CN111168247A - 双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光刻蚀领域，具体为双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，其结构包括支撑其他装置的底部机架、设置于机架上待加工的工件、设置于工件两侧用于取放工件的吸附装置，所述机架上设置有两组用于工件刻蚀加工的激光刻蚀系统，所述激光刻蚀系统为双轨道结构，且两者独立运行互不干预，每组所述激光刻蚀系统均由一组刻蚀系统和一组刻蚀控制系统构成。本发明的有益效果是，针对触摸屏不同区域加工难度不同的特点，将加工区域进行划分，同一时间集中加工不同银浆厚度的区域，从而避免造成单头单轨加工效率低，而多头单轨加工时个别激光头闲置的问题，从而提高了设备的整体利用率。

Description

双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀系统及方法

技术领域

本发明涉及激光刻蚀领域，特别是应用于双轨大幅面高速触摸屏的激光刻蚀系统及方法。

背景技术

随着5G的发展，触摸屏成为智能终端的接入方式，触摸屏与显示端口结合成为广告教学会议展示的方式，触摸屏走向100寸大型号，触摸屏内的传感器电路结构庞大，单头单轨或多头单轨的效率已经满足不了高效生产的需求。

经过专利检索发现，公布号：CN110026679A，公布日20190719，提出了一种大幅面多振镜激光设备，通过在扫描系统上设置偶数个振镜，设置十个或六个或八个，从而实现快速高效的加工。

但是上述加工方法存在以下问题：

1.激光刻蚀机的价格高昂，一次性配置十个八个，势必会巨幅增加成本，等价值的单块触摸屏加工利润下，导致加工企业的利润回报时间大大延后；

2.由于待加工的触摸屏薄膜传感器电路，不同区域的涂层采用不同材料，涂层厚度不同，同样效率的激光刻蚀机同步并行加工时，必然会导致有的刻蚀机加工快，刻蚀机加工完毕后停歇；有的区域刻蚀机加工慢，刻蚀机持续工作，这种多头单轨的加工方式会显著的降低激光刻蚀机的综合利用率。

3.根据触摸屏薄膜传感器电路的电路分布特证，四周为银浆区域，区域较窄，单个蚀刻机就可以覆盖单幅区域，如果两个或两个以上刻蚀机并行在一个轨道上，一个蚀刻机加工银浆区域(涂层厚，加工速度慢)，其他的蚀刻机会落在中间透明薄膜区域(纳米银或ITO，涂层薄，加工速度快)，不同区域的蚀刻机所需加工的时间相差数倍，最多会相差8倍时间，如果多刻蚀机在一根轨道上，所有中间透明薄膜区域的刻蚀机大部分时间处于等待中，等待边缘银浆区域的刻蚀机完成加工，然后才能同步进入下一列区域，浪费了工作时间，极大的降低设备了的利用率，使资金的投入产出比很低。

发明内容

本发明的目的是为了解决单轨单刻蚀机效率低用时长，而单轨多激光头刻蚀的加工方法既会明显提高前期成本，同时设备利用率低下的问题，特别设计了一种双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀系统及该系统对应的刻蚀加工方法，既提高了效率，又提高了设备的利用率，达到最优的资金投入产出比。

实现上述目的本发明的技术方案为，双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，包括支撑其他装置的底部机架、设置于机架上待加工的工件、设置于工件两侧用于取放工件的吸附装置，其特征在于，所述机架上设置有两组用于工件刻蚀加工的激光刻蚀系统，所述激光刻蚀系统为双轨道结构，且两者独立运行互不干预，每组所述激光刻蚀系统均由一组刻蚀系统和一组刻蚀控制系统构成。

其中，所述刻蚀系统进一步的结构又包括，所述刻蚀系统均由一套独立的单幅刻蚀控制系统组成，包括激光器、光学系统、高速扫描系统。

其中，所述刻蚀控制系统进一步的结构又包括，所述刻蚀控制系统包括工控机、高速数据通讯输入输出接口、三轴联动控制系统。

作为三轴联动控制系统的进一步描述，所述三轴联动控制系统包括设置于待加工触摸屏两侧的导轨、设置于所述导轨上且与其滑动连接的两组龙门架，每组所述龙门架上均设置有一组可沿其滑动的所述刻蚀系统，两组所述龙门架和两组所述刻蚀系统均能够独立运行，所述导轨由直线电机驱动其上的单个或多个所述刻蚀系统作轴向精确定位和高速驱动。

