CN102656679A - 用于加工连续的多段柔性箔片的装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种装置和方法，所述装置和方法使用圆柱形鼓类型的真空鼓，并允许在分离的多段或柔性基片材料上的薄膜上形成精确配准的高分辨率激光图案，所述柔性基片材料从展开筒处展开并且在加工后重绕在重绕筒上。在所述鼓的每一侧都设置有长度补偿器单元以调节因鼓以及展开筒和重绕筒的差动旋转而导致的基片长度变化。

Description

用于加工连续的多段柔性箔片的装置

技术领域

本发明涉及一种用于加工长的连续的多段柔性箔状基片以在其上形成具有高水平位置精度的高分辨率的二维图案的装置。特别地，本发明涉及在圆柱形鼓上加工所述基片。所述装置尤其适于在柔性光伏板和其他微电子装置中建立的多层薄膜之间形成电互连以及适于形成柔性显示器的图案或修复柔性显示器。

背景技术

激光微加工要求待加工的基片精确地定位在光学系统的焦平面或像平面处。对于扁平的片状基片，扁平的真空卡盘通常用于使材料保持扁平并且横向地固定它以维持加工运动过程中该部分的对准。在这种情况下，各种不同的方法被用于实现激光与基片之间所需的相对运动。对于小薄板，随着卡盘和基片沿两个轴移动，静止的激光束优选为利于激光束的传递。对于大的薄板来说，为了使占用的空间最小化，通常在静止的基片上方沿两个轴移动激光头。这样的布置在光束传递方面相对较复杂，因此激光头沿一个轴移动而基片沿另一个轴移动的交叉轴方式通常也当做明智的折中。在所有情况下，扁平的真空卡盘都适合于在加工过程中固定基片。

在圆柱形鼓状的基片上进行激光加工是非常常见的，尤其在用于生产凹板或凸板的印刷工业中。在这种情况下，基片和激光束之间的相对运动通过鼓围绕其轴的旋转运动和鼓或激光头沿平行于鼓轴的方向的线性运动来实现。待激光加工的材料被黏合到鼓表面，因此加工过程中的对准不是问题。

在上述情况下，最大基片面积受限于扁平卡盘或鼓的表面积。因此，这些方法不适于满足柔性电子工业的在连续的柔性基片材料薄片上支撑的装置上进行激光加工操作的当前需求。在这种情况下，基片材料通常在长的长度或“薄片”内以所谓的“筒对筒”形式在基片的沿着需要用激光形成图案的薄片布置的分离的区域内被加工。

当构成连续的柔性材料薄片的一部分的有限长度基片需要被激光加工时，由于相关的展开鼓和重绕鼓所造成的局限性，因此不再能够将某一长度的基片夹紧在扁平的卡盘上并沿两个正交的轴移动该基片。从而，通常以这样的方式操作：其中一定长度的基片被夹紧在静止的扁平真空卡盘上并且激光加工头通过机动的双台架系统在整个加工区域上方沿两个轴移动。如上所述，这样的布置对于易于激光束传送到移动的激光头不是理想的。

在相关的申请(GB 0806307.5)中，描述了一种用于加工分离的多段连续柔性基片的装置。该装置使用交叉轴方式，在该方式中，具有沿薄片流动方向移动的扁平的真空卡盘和横跨薄片的宽度在台架上移动的激光头。真空卡盘需要在加工区域的整个长度上沿薄片流动方向移动，因此当卡盘从其行程的一端移动到另一端时在每一端释放的剩余的薄片材料在薄片累积器装置中被调节(accommodated)。

所述装置的支撑移动卡盘的长度至少两倍于基片加工长度，以允许扁平卡盘在其整个长度上的移动。因此，如果在单个对准步骤中加工长段的薄片，那么所述装置的长度会变得相当大。这通常是不方便并且昂贵的，尤其是如果所述装置被安装在无尘室内，并且因此要求装置占据较小的房屋面积却仍然能够在从筒展开且重绕到筒上的的多段柔性薄片材料中或其上形成高分辨率的精确对准的激光图案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性箔状基片以通过直接写入的方法在所述基片上形成具有高水平位置精度的高分辨率的二维图案的装置，所述装置包括：

a.圆柱形鼓，所述圆柱形鼓被安装成能围绕平行于第一方向的轴旋转，且在所述鼓的表面的一个或多个区域上是多孔的或具有一排孔，从而可通过所述多孔的区域或孔施加真空以将确定长度的所述柔性基片保持在所述鼓表面的一部分上；

b.电动机系统，所述电动机系统用于使所述鼓围绕所述轴沿一个或两个方向旋转；

c.邻接所述鼓安装的激光加工单元，所述激光加工单元用于加工保持在所述鼓的所述表面上的所述长度的基片；

d.机械装置，所述机械装置用于在所述基片的所述表面上沿所述第一方向精确移动所述激光加工单元；

e.位于所述鼓的一侧的第一卷筒单元，所述第一卷筒单元用于沿垂直于所述第一方向的第二方向将确定长度的未处理柔性基片从第一筒周期性地分配到所述鼓上，以用于在所述鼓上进行加工；

f.位于所述第一筒和所述鼓之间的第一基片长度补偿器单元，所述第一基片长度补偿器单元用于调节因所述第一筒和所述鼓的差动行程(differential movement)而导致的基片长度的变化；

g.位于所述鼓的另一侧的第二卷筒单元，所述第二卷筒单元用于在加工后沿所述第二方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕到第二筒上；

