CN111230317A - 双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及方法，飞秒紫外激光器的输出光路上依次布置反射镜、二维振镜、场镜，二维振镜安装在可上下移动的Z轴运动机构上；双面覆有纳米银线涂层的触控薄膜材料，中间层为基材，两面覆有相同的纳米银线涂层，其中一面为A面，另一面为B面，激光光束按照设计图形加工A面；A面正对激光出光口，飞秒紫外激光器输出激光束，脉宽10～1000fs，按照设计路径扫描刻蚀A面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，A面形成预先设计的电阻网络；A面加工完成，对A面覆膜保护；翻面，激光光束按照设计图形加工B面，B面形成预先设计的电阻网络。避免激光蚀刻过程中激光能量穿透膜的一面将另一面击伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及其方法。
背景技术
在触摸屏、光电、显示屏等技术领域，透明导电膜主要使用的是金属氧化物，如氧化铟锡(ITO)材料；然而ITO导电膜需要通过真空物理沉积及高温退火工艺制备，所以制备以聚合物薄膜为基底的导电膜时，存在方阻较高的缺点；此外由于ITO材料在弯曲和外力影响下容易破碎损坏，所以也较难应用于柔性设备中。
目前一种可替代ITO薄膜作为透明导电电极材料的产品是纳米银线(SNW)导电膜，纳米银线导电膜可以通过涂布的方式制备，从制备工艺上可以不使用昂贵的真空设备，所以在成本上相较于ITO产品有优势。另外作为纳米材料，纳米银线能够被弯折，在柔性器件上应用也占有优势。所以在市场前景上，纳米银线薄膜具有取代ITO薄膜作为主要透明导电薄膜产品的潜质。
在实际的应用领域，为了追求薄与柔软的性能，目前技术要求将两层纳米银层涂布在一张膜上，然而将两层纳米银层涂布在一张膜上刻蚀会出现以下问题：会破坏导电层结构，而改变材料的电性无法满足应用需求。若想实现双面刻蚀效果需要单独刻蚀两面单面纳米银线膜材然后重新贴合，或者采用光刻化学腐蚀的办法，制程复杂且制作成本高昂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及其方法，实现双面纳米银线的刻蚀。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，特点是：包含飞秒紫外激光器和二维振镜，飞秒紫外激光器的输出光路上依次布置反射镜、二维振镜、场镜，场镜的输出端正对于纳米银线涂层，二维振镜安装在可上下移动的Z轴运动机构上，场镜与二维振镜衔接。
进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其中，所述飞秒紫外激光器是中心波长小于400nm、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器。
进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其中，所述飞秒紫外激光器的典型中心波长为355nm。
进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其中，电机与二维振镜的X反射镜片、Y反射镜片驱动控制连接。
本发明双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，包括以下步骤：
(1)双面覆有纳米银线涂层的触控薄膜材料，中间层为基材，两面覆有相同的纳米银线涂层，选择其中一面作为A面，另外一面作为B面，激光光束按照设计图形加工A面；
将A面正对激光出光口，飞秒紫外激光器输出激光束，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径扫描刻蚀A面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，A面形成预先设计的电阻网络，避免对柔性基材的损伤，避免激光束透过柔性基材损伤B面的纳米银线涂层，保持纳米银线透明导电膜的透光性；
(2)A面加工完成，对A面覆膜保护，以免在加工B面时对A面电阻网络产生划伤；
(3)然后翻面，激光光束按照设计图形加工B面；
将B面正对激光出光口，飞秒紫外激光器输出激光束，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径扫描刻蚀B面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，B面形成预先设计的电阻网络。
再进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其中，基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、环烯烃聚合物或三醋酸纤维素和聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
再进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其中，激光束扫描刻蚀A面的线路，线宽10～50um。
再进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其中，激光束扫描刻蚀B面的线路，线宽10～50um。
再进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其中，飞秒紫外激光器是中心波小于400nm、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器。
再进一步地，上述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其中，飞秒紫外激光器的输出光路上依次布置有反射镜、二维振镜、场镜，场镜的输出端正对于纳米银线涂层，二维振镜安装在可上下移动的Z轴运动机构上，场镜与二维振镜衔接，待刻蚀的双面纳米银线薄膜放置在场镜正下方，调整Z轴运动机构使得激光焦点聚焦在待刻蚀的双面纳米银线薄膜表面，电机控制振镜的X反射镜片与Y反射镜片使激光光束运动，经过场镜聚焦后在双面纳米银线薄膜表面形成目标刻蚀图形。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及其方法，有效的避免了激光蚀刻过程中激光能量穿透膜的一面将另一面导电层(纳米银线)击伤的问题，同时本发明使制作双面纳米银线触摸屏材料的制程更加简单，且成本更加低廉，适合工业化生产。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明装置的光路示意图；
图2：本发明的工艺流程示意图；
图3：双面覆有纳米银线涂层的触控薄膜材料的截面结构示意图；
图4：激光光束加工A面的示意图；
图5：加工后A面的电阻网络示意图；
图6：激光光束加工B面的示意图；
图7：加工后B面的电阻网络示意图；
图8：纳米银线涂层表面刻蚀线路于显微镜下的形貌照片；
