电条纹。其中，横向条纹与所述基板的长边平行。

为了方便描述，以下将基板上生成有横向条纹的一面称为反面，另一面称为正面。该正面和反面仅用于在描述上区分基板的这两面，与基板两个面本身的特征没有关系。

由于对导电栅的横向导电条纹的位置精度要求不高，因此横向导电条纹可以根据需要采用合适的方法生成。例如，可以采用现有技术中的金属沉积和刻蚀的方法在基板反面生成横向导电条纹，也可以采用一个带有横向凸起条纹的滚筒在基板的反面用导电墨水印刷横向条纹，烧结后便可形成横向导电条纹。

步骤302：在基板的另一面使用导电墨水印刷纵向条纹。

本实施例中，采用滚筒印刷方式印刷纵向条纹。具体来说，使用带有条形凸起的滚筒(也称为辊子)在基板上用导电墨水印刷出纵向条纹。

用于长距离测距的导电栅长度需要很长，一般大于1米甚至长达几十米，因此基板的长度也会大于1米。

基板可以采用刚性基板，也可以采用柔性材料的基板。较佳地，由于基板的长度较长，为了便于生产和携带，可以采用柔性基板(也叫软性电路基板)，例如聚乙烯双笨二甲酸盐(PET)、聚酰亚胺材料的柔性基板。柔性基板可以成卷放置和运输。生产过程中，可以以卷盘到卷盘方式传送基板，传送过程中，滚筒在展开的基板上印刷纵向条纹。这样，生产过程就成为一个连续不断的过程，可以提高生产效率，对生产环境的空间大小的要求也不高。

此外，步骤301和步骤302可以在同一基板的两面分别生成横向条纹和纵向条纹，也可以分别在两条基板上分别形成横向条纹和纵向条纹，再将这两条基板层压在一起形成复合基板。纵向条纹和横向条纹可以同时生成，也可以先后生成。

步骤303：对所述纵向条纹进行烧结形成纵向导电条纹。

导电墨水是金属微粒，例如金、银、铜等金属的纳米级微粒，的悬浮液。

烧结过程就是将导电墨水中的溶剂通过加热去除，使导电墨水中的金属微粒连结成片的过程。

图4为本发明一个实施例中采用滚筒印刷纵向条纹和烧结过程的示意图。从图中可以看出，在基板以卷盘到卷盘方式传送的过程中，滚筒上的条形凸起在基板上用导电墨水印刷出纵向条纹。要保证纵向条纹的位置精度，只需要一个制作精细的滚筒，并控制基板的传送速度和/或滚筒的滚动速度，使其相匹配，不发生相对滑动即可。

步骤304：根据所述纵向条纹的位置确定需要打孔的位置，并在所述需要打孔的位置上钻孔。

打孔是为了生成连通基板正反两面导电条纹的过孔，由于基板上已经形成了纵向条纹，打孔的位置就需要根据纵向条纹的位置确定。

确定需要打孔的位置的方法具体可以是：利用图像传感器捕捉纵向条纹的位置，并根据纵向条纹的位置和预定的孔的位置信息确定需要打孔的位置；或者，可以在印刷出的至少一条纵向条纹上添加定标标记，如预定的符号等，然后使用图像传感器捕捉该定标标记并打孔。

事先确定的孔的位置信息，可以是记录孔位置坐标的文件、或电路设计图纸。可以仅在第一条纵向条纹上添加定标标记，也可以根据预定的孔的位置信息在所有需要打孔的位置添加定标标记。仅在第一条纵向条纹上添加定标标记时，打孔设备需要根据捕捉到的定标标记和事先输入的预定的孔的位置信息确定所有需要打孔的位置。在所有需要打孔的位置都添加了定标标记时，打孔设备只需要在捕捉到的定标标记处直接打孔即可。

上述孔可以为盲孔，所述盲孔的底部为所述基板第二面上的第二组导电条纹的金属。可以采用激光打出从基板正面到反面的金属的盲孔，而不打穿横向的金属导电条，只露出金属表面即可。选用的激光器必须能加工出需要的孔以及孔的形状、铜表面不能氧化、PI材料尽量少碳化，等。

孔打好后，还需要将所述孔的内壁镀上金属才能形成过孔。

传统的为孔内壁镀金属的方法如前所述，是采用非选择性金属沉积法，孔的内壁镀上金属的同时，整个基板表面也被镀上了一层金属，显然不适合应用在已经形成了导电条纹的基板上。