h.位于所述鼓和所述第二筒之间的第二基片长度补偿器单元，所述第二基片长度补偿器单元用于调节因所述鼓和所述第二筒的差动行程而导致的基片长度的变化；以及

i.控制系统，所述控制系统被设置成控制：

i.将真空周期性施加到所述鼓表面以将确定长度的基片保持在所述鼓表面的一部分上；

ii.所述激光加工单元的操作；

iii.所述激光加工单元沿着所述鼓的长度沿所述第一方向的移动；

iv.所述鼓在完整的旋转周期(revolution)的一部分期间沿一个或两个方向的旋转；以及

v.所述真空从所述鼓表面的周期性释放，以及所述第一筒和所述第二筒的操作以重绕包含已加工区域的某一长度的基片并从所述第一筒展开另一确定长度的未加工基片。

优选地，根据本发明的装置包括如下部件：

a.薄片展开单元，所述薄片展开单元具有相关联的薄片制动器和张力控制系统，并具有夹紧薄片基片或周期性地分配来自圆柱形筒的分离的确定长度的未加工柔性薄片基片以用于激光加工的能力；

b.薄片长度补偿单元，所述薄片长度补偿单元能调节所有的长度变化并保持分离的某一长度的被分配的未加工基片内恒定的张力，使得薄片伸长的程度被限定；

c.辊单元，所述辊单元改变薄片的流向并将薄片引导到加工鼓的表面上；

d.圆柱形的真空加工鼓，所述真空加工鼓安装在由伺服电动机驱动的轴上，所述伺服电动机引起鼓旋转以沿平行于薄片流向的方向移动鼓的表面；

e.设置在鼓的部分或全部外表面内的方位角区域中的成排的真空通道、真空孔或者多孔材料区域，其用于在加工过程中将确定长度的未加工基片附接到鼓的表面的一部分上；

f.激光加工单元，所述激光加工单元安装在鼓的旁边、上面或者下面并且连接到伺服电动机驱动载物台，该伺服电动机驱动载物台致使所述激光加工单元沿平行于鼓的轴的方向横跨薄片宽度地移动；

g.连接到激光加工单元的一个或多个照相机单元，所述照相机单元能够观察基片上表面；

h.第二辊单元，所述第二辊单元改变薄片的流向并且引导来自加工鼓的表面的基片；

i.第二薄片长度补偿单元，所述第二薄片长度补偿单元能够调节所有的长度变化并保持分离的某一长度的已加工基片内的恒定张力，使得薄片伸长的程度被限定；

j.薄片重绕单元以及相关联的薄片制动器和张力控制系统，具有夹紧薄片基片或周期性地撑起(take up)确定长度的柔性基片并在加工后将其缠绕在圆柱形鼓上的能力；

k.控制系统，所述控制系统允许加工单元和卡盘的程序化的协同运动以及薄片长度补偿器与展开单元和重绕单元的操作。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性箔状基片以在所述基片上形成具有高水平的位置精度的高分辨率的二维图案的方法，所述方法包括下述步骤：

a.提供圆柱形鼓，所述圆柱形鼓被安装成能围绕平行于第一方向的轴旋转，所述鼓在所述鼓的表面的一个或多个区域上是多孔的或具有一排孔，从而可通过所述多孔的区域或孔施加真空以将确定长度的所述柔性基片保持在所述鼓表面的一部分上；

b.使所述鼓围绕所述轴沿一个或两个方向旋转；

c.邻接所述鼓安装激光加工单元，以加工保持在所述鼓的所述表面上的所述长度的基片；

d.在所述基片的所述表面上沿所述第一方向移动所述激光加工单元；

e.提供在所述鼓的一侧的第一卷筒单元，以沿垂直于所述第一方向的第二方向将确定长度的未处理柔性基片从第一筒周期性地分配到所述鼓上，用于在所述鼓上进行加工；

f.提供在所述第一筒和所述鼓之间的第一基片长度补偿器单元，以调节因所述第一筒和所述鼓的差动行程而导致的基片长度的变化；

g.提供所述鼓的另一侧的第二卷筒单元，以在加工后沿所述第二方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕到第二筒上；

h.提供在所述鼓和所述第二筒之间的第二基片长度补偿器单元，以调节因所述鼓和所述第二筒的差动行程而导致的基片长度的变化；以及

i.提供控制系统以控制：

i.将真空周期性施加到所述鼓表面以将确定长度的基片保持在所述鼓表面的一部分上；

ii.所述激光加工单元的操作；

iii.所述激光加工单元沿着所述鼓的长度方向沿所述第一方向的移动；

iv.所述鼓在完整的旋转周期的一部分期间沿一个或两个方向的旋转；以及

v.所述真空从所述鼓表面的周期性释放，以及所述第一筒和所述第二筒的操作以重绕包含已加工区域的某一长度的基片并从所述第一筒展开另一确定长度的未加工基片。

因此，所述装置按如下方式工作：

a)展开单元和重绕单元上的制动器均被释放，并且两个单元被操作，使得分离的某一长度的薄片基片在张力控制下前进，从而使得确定长度的未加工基片材料移动到与鼓的外表面接触；

b)通过鼓表面中的通道、孔或微孔将真空施加到鼓表面中选定的方位角区域，使得确定长度的基片材料牢固地夹紧到鼓表面的该部分上；

c)展开筒和重绕筒均停止，并且制动器被使用；

d)两个薄片长度补偿器被致动以撑起和释放过量的薄片材料，所述过量的薄片材料由于鼓表面的由鼓的旋转引起的沿薄片方向的运动而在鼓的每一侧产生；

e)伺服电动机将鼓旋转到确定的旋转位置，并且激光加工单元在伺服电动机载物台上移动到另一确定的位置，从而连接到激光加工单元的照相机单元能够确定真空夹紧到鼓上的基片区域上的基准标记或其他图案参考的位置；

