CN103071926A

CN103071926A - 用于刻纳米银导电材料的装置及其方法

Info

Publication number: CN103071926A
Application number: CN2012105824634A
Authority: CN
Inventors: 赵裕兴; 狄建科; 张伟
Original assignee: Suzhou Delphi Laser Co Ltd
Current assignee: Suzhou Delphi Laser Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明涉及用于刻纳米银导电材料的装置及其方法，激光器发出的激光依次经光闸、1/2波片和格兰棱镜后射入扩束镜对光束进行同轴扩束，经扩束镜扩束准直后的激光到达全反镜片，经全反镜片反射后的激光射入振镜系统，射出振镜系统的激光经远心场镜后聚焦到被吸附于真空吸附平台上的待加工件上。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纳米银导电材料进行激光蚀刻，使纳米银导电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，加工方式简单、效率高，且无需耗材。

Description

用于刻纳米银导电材料的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种激光微加工设备，尤其涉及一种用于刻纳米银导电材料的装置及其方法。

背景技术

现在市场上大多使用ITO作为导电膜，但现有ITO材料的导电率及透光性等特性已经无法满足高端应用的需求；使用银纳米粉末可以制备具有优良表面状态和稳定电阻的导电带。若应用纳米银粉替代微米银粉制备导电胶, 可以节约50 %Ag ; 可用很薄的导电胶涂层连接金属和陶瓷, 涂层膜均匀平整。在微电子工业中, 使用光刻技术所产生的最小线宽是几百个纳米, 采用深紫外线光刻可能产生100nm 左右的最小线宽, 电子束光刻可给出10nm 以上线宽。但是若以银原子簇原型长丝装配元件, 则可大大提高分辨和实现微型化。银原子簇材料还可以通过组装或剪裁以适应更广泛的应用, 如在电子元件、计算元件和传感器中的应用等。利用银原子簇的分频和倍频散射特性, 银原子簇可用做非线性光学介质。利用纳米银粒子P介孔SiO₂复合材料光吸收谱特性和呈现透明P不透明的可逆转变, 可以发展为光开关材料。利用纳米银粒子P半导体氧化物(BaO、CsAg) 复合材料(薄膜材料) 的光电效应, 可以发展Ag -CsO 和Ag - BaO 超快时间响应的复合介质光电发射材料和适用于超短光脉冲检测和超快响应的光开关材料。

纳米银的底阻值、高透光、高稳定性、低价格的特性可以是触摸屏制作成无不可视区域；凭借这些优势纳米银是替代现有导电材料较好的选择；使用激光蚀刻方法去除已纳米银为导电的材料具有非接触、无污染环境、易控制等特性，使其成为当代导电材料线宽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。用激光器蚀刻导电材料可以达到较稳定的线宽，导电材料的线宽最细可以达到20um，可以更精密的制作出较为复杂的图形，激光刻蚀时可以方便的更换蚀刻图形，无废弃物产生，可大量节省研发成本及缩短产品开发周期。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于刻纳米银导电材料的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于刻纳米银导电材料的装置，特点是：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，所述激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有1/2波片，1/2波片的输出端布置有格兰棱镜，格兰棱镜的输出端依次布置有扩束镜和全反镜片，全反镜片的输出端依次布置有振镜系统和远心场镜，在振镜系统上安装有高度测量仪，远心场镜的输出端正对于真空吸附平台，所述真空吸附平台的上方布置有对位观察系统，所述真空吸附平台的一侧布置有吹气系统，另一侧安装有集尘系统；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。

进一步地，上述的用于刻纳米银导电材料的装置，其中，所述激光器是波长为195nm～1064nm、脉宽在1ps～500ns、频率在1KHz～1000KHz、M²<2.5的激光器；所述高度测量仪为非接触式高度测量仪；所述扩束镜为2X～20X的扩束镜；所述远心场镜是规格为F30~F250的远心场镜。

上述装置用于刻纳米银导电材料的方法，包含以下步骤：

1）激光器发出的激光依次经光闸、1/2波片和格兰棱镜后射入扩束镜对光束进行同轴扩束，经扩束镜扩束准直后的激光到达全反镜片，经全反镜片反射后的激光射入振镜系统，射出振镜系统的激光经远心场镜后聚焦到被吸附于真空吸附平台上的待加工件上，使聚焦光斑在5um～20um；

2）作为待加工件的纳米银导电材料吸附于真空吸附平台上，通过高度测量仪进行实时测量，将测量数据反馈给工控机，工控机对数据进行处理从而调整焦距，保证焦点始终聚焦在纳米银导电材料表面的导电膜上；

3）进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的对位观察系统对蚀刻图形进行定位，随后开始激光刻蚀；

4）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纳米银导电材料的导电膜的上方两侧的吹气系统和集尘系统，蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统中。

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纳米银导电材料进行激光蚀刻，使纳米银导电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，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。加工方式简单、效率高，且无需耗材。

