CN103586586A - 用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法，包括用于吸附膜材的真空平台、激光器和振镜，所述激光器和振镜之间设有扩束镜，所述真空平台的上方设有CCD图像传感器，所述真空平台的一侧设有吹气装置，另一侧设有集尘装置。本发明提供的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法，采用高频率的短脉冲激光器作为激光源进行激光蚀刻，通过小幅面振镜蚀刻来完成膜材蚀刻，产生的粉尘经过吹气系统和集尘系统集尘，从而可以避免现有技术成本高，效率低、加工局限大以及污染大等缺陷，简化刻蚀过程并提高精度。

Description

用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种导电薄膜的刻蚀装置及其控制方法，尤其涉及一种用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法。
背景技术
传统的触摸屏上的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的时间长，而且需要投入的治具、耗材及人力成本是比较高的；另外生产过程中产生的废水及废酸等对环境的污染也较为严重，整个工艺流程也造成了能源的浪费。黄光刻蚀工艺则是需要前期投入较大，成本高昂，对于材料的选择性也较为狭隘，不适合市场上所有导电膜层的制作方法，再加上日常维护、耗材及人力成本也比较大，从而导致整个成品生产成本的急剧增加，应用领域也就受到了很大的限制。
此外，传统的蚀刻触摸屏上的导电膜层线路实现的线宽最细只能达到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
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法，能够利用脉冲激光通过光纤聚焦将激光束聚焦为20-50um的光斑，聚焦后光斑达到材料的去除能量值，通过高速扫描振镜系统精密快速扫描，简化刻蚀过程，降低成本并提高精度。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，包括用于吸附膜材的真空平台、激光器和振镜，所述激光器和振镜之间设有扩束镜，所述真空平台的上方设有CCD图像传感器，所述真空平台的一侧设有吹气装置，另一侧设有集尘装置。
上述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其中，所述CCD图像传感器位于膜材的正上方。
上述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其中，所述激光器波长范围为1060-1090nm，脉宽范围为1-200ns，频率范围为5KHz-1MHz。
上述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其中，所述激光器、振镜通过通信模块和工控机相连。
本发明为解决上述技术问题还提供一种用于上述透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，包括如下步骤：a)将待加工膜材通过真空吸附固定在真空平台上；b)将激光器发出的激光经过扩束镜对光束进行同轴扩束，控制聚焦后的光斑大小为20-50um；c)振镜将光束聚焦于待加工膜材表面，扫描图形转化为数字信号后在待加工材膜材表面进行刻蚀；d)CCD图像传感器导入定位标拍摄，并抓取靶标进行精度定位控制；e)吹气装置产生气流吹走蚀刻产生的粉尘，并通过集尘装置收集粉尘。
上述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，其中，所述振镜的一次性移动范围为110mm×110mm、140mm×140mm或170mm×170mm，通过多次移位反复刻蚀，最终实现整个加工幅面的刻蚀。
上述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，其中，所述真空平台上设有光栅尺监测并反馈位置信息。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置及其控制方法，采用高频率的短脉冲激光器作为激光源进行激光蚀刻，通过小幅面振镜蚀刻来完成膜材蚀刻，产生的粉尘经过吹气系统和集尘系统集尘，从而可以避免现有技术成本高，效率低、加工局限大以及污染大等缺陷。此外，本发明通过多次移动拼接，使用激光蚀刻能将线宽很容易就能做到20um甚至更细；设备操作简单，可实现一人同时控制和操作多台设备，人力成本大为降低，效率也更高；并且激光蚀刻具有非接触、无污染环境、易控制等优点。
附图说明
图1为本发明用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置结构示意图。
图中：
1真空平台    2激光器         3扩束镜
4振镜        5CCD图像传感器  6吹气装置
7集尘装置   8工控机   9通信模块
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置结构示意图。
请参见图1，本发明提供的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置包括用于吸附膜材的真空平台1、激光器2和振镜4，所述激光器2和振镜4之间设有扩束镜3，所述真空平台1的上方设有CCD图像传感器5(Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件)，所述真空平台1的一侧设有吹气装置6，另一侧设有集尘装置7。