f)测量参考标记相对于参考位置的准确位置；

g)在鼓和载物台控制软件中进行校正以补偿基片到标准位置的任何测得的角度或位置偏移；

h)鼓上的基片通过加工鼓的适当旋转和激光加工单元的线性运动被加工；

i)从鼓的支撑已加工基片的区域的表面释放真空；

j)展开单元制动器和重绕单元制动器被释放并且两者都在张力控制下被操作，从而某一长度的已加工基片被拉动通过所述装置并且从鼓加工区域移开；

k)重复上述步骤a至j。

由此，所述装置提供了一种用于保持和移动某一长度的连续的柔性非织物基片的一部分的新形式的圆柱形旋转真空卡盘，使得基片或基片上的薄膜可被激光加工。基片是连续的薄片材料的一部分，所述基片从一个鼓展开并且按照分离的多段加工，并在加工后被重绕到另一个鼓上。圆柱形真空卡盘将基片表面保持在激光加工头的焦平面处，从而可在基片中或基片上形成细微尺度、精确对准的图案。

与该装置一起使用的薄片箔状材料可由适于支持微电子装置或传感器装置的任何柔性材料制成。假想所述材料通常是诸如聚酯或聚碳酸酯的聚合物，但也可以使用金属箔或纸箔。箔的厚度通常假想在几十微米至几百微米的范围内，但是，若需要的话较厚的箔也是可能的并且较厚的箔能够从筒开始加工，并且较薄的箔也是可能的。薄片的宽度假想在几百毫米至超过1米的范围内，并且如果需要的话薄片的长度高达几千米，但是较窄的、较宽的和较长的薄片也可与所述装置一起使用。

展开筒单元和重绕筒单元仅在基片材料从筒表面释放时运转，并用来使确定长度的基片前进以进行加工。当鼓上的基片被加工时，展开单元和重绕单元在闭环张力控制下保持静止并且薄片制动器被应用。两个单元上的筒由伺服电动机驱动，并具有来自薄片张力传感器的反馈以便保持薄片内的适当张力从而控制伸长。假想与分离的加工区域长度对应的典型的薄片前进距离将在几百毫米至一米的范围内，但是其他较短和较长的前进和加工距离也是可能的。一个重要特征在于：所述装置是非常灵活的并且被加工基片的长度和分离的未加工基片区域的长度可通过对展开单元和重绕单元的运动适当编程被改变。如果这些单元每次它们操作时展开和重绕相同长度的薄片，则加工长度保持相同。如果使得它们重绕与展开的长度不同的长度，则加工长度可改变。

所述装置的架构是所谓的交叉轴类型的，具有横跨薄片宽度地沿一个轴移动的加工头和被夹紧到鼓表面的沿平行于薄片流向的正交方向移动的待被激光加工的确定长度的基片。待加工的基片的整个区域的覆盖范围以下列模式之一实现：

a)步进扫描模式，其中激光加工单元和加工鼓均间断地移动；

b)横跨薄片的光栅扫描模式，其中激光加工单元进行横跨整个薄片宽度的一系列连续移动，并且每当激光加工单元已经完成一次横跨薄片的传送时，鼓进行一系列旋转步进移动，所述一系列旋转步进移动将连接到表面的基片在小于整个加工长度的距离上移动；

c)沿着薄片的光栅扫描模式，其中鼓进行一系列连续的旋转移动，所述一系列连续的旋转移动将连接到表面的基片在等于整个加工长度的距离上移动，并且每当鼓已经完成一次完整的传送时，激光加工单元进行一系列步进移动，所述一系列步进移动小于整个薄片宽度；和

d)向量写入模式，其中激光加工单元和鼓二者以协调的方式同时移动。

本发明的关键方面在于：加工鼓的所有或一部分表面覆盖有成排的孔或通道或者可替换地具有多孔的陶瓷材料或金属材料的区域，并且这些特征被连接到合适的真空泵以将真空施加到鼓表面上，以便将某一长度的柔性基片夹紧到所述表面以在激光加工期间将其牢固地保持在适当位置。鼓表面中的真空孔或微孔被排列整齐并相互连通，使得可选择性地将真空施加到鼓表面的不同方位角区域。由此，被夹紧到鼓表面的沿薄片流向的某一长度的基片可通过在不同数量的相邻方位角区域中施加真空而被改变。

与所述装置的基片和鼓相关的要点如下：

a)基片的被真空夹紧到鼓表面的区域是能获得的待被激光加工单元激光加工的最大区域；

b)小于整个真空夹紧区域的区域可被激光加工，但是，由于没有与鼓表面精确对准并且可在激光加工期间移动，因此所述夹紧区域之外的区域不能被加工；

c)被真空夹紧到鼓表面的基片材料在激光加工期间总是保持与鼓表面接触，以避免通过基片材料与真空夹紧区域分离而拉紧基片；

d)鼓之前和之后的导辊的位置规定了与鼓表面相接触的基片的长度。如果导辊具有小的直径并且被放置为靠近彼此并靠近鼓表面，那么与鼓表面相接触的基片的长度可接近于鼓的整个周长。对于更远地分离并且距鼓表面更远的导辊来说，与鼓表面相接触的基片的长度减小。在实际情况中，期望与鼓相接触的基片的长度将在鼓周长的二分之一至四分之三的范围内；

e)基片的被真空夹紧到鼓表面的区域的长度必须等于或小于与鼓表面相接触的基片的长度的一半，使得当鼓沿任一方向旋转使得被真空夹紧的长度在激光加工单元下完全地通过的角度时，在真空夹紧区域中的基片永远不会离开鼓表面。以此方式，基片的真空夹紧区域的整个长度被激光加工，并且被加工区域在任何时候都不会从鼓表面抬起和失去位置对准。在实际情况中，期望真空夹紧的基片的长度以及由此能加工的基片的最大长度将在鼓周长的四分之一至八分之三的范围内。

