CN102500930A - 脉冲激光刻蚀油墨上银浆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油墨上银浆导电膜层的装置及方法，高频率脉冲激光器的输出端依次布置光闸、扩束镜和半透半反镜片，半透半反镜片的输出端布置有第一1/2波片和第二高反射率镜片，第一1/2波片的输出端依次布置第一格兰棱镜和第一高反射率镜片，第一高反射率镜片的输出端布置有第一振镜场镜系统，第一振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台；第二高反射率镜片的输出端布置有第二1/2波片和第二格兰棱镜，第二格兰棱镜的输出端布置有第三高反射率镜片，第三高反射率镜片的输出端布置有第二振镜场镜系统，第二振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台。实现高效率高精度对触摸屏产品中银浆和ITO进行激光蚀刻。

Description

脉冲激光刻蚀油墨上银浆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油墨上银浆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

电容式触摸屏一般由盖板玻璃、上线导电感应膜层和下线导电感应膜层等构成。其中盖板玻璃的主要作用为保护下面的电容感应膜层，同时在盖板玻璃背面边缘印刷黑色油墨，这四周的油墨的作用主要有以下三点作用，第一起到美观作用；第二起到遮蔽不可视区域的边缘线路的目的；第三可以方便印刷产品标识等图形符号。一般导电感应膜层基底有PET与玻璃两种。其中，PET感应膜层虽然较薄，但透光率较差，导致屏幕显示效果不佳；而玻璃感应膜层基底透光率高，触感较好，采用玻璃感应膜层是触摸屏厂商整体发展趋势。但由于单个玻璃基版厚度比较大，所以两层感应膜层再加上盖板玻璃厚度叠加起来，不利于触摸屏向轻、薄方向发展。现在触摸屏厂商采用将盖板玻璃和上感应导电膜层集成在一起，省掉一块感应膜层玻璃，节省了一个贴合制程工序和OCA胶等耗材成本，提高工艺的整体良率。虽然采用了新的制程后，使的制成工序减少和成本降低，但是增加了做作工艺的难度，其中具体体现在：如何在油墨上制作不可视区域的线路成为本制成关键因素。 

传统的玻璃基底触摸屏上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，同时要求产线上投入较多人力，占地面积比较大，废水废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。同时，二者都需要烘烤等高温度处理，对于玻璃上黑色油墨会有涨缩等问题，这个也是此工艺继续进行下去的技术难点。

 激光刻蚀玻璃上油墨基底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10微米到90微米的光斑，聚焦后的光斑，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，从而实现触摸屏上导电膜层的线路制作目的，这样制作的不可视区域更窄，实用性更强。同时，采用的激光波长对导电膜层吸收率较高，但是对导电膜层下面膜层反射率较高，所以刻蚀过程中不会伤害导电膜层下面的黑色油墨，这样我们就能避免从盖板玻璃正面可以看见所刻蚀不可视区域线路排版。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置及其方法，克服传统黄光曝照、酸碱湿刻等加工中存在系统复杂、加工效率低、占地面积大、易产生耗材、良率低和选择性不强等缺点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置，特点是：高频率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片，半透半反镜片的输出端布置有第一1/2波片和第二高反射率镜片，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高反射率镜片，第一高反射率镜片的输出端布置有第一振镜场镜系统，第一振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台；第二高反射率镜片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三高反射率镜片，第三高反射率镜片的输出端布置有第二振镜场镜系统，第二振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台；所述四轴高精度平台的上方布置有CCD对位观察系统，所述四轴高精度平台的一侧布置有吹气系统，另一侧安装有集尘系统，第一高反射率镜片的输出端还布置有第一功率实时监测探头，第三高反射率镜片的输出端还布置有第二功率实时监测探头，第一功率实时监测探头和第二功率实时监测探头通过通讯系统与控制系统相连，第一振镜场镜系统和第二振镜场镜系统通过通讯系统与控制系统相连。

进一步地，上述的脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置，其中，所述高频率脉冲激光器是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器。

