CN114289886A - 组合式振镜三维激光刻蚀设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组合式振镜三维激光刻蚀设备及方法，激光器，用于提供激光光束；分光模组，布置于激光器的输出光路上，将激光分成两路加工光束；上振镜加工系统，设于分光模组的竖直分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的正面或反面；侧振镜加工系统，设于分光模组的水平分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的侧面；真空吸附平台治具，用于定位吸附固定产品；X‑Y‑θ轴运动模组，用于驱动真空吸附平台治具及其上产品进入加工位置；影像系统一，用于对产品预对位；影像系统二，用于对产品精确对位。光束经过分光模组分光后进入上振镜加工系统和侧振镜加工系统，并配合X‑Y‑θ轴运动模组，实现高精度三维立体空间的多面体微加工。

Description

组合式振镜三维激光刻蚀设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种组合式振镜三维激光刻蚀设备及其方法。

背景技术

电子信息产业是经济和社会高质量发展、数字化转型的关键性基础行业，新型显示领域中，Micro LED显示具有自发光、高效率、低功耗、高稳定等特性，是下一代主流显示技术的重要选择，在众多领域均有替代现有技术的潜力。Micro LED阵列可以达到超高密度像素并具备自发光的特性，相比OLED和LCD有更高的发光效率、更长的寿命和更高的亮度，同时具备轻薄、省电荷全天候使用的优势，在显示领域将获得广泛应用。

传统导电银浆移印或线路丝网印刷，在精度以及密度上难以达到 Micro LED高分辨率对线路的要求。市面上常见的三维刻蚀设备多采用五轴平台结合Z轴振镜来实现，造价成本较高，五轴运动精度较差，在应对高精度(加工精度达到正负1微米)的刻蚀要求，很难达到效果。

显示器的三面驱动线路激光雕刻工艺成为Micro LED工艺制程中不可或缺的一环，为了实现更高的像素密度、更小的显示器边框及拼接缝隙，要求显示器单位面积下的驱动线路更密集。通过激光雕刻三面线路的方式，可实现更高的驱动电路密度，同时通过三面雕刻拼接的方式，将驱动线路由显示面移动至显示背面，实现极窄边框、极窄拼缝的显示方案。其加工精度需达到正负1微米。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种组合式振镜三维激光刻蚀设备及其方法，用于产品正面、背面和侧面的刻蚀加工，保证三面刻蚀路径的重合精度，实现加工精度达到正负1微米的加工要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：包含：

激光器，用于提供激光光束；

分光模组，布置于激光器的输出光路上，将输出的激光分成两路加工光束；

上振镜加工系统，设于分光模组的竖直分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的正面或反面；

侧振镜加工系统，设于分光模组的水平分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的侧面；

真空吸附平台治具，用于定位吸附固定产品；

X-Y-θ轴运动模组，用于驱动真空吸附平台治具及其上产品进入加工位置；

影像系统一，用于对产品预对位；

影像系统二，用于对产品精确对位。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，所述分光模组包含主动轮、从动轮以及分光棱镜，主动轮安装于伺服电机的转轴上，同步带张紧于主动轮与从动轮上，驱动器与伺服电机控制连接，从动轮与分光棱镜传动连接，带动分光棱镜旋转。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，还设有用于感测分光棱镜旋转角度的感应器。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，所述上振镜加工系统包含反射镜、振镜一以及加工场镜一，Z轴驱动单元一与Z轴滑轨一上的运动载板一驱动连接，反射镜、振镜一和加工场镜一依光路布置于运动载板一上，光束由反射镜反射进入振镜一，进而由加工场镜一加工产品；Z轴滑轨一旁设有Z轴感应器一，运动载板一上设有影像系统一和影像系统二，影像系统一包含低像素CCD相机以及安装其上低倍数镜头，影像系统二包含高像素CCD相机以及安装其上高倍数镜头。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，低倍数镜头为1～3倍数镜头，高倍数镜头为5～8倍数镜头，低像素CCD相机为100～ 200w像素CCD相机，高像素CCD相机为300～500w像素CCD相机。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，运动载板一上还设有集尘系统。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，所述侧振镜加工系统包含振镜二和加工场镜二，Z轴驱动单元二与Z轴滑轨二上的运动载板二驱动连接，振镜二和加工场镜二依光路布置于运动载板二上，光束经振镜二进入加工场镜二进而加工产品；运动载板二上设有影像校正系统，Z轴滑轨二旁设有Z轴感应器二。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，所述X-Y-θ轴运动模组包含X轴运动单元、Y轴运动单元以及θ轴运动单元，Y轴运动单元连接于X轴运动单元上，θ轴运动单元连接于Y轴运动单元上，θ轴运动单元上安装真空吸附平台治具，Y轴运动单元上安装感应器。