当装置正在以上述四种激光加工单元和鼓结合的运动模式中的任何一种操作时，由于基片连接到旋转鼓上，因此需要处理在鼓和导辊组件的每一侧的过量的基片材料。这通过两个特别的高速薄片长度补偿器单元实现。一个单元位于鼓组件和展开单元之间，另一单元位于鼓组件和重绕单元之间。这两个单元的功能是在鼓沿薄片方向旋转越过其整个行程的一部分或全部时撑起和释放过量的基片材料，而不会妨碍旋转的精度和速度，不会向薄片传递足够的拉拽以导致真空夹紧在鼓上的某一长度的基片相对于鼓表面移动，并且不会损坏基片或基片上的任何未加工或已加工的膜。当所述装置以其中鼓进行高达旋转周期一半的一系列连续旋转移动的沿着薄片的光栅扫描模式操作时，长度补偿器单元需要最强有力地执行。在这种情况下，长度补偿器单元可能需要以高达几米每秒的速度反复地撑起和释放松弛的薄片材料。实际中，长度补偿器单元将最可能由具有密集地间隔的平行辊的布置构成，其中，一个能移动的辊位于两个固定辊之间，使得当该能移动的辊相对于所述固定辊被移动时一定长度的薄片被撑起或分配。如果所述辊被间隔成使得在所述能移动的辊的每一侧的薄片长度是相同的，那么释放或撑起的薄片的长度等于所述辊的行程距离的两倍。该辊的被动移动或主动移动都是可能的。在被动的情形下，辊依靠重力维持薄片张力。在主动的情况下，辊通过包含薄片张力传感器的机械装置被向上或向下驱动。用于薄片长度补偿器单元的其他布置也是可能的。具有一个或多个水平或竖直安装的移动辊的单元可用于满足特定的需求。

各种不同的光学图案形成头可连接到激光加工单元上。这些图案形成头包括：

1.用于将脉冲激光束直接聚焦在薄片表面上以烧蚀基片或基片上的薄膜或者曝光基片上的薄膜的光学系统；

2.使用用于将掩模图案成像在薄片表面上的激光束以烧蚀基片或基片上的薄膜或者曝光基片上的薄膜的光学系统；

3.用于将脉冲激光束聚焦在基片表面上以烧蚀基片或基片上的薄膜或者曝光基片上的薄膜的扫描仪和f-θ透镜系统；

4.使用用于将孔径(aperture)成像在薄片表面上的激光束以烧蚀基片或基片上的薄膜或者曝光基片上的薄膜的扫描仪和f-θ透镜系统。

相同类型或不同类型的多个激光图案形成头可连接到所述激光加工单元。

使用加工单元和鼓二者的同步且连续的运动，或者通过加工头或鼓中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合加工头或鼓中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动，或者通过加工头和鼓二者的一系列间歇运动，激光加工头可用于以多种不同模式在基片表面上的薄膜中形成图案。如果激光加工单元包含一个或多个聚焦型激光束传送头，则确定长度的薄片的整个区域通过激光头和鼓二者的同步且连续的运动或者通过激光头和鼓中的一个沿任一方向的一系列连续运动结合激光头和鼓中的另一个沿任一方向的一系列间歇运动来加工。如果加工单元包含由二维扫描仪和透镜单元构成的一个或多个激光束传送头，则基片的整个加工区域可通过加工单元和鼓沿任一方向的一系列间歇运动以步进扫描模式由所述激光单元形成图案。一种具有二维扫描仪和透镜单元的可替换的布置也是可能的。在这种情况下，确定加工长度的基片的整个区域通过所述扫描仪和透镜单元与所述鼓中的一个沿一个方向的一系列连续的往复运动结合所述扫描仪和透镜单元与所述鼓中的另一个沿另一方向的一系列间歇运动以光栅模式在带中被形成图案。

当使用扫描仪和透镜单元加工基片时，必须要考虑鼓表面的曲率及其对激光束如何很好地被聚焦或成像在鼓表面上的影响。对于扫描仪单元仅沿平行于鼓轴的方向偏转光束的情况，正如当沿薄片方向进行光栅模式加工时会出现的，鼓上的基片表面的曲率对光束聚焦或成像的精度有很小的影响。但是，当正在进行步进扫描模式或横跨薄片宽度的光栅模式加工时，鼓的曲率可能在尤其对于具有较小直径的鼓或对于具有较大光场的扫描仪和透镜单元维持光束聚焦方面产生问题。在这些情况下，对基片曲率的补偿可能是必需的。使用在扫描仪和透镜单元之前设置的、具有动态受控的部件间隔的光学望远镜以改变光束焦点距透镜的距离是克服该问题的一种方法。

任何新施加的图案与基片上的任何现有图案的精确对准是所述装置的最重要的方面之一，这是因为该装置所适用的许多微电子设备制造过程要求在一个或多个下面的图案层的顶部的一个材料层中精确地重叠图案。在实际中，这通过使用连接到激光加工单元的一个或多个照相机单元执行预处理对准过程而实现。所述照相机观察真空夹紧后鼓上的基片表面并配有适当的光学元件和照明光源以观察基片上的现有图案或基准标记。通过驱动激光加工头载物台或鼓旋转的伺服电动机的程序化运动，照相机单元可接近真空夹紧到鼓上的基片的区域上的任何点，以确定基准标记或参考标记的位置。在每一对准标记位置处，在照相机视野内的标记的精确位置被记录，标记相对于参考位置的偏移被计算。在每个分离的基片区域上的两个或更多个标记的精确位置已经被确定之后，待被处理的基片的在鼓上的区域的角度和空间位移可被计算，并在控制激光加工单元和鼓旋转的移动的程序中引入校正。