为了避免触摸屏银浆在取放过程中将产品被刮花，需要对吸附装置做特殊结构设计，所述吸附装置采用负压吸附所述工件进行取放，能够避免刮花工件表层，所述吸附装置包括一个吸附平台，所述吸附平台由大理石、软合金、peek材料组合而成，为蜂窝状多层结构。

对应上述设备结构的一种双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀方法，包括以下工序：

S1.划分刻蚀区域：根据触摸屏背板银浆刻蚀难度，将触摸屏背板银浆加工区域分为中部快速刻蚀区、外围厚银浆刻蚀区；

S2.银浆外围刻蚀：将外围厚银浆刻蚀区分为两个部分，由两组激光刻蚀系统分别负责刻蚀，保证两刻蚀系统同时同步完成；

S3.银浆中部刻蚀：将中部快速刻蚀区分为两个部分，由完成厚银浆刻蚀的两组激光刻蚀系统分别负责刻蚀，保证两刻蚀系统同时同步完成；

S4.换取工件，工序循环：刻蚀完成的触摸屏由吸附装置取走并替换下一个待刻蚀的触摸屏，重复上述工序。

对S1工序的进一步详述，刻蚀区域划分的方式具体为，触摸屏的显示屏集中在触摸屏的中部区域，该区域为纳米银或ITO薄膜，涂层较薄，激光刻蚀快速，划分为中部快速刻蚀区；触摸屏的汇流电路集中在触摸屏的外围区域，该区域采用银浆材料，涂层较厚，激光刻蚀较慢，划分为外围厚银浆刻蚀区。

对S2工序的进一步详述，外围厚银浆刻蚀的方式具体为，一组激光刻蚀系统由外围厚银浆区域的端部开始刻蚀，另一组激光刻蚀系统由外围厚银浆区域的中部开始刻蚀，两组激光刻蚀系统同步顺向进行并同步完成该区域的刻蚀加工。

对S3工序的进一步详述，完成外围厚银浆刻蚀工作后开始刻蚀中部区域，由两组激光刻蚀系统分两部分同时刻蚀。

其有益效果在于，1.针对触摸屏不同区域加工难度不同的特点，将加工区域进行划分，同一时间集中加工不同薄膜涂层厚度的区域，从而避免造成单头单轨加工效率低，而多头单轨加工时个别激光刻蚀头空等待的问题。触摸屏的结构特点是，显示区域集中在其中部区域，该区域导电薄膜(纳米银或ITO)较薄加工快速，银浆汇流电路集中在其外围区域，该区域银浆较厚加工缓慢，为此，将这两种区域拆开，两组激光刻蚀系统先集中加工外围厚银浆刻蚀区，并通过均分两者的加工面积实现同步加工同时完工，然后再一同加工中部快速刻蚀区，同样的方法实现同步加工，如此，在加工过程中，两组激光刻蚀系统始终处于高效工作的状态而没有相互等待闲置，从而提高整体加工效率的同时避免因过多的配置激光头而造成成本的巨幅提高。

2.考虑到外围厚银浆刻蚀区整体呈凵形，两组激光刻蚀系统同位置反向或镜像位相向加工必然会导致个别小区域无法加工到位或者两组刻蚀机撞机的问题，因此要求两组激光刻蚀系统独立工作，由相互独立的工控机控制，两个工控机再由一个主控机综合控制，并调整其加工方式为，一组刻蚀机从端部加工，另一组刻蚀机从中部加工的方式，实现了高效加工的同时避免个别区域加工不到位甚至撞机的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明另一视角的整体结构示意图；

图3是图2的局部结构放大图；

图4是本发明去除吸附装置的结构示意图；

图5是本发明的激光刻蚀方式加工路线示意图；

图6是常规双激光头激光刻蚀设备的加工路线示意图；

图7是多激光头激光刻蚀设备的加工路线示意图；

图中，1、机架；2、工件；3、吸附装置；4、激光刻蚀系统；5、导轨；6、龙门架。

具体实施方式

首先说明本发明的设计初衷，鉴于超大尺寸触摸屏薄膜传感器电路的分布特证，当前的激光刻蚀方式会降低激光刻蚀机的综合利用率或者巨额提高成本，不符合企业低费高效发展的理念，降低或延后了企业的利润回报率或利润回报时间，为此，特意设计了本发明所述的技术方案，需要说明的是，本发明的设计重点在于激光刻蚀系统的加工方法，或者说是加工工序，而为了实现该方法或者工序，需要将相关的控制设备做相应调整，因此，本发明的技术方案包括激光刻蚀加工方法和控制设备等两个方面。

