CN102744521A - 一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述装置包含有激光刻蚀设备，所述激光刻蚀设备包含有激光器（1）、光闸（2）、1/2波片（3）、格兰棱镜（4）、扩束镜（5）、全反镜片（6）、振镜系统（7）和远心场镜（8），所述激光器（1）发出的激光经过电动光闸（2）进入扩束镜（5）进行同轴扩束，经扩束镜（5）扩束后的激光到达全反镜片（6），经全反镜片（6）反射后的激光经由1/2波片（3）和格兰棱镜（4）后射入振镜系统（7），射出振镜系统（7）经远心场镜（8）聚焦到作为待加工件（12）的有机玻璃的导电膜层上。本发明涉及一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，加工简单、效率高且无需耗材。

Description

一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置及方法，属于近场光学、电子触控设计技术和激光微加工技术领域。

背景技术

传统的触摸屏导电材料基材多为PET和GLASS，此类基材多数为国外进口材料，供货周期较长且成本较高，有较多的局限性；况且现触摸屏领域都为单面蚀刻工艺进行，这样无法降低触摸屏产品最终的厚度，制约了触摸屏向较薄方向发展的进程；若使用以有机玻璃为基底的制作工艺在国内可以很容易找到合适材料，且价格相对低廉，制造工艺较为简单，对设备的成本和材料成本有较大的改善；再加上双面制成工艺，可以将触摸屏产品厚度再降低1mm左右，在触摸屏领域上是一个新的突破；

但是，传统的湿刻触摸屏上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。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供加工简单、效率高且无需耗材的一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述装置包含有激光刻蚀设备，所述激光刻蚀设备包含有激光器、光闸、1/2波片、格兰棱镜、扩束镜、全反镜片、振镜系统和远心场镜，所述激光器发出的激光经过电动光闸进入扩束镜进行同轴扩束，经扩束镜扩束后的激光到达全反镜片，经全反镜片反射后的激光经由1/2波片和格兰棱镜后射入振镜系统，射出振镜系统经远心场镜聚焦到作为待加工件的有机玻璃的导电膜层上。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述激光器为高频率短脉冲激光器。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述装置包含有高度测量仪，且高度测量仪设置于振镜系统上。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述高度测量仪为非接触式高度测量仪。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述激光器、振镜系统和高度测量仪均通过通讯系统与工控机相连。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述作为待加工件的有机玻璃通过夹紧气缸进行固定，所述作为待加工件的有机玻璃的导电膜层的上方设置有一CCD对位观察系统。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，所述作为待加工件的有机玻璃的导电膜层的上方两侧分别设置有集尘系统和吹气系统。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，所述方法包含有以下步骤：

步骤一、激光器发出的激光经过扩束镜准直扩束后，经1/2波片和格兰棱镜进行功率调节，再通过振镜系统和具有较小焦距的远心场镜聚焦，使聚焦光斑在5um～20um； 

步骤二、将有机玻璃导的四壁固定在夹紧气缸上，配合着高度测量仪进行实时测量，将测量数据反馈给工控机，工控机会对数据进行处理从而调整焦距，有效的保证焦点始终聚焦在有机玻璃上下表面的导电膜层上；

步骤三、进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的CCD对位观察系统，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。

步骤四：激光按照设计图形进行蚀刻时，同时打开设置于作为待加工件的有机玻璃的导电膜层的上方两侧的集尘系统和吹气系统，确保蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统中。

本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，所述激光器为M²<1.5的高频率的脉冲激光器，所述扩束镜为2X-20X的扩束镜，所述远心场镜的规格为F30~F250。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

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有机玻璃的双面导电膜层（ITO导电膜层）同时进行激光蚀刻，使有机玻璃导电膜层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，其中非接触式高度测量仪时时校准保证了激光蚀刻工作距的稳定性，产生的粉尘在经过特制的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

图1为本发明一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置的结构示意图。

其中：

激光器1、光闸2、1/2波片3、格兰棱镜4、扩束镜5、全反镜片6、振镜系统7、远心场镜8、CCD对位观察系统9、集尘系统10、吹气系统11、待加工件12、夹紧气缸13、工控机14、通讯系统15、高度测量仪16。

具体实施方式

参见图1， 本发明涉及一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，加工的材料为以有机玻璃为基底双面镀ITO导电材料，所述装置包含有两套激光刻蚀设备，所述设备包含有激光器1、光闸2、1/2波片3、格兰棱镜4、扩束镜5、全反镜片6、振镜系统7和远心场镜8，所述激光器1发出的激光经过电动光闸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控制激光光束后然后通过扩束镜5对光束进行同轴扩束，一方面改善光束传播的发散角，从而达到光路准直的目的；另外一方面，对激光光束同轴扩束，使得聚焦后光斑和焦深更小，从而实现激光稳定刻蚀的目的；经扩束镜5扩束准直后光束到达全反镜片6改变光路，激光改变光路后经过1/2波片3，调节1/2波片配合格兰棱镜4可以实现0%～100%范围内功率可调，对激光器功率的选择提供很大的便利；然后经过调整后的激光束到达振镜系统7配合着远心场镜8可以准确的控制激光作为待加工件12的有机玻璃的导电膜层上，使其蚀刻效果更佳稳定，且两套激光刻蚀设备发出的激光分别垂直入射到有机玻璃的上下两层导电膜层上；