有一种选择性镀金属的方法，是在基板上覆盖一层抗刻蚀的保护膜，打孔后再用传统的金属沉积法为基板表面和孔洞内壁镀上一层金属箔，最后再除去保护膜。因为本发明是制造用于长距离测距需要的导电栅，而一般膜的尺寸远小于本发明中基板的长度，因此这种方法适用于本发明时效果欠佳。

为此，本发明的实施例还提供了一种为孔的内壁镀金属的方法，具体如下所述。

步骤305：向所述孔中注入导电墨水。

本步骤可以采用喷墨打印技术实现。根据本发明的一个实施例，可以直接通过图像传感器捕捉孔的位置，也可以通过定标标记来确定孔的位置，然后采用喷墨打印机的喷墨嘴向孔中喷涂导电墨水。

步骤306：对所述孔进行烧结使所述孔的内壁上附着上一层金属箔，形成过孔。

经过烧结，导电墨水中的金属微粒就在孔洞的内壁上结成一层金属箔，导通基板两面的导电条纹。为了使过孔的导电性更好，降低电阻，上述步骤305和306可以重复执行多次，以增加过孔内壁上金属箔的厚度。

通过实施上述步骤，就可以实现导电栅的制造。

最后，还可以在基板的两面涂敷覆盖层，用于保护基板两面的导电条纹。

需要说明的是，本发明实施例对上述流程中各步骤的顺序并没有严格的限制，例如，可以先生成纵向导电条纹，再生成横向导电条纹；纵向条纹的烧结可以在打孔并向孔内注入导电墨水后进行。只要保证纵向条纹的印刷是在在打孔之前进行即可。

根据本发明的实施例，由于基板的正面在印刷纵向条纹前没有经过加工而产生任何特征，例如孔等，因此就不需要将纵向条纹与基板上先前做好的特征的位置来确定纵向条纹的位置，从而避免了先前步骤中的不精确因素影响纵向导电条纹位置的精确性。

相应地，本发明实施例还提供一种导电栅的制造系统。该系统能够用于实施上述实施例提供的导电栅的制造方法。

图5为本发明一个实施例提供的一种导电栅的制造系统的结构示意图。

该系统500可以包括：

一个滚筒510，用于在基板的第一面用导电墨水印刷出第一组条纹；

定位打孔设备520，用于根据第一组条纹的位置确定需要打孔的位置，并在确定的位置上钻孔；

沉积设备530，用于在所述孔的内壁上沉积金属；以及

烧结设备540，用于烧结第一组条纹以及沉积的金属。

本实施例提供的制造系统，可以先印刷条纹后打孔，从而避免了精确定位打孔位置所带来的高成本，并且还可以避免打孔所带来的条纹误差，提高导电栅的精确度。并且由于采用了滚筒印刷，可以使得在制造长度很长的导电栅时，能够采用连续印刷技术，不需要对多张基板逐张处理并进行拼接，避免了拼接误差，而且制造过程简单，大大节约了生产时间，提高了生产效率。此外，传统的PCB加工过程要经历非选择性金属沉积和刻蚀，这个过程中大部分金属材料要被丢弃。而使用导电墨水可以杜绝材料浪费，减少工序，省去基板残留物的水洗工序，大大降低了制造成本，减少制造过程中的环境污染。

本实施例中的滚筒510例如可以为带有条形凸起的滚筒。

本实施例中沉积设备530具体可以用于向孔中注入导电墨水。进一步还可以用于采用喷墨打印技术向孔中注入导电墨水。

定位打孔设备520例如可以包括：定位装置521用于在第一组条纹中的至少一条条纹上添加定标标记；以及打孔装置522，用于捕捉该定标标记，并根据捕捉到的定标标记的位置确定需要打孔的位置，进行打孔。

此外，定位打孔设备520也可以仅包括打孔装置522，此时该打孔装置522可以直接捕捉纵向条纹的位置，并根据纵向条纹的位置和预定的孔的位置信息确定需要打孔的位置，进行打孔。具体的该打孔装置522可以包括图像传感器模块、控制模块和钻孔模块。图像传感器模块用于捕捉纵向条纹或定标标记的位置，控制模块用于根据预订的孔的位置信息和图像传感器模块捕捉到的纵向条纹或定标标记的位置确定需要打孔的位置，并控制钻孔模块在确定的位置上钻孔。