下面将基于上述两个方面进行阐述，以使本领域技术人员能够清楚明白本发明与现有技术的区别特征，同时明白本发明的设计要点。

在介绍之前，这里先简单说明一下触摸屏激光刻蚀设备的基本结构，参考附图1-4所示，包括支撑其他装置的底部机架1、设置于机架1上待加工的工件2、设置于工件2两侧用于取放工件2的吸附装置3，在工件2上方设置有激光刻蚀系统4，该系统由刻蚀系统和控制其运行的刻蚀控制系统构成，每个刻蚀系统由激光器、光学系统、高速扫描系统构成，而每个刻蚀控制系统由工控机、高速数据通讯输入输出接口组成，以上结构是常规激光刻蚀设备的基本组成结构，具体结构及其原理可以参考公开文件：“CN102205468A-用于刻蚀电子产品上银浆的装置及其方法”“CN102528296B-ITO银浆激光刻蚀方法”“CN204321414U-双振镜多幅面切换激光刻蚀机”以及其它激光刻蚀行业相关的公开资料，由于本发明所述技术方案的核心重点不在于其结构，因此，对于这些常规的基本结构这里不再赘述。

为便于本领域技术人员理解本发明所述技术方案，现将本激光刻蚀方法的原理进行解释：

大幅面触摸屏电路的结构具有以下特点，显示屏集中在触摸屏的中部区域,该区域导电薄膜(纳米银或ITO)较薄加工快速，而显示屏的汇流电路会集中归集在显示屏的外围区域，触摸屏背板四周的汇流银浆需要进行激光刻蚀，处于触摸屏中部区域的透明薄膜涂层较薄，激光刻蚀快速，用时短；而处于触摸屏四周的银浆层较厚，激光刻蚀较慢，用时长。

常规的刻蚀加工方式不会考虑因银浆层薄厚导致的刻蚀效率不同的问题，只是一味的采用1个或多个激光头并行对加工区进行线性刻蚀，加工薄层区域的那个激光头用时少，然后就停机等待加工厚层区域的激光头，等加工厚层区域的激光头刻蚀完当前的一小块区域，再一同移动到下一小块区域(由于激光头全部绑定在同一个龙门架6上，只能同步移动，参考“CN110026679A一种大幅面多振镜激光设备”记载的结构)，这就降低了整体加工的效率，为此，本发明在考虑到银浆层涂层厚薄不一致导致的刻蚀效率问题后，将待刻蚀的涂层根据厚薄不同进行区分，设定单个激光刻蚀设备先集中刻蚀厚银浆涂层区域，然后集中刻蚀薄涂层区域，通过均分刻蚀区域，做到同时加工同步完成，由于加工过程中激光刻蚀机不存在等待另一个蚀刻头而停歇的情况，从而实现了整个刻蚀过程的高效加工。

大幅面触摸屏激光刻蚀方法结合附图5具体包括以下步骤：

S1.划分刻蚀区域：根据触摸屏背板银浆厚度的不同，对触摸板背板的银浆层进行划分，图5中，带有剖面线的表示银浆较厚的外围电路刻蚀区，中部空白格的表示银浆较薄的中部显示屏背部刻蚀区(需要说明的是，实际工作时的银浆层是一整层，这里将其绘制成方块的形式是为了便于表述，便于本领域技术人员理解本技术方案)，定义中部空白格区域为中部快速刻蚀区，外围剖面线的方格所在区域为外围厚银浆刻蚀区。

S2.银浆外围刻蚀：首先将中部快速刻蚀区和外围厚银浆刻蚀区按照面积进行1:1划分(划分的目的是保证两激光头刻蚀耗时相同，实现同时同步完成，划分的前提是默认两激光头的刻蚀速率相同，若两者的刻蚀速率比为i，则面积比应为1/i)，图5中，将其等分为上下两部分(由图中虚线部分分割)，定义上部分为1号激光头的刻蚀范围，下部分为2号激光头的刻蚀范围，1号激光头依照图中曲线从上部分的右上至左下刻蚀，2号激光头依照图中曲线从下部分的左上至右下刻蚀，由于两者的厚银浆刻蚀面积相同，所以两者同步启动，也会同步完成。