所述作为待加工件12的有机玻璃通过夹紧气缸13进行固定，所述作为待加工件12的有机玻璃的上下两层导电膜层的上方两侧分别设置有集尘系统10和吹气系统11，用于除去刻蚀时产生的粉尘颗粒，所述作为待加工件12的有机玻璃的上层导电膜层的上方设置有一CCD对位观察系统9，

所述装置包含有对称设置于有机玻璃两侧的高度测量仪16，且高度测量仪16设置于振镜系统7上；所述激光器1、振镜系统7和高度测量仪16均通过通讯系统15与工控机14相连；

其中，所述激光器1为高频率短脉冲激光器，所述高度测量仪16为非接触式高度测量仪。

使用时，激光器1和振镜系统7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加工材料12上；加工材料12同时被夹紧气缸13固定，通过高度测量仪16测量振镜系统7与有机玻璃的距离，将测量数据反馈给控制系统，控制系统会对数据进行处理从而调整焦距，有效的保证焦点始终在有机玻璃上表面的ITO层上；经过CCD对位观察系统9将导入的定位标拍摄并抓取靶标，然后控制加工。此时，吹气系统11和集尘系统10同时开始工作，使得加工过程稳定，高频率的短脉冲激光蚀刻完成一个单元后，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。 

本发明涉及的一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，该方法包含有以下步骤：

步骤一、激光器1发出的激光经过扩束镜5准直扩束后，经1/2波片3和格兰棱镜4进行功率调节，再通过振镜系统7和具有较小焦距的远心场镜8聚焦，使聚焦光斑在5um～20um，其中振镜系统7一次性加工一个单元，且振镜系统7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；

步骤二、将有机玻璃导的四壁固定在夹紧气缸13上，保证附有导电膜层的双面ITO有机玻璃放置很好，此种装置对加工导电膜的工作距要求较高，配合着高度测量仪16进行实时测量，将测量数据反馈给工控机14，工控机14会对数据进行处理从而调整焦距，有效的保证焦点始终在有机玻璃上表面的ITO导电膜层上；

步骤三、进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的CCD对位观察系统9，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；

步骤四、激光按照设计图形进行蚀刻，在蚀刻的同时打开吹气系统11和集尘系统10，确保蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统10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；

步骤五、此种有机玻璃导电膜层的去除需要在较小焦深下进行，因此我们采用M²<1.5（M²表示激光器的光束质量因子）的高频率的脉冲激光器，配合2X-20X扩束，再加上远心场镜（包括f30~f250）进行加工蚀刻导电膜层。

Claims (10)

1.一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述装置包含有激光刻蚀设备，所述激光刻蚀设备包含有激光器（1）、光闸（2）、1/2波片（3）、格兰棱镜（4）、扩束镜（5）、全反镜片（6）、振镜系统（7）和远心场镜（8），所述激光器（1）发出的激光经过电动光闸（2）进入扩束镜（5）进行同轴扩束，经扩束镜（5）扩束后的激光到达全反镜片（6），经全反镜片（6）反射后的激光经由1/2波片（3）和格兰棱镜（4）后射入振镜系统（7），射出振镜系统（7）经远心场镜（8）聚焦到作为待加工件（12）的有机玻璃的导电膜层上。

2.如权利要求1所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述激光器（1）为高频率短脉冲激光器。

3.如权利要求1所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述装置包含有高度测量仪（16），且高度测量仪（16）设置于振镜系统（7）上。

4.如权利要求3所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述高度测量仪（16）为非接触式高度测量仪。

5.如权利要求1或2或3所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述激光器（1）、振镜系统（7）和高度测量仪（16）均通过通讯系统（15）与工控机（14）相连。

6.如权利要求5所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述作为待加工件（12）的有机玻璃通过夹紧气缸（13）进行固定，所述作为待加工件（12）的有机玻璃的导电膜层的上方设置有一CCD对位观察系统（9）。

7.如权利要求6所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，其特征在于：所述作为待加工件（12）的有机玻璃的导电膜层的上方两侧分别设置有集尘系统（10）和吹气系统（11）。

8.一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求6所述的一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的装置，该方法包含有以下步骤：

步骤一、激光器（1）发出的激光经过扩束镜（5）准直扩束后，经1/2波片（3）和格兰棱镜（4）进行功率调节，再通过振镜系统（7）和具有较小焦距的远心场镜（8）聚焦，使聚焦光斑在5um～20um； 

步骤二、将有机玻璃导的四壁固定在夹紧气缸（13）上，配合着高度测量仪（16）进行实时测量，将测量数据反馈给工控机（14），工控机（14）会对数据进行处理从而调整焦距，有效的保证焦点始终聚焦在有机玻璃上下表面的导电膜层上；

步骤三、进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的CCD对位观察系统（9），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。

9.如权利要求8所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，其特征在于：所述方法还包含有步骤四：激光按照设计图形进行蚀刻时，同时打开设置于作为待加工件（12）的有机玻璃的导电膜层的上方两侧的集尘系统（10）和吹气系统（11），确保蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统（10）中。

10.如权利要求8所述一种脉冲激光刻蚀有机玻璃上双面导电膜层的方法，其特征在于：所述激光器（1）为M²<1.5的高频率的脉冲激光器，所述扩束镜（5）为2X-20X的扩束镜，所述远心场镜（8）的规格为F30~F250。