进一步地，上述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其中，所述X-Y-θ轴运动模组安装于大理石基座上，大理石基座两侧安装有大理石立柱，两大理石立柱上方固定一大理石横梁，激光器、分光模组以及上振镜加工系统安装于大理石横梁上，侧振镜加工系统安装于大理石立柱上。

本发明组合式振镜三维激光刻蚀方法，产品放置于真空吸附平台治具上，真空吸附住加工产品；通过X-Y-θ轴运动模组带动产品从放片工位进入影像系统识别位置；由影像系统一识别产品上Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组进行位置初步校正；再由影像系统二识别相同位置的Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组进行进一步位置校正；进一步由上振镜加工系统对产品正面进行刻蚀加工；正面加工完成后再由X-Y-θ轴运动模组进行90°旋转和X轴向以及Y轴向的调整；由影像系统二重复定位对位；对位完成后再由侧振镜加工系统对产品的侧面进行刻蚀加工；侧面加工完成后将产品翻转后放置于真空吸附平台治具上吸附固定后；影像系统重复定位识别动作，X-Y-θ轴运动模组重复校正动作；上振镜加工系统对产品背面刻蚀加工，直至加工完成。

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：

本发明采用一X-Y-θ轴运动模组并结合上振镜加工系统和侧振镜加工系统，激光器输出光束经过分光模组分光后进入上振镜加工系统和侧振镜加工系统，并配合X-Y-θ轴运动模组，实现高精度三维立体空间的多面体微加工；X-Y-θ轴运动模组及影像系统对加工振镜进行精度校正和对位；实现产品正面、背面和侧面的刻蚀加工，并保证三面刻蚀路径的重合精度，加工精度达到正负1微米的加工要求。

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：本发明设备的结构示意图；

图2：激光器与分光模组的连接示意图；

图3：分光模组的结构示意图；

图4：上振镜加工系统的结构示意图；

图5：侧振镜加工系统的结构示意图；

图6：X-Y-θ轴运动模组的结构示意图。

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、图2所示，组合式振镜三维激光刻蚀设备，包含：

激光器1，用于提供激光光束；

分光模组2，布置于激光器1的输出光路上，将输出的激光分成两路加工光束；

上振镜加工系统3，设于分光模组2的竖直分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的正面或反面；

侧振镜加工系统4，设于分光模组2的水平分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的侧面；

真空吸附平台治具，用于定位吸附固定产品；

X-Y-θ轴运动模组5，用于驱动真空吸附平台治具及其上产品进入加工位置；

影像系统一，用于对产品预对位；

影像系统二，用于对产品精确对位。

X-Y-θ轴运动模组5安装于大理石基座6上，大理石基座6两侧安装有大理石立柱7，两大理石立柱上方固定一大理石横梁8，激光器1、分光模组2以及上振镜加工系统3安装于大理石横梁8上，侧振镜加工系统4 安装于大理石立柱7上。

如图3所示，分光模组2包含主动轮23、从动轮25以及分光棱镜26，主动轮23安装于伺服电机21的转轴上，同步带24张紧于主动轮23与从动轮25上，驱动器22与伺服电机21控制连接，从动轮25与分光棱镜26 传动连接，带动分光棱镜26旋转；还设有用于感测分光棱镜26旋转角度的感应器27。从动轮25带动分光棱镜26旋转，旋转角度由感应器27建立零点坐标系后进行控制，光通过分光棱镜26实现分光。