本发明提供的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，所述CCD图像传感器5最好位于膜材的正上方；所述激光器2波长范围为1060-1090nm，脉宽范围为1-200ns，频率范围为5KHz-1MHz；所述激光器2、振镜4通过通信模块9和工控机8相连。
本发明还提供一种用于上述透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：将待加工膜材通过真空吸附固定在真空平台1上，脉冲激光刻蚀设备包含高频率短脉冲激光器、扩束镜、振镜和场镜。待加工膜材上方布置有CCD对位观察系统，待加工材料一侧布置有吹气装置6，另一侧安装有集尘装置7，激光器2和振镜4通过通讯模块9连接工控机8。本发明运用高频率的短脉冲激光刻蚀ITO薄膜上的导电膜层，加工材料以PET薄膜为基底的ITO导电材料，激光聚焦在ITO薄膜材料上，从而达到蚀刻效果。
步骤S2：将激光器2发出的激光经过扩束镜3对光束进行同轴扩束，控制聚焦后的光斑大小为20-50um。本发明的脉冲激光刻蚀装置用于刻蚀ITO薄膜上的导电膜层时，加工前激光焦点聚焦位于膜材的上表面，高频短脉冲激光器发出的激光经过扩束镜3对光束进行同轴扩束，一方面改善了光束传播的发散角，达到光路准直的目的；另一方面，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。
步骤S3：扩束镜3扩束准直后光束到达振镜4，振镜4将光束聚焦于待加工膜材表面，扫描图形转化为数字信号，图形转化在待加工材料的表面上进行刻蚀，待加工膜材由真空平台1吸附固定。
步骤S4：CCD图像传感器5对位观察系统将导入的定位标拍摄并抓取靶标，然后控制加工。
步骤S5：蚀刻产生的粉尘由吹气装置6产生气流，并通过集尘装置7收集粉尘，使得加工过程稳定，高频率的短脉冲激光可是刻蚀好110mm×110mm或140mm×140mm或170mm×170mm以内单元后，平台移动至下一单元，激光器2再开始加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。
本发明利用精密光学系统处理的光路聚焦系统，采用高频率的短脉冲激光器，对触摸屏上导电膜层线路进行刻蚀，以得到较细较稳定的线宽，且不损伤基底。激光器2经过扩束镜3准直扩束后，通过场镜聚焦，使得聚焦光斑在10um左右，其中振镜4一次性加工范围为110mm×110mm或140mm×140mm或170mm×170mm以内，高精度的扫描振镜头不受环境温度漂移影响，保证工作时间上扫描的一致性，实现工业上的稳定性量产要求。真空平台1平面度精度很高，将ITO薄膜通过真空吸附固定在真空平台1上，可以保证ITO薄膜放置的很好，且产品在加工过程中不移位；进行CCD定位，系统含有CCD自动抓靶功能，只需第一次在软件中建立模块，将导入的图像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，后续同一批次产品可以直接自动抓靶及定位。激光器2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，以提高激光器蚀刻ITO和银浆工艺的重复性和稳定性。振镜头蚀刻好加工幅面后，平台移动至下一个幅面单元，再开始重复加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。系统运动是X-Y-Z三轴联动方式，使用光栅尺监测并反馈位置信息，可以达到高精度的定位操作运行。
虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其特征在于，包括用于吸附膜材的真空平台(1)、激光器(2)和振镜(4)，所述激光器(2)和振镜(4)之间设有扩束镜(3)，所述真空平台(1)的上方设有CCD图像传感器(5)，所述真空平台(1)的一侧设有吹气装置(6)，另一侧设有集尘装置(7)。
2.如权利要求1所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其特征在于，所述CCD图像传感器(5)位于膜材的正上方。
3.如权利要求1所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光器(2)波长范围为1060nm-1090nm，脉宽范围为1-200ns，频率范围为5KHz-1MHz。
4.如权利要求1所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置，其特征在于，所述激光器(2)、振镜(4)通过通信模块(9)和工控机(8)相连。
5.如权利要求1所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将待加工膜材通过真空吸附固定在真空平台(1)上：
b)将激光器(2)发出的激光经过扩束镜(3)对光束进行同轴扩束，控制聚焦后的光斑大小为20um-50um；
c)振镜(4)将光束聚焦于待加工膜材表面，扫描图形转化为数字信号后在待加工膜材表面进行刻蚀；
d)CCD图像传感器(5)导入定位标拍摄，并抓取靶标进行精度定位控制；
e)吹气装置(6)产生气流吹走蚀刻产生的粉尘，并通过集尘装置(7)收集粉尘。
6.如权利要求5所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，其特征在于，所述振镜(4)的一次性移动范围为110mm×110mm、140mm×140mm或170mm×170mm，通过多次移位反复刻蚀，最终实现整个加工幅面的刻蚀。
7.如权利要求5所述的用于透明导电薄膜的脉冲激光刻蚀装置的控制方法，其特征在于，所述真空平台(1)上设有光栅尺监测并反馈位置信息。
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