由于薄片是柔性的并将经受多种处理和加工操作，因此待处理的基片的区域可能发生变形。长度和宽度都会有小量的变化并且所述区域甚至会发生非线性变形。这些基片变形效应都可通过利用对准照相机或多个对准照相机进行补偿，从而确定基片区域上足够多的校准标记的精确位置以允许在校准激光加工单元和鼓的运动之前计算精确的形状，以便使新图案与现有的变形图案精确匹配。

所提出的装置的关键部件是控制系统，该控制系统允许激光加工单元和鼓的程序化的协同的运动以及薄片长度补偿器以及展开单元和重绕单元的操作。该系统还需要能够获取来自校准照相机的数据、确定基准标记的偏移、计算基片上的现有图案的形状和位置，并对控制鼓旋转和激光加工头伺服电动机的程序进行校准，从而使新图案精确覆盖现有图案。所述控制系统还需要控制来自激光器或多个激光器的脉冲的触发，所述激光器用于薄膜烧蚀以及光束扫描仪单元或多个光束扫描仪单元中的偏转镜的操作。

根据以下描述和说明书所附的权利要求书，本发明的其他优选和可选特征将是明显的。

附图说明

现在将结合附图仅通过实例对本发明进行进一步的描述：

图1示出根据本发明实施例的装置的示意性侧视图；

图2示出图1中所示装置的示意性俯视图；

图3示出图1中所示装置的鼓和导辊的放大的侧视图；

图4示出鼓和导辊的可替换版本的侧视图；以及

图5示出鼓和导辊的另一可替换的布置。

具体实施方式

图1

图1示出所述装置的侧视图，示出了连续的柔性材料薄片11，该薄片11从所述装置一侧的展开筒12周期性地展开并周期性地重绕在所述装置另一侧的重绕筒13上。在该图中，展开单元和重绕单元都被示出为顺时针旋转，使得薄片从左向右周期性地前进。两个单元均由伺服电动机驱动，并具有来自薄片张力传感器(未示出)的反馈以便一直维持薄片内的适当张力。所述装置具有圆柱形真空加工鼓14，真空加工鼓14围绕平行于展开鼓和重绕鼓的轴的轴旋转。所述鼓的轴连接到伺服电动机，使得鼓可在旋转周期的一部分期间或者在一个或多个完整的旋转周期时沿任一方向以精确可控的方式旋转。两个导辊15、15’被用于将薄片引导到鼓或者引导来自鼓的薄片，并相对于鼓定位薄片，使得基片在鼓的圆周的主要部分上与鼓表面相接触。在该图中，两个导辊被定位成使得基片在鼓的圆周的几乎一半上与鼓相接触。加工鼓具有在其表面的全部或一部分上的成排的孔或多孔区域，使得真空可以被施加以将某一长度的基片夹紧到鼓表面的一部分上。真空可选择性地施加到鼓表面的不同方位角区域，使得仅基片的与鼓表面相接触的部分被夹紧。所述装置具有激光加工单元16，激光加工单元16连接到鼓上方的台架上的伺服电动机驱动载物台上的移动托架(carriage)。携带激光加工单元的所述载物台的行进方向为沿着鼓的长度沿平行于鼓以及展开筒和重绕筒的旋转轴的方向。激光加工单元具有照相机单元17，照相机单元17连接到激光加工单元以观察基片上的已有图案或基准标记。通过使鼓旋转的伺服电动机和驱动携带激光加工单元的载物台的伺服电动机的程序化运动，基片的被真空夹紧到鼓上的区域上的任何点可被接近，以通过激光加工单元进行加工或通过照相机识别基准标记位置。第一薄片长度补偿器单元18位于展开筒与加工鼓和导辊组件之间，以沿X方向撑起和释放由于加工鼓和所连接的基片的旋转(当展开筒静止时)而在激光加工过程中产生的任何松弛的未加工基片材料。第二薄片长度补偿器单元19位于鼓和导辊组件与重绕单元之间，以沿X方向撑起和释放由于鼓和所连接的基片的旋转(当重绕筒静止时)而产生的任何松弛的已加工基片材料。在操作中，展开单元和重绕单元操作以允许确定长度的基片被移动通过所述设备。施加真空到鼓表面的区域以夹紧待加工的所述确定长度的基片。激光加工单元随后在沿着鼓的长度移动的同时横跨薄片移动，并且鼓在一个完整旋转的一部分上执行旋转移动，以加工整个区域。在激光加工过程中，基片的待加工的整个区域总是保持被真空夹紧到鼓上，第一薄片长度补偿器单元和第二薄片长度补偿器单元分别调节因鼓相对于展开筒和重绕筒的差动行程而产生的鼓的每侧的薄片长度的变化。

