CN114985955B - 一种双划线激光清边工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光清边技术领域，公开了一种双划线激光清边工艺，通过工序A剥离透明导电层、电致变色层，通过工序B剥离透明基底层，解决了清边区域堆积吸附性灰尘的问题，可做到无尘清边；本发明将减少后期产品的物理清理工序，保护膜层轮廓结构，保证合片后中空玻璃的密封性，提高产品质量，大大缩减了人力及时间成本。

Description

一种双划线激光清边工艺

技术领域

本发明涉及激光清边技术领域，具体涉及一种双划线激光清边工艺。

背景技术

激光技术是二十世纪重大发明之一。激光具有很好的单色性,相干性,方向性,能在很小的面积中积聚很高的能量密度,特别适用于材料加工。激光打标技术悄然兴起,并迅速得到产业规模化发展,成为激光加工应用中占比最大的领域之一。激光打标技术采用受控激光作为加工手段,其基本原理是：计算机控制高能量密度的聚焦激光束按图设定的轨迹作用于五金制品、工具配件、精密器械、首饰饰品等需要进行标记的工件表面,使表层材料达到瞬间汽化或发生化学变化改变颜色,刻蚀出具有一定深度的痕迹，从而在工件表面留下标记。激光打标技术刻线精细,线条可以达到毫米到微米量级，因此可以满足电致变色玻璃行业中对产品进行刻线或划线的生产要求，所以激光划线技术在电致变色玻璃行业中得以广泛应用。

现有技术将激光划线技术应用在镀膜玻璃的清边工序中。清边工序的具体要求是：在玻璃四边标记出清边区域，通过划线刻蚀出多条线槽，剥离玻璃表面清边区域覆盖的膜层，使清边区域露出玻璃，以达到绝缘的目的。完成清边工序后，对玻璃进行后续的中空封装工序。

但现有的清边工艺通常是单划线工艺，即只执行一次激光划线，在加工过程中，容易出现吸附性灰尘堆积于清边区域的现象。吸附性灰尘是在执行清边过程中形成的：将具有较高能量密度的激光束，照射在被加工膜层上，膜层材料吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使膜层表面材料温度上升，瞬间产生汽化现象，刻蚀出具有一定深度的图案、线槽等，同时带有一部分飞灰，而汽化过程中会产生静电现象，使飞灰粘在清边区域表面拥有强劲的吸附能力，设备配置的吸尘系统无法第一时间将灰尘处理，导致灰尘堆积在清边区域表面。

如果清边区域堆积灰尘，就容易发生漏电。漏电会影响电场中通过导电膜层的电流大小，导致电致变色层变色效果不佳或者不变色，漏电问题严重的产品将直接作报废处理。而灰尘堆积不仅会导致膜层漏电，还会影响在清边区域执行封装工序的效果。

封装工序是在第一片玻璃清边区域安装间隔条，安装完毕后放置第二片玻璃，采用手压或者机压的方式达到中空玻璃的配套要求。在封装过程中，用间隔条胶面在清边区域粘合玻璃，胶面沾上灰尘被污染，会影响胶面的粘结性能，降低封装工艺的密封性与可靠性。后期无论在玻璃的节能效果、高度隔音、抗风压强度、隔热效果、镀膜玻璃膜层脱落可能性、玻璃原片碎裂可能性等方面，都存在较大的质量隐患。

现有技术中试图通过以下方式进行除尘：

1.配置除尘系统，在划线过程中通过相对集中的吸力吸走飞灰，但常规除尘系统不适用于清理带有静电的灰尘，且设备高速运行中无法保证吸力集中，吸尘能力减弱，除尘效率较低；或者在除尘系统基础上加装离子风棒，辅助静电除尘，离子风棒是固定式除静电设备，配合除尘可以产生大量的带有正负电荷的气流，中和掉物体中所带的电荷；加装离子风棒需要对机构进行整改，平时保养比较麻烦，使用一段时间后，离子针和铜壁上会产生积灰，须定期清理，而且超期的离子风棒可能生锈，同时产生漏电，除静电工作不稳定；

2.后期用无尘布手工清理；无尘布去污能力强，但洁净度差，绝大多数无尘布不适宜在千级以上无尘室使用，且手工清理会磨损清边轮廓和导电膜层，并投入大量人力成本和时间成本；或者后期在清边区域用液氮吹走灰尘，但操作不当皮肤接触液氮可致导致冻伤，且液氮气体材料成本高、投入大，清灰效果一般。

以上除尘方法无法根本解决清边区域堆积吸附性灰尘的问题。

本发明提出双划线激光清边工艺，以解决上述玻璃表面清边区域堆积吸附性灰尘的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种双划线激光清边工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双划线激光清边工艺，通过激光划线系统对位于全固态电致变色薄膜周向边缘的清边区域执行清边工序，其特征在于，全固态电致变色薄膜包括从下到上依次堆叠设置的基底、透明基底层、电致变色层以及透明导电层；