S3.银浆中部刻蚀：在厚银浆层刻蚀完毕后，两激光头会就近开始纳米银或ITO层的刻蚀，其刻蚀路线可以参考附图5所示的路线，这种刻蚀方式，能够避免两激光头撞机或停机等待的情况发生，保证了整体始终处于高加工效率。

S4.换取工件，工序循环：至此，单个触摸屏的刻蚀工作已经完成，两激光刻蚀系统4停机复位，然后由吸附装置3将刻蚀完成的触摸屏吸取走，并将待加工的触摸屏抓取至加工位置上，按照工序S1-S4循环，开始下一板的刻蚀加工。

需要说明的是，图5中，曲线所示的刻蚀路线只是一种可行的刻蚀方式，其核心是使两个激光头独立刻蚀，同步完成厚银浆层和薄银浆层的刻蚀工作，并且保证两激光头始终处于工作状态，避免停机暂歇的情况发生，从而整体上提高工作效率，缩短工时功耗。

上面讲述了本发明所述的激光刻蚀方法，下面将结合实际加工的其他刻蚀方法做对比，从而使本领域技术人员能够明显的分辨出本发明所述方法的优越性，需要说明的是，下面所列举的所有数据均是为了便于人们理解，示意性的表达，与实际情况可能不符，这里应做扩展性理解，另外，下面三种刻蚀方式的刻蚀路线可能与实际不符，这里也应该做扩展性理解，其目的在于比较出本发明的优越性，实际加工路线远比示意图复杂，这里不做限定。

如图5-7所示，图6为常规刻蚀方式，图7为多激光头刻蚀方式(类似“CN110026679A一种大幅面多振镜激光设备”)，图5为本发明所述刻蚀方式。

定义，图中剖面线方格为厚银浆区域，空白格为薄银浆区域；每个触摸屏背板的刻蚀区块数量为横6*竖8＝48个；黑色三角为激光头所在初始位置；折线为加工路线及走向；方式二和方式三中的激光头均固定在同一个龙门架6上，需要等每横行刻蚀区域全部刻蚀完毕才能下移到下一横行刻蚀；

再定义，默认每个激光头的刻蚀速率相同，刻蚀一块厚银浆区块需要用时为5s，刻蚀一块薄银浆区块需要用时1s；单个激光头的成本价为100万。

将三种加工方式的用时进行统计并比较可以得出下表。

表1.不同刻蚀加工方式多方面效率比较

	本发明刻蚀方式	常规刻蚀方式	多激光头刻蚀方式
				刻蚀总用时	60s	72s	40s
激光头成本	200万	200万	600万
				激光头等待时长	无等待	24s×1台激光头	24s×5台激光头

从上表中可以看出，

1)“本发明刻蚀方法”和“常规刻蚀方式”相比较，在激光头成本不变的前提下，缩短了加工一整面触摸屏背板的总用时，对于长期从事刻蚀加工的企业而言，能够显著的提高企业的加工效率，增加企业效益。

2)“本发明刻蚀方法”和“多激光头刻蚀方式”相比较，虽然用时较长，但是激光头的成本却能大大减小，对于企业而言，其效益需要综合考虑加工利润和成本，由于加工一面触摸屏背板的利润不变，增加激光头的数量，极大地提高成本，显然是不利于企业综合效益的。

3)“本发明刻蚀方法”较另外两种方式，明显的区别点在于，整个刻蚀加工过程中，本发明不存在某个激光头停机等待其他激光头的情况，这就避免了加工过程中的资源浪费(停机等待时控制系统仍需供电，会有损耗)，从而提高了触摸屏激光刻蚀设备的整体加工效率和设备利用率。

上述内容叙述了本发明的要点--激光刻蚀加工方法，该方法的实现需要设备结构的支撑，但是现有的设备结构无法满足该要求，为此，需要对设备上的结构进行适应性调整，具体的结构改变包括以下内容(结合附图1-4)：