上述装置实现脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的方法，加工前激光焦点聚焦位于加工材料的上表面，高频率脉冲激光器发出的激光由光闸控制开关光，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；经扩束镜扩束准直后光束进入半透半反镜片，半透半反镜片将激光分为两束同功率激光，一束激光进入第一1/2波片和第一格兰棱镜，一束激光进入第二高反射率镜片；

经第一格兰棱镜激光由第一高反射率镜片调整路线后进入第一振镜场镜系统，同时激光在经第一高反射率镜片后的折射光进入第一功率实时监测探头，第一功率实时监测探头监测折射光的功率变化；第一功率实时监测探头通过通讯系统将探测结果传输到控制系统，当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统控制其停止加工；光束到达第一振镜场镜系统后，经过通讯系统与控制系统进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料上； 

第二高反射率镜片输出激光进入第二1/2波片和第二格兰棱镜，经第二格兰棱镜激光由第三高反射率镜片调整路线后进入第二振镜场镜系统，同时激光在经第三高反射率镜片后的折射光进入第二功率实时监测探头，第二功率实时监测探头监测折射光的功率变化；第二功率实时监测探头通过通讯系统将探测结果传输到控制系统，当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统控制其停止加工；光束到达第二振镜场镜系统后，经过通讯系统与控制系统进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料上；

加工材料通过真空吸附于四轴高精度平台上，控制系统根据加工图的识别和导入，经过CCD对位观察系统将导入的定位靶标拍摄并抓取，控制加工；蚀刻产生的粉尘由等离子吹气系统产生气流，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：

本发明运用高频率的脉冲激光器作为激光源，对触摸屏产品中银浆和 ITO进行激光蚀刻，使银浆和ITO薄膜材料在高频率的脉冲光器的作用下气化而达到蚀除的目的，采用所选用激光波长的反射材料作为油墨上保护层来对激光全反射以保护黑色油墨遭到损伤，通过高精度平台的移动拼接和小幅面振镜蚀刻来完成银浆和ITO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。

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

本发明采用高频率的脉冲激光器，激光聚焦在银浆和ITO薄膜材料上，从而达到蚀刻效果。加工材料膜层从下往上分别为玻璃基底、黑色油墨、全反射介质膜、ITO和银浆。当高频率的脉冲激光聚焦于银浆的上表面，进行蚀刻时，在达到材料的去除能量阈值后，银浆和ITO薄膜材料在高频率的脉冲激光器的作用下气化而达到蚀除的目的，当银浆和ITO被蚀刻完全后，高频率的脉冲激光作用于该激光波长的全反射介质膜时，根据全反射介质膜特性，激光被全反射，这样，保护反射膜下面黑色油墨免受损伤。

如图1所示，脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置，高频率脉冲激光器1是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器，高频率脉冲激光器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片4，半透半反镜片4的输出端布置有第一1/2波片5和第二高反射率镜片19，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高反射率镜片9，第一高反射率镜片9的输出端布置有第一振镜场镜系统7，第一振镜场镜系统7的输出端正对于四轴高精度平台15；第二高反射率镜片19的输出端布置有第二1/2波片20，第二1/2波片20的输出端布置有第二格兰棱镜21，第二格兰棱镜21的输出端布置有第三高反射率镜片24，第三高反射率镜片24的输出端布置有第二振镜场镜系统22，第二振镜场镜系统22的输出端正对于四轴高精度平台15；所述四轴高精度平台15的上方布置有CCD对位观察系统11，所述四轴高精度平台15的一侧布置有吹气系统12，另一侧安装有集尘系统13，第一高反射率镜片9的输出端还布置有第一功率实时监测探头10，第三高反射率镜片24的输出端还布置有第二功率实时监测探头25，第一功率实时监测探头10和第二功率实时监测探头25通过通讯系统16与控制系统17相连，第一振镜场镜系统7和第二振镜场镜系统22通过通讯系统16与控制系统17相连。应用高频率的脉冲激光器对玻璃上黑色油墨基底的不可视区域导电膜层线路刻蚀，从而实现高效率高精度的触摸屏上线路制作。