图2

图2示出所提出的装置的俯视图，示出了连续的柔性材料薄片21，该薄片21在所述装置的一侧从展开筒22展开，展开筒22围绕平行于第一方向的轴23旋转。该薄片沿垂直于第一方向的第二方向穿过所述装置，并最终在所述装置的相对侧上的重绕筒23上被撑起。所述基片绕能够围绕平行于第一方向的轴旋转的加工鼓24传送。具有平行于第一方向的轴的一对导辊25、26致使薄片改变方向，使得基片与鼓的圆周地相当大的部分相接触。薄片基片的与鼓表面相接触的确定长度的部分被真空夹紧以用于激光加工。激光加工单元27连接到薄片上方的台架28上的载物台上的移动托架上。所述载物台由伺服电动机控制并致使激光加工单元沿Y方向横跨薄片的整个宽度移动。通过鼓和载物台的协调运动，夹紧到加工鼓的所述确定长度的基片的整个区域能够接近激光加工单元并可被激光加工。激光加工完成后，鼓上的真空被释放并且薄片借助致使展开单元和重绕单元运动的控制单元前进。当鼓在激光加工过程中进行部分旋转周期时，加工鼓之前和之后的薄片长度补偿器单元29、210撑起鼓的每一侧的松弛的薄片材料。

图3

图3示出了所述装置的鼓的区域的放大的侧视图。连续的基片材料31经由该图左边的长度补偿器单元(未示出)从展开鼓分配。导辊32朝真空加工鼓33引导基片薄膜。在基片已经绕加工鼓传送之后，基片由第二导辊34再次引导以传送到该图右边的长度补偿器单元和重绕单元(未示出)。加工鼓表面区域的一部分覆盖有成排的孔或多孔材料，使得可施加真空以将基片夹紧到鼓表面的一部分上。真空可被选择性地施加到鼓表面的不同方位角区域，使得仅基片的与鼓表面相接触的部分被夹紧。所述装置具有激光加工单元35，激光加工单元35连接到鼓上方的台架上的伺服电动机驱动载物台上的移动托架。携带激光加工单元的所述载物台的行进方向为沿着鼓的长度，平行于鼓以及展开筒和重绕筒的旋转轴。该图示出了这种情况：其中鼓每一侧的导辊都位于使得基片与鼓表面从位置36到位置36’相接触的位置，位置36到位置36’大约为整个鼓圆周的一半。真空孔或微孔覆盖鼓表面的全部或一部分，但在该图中仅位置37和位置37’之间的区域被致动以将这些点之间的基片牢固地夹紧到鼓表面上。该夹紧区域是被激光加工的区域。基片的被夹紧区域的长度必须等于或小于基片的与鼓表面相接触的长度的一半，使得当鼓顺时针或逆时针旋转时所述真空夹紧区域的端部永远不会离开鼓表面。在该图中，当鼓逆时针旋转约45度时，被夹紧的基片的一个端部从位置37移动到远至但不远于位置36，当鼓顺时针旋转约45度时，另一端部从位置37’移动到远至但不远于位置36’。以此方式，基片的真空夹紧区域的整个长度被激光加工，并且被加工区域的任何部分在任何时候都不会从鼓表面抬起和失去位置对准。在该图中所示的布置中，可被真空夹紧到鼓表面且可被激光加工的基片的最大长度大约等于鼓周长的四分之一。在这种情况下，如果需要例如在由20mm宽的未加工带分隔的600mm长度内激光加工薄片，则可使用的鼓的最小直径约为790mm。

图4

图4示出所述装置的鼓区域的变型的放大的侧视图，其中与鼓表面相接触的基片的长度被布置成比图3中所示的部分更大的整个鼓圆周的一部分。连续的基片材料41经由该图左边的长度补偿器单元(未示出)从展开筒分配。导辊42朝真空加工鼓43的表面引导基片薄膜。在基片已经绕加工鼓传送之后，基片由第二导辊44再次引导以传送到该图右边的长度补偿器单元和重绕单元(未示出)。该图示出了这种情况：其中鼓每一侧的导辊都位于使得基片与鼓表面从位置45到位置45’相接触的位置，位置45到位置45’大约为整个鼓圆周的四分之三。真空孔或微孔覆盖鼓表面的全部或一部分，但在该图中仅位置46和位置46’之间的区域被致动以将这些点之间的基片牢固地夹紧到鼓表面上。该夹紧区域是由激光加工单元47激光加工的区域。基片的夹紧区域的长度必须等于或小于基片的与鼓表面相接触的长度的一半，使得当鼓顺时针或逆时针旋转时真空夹紧区域的端部永远不会离开鼓表面。在该图中，当鼓逆时针旋转约62.5度时，被夹紧的基片的一个端部从位置46移动到远至但不远于位置45，当鼓顺时针旋转约62.5度时，被夹紧的基片的另一端部从位置46’移动到远至但不远于位置45’。以此方式，基片的真空夹紧区域的整个长度被激光加工，并且被加工区域在任何时候都不会从鼓表面抬起和失去位置对准。在该图中所示的布置中，可被真空夹紧到鼓表面且可被激光加工的基片的最大长度大约等于鼓周长的八分之三。在这种情况下，如果需要例如在由20mm宽的未加工带分隔的600mm长度内激光加工薄片，在可使用的鼓的最小直径约为525mm。