激光器1输出光束经由反射镜进入分光模组2，再分别反射进入上振镜加工系统3与侧振镜加工系统4。

如图4所示，上振镜加工系统3包含反射镜31、振镜一32以及加工场镜一33，Z轴驱动单元一36与Z轴滑轨一上的运动载板一驱动连接，反射镜31、振镜一32和加工场镜一33依光路布置于运动载板一上，光束由反射镜31反射进入振镜一32，进而由加工场镜一33加工产品；Z轴滑轨一旁设有Z轴感应器一37，运动载板一上设有影像系统一35和影像系统二38，影像系统一35包含低像素CCD相机以及安装其上低倍数镜头，影像系统二38包含高像素CCD相机以及安装其上高倍数镜头，低倍数镜头为1～3倍数镜头，高倍数镜头为5～8倍数镜头，低像素CCD相机为 100～200w像素CCD相机，高像素CCD相机为300～500w像素CCD相机。运动载板一上还设有集尘系统34。Z轴驱动单元一36调节上振镜加工系统3的焦点。

光束经过反射镜31进入振镜一32，随即加工场镜一33开始加工，影像系统精确定位产品，Z轴驱动单元一36通过Z轴感应器一37精确找到最佳加工焦点位置进行加工，集尘系统34开始工作吸取加工产生的烟尘。

如图5所示，侧振镜加工系统4包含振镜二43和加工场镜二44，Z 轴驱动单元二41与Z轴滑轨二上的运动载板二驱动连接，振镜二43和加工场镜二44依光路布置于运动载板二上，光束经振镜二43进入加工场镜二44进而加工产品；运动载板二上设有影像校正系统45，Z轴滑轨二旁设有Z轴感应器二42。Z轴驱动单元二41用于调节加工位置。

影像校正系统45配合影像系统校正好侧振镜加工系统的加工精度，光束进入振镜二43，随即加工场镜二44开始加工工作，Z轴驱动单元二41通过Z轴感应器二42找到精确的加工焦点位置，进行加工。

如图6所示，X-Y-θ轴运动模组5包含X轴运动单元51、Y轴运动单元53以及θ轴运动单元54，Y轴运动单元53连接于X轴运动单元51上，θ轴运动单元54连接于Y轴运动单元53上，θ轴运动单元54上安装真空吸附平台治具55，Y轴运动单元53上安装感应器52。

X-Y-θ轴运动模组5带动产品从放片工位进入加工工位，通过感应器 52建立零点坐标，实现对产品位置的精确控制。

组合式振镜三维激光刻蚀方法，产品放置于真空吸附平台治具上，真空吸附住加工产品；通过X-Y-θ轴运动模组5带动产品从放片工位进入影像系统识别位置；由影像系统一识别产品上Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组5进行位置初步校正；再由影像系统二识别相同位置的Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组5进行进一步位置校正；进一步由上振镜加工系统3对产品正面进行刻蚀加工；正面加工完成后再由X-Y-θ轴运动模组5进行90°旋转和X轴向以及Y轴向的调整；由影像系统二重复定位对位；对位完成后再由侧振镜加工系统4对产品的侧面进行刻蚀加工；侧面加工完成后将产品翻转后放置于真空吸附平台治具上吸附固定后；影像系统重复定位识别动作，X-Y-θ轴运动模组5重复校正动作；上振镜加工系统3对产品背面刻蚀加工，直至加工完成。

综上所述，本发明采用一X-Y-θ轴运动模组并结合上振镜加工系统和侧振镜加工系统，激光器输出光束经过分光模组分光后进入上振镜加工系统和侧振镜加工系统，并配合X-Y-θ轴运动模组，实现高精度三维立体空间的多面体微加工；X-Y-θ轴运动模组及影像系统对加工振镜进行精度校正和对位；实现产品正面、背面和侧面的刻蚀加工，并保证三面刻蚀路径的重合精度，加工精度达到正负1微米的加工要求。

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。

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.组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：包含：

激光器(1)，用于提供激光光束；

分光模组(2)，布置于激光器(1)的输出光路上，将输出的激光分成两路加工光束；

上振镜加工系统(3)，设于分光模组(2)的竖直分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的正面或反面；