上述装置用于刻蚀油墨上银浆导电膜层时，加工前激光焦点聚焦位于加工材料的上表面，高频率脉冲激光器1发出的激光由光闸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，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；经扩束镜3扩束准直后光束进入半透半反镜片4，半透半反镜片4将激光分为两束同功率激光，一束激光进入第一1/2波片5和第一格兰棱镜6，一束激光进入第二高反射率镜片19；

经第一格兰棱镜6激光由第一高反射率镜片9调整路线后进入第一振镜场镜系统7，同时激光在经第一高反射率镜片9后的折射光进入第一功率实时监测探头10，第一功率实时监测探头10监测折射光的功率变化；第一功率实时监测探头10通过通讯系统16将探测结果传输到控制系统17，当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统17控制其停止加工；光束到达第一振镜场镜系统7后，经过通讯系统16与控制系统17进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料14上； 

第二高反射率镜片19输出激光进入第二1/2波片20和第二格兰棱镜21，经第二格兰棱镜21激光由第三高反射率镜片24调整路线后进入第二振镜场镜系统22，同时激光在经第三高反射率镜片24后的折射光进入第二功率实时监测探头25，第二功率实时监测探头25监测折射光的功率变化；第二功率实时监测探头25通过通讯系统16将探测结果传输到控制系统17，当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统17控制其停止加工；光束到达第二振镜场镜系统22后，经过通讯系统16与控制系统17进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料14上；

加工材料14通过真空吸附于四轴高精度平台15上，控制系统17根据加工图的识别和导入，经过CCD对位观察系统11将导入的定位靶标拍摄并抓取，控制加工；蚀刻产生的粉尘由等离子吹气系统12产生气流，由集尘系统13收集粉尘，使得加工过程稳定。在加工过程中，通过与振镜同轴的第一同轴CCD观察系统8和第二同轴CCD观察系统23和监视器18实时观测加工情况，以确保加工效果稳定。双振镜场镜系统在都蚀刻好当前图形单元后，平台移动下一个单元，高频率的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。

玻璃基底导电膜层加工方式，可通过两种方式来实现:

1）在玻璃上印刷黑色油墨对不可视区域进行遮蔽，同时在油墨上由下而上分别溅射所采用激光波长的全反射介质膜，ITO导电膜，银浆。这样，在高频率脉冲激光器对导电膜层（银浆，ITO）加工时，当高频率脉冲激光完成对导电膜层蚀刻后传递到所采用激光波长的全反射介质膜表面时，由全反射介质膜对高频率脉冲激光全部反射，保护全反射介质膜下一层黑色油墨受到损伤。这样当从另一面观察时，导电膜层上线路被黑色油墨遮蔽，达到了工艺要求。

2）采取加大油墨印刷厚度的方式来实现， 即在玻璃上印刷加厚的油墨，然后再油墨上印刷ITO和银浆。这样，在高频率脉冲激光器对导电膜层（银浆，ITO）加工时，当高频率脉冲激光完成对导电膜层蚀刻后传递到黑色油墨上时，会使一定厚度的油墨受到损伤，当激光再向下作用时，激光光斑远离焦点，激光的功率密度大幅下降，难以去除再下层的油墨。这样，虽然去除了一定厚度的油墨，但下层油墨未被去除，当从另一面观察时，导电膜层上线路仍被黑色油墨遮蔽，达到工艺要求。

利用光路聚焦系统，使用高频率的脉冲激光器，对导电膜层上线路进行蚀刻，以得到较细较稳定的线宽，高频率的脉冲激光器经过扩束镜准直扩束后，通过半透半反镜片分光后，形成两束激光，分别导入2个振镜系统，经远心场镜聚焦后，使聚焦光斑在10um-100um范围内，实现单个振镜一次性加工一个图形单元以内高精度、高速扫描，这样每个振镜加工图形都是相互独立的单元。玻璃基底的触摸屏上导电膜层放置平面度精度较高吸附平台上，放置产品后真空吸附打开，确保产品在加工过程中不移位；进行CCD定位: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集尘系统，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导电膜层的工艺重复性和稳定性。在双振镜都加工完各自内单元后，平台移动下一个单元，高频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。四轴运动方式，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，同时本系统通过功率实时监控探头实时监控激光功率稳定情况，通过与振镜同轴的CCD观察加工效果，以取得稳定的加工效果。