采用柔性基板时，上述系统500还可以包括：

传送设备550，用于以卷盘到卷盘方式传送柔性基板。

上述第一组条纹可以与基板的长边垂直。

上述系统500还可以包括另一个滚筒，用于在基板的第二面用导电墨水印刷出与该基板的长边平行的第二组条纹。本实施例中，滚筒510也可以用于印刷该第二组条纹。

由于对导电栅的横向导电条纹的位置精度要求不高，因此横向导电条纹还可以根据需要采用其他方法生成。例如，横向导电条纹也可以采用现有的PCB制造设备按照现有技术生成。可以采用两个滚筒在基板的两面分别印刷导电条纹，也可以用一个滚筒先后印刷纵向条纹和横向条纹。可以先印刷横向条纹，也可以先印刷纵向条纹。横向条纹和纵向条纹可以在同一基板上生成，也可以分别在两张基板上生成，再将这两张基板使用层压设备层压在一起形成复合基板。

需要说明的是，上述设备中的多个设备在实际应用中可能由同一个设备实现，每个设备也可能由分立的多个设备实现。设备中的各个模块也可能位于多个设备中。因此，对于本发明实施例中的设备进行分割或合并得到的系统均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明制造长度很长的导电栅时，不需要逐张生产并进行拼接，而是采用连续印刷技术，制造过程简单，大大节约了生产时间，提高了生产效率。

此外，传统的PCB加工过程要经历六道工序，过程中绝大部分金属材料要被丢弃。而使用导电墨水可以杜绝材料浪费，减少工序，省去基板残留物的水洗工序，大大降低了制造成本，减少制造过程中的环境污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种导电栅的制造方法，其中，导电栅是由一组导电区域和不导电区域按照固定间隔相间排列组成，所述方法包括：

在基板的第一面印刷出第一组条纹，其中，所述第一组条纹与所述基板的长边成一角度；

对所述第一组条纹进行烧结；

根据所述第一组条纹的位置确定需要打孔的位置；

在所述确定的位置上钻孔；以及

向所述孔的内壁沉积金属，并烧结所述沉积的金属。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在基板的第一面印刷出第一组条纹，包括：

使用滚筒在所述基板的第一面用导电墨水印刷出第一组条纹。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述第一组条纹进行烧结在所述烧结所述沉积的金属之前完成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述向所述孔的内壁沉积金属，包括：向所述孔中注入导电墨水。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据第一组条纹的位置确定需要打孔的位置，包括：

在所述第一组条纹中的至少一条条纹上添加定标标记；以及

根据所述定标标记的位置确定所述需要打孔的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

使用导电墨水在另一基板的第一面印刷出第二组条纹，对所述第二组条纹进行烧结；或者，通过金属沉积和刻蚀的方法在所述另一基板的第一面印刷出第二组导电条纹；

在所述确定的位置上钻孔之前，将所述另一基板与所述基板层压形成复合基板，其中所述另一基板的第二面与所述基板的第二面贴合在一起；

其中，所述第二组导电条纹与所述基板的长边平行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

使用导电墨水在所述基板的第二面印刷出第二组条纹，对所述第二组条纹进行烧结；或者

通过金属沉积和刻蚀的方法在所述基板的第二面形成第二组导电条纹；

其中，所述第二组导电条纹与所述基板的长边平行。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述在确定的位置上钻孔包括：

在确定的位置上钻盲孔，所述盲孔的底部为所述第二组导电条纹的金属。

9.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述基板的长度大于1米。

10.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其中，所述第一组条纹与所述基板的长边垂直。

11.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其中，所述基板为柔性基板，且所述在基板的第一面印刷出第一组条纹，包括：以卷盘到卷盘的方式传送所述柔性基板，通过传送所述柔性基板印刷出所述第一组条纹。

12.一种导电栅的制造系统，所述系统用于实施权利要求1-11所述的导电栅的制造方法。

13.一种导电栅的制造系统，其中，导电栅是由一组导电区域和不导电区域按照固定间隔相间排列组成，所述系统包括：

一个滚筒，用于在基板的第一面用导电墨水印刷出第一组条纹，其中，所述第一组条纹与所述基板的长边成一角度；

定位打孔设备，用于根据所述第一组条纹的位置确定需要打孔的位置，并在所述确定的位置上钻孔；

沉积设备，用于在所述孔的内壁上沉积金属；以及

烧结设备，用于烧结所述第一组条纹以及所述沉积的金属。