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：本发明的结构示意图。

具体实施方式

用于刻纳米银导电材料的装置，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，激光器1的输出端布置有光闸2，光闸2的输出端设置有1/2波片3，1/2波片3的输出端布置有格兰棱镜4，格兰棱镜4的输出端依次布置有扩束镜5和全反镜片6，全反镜片6的输出端依次布置有振镜系统7和远心场镜8，在振镜系统7上安装有高度测量仪16，远心场镜8的输出端正对于真空吸附平台13，所述真空吸附平台13的上方布置有对位观察系统9，真空吸附平台13的一侧布置有吹气系统11，另一侧安装有集尘系统10；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，激光器1是波长为195nm～1064nm、脉宽在1ps～500ns、频率在1KHz～1000KHz、M²<2.5的激光器；高度测量仪16为非接触式高度测量仪；扩束镜5为2X～20X的扩束镜；远心场镜8是规格为F30~F250的远心场镜。

激光器1发出的激光经光闸2控制开关光，具体可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1/2波片3，调节1/2波片配合格兰棱镜4可以实现一定范围内功率可调，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，使激光全部反射到振镜系统7配合着远心场镜8可以准确的控制激光聚焦到纳米银导电材料上的导电膜上，使其蚀刻效果更加稳定；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，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待加工件12上；待加工件12被真空吸附平台13吸附，通过非接触式高度测量仪16测量，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纳米银导电材料上表面的导电膜上；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。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。

上述装置用于刻纳米银导电材料的方法，包含以下步骤：

1）激光器1发出的激光依次经光闸2、1/2波片3和格兰棱镜4后射入扩束镜5对光束进行同轴扩束，经扩束镜5扩束准直后的激光到达全反镜片6，经全反镜片6反射后的激光射入振镜系统7，射出振镜系统7的激光经远心场镜8后聚焦到被吸附于真空吸附平台13上的待加工件12上，使聚焦光斑在5um～20um；

2）作为待加工件12的纳米银导电材料吸附于真空吸附平台13上，通过高度测量仪16进行实时测量，将测量数据反馈给工控机14，工控机14对数据进行处理从而调整焦距，保证焦点始终聚焦在纳米银导电材料表面的导电膜上；

3）进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的对位观察系统9对蚀刻图形进行定位，随后开始激光刻蚀；只需在第一次建立模板，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；

4）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的纳米银导电材料的导电膜的上方两侧的吹气系统11和集尘系统10，蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统10中。

在进行蚀刻时纳米银导电材料导电膜的去除需要在较小焦深下进行，因此采用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（2X-20X表示扩束镜的方法倍数为2~20）扩束，再加上F30~F250的远心场镜进行加工蚀刻导电膜层。

综上所述，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纳米银导电材料进行激光蚀刻，使纳米银导电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，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。加工方式简单、效率高，且无需耗材。

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

1.用于刻纳米银导电材料的装置，其特征在于：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）的输出端布置有光闸（2），光闸（2）的输出端设置有1/2波片（3），1/2波片（3）的输出端布置有格兰棱镜（4），格兰棱镜（4）的输出端依次布置有扩束镜（5）和全反镜片（6），全反镜片（6）的输出端依次布置有振镜系统（7）和远心场镜（8），在振镜系统（7）上安装有高度测量仪（16），远心场镜（8）的输出端正对于真空吸附平台（13），所述真空吸附平台（13）的上方布置有对位观察系统（9），所述真空吸附平台（13）的一侧布置有吹气系统（11），另一侧安装有集尘系统（10）；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。

2.根据权利要求1所述的用于刻纳米银导电材料的装置，其特征在于：所述激光器（1）是波长为195nm～1064nm、脉宽在1ps～500ns、频率在1KHz～1000KHz、M²<2.5的激光器。

3.根据权利要求1所述的用于刻纳米银导电材料的装置，其特征在于：所述高度测量仪（16）为非接触式高度测量仪。

4.根据权利要求1所述的用于刻纳米银导电材料的装置，其特征在于：所述扩束镜（5）为2X～20X的扩束镜。

5.根据权利要求1所述的用于刻纳米银导电材料的装置，其特征在于：所述远心场镜（8）是规格为F30~F250的远心场镜。

6.权利要求1所述装置用于刻纳米银导电材料的方法，其特征在于包含以下步骤：

1）激光器（1）发出的激光依次经光闸（2）、1/2波片（3）和格兰棱镜（4）后射入扩束镜（5）对光束进行同轴扩束，经扩束镜（5）扩束准直后的激光到达全反镜片（6），经全反镜片（6）反射后的激光射入振镜系统（7），射出振镜系统（7）的激光经远心场镜（8）后聚焦到被吸附于真空吸附平台（13）上的待加工件（12）上，使聚焦光斑在5um～20um；

2）作为待加工件（12）的纳米银导电材料吸附于真空吸附平台（13）上，通过高度测量仪（16）进行实时测量，将测量数据反馈给工控机（14），工控机（14）对数据进行处理从而调整焦距，保证焦点始终聚焦在纳米银导电材料表面的导电膜上；

3）进行CCD定位；利用具有CCD自动抓靶功能的对位观察系统（9）对蚀刻图形进行定位，随后开始激光刻蚀；

4）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）的纳米银导电材料的导电膜的上方两侧的吹气系统（11）和集尘系统（10），蚀刻产生的粉尘全部吸入集尘系统（10）中。