综上所述，本发明运用高频率的脉冲激光器作为激光源，对触摸屏产品中银浆和 ITO进行激光蚀刻，使银浆和ITO薄膜材料在高频率的脉冲光器的作用下气化而达到蚀除的目的，采用所选用激光波长的反射材料作为油墨上保护层来对激光全反射以保护黑色油墨遭到损伤，通过高精度平台的移动拼接和小幅面振镜蚀刻来完成银浆和ITO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.脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置，其特征在于：高频率脉冲激光器（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片（4），半透半反镜片（4）的输出端布置有第一1/2波片（5）和第二高反射率镜片（19），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高反射率镜片（9），第一高反射率镜片（9）的输出端布置有第一振镜场镜系统（7），第一振镜场镜系统（7）的输出端正对于四轴高精度平台（15）；第二高反射率镜片（19）的输出端布置有第二1/2波片（20），第二1/2波片（20）的输出端布置有第二格兰棱镜（21），第二格兰棱镜（21）的输出端布置有第三高反射率镜片（24），第三高反射率镜片（24）的输出端布置有第二振镜场镜系统（22），第二振镜场镜系统（22）的输出端正对于四轴高精度平台（15）；所述四轴高精度平台（15）的上方布置有CCD对位观察系统（11），所述四轴高精度平台（15）的一侧布置有吹气系统（12），另一侧安装有集尘系统（13），第一高反射率镜片（9）的输出端还布置有第一功率实时监测探头（10），第三高反射率镜片（24）的输出端还布置有第二功率实时监测探头（25），第一功率实时监测探头（10）和第二功率实时监测探头（25）通过通讯系统（16）与控制系统（17）相连，第一振镜场镜系统（7）和第二振镜场镜系统（22）通过通讯系统（16）与控制系统（17）相连。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的装置，其特征在于：所述高频率脉冲激光器（1）是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器。

3.权利要求1所述装置实现脉冲激光刻蚀油墨上银浆导电膜层的方法，其特征在于：加工前激光焦点聚焦位于加工材料的上表面，高频率脉冲激光器（1）发出的激光由光闸（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；经扩束镜（3）扩束准直后光束进入半透半反镜片（4），半透半反镜片（4）将激光分为两束同功率激光，一束激光进入第一1/2波片（5）和第一格兰棱镜（6），一束激光进入第二高反射率镜片（19）；

经第一格兰棱镜（6）激光由第一高反射率镜片（9）调整路线后进入第一振镜场镜系统（7），同时激光在经第一高反射率镜片（9）后的折射光进入第一功率实时监测探头（10），第一功率实时监测探头（10）监测折射光的功率变化；第一功率实时监测探头（10）通过通讯系统（16）将探测结果传输到控制系统（17），当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统（17）控制其停止加工；光束到达第一振镜场镜系统（7）后，经过通讯系统（16）与控制系统（17）进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料（14）上； 

第二高反射率镜片（19）输出激光进入第二1/2波片（20）和第二格兰棱镜（21），经第二格兰棱镜（21）激光由第三高反射率镜片（24）调整路线后进入第二振镜场镜系统（22），同时激光在经第三高反射率镜片（24）后的折射光进入第二功率实时监测探头（25），第二功率实时监测探头（25）监测折射光的功率变化；第二功率实时监测探头（25）通过通讯系统（16）将探测结果传输到控制系统（17），当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统（17）控制其停止加工；光束到达第二振镜场镜系统（22）后，经过通讯系统（16）与控制系统（17）进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料（14）上；

加工材料（14）通过真空吸附于四轴高精度平台（15）上，控制系统（17）根据加工图的识别和导入，经过CCD对位观察系统（11）将导入的定位靶标拍摄并抓取，控制加工；蚀刻产生的粉尘由等离子吹气系统（12）产生气流，由集尘系统（13）收集粉尘。