在待加工工件2的两侧分别设置一个轨道，形成双轨道结构，然后在该轨道上设置两个龙门架6，两龙门架6在同一轨道运行(为避免撞车，需要设计好刻蚀路线，将其分开，避免同时加工同一点)，每个龙门架6上安装一套激光刻蚀系统4，两套激光刻蚀系统4独立运行，互不干预，双轨道与龙门架6共同构成了便于控制激光刻蚀系统4移动的三轴联动控制系统，而为了能够实现两激光头同步启闭的同时而又按照不同的路线行进，这里需要一个上位机对两者进行综合控制，每组激光刻蚀系统4均由一组刻蚀系统和一组刻蚀控制系统构成，刻蚀控制系统包括控制激光头行进刻蚀的工控机，多个刻蚀控制系统由一个主控机组成局域网，主控机负责刻蚀电路的分割，分配及同步协同工作。

考虑到加工件2均是精密电子产品，为了避免工件2在刻蚀加工前后取放时留有划痕，对吸附装置3的结构也有一定要求，采用负压吸附及反向气浮平台做载台，吸附平台由大理石、软合金、peek材料组合而成，做成蜂窝状多层结构，从而保证温度变化时的变形，又保护材料的划伤。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，包括支撑其他装置的底部机架(1)、设置于机架(1)上待加工的工件(2)、设置于工件(2)两侧用于取放工件(2)的吸附装置(3)，其特征在于，所述机架(1)上设置有两组用于工件(2)刻蚀加工的激光刻蚀系统(4)，所述激光刻蚀系统(4)为双轨道结构，且两者独立运行互不干预，每组所述激光刻蚀系统(4)均由一组刻蚀系统和一组刻蚀控制系统构成。

2.根据权利要求1所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀系统均由一套独立的单幅刻蚀控制系统组成，包括激光器、光学系统、高速扫描系统。

3.根据权利要求1所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀控制系统包括工控机、高速数据通讯输入输出接口、三轴联动控制系统。

4.根据权利要求3所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，其特征在于，所述三轴联动控制系统包括设置于待加工触摸屏两侧的导轨(5)、设置于所述导轨(5)上且与其滑动连接的两组龙门架(6)，每组所述龙门架(6)上均设置有一组可沿其滑动的所述刻蚀系统，两组所述龙门架(6)和两组所述刻蚀系统均能够独立运行，所述导轨(5)由直线电机驱动其上的单个或多个所述刻蚀系统作轴向精确定位和高速驱动。

5.根据权利要求1所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀设备，其特征在于，所述吸附装置(3)采用负压吸附所述工件(2)进行取放，所述吸附装置(3)包括一个吸附平台，所述吸附平台由大理石、软合金、peek材料组合而成，为蜂窝状多层结构。

6.双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀方法，其特征在于，包括以下工序：

S1.划分刻蚀区域：根据触摸屏背板银浆刻蚀难度，将触摸屏背板银浆加工区域分为中部快速刻蚀区、外围厚银浆刻蚀区；

S2.银浆外围刻蚀：将外围厚银浆刻蚀区分为两部分，由两组激光刻蚀系统(4)负责刻蚀，保证两刻蚀系统同时同步完成；

S3.中部快速刻蚀：将中部快速刻蚀区分为两部分，由完成两组激光刻蚀系统(4)负责刻蚀，保证两刻蚀系统同时同步完成；

S4.换取工件，工序循环：刻蚀完成的触摸屏由吸附装置(3)取走并替换下一个待刻蚀的触摸屏，重复上述工序。

7.根据权利要求5所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀方法，其特征在于，刻蚀区域划分的方式具体为，触摸屏的显示屏集中在触摸屏的中部区域，该区域为纳米银或I TO薄膜，涂层较薄，激光刻蚀快速，划分为中部快速刻蚀区；触摸屏的汇流电路集中在触摸屏的外围区域，该区域采用银浆材料，涂层较厚，激光刻蚀较慢，划分为外围厚银浆刻蚀区。

8.根据权利要求5所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀方法，其特征在于，外围厚银浆刻蚀的方式具体为，一组激光刻蚀系统(4)由外围厚银浆区域的端部开始刻蚀，另一组激光刻蚀系统(4)由外围厚银浆区域的中部开始刻蚀，两组激光刻蚀系统(4)同步顺向进行并同步完成该区域的刻蚀加工。

9.根据权利要求5所述的双轨大幅面高速触摸屏激光刻蚀方法，其特征在于，完成外围厚银浆刻蚀工作后开始刻蚀中部区域，由两组激光刻蚀系统(4)分两部分同时刻蚀。

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