图5

图5示出了所述装置的鼓和辊区域的变型的侧视图，其中与鼓相接触的某一长度的基片的中心以及由此激光加工区域的中心位于鼓的侧面而不是前面的图中所示的鼓的顶部。此外，导辊的尺寸和位置已经被布置成使得基片的与鼓相接触的长度最大化。展开筒和长度补偿器单元(未示出)从该图的左侧分配连续的基片材料51。第一导辊52朝真空加工鼓53的表面向下引导基片薄膜。在基片已经绕加工鼓传送之后，基片由导辊54和附加辊55再次引导以传送到该图右侧的长度补偿器单元和重绕单元(未示出)。该图示出了这种情况：其中鼓每一侧的导辊都位于使得基片与鼓表面从位置56到位置56’相接触的位置，位置56到位置56’大约为整个鼓圆周的90％。真空孔或微孔覆盖鼓表面的全部或一部分，但在图中仅位置57和位置57’之间的区域被致动以将这些点之间的基片牢固地夹紧到鼓表面上。该夹紧区域是由激光加工单元58激光加工的区域。基片的夹紧区域的长度必须等于或小于基片的与鼓表面相接触的长度的一半，使得当鼓顺时针或逆时针旋转时真空夹紧区域的端部永远不会离开鼓表面。在该图中，当鼓逆时针旋转约85度时，被夹紧的基片的一个端部从位置57移动到远至但不远于位置56，当鼓顺时针旋转约85度时，另一端部从位置57’移动到远至但不远于位置56’。以此方式，基片的真空夹紧区域的整个长度被激光加工，但是被加工区域在任何时候都不会从鼓表面抬起和失去位置对准。在该图中所示的布置中，可被真空夹紧到鼓表面且可被激光加工的基片的最大长度是与鼓表面相接触的基片的长度的一半并且大约等于鼓周长的45％。在这种情况下，如果需要例如在由20mm宽的未加工带分隔的600mm长度内激光加工薄片，则可使用的鼓的最小直径约为440mm。

根据特殊的要求，可能有除了图中所示的那些之外许多其他的鼓、导辊和激光加工单元布置。在这些图中，激光加工单元被示出为竖直地放置在鼓的上方或水平地放置在鼓的旁边，然而例如鼓的下方或者与竖直或水平成一些倾斜角度的其他位置也是可能的。其他辊可放置在鼓和导辊组件之前或之后的不同位置以使薄片指向任何合适的方向。

因此，上述布置提供了一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性箔状基片以在基片材料中或在基片上的薄膜中形成具有高水平位置精度的高分辨率的二维图案的装置，所述装置包括：

a.圆柱形鼓，所述圆柱形鼓围绕平行于第一方向的轴旋转，并具有覆盖鼓表面的的一部分或全部的成排的孔或微孔区域，使得真空可被施加到鼓表面的所选区域上以在激光加工期间夹紧分离的确定长度的柔性基片并将其保持在所述鼓表面的一部分上的恰当位置处；

b.伺服电动机系统，所述伺服电动机系统用于连续地、或者在一个或多个旋转周期时或在旋转周期的一部分时沿任一方向旋转所述鼓；

c.安装在鼓上面、下面或旁边的激光加工单元；

d.机械装置，所述机械装置用于通过激光加工期间在连续或间歇的反复运动中沿任一方向的运动在所述鼓的一部分或整个长度上沿所述第一方向精确移动所述激光加工单元；

e.位于所述鼓的一侧的第一卷筒单元，所述第一卷筒单元用于沿垂直于所述第一方向的第二方向周期性地分配来自筒的分离的确定长度的未加工柔性基片以用于激光加工，同时保持所示基片内沿第二方向的恒定张力；

f.位于第一筒和所述鼓之间的第一基片长度补偿器单元，所述第一基片长度补偿器单元用于在激光加工期间当长度由于离所述筒较近的端部保持静止而离所述加工鼓较近的另一端部移动而发生变化时调节沿第二方向的所有基片长度变化并保持某一长度的被分配的未加工基片内沿第二方向的恒定张力；

g.位于所述鼓的另一侧的第二基片长度补偿器单元，所述第二基片长度补偿器单元用于在激光加工期间当长度由于一个端部保持静止而另一端部移动而发生变化时调节所有长度变化并保持在某一长度的已加工基片内沿第二方向的恒定张力；

h.第二卷筒单元，所述第二卷筒单元用于在加工之后将分离的确定长度的柔性基片沿第二方向周期性地重绕在圆柱形鼓上，同时保持基片内沿第二方向的恒定张力；

i.控制系统，该控制系统：

i.将真空周期性地施加到鼓表面区域的一部分，以将确定长度的基片夹紧到鼓表面的一部分上，同时保持展开鼓和重绕鼓静止；

ii.使激光加工单元能够被精确地定位在沿第一方向沿着鼓的长度的任何点处；

iii.在整个旋转周期的一部分期间旋转卡盘，并且借助于加工单元和鼓的同步的连续运动或者借助于加工单元或鼓中的一个沿任一方向的一系列连续的运动结合加工单元或鼓中的另一个沿任一方向的一系列间歇的运动在鼓长度的全部或一部分上移动激光加工单元；

iv.操作激光加工单元；

v.从基片的已加工长度下面的鼓表面周期性地释放真空，同时操作展开鼓单元和重绕鼓单元以便重绕包含已加工区域的整个长度的某一长度的基片并展开分离的确定长度的未加工基片，被展开的所述确定长度的未加工基片与被重绕的基片相同或不同。

Claims (10)

1.一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性箔状基片以在所述基片上形成具有高水平位置精度的高分辨率的二维图案的装置，所述装置包括：

a.圆柱形鼓，所述圆柱形鼓被安装成能围绕平行于第一方向的轴旋转，且在所述鼓的表面的一个或多个区域上是多孔的或具有一排孔，从而能通过所述多孔的区域或所述孔施加真空以将确定长度的所述柔性基片保持在所述鼓表面的一部分上；

b.电动机系统，所述电动机系统用于使所述鼓围绕所述轴沿一个或两个方向旋转；

c.邻接所述鼓安装的激光加工单元，所述激光加工单元用于加工保持在所述鼓的表面上的所述长度的基片；

d.机械装置，所述机械装置用于在所述基片的表面上方沿所述第一方向精确移动所述激光加工单元；

e.位于所述鼓的一侧的第一卷筒单元，所述第一卷筒单元用于沿垂直于所述第一方向的第二方向周期性地将确定长度的未处理的柔性基片从第一筒分配到所述鼓上，以用于在所述鼓上进行加工；