侧振镜加工系统(4)，设于分光模组(2)的水平分光光路上，调节加工光束焦点用以加工产品的侧面；

真空吸附平台治具，用于定位吸附固定产品；

X-Y-θ轴运动模组(5)，用于驱动真空吸附平台治具及其上产品进入加工位置；

影像系统一，用于对产品预对位；

影像系统二，用于对产品精确对位。

2.根据权利要求1所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：所述分光模组(2)包含主动轮(23)、从动轮(25)以及分光棱镜(26)，主动轮(23)安装于伺服电机(21)的转轴上，同步带(24)张紧于主动轮(23)与从动轮(25)上，驱动器(22)与伺服电机(21)控制连接，从动轮(25)与分光棱镜(26)传动连接，带动分光棱镜(26)旋转。

3.根据权利要求2所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：还设有用于感测分光棱镜(26)旋转角度的感应器(27)。

4.根据权利要求1所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：所述上振镜加工系统(3)包含反射镜(31)、振镜一(32)以及加工场镜一(33)，Z轴驱动单元一(36)与Z轴滑轨一上的运动载板一驱动连接，反射镜(31)、振镜一(32)和加工场镜一(33)依光路布置于运动载板一上，光束由反射镜(31)反射进入振镜一(32)，进而由加工场镜一(33)加工产品；Z轴滑轨一旁设有Z轴感应器一(37)，运动载板一上设有影像系统一(35)和影像系统二(38)，影像系统一(35)包含低像素CCD相机以及安装其上低倍数镜头，影像系统二(38)包含高像素CCD相机以及安装其上高倍数镜头。

5.根据权利要求4所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：低倍数镜头为1～3倍数镜头，高倍数镜头为5～8倍数镜头，低像素CCD相机为100～200w像素CCD相机，高像素CCD相机为300～500w像素CCD相机。

6.根据权利要求4所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：运动载板一上还设有集尘系统(34)。

7.根据权利要求1所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：所述侧振镜加工系统(4)包含振镜二(43)和加工场镜二(44)，Z轴驱动单元二(41)与Z轴滑轨二上的运动载板二驱动连接，振镜二(43)和加工场镜二(44)依光路布置于运动载板二上，光束经振镜二(43)进入加工场镜二(44)进而加工产品；运动载板二上设有影像校正系统(45)，Z轴滑轨二旁设有Z轴感应器二(42)。

8.根据权利要求1所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：所述X-Y-θ轴运动模组(5)包含X轴运动单元(51)、Y轴运动单元(53)以及θ轴运动单元(54)，Y轴运动单元(53)连接于X轴运动单元(51)上，θ轴运动单元(54)连接于Y轴运动单元(53)上，θ轴运动单元(54)上安装真空吸附平台治具(55)，Y轴运动单元(53)上安装感应器(52)。

9.根据权利要求1或8所述的组合式振镜三维激光刻蚀设备，其特征在于：所述X-Y-θ轴运动模组(5)安装于大理石基座(6)上，大理石基座(6)两侧还安装有大理石立柱(7)，两大理石立柱上方固定一大理石横梁(8)，激光器(1)、分光模组(2)以及上振镜加工系统(3)安装于大理石横梁(8)上，侧振镜加工系统(4)安装于大理石立柱(7)上。

10.权利要求1所述的设备实现组合式振镜三维激光刻蚀方法，其特征在于：产品放置于真空吸附平台治具上，真空吸附住加工产品；通过X-Y-θ轴运动模组(5)带动产品从放片工位进入影像系统识别位置；由影像系统一识别产品上Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组(5)进行位置初步校正；再由影像系统二识别相同位置的Mark进行产品位置的识别，由X-Y-θ轴运动模组(5)进行进一步位置校正；进一步由上振镜加工系统(3)对产品正面进行刻蚀加工；正面加工完成后再由X-Y-θ轴运动模组(5)进行90°旋转和X轴向以及Y轴向的调整；由影像系统二重复定位对位；对位完成后再由侧振镜加工系统(4)对产品的侧面进行刻蚀加工；侧面加工完成后将产品翻转后放置于真空吸附平台治具上吸附固定后；影像系统重复定位识别动作，X-Y-θ轴运动模组(5)重复校正动作；上振镜加工系统(3)对产品背面刻蚀加工，直至加工完成。

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