图9：A面刻蚀后B面纳米银线涂层形貌照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，包含飞秒紫外激光器5、反射镜7、二维振镜8以及场镜9，飞秒紫外激光器5是中心波长小于400nm(典型中心波长为355nm)、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器，飞秒紫外激光器5的输出光路上依次布置有反射镜7、二维振镜8、场镜9，场镜9的输出端正对于纳米银线涂层。二维振镜8安装在可上下移动的Z轴运动机构上，电机与二维振镜8的X反射镜片、Y反射镜片驱动控制连接，场镜9与二维振镜8衔接，待刻蚀的双面纳米银线薄膜放置在场镜9正下方，调整Z轴运动机构使得激光焦点聚焦在待刻蚀的双面纳米银线薄膜表面，导入双面纳米银线刻蚀图纸，电机控制二维振镜的X反射镜片与Y反射镜片使激光光束运动，经过场镜聚焦后在双面纳米银线薄膜表面形成目标刻蚀图形。
如图2所示，双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，包括以下步骤：
(1)双面覆有纳米银线涂层的触控薄膜材料，中间层2为基材，基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、环烯烃聚合物或三醋酸纤维素和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，两面覆有相同的纳米银线涂层，如图3；选择其中正面1作为A面，另外背面3作为B面，激光光束4按照设计图形加工A面；
如图4、图5，将A面正对激光出光口，飞秒紫外激光器5是中心波长小于400nm(典型中心波长为355nm)、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器，飞秒紫外激光器5输出激光束4，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径6扫描刻蚀A面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，激光束扫描刻蚀A面的线路，线宽10～50um，A面形成预先设计的电阻网络，避免对柔性基材的损伤，避免激光束透过柔性基材损伤B面的纳米银线涂层，保持纳米银线透明导电膜的透光性；
(2)A面加工完成，对A面覆膜保护，以免在加工B面时对A面电阻网络产生划伤；
(3)然后翻面，激光光束4按照设计图形加工B面；
如图6、图7，将B面正对激光出光口，飞秒紫外激光器5输出激光束，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径6扫描刻蚀B面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，激光束扫描刻蚀B面的线路，线宽10～50um，B面形成预先设计的电阻网络。
采用飞秒紫外激光器，飞秒激光作为超短脉冲激光，热效应小，峰值功率高，能够在较低的功率下扫描加工瞬间刻蚀掉纳米银线，且避免对柔性基材造成损伤，进一步地避免激光透过柔性基材损伤B面纳米银线涂层，纳米银线透明导电膜的透光性也能够很好的保持。
飞秒激光加工后，纳米银线涂层表面刻蚀线路在显微镜下的形貌，如图8，高倍显微镜下观察能够较清晰的看到基材表面均匀地覆有一层纳米银线。A面刻蚀后观察B面纳米银线涂层形貌，如图9，A面加工完成后B面纳米银线并未受到损伤，且测试电性没有发生变化。
可见，飞秒紫外激光加工双面纳米银线材料，飞秒激光刻蚀后线路在显微镜下观察激光刻蚀完成后柔性基材没有受到损伤，材料透光性能保持不变，纳米银线已经被激光刻蚀干净，形成有效的电阻网络。
综上所述，本发明双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置及其方法，有效的避免了激光蚀刻过程中激光能量穿透膜的一面将另一面导电层(纳米银线)击伤的问题，同时本发明使制作双面纳米银线触摸屏材料的制程更加简单，且成本更加低廉，适合工业化生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其特征在于：包含飞秒紫外激光器和二维振镜，飞秒紫外激光器的输出光路上依次布置反射镜、二维振镜、场镜，二维振镜安装在可上下移动的Z轴运动机构上，场镜的输出端正对于纳米银线涂层，场镜与二维振镜衔接。
2.根据权利要求1所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其特征在于：所述飞秒紫外激光器是中心波长小于400nm、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器。
3.根据权利要求2所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其特征在于：所述飞秒紫外激光器的典型中心波长为355nm。
4.根据权利要求1所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀装置，其特征在于：电机与二维振镜的X反射镜片、Y反射镜片驱动控制连接。
5.利用权利要求1所述的装置实现双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)双面覆有纳米银线涂层的触控薄膜材料，中间层为基材，两面覆有相同的纳米银线涂层，选择其中一面作为A面，另外一面作为B面，激光光束按照设计图形加工A面；
将A面正对激光出光口，飞秒紫外激光器输出激光束，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径扫描刻蚀A面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，A面形成预先设计的电阻网络，避免对柔性基材的损伤，避免激光束透过柔性基材损伤B面的纳米银线涂层，保持纳米银线透明导电膜的透光性；
(2)A面加工完成，对A面覆膜保护，以免在加工B面时对A面电阻网络产生划伤；
(3)然后翻面，激光光束按照设计图形加工B面；
将B面正对激光出光口，飞秒紫外激光器输出激光束，脉宽10～1000fs，激光束按照设计路径扫描刻蚀B面的纳米银线涂层，扫描加工瞬间刻蚀去除纳米银线，B面形成预先设计的电阻网络。
6.根据权利要求5所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、环烯烃聚合物或三醋酸纤维素和聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：激光束扫描刻蚀A面的线路，线宽10～50um。
8.根据权利要求5所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：激光束扫描刻蚀B面的线路，线宽10～50um。
9.根据权利要求5所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：飞秒紫外激光器是中心波小于400nm、重复频率1kHz～2MHz、功率0.1W～10W、脉宽10fs～1000fs的飞秒紫外激光器。
10.根据权利要求5或9所述的双面纳米银线薄膜激光刻蚀方法，其特征在于：飞秒紫外激光器的输出光路上依次布置有反射镜、二维振镜、场镜，场镜的输出端正对于纳米银线涂层，二维振镜安装在可上下移动的Z轴运动机构上，场镜与二维振镜衔接，待刻蚀的双面纳米银线薄膜放置在场镜正下方，调整Z轴运动机构使得激光焦点聚焦在待刻蚀的双面纳米银线薄膜表面，电机控制振镜的X反射镜片与Y反射镜片使激光光束运动，经过场镜聚焦后在双面纳米银线薄膜表面形成目标刻蚀图形。
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