f.位于所述第一筒和所述鼓之间的第一基片长度补偿器单元，所述第一基片长度补偿器单元用于调节因所述第一筒和所述鼓的差动行程而导致的基片长度的变化；

g.位于所述鼓的另一侧的第二卷筒单元，所述第二卷筒单元用于在加工后沿所述第二方向周期性将确定长度的所述柔性基片重绕到第二筒上；

h.位于所述鼓和所述第二筒之间的第二基片长度补偿器单元，所述第二基片长度补偿器单元用于调节因所述鼓和所述第二筒的差动行程而导致的基片长度的变化；以及

i.控制系统，所述控制系统被设置成控制：

i.将真空周期性施加到所述鼓表面以将确定长度的基片保持在所述鼓表面的一部分上；

ii.所述激光加工单元的操作；

iii.所述激光加工单元沿着所述鼓的长度沿所述第一方向的移动；

iv.所述鼓在完整的旋转周期的一部分期间沿一个或两个方向的旋转；以及

v.所述真空从所述鼓表面的周期性释放，以及所述第一筒和所述第二筒的操作以重绕包含已加工区域的某一长度的基片并从所述第一筒展开另一确定长度的未加工基片。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光加工单元包括一个或多个光学机构，所述光学机构用于将激光束导向到所述基片的所述表面上以通过烧蚀的方法在所述基片的所述表面中形成图案。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光加工单元包括一个或多个光学机构，所述光学机构用于将激光束导向到所述基片的所述表面上以通过曝光或热固化的方法在所述基片的所述表面中形成图案。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述激光加工单元包括用于聚焦或成像激光束的一个或多个透镜单元，并且被如此布置以致所述鼓和激光加工的结合运动使得：所述确定长度的基片通过所述激光加工单元和所述鼓两者的同步的连续运动被加工，或者通过所述激光加工单元和所述鼓中的一个的一系列连续的往复运动结合所述激光加工单元和所述鼓中的另一个的一系列间歇运动被加工。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述激光加工单元包括一个或多个二维激光束扫描仪和透镜单元，并且被如此布置以致所述鼓和激光加工单元的结合运动使得：所述确定长度的基片通过所述加工单元和所述鼓的一系列间歇运动由所述二维激光束扫描仪和透镜单元以步进扫描模式加工。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述激光加工单元包括一个或多个二维激光束扫描仪和透镜单元，并且所述鼓和激光加工单元的结合运动使得所述确定长度的基片通过所述激光加工单元和所述鼓中的一个的一系列连续的往复运动结合所述激光加工单元和所述鼓中的另一个的一系列间歇运动由所述二维激光束扫描仪和透镜单元以光栅模式在带内加工。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述激光加工单元包括一个或多个照相机，所述照相机用于识别当所述确定长度的基片被保持在所述鼓上时所述基准标记在所述确定长度的基片上的位置，使得由所述激光加工头形成的所述图案与所述标记对准。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括定位在所述鼓与所述第一和/或基片长度补偿器单元之间的一个或多个导辊，所述导辊用于当所述基片传送到所述鼓和/或从所述鼓传送时引导所述基片。

9.根据权利要求8所述的装置，具有在所述鼓一侧的第一导辊和在所述鼓另一侧的第二导辊，所述第一导辊用于在所述基片传送到所述鼓时引导所述基片，所述第二导辊用于在接收来自所述鼓的所述基片时引导所述基片，所述第一导辊和第二导辊的尺寸和/或位置决定当所述基片绕所述鼓传送时与所述基片接触的所述鼓的圆周部分。

10.一种用于在分离的确定长度内加工长的连续的多段柔性箔状基片以在所述基片上形成具有高水平的位置精度的高分辨率的二维图案的方法，所述方法包括下述步骤：

a.提供圆柱形鼓，所述圆柱形鼓被安装成能围绕平行于第一方向的轴旋转，所述鼓在所述鼓的表面的一个或多个区域上是多孔的或具有一排孔，从而可通过所述多孔的区域或所述孔施加真空以将确定长度的所述柔性基片保持在所述鼓表面的一部分上；

b.使所述鼓围绕所述轴沿一个或两个方向旋转；

c.邻接所述鼓安装激光加工单元，以加工保持在所述鼓的所述表面上的所述长度的基片；

d.在所述基片的所述表面上沿所述第一方向移动所述激光加工单元；

e.提供在所述鼓的一侧的第一卷筒单元，以沿垂直于所述第一方向的第二方向将确定长度的未处理柔性基片从第一筒周期性地分配到所述鼓上，用于在所述鼓上进行加工；

f.提供在所述第一筒和所述鼓之间的第一基片长度补偿器单元，以调节因所述第一筒和所述鼓的差动行程而导致的基片长度的变化；

g.提供所述鼓的另一侧的第二卷筒单元，以在加工后沿所述第二方向将确定长度的所述柔性基片周期性地重绕到第二筒上；

h.提供在所述鼓和所述第二筒之间的第二基片长度补偿器单元，以调节因所述鼓和所述第二筒的差动行程而导致的基片长度的变化；以及

i.提供控制系统以控制：

i.将真空周期性施加到所述鼓表面以将确定长度的基片保持在所述鼓表面的一部分上；

ii.所述激光加工单元的操作；

iii.所述激光加工单元沿着所述鼓的长度方向沿所述第一方向的移动；

iv.所述鼓在完整的旋转周期的一部分期间沿一个或两个方向的旋转；以及

v.所述真空从所述鼓表面的周期性释放，以及所述第一筒和所述第二筒的操作以重绕包含已加工区域的某一长度的基片并从所述第一筒展开另一确定长度的未加工基片。

Images