激光清边工艺包括以下步骤：

步骤一：激光划线系统发出激光，照射全固态电致变色薄膜的清边区域，剥离全固态电致变色薄膜清边区域的透明导电层和电致变色层，裸露出透明基底层；

步骤二：激光划线系统发出激光，照射全固态电致变色薄膜的清边区域，剥离清边区域的透明基底层，裸露出基底；

其中，步骤二中激光的单脉冲能量大于步骤一中激光的单脉冲能量。

进一步地，步骤一中激光的能量密度区间为43.2mj/mm²～60mj/mm²；步骤二中激光的能量密度区间为132mj/mm²～192mj/mm²。

进一步地，所述激光划线系统包括激光电源、红外光纤激光器、振镜扫描系统、计算机控制系统以及伺服控制平台。

全固态电致变色薄膜可以为任意膜层结构，激光清边工艺步骤一和步骤二中所用激光的能量密度，随着全固态电致变色薄膜的膜层对红外激光脉冲能量吸收能力的增加而降低。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

双划线工艺通过工序A剥离透明导电层、电致变色层，通过工序B剥离透明基底层，解决了清边区域堆积吸附性灰尘的问题，可做到无尘清边。本发明将减少后期产品的物理清理工序，保护膜层轮廓结构，保证合片后中空玻璃的密封性，提高产品质量，大大缩减了人力及时间成本。

附图说明

图1为本发明清边区域截面示意图；

图2为本发明清边区域平面示意图；

图3为进行单划线工艺测试时的平面光斑示意图；

图4为进行单划线工艺后沾灰以及擦拭灰尘后的效果图；

图5为全固态电致变色薄膜划线前的平面光斑示意图；

图6为全固态电致变色薄膜划线前的SEM深度测试扫描图；

图7为单划线工艺SEM深度测试扫描图；

图8为进行单划线工艺后的平面光斑示意图；

图9为进行双划线工艺参数测试时的平面光斑示意图；

图10为进行双划线工艺后的平面光斑示意图；

图11为进行双划线工艺的工序A后的SEM深度测试扫描图；

图12为进行双划线工艺的工序B后的SEM深度测试扫描图；

图13为进行双划线工艺的工序A、工序B后的平面光斑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1所示，如全固态电致变色薄膜包括从下到上依次堆叠设置的基底、透明基底层、电致变色层、透明导电层；电致变色层包括第一电致变色层MOX①、第二电致变色层MOX②；其中，第一电致变色层MOX①、第二电致变色层MOX②分别为阴极变色层和阳极变色层，阴极变色层和阳极变色层之间还可以选择性地设置离子传导层。图1中条纹状阴影部分为实际剥离区域。

透明基底层的材质包括FTO、AZO或者ITO；第一电致变色层MOX①的材质元素包括Ni、O、X1或者Ni、M1和X2；第二电致变色层MOX②的材质元素包括W、O、X3或者W、M2和X4；透明导电层的材质包括ITO、TCO、AZO或者FTO等透明导电膜材料。其中X1、X2、X3、X4表示前两种元素的含量比，例如Ni、O、X1表示NiO_x1，其他同理。M1、M2代表掺杂的元素，元素种类有两种以上。

如图2所示，清边区域为膜层玻璃的周向边缘，清边尺寸要求为100μm～30mm。

本发明中的激光划线系统包括激光电源、红外光纤激光器、振镜扫描系统、计算机软件控制系统、伺服控制及高精度运动平台，实现对各尺寸镀膜玻璃表面刻槽或划线的精密加工。

红外光纤激光器为300W红外脉冲激光器，波长为1064nm。由于红外脉冲激光器聚焦光斑极小，且加工精度高，可以满足纳米级别薄膜的打标刻线要求。

本发明为清边工序提供一种新型的划线工艺，本发明称为双划线工艺。双划线工艺的基本原理：在传统单划线工艺基础上再增加一次独特去膜工序的工艺方法，对膜层进行两次激光划线。经过测试证明使用双划线工艺可以达到剥离所需膜层和清除灰尘的目的，所以可以不加装离子风棒，也无需使用人工去除灰尘的方法。

单划线工艺只执行一次激光划线加工会出现灰尘堆积的现象，本发明将分别对单划线工艺与双划线工艺两种方案进行划线测试。完成单划线工艺测试后，对测试数据进行具体分析，结合数据结果再改进划线方法，进行双划线工艺测试。

确定激光加工效率范围和车间产能要求，通过固定进给速度，更改激光单脉冲能量的方法，测试单划线工艺激光划线效果。

表1单划线工艺测试数据

结论：单次激光划线单脉冲能量大于12mj，边缘热影响严重，高能量输出引起的高温现象会使膜层性能衰减。

表2 使用单划线工艺后，沾灰以及用无尘布擦拭灰尘区域后对比效果

可以看出，无尘布擦拭后光斑渐明亮，有明显杂质残留物，证实存在灰尘堆积。

对未划线的全固态电致变色薄膜取样进行SEM测试，结果如图5、图6以及表3所示。

表3

将激光一次划线样品取样进行SEM深度测试，结果如图7、图8以及表4所示。

表4SEM深度测试结果

经过低倍率扫描可以看出，一次激光划线后，划线区域In、Sn、F占有比例很少，且有大量W、Ni的氧化物露出；这是因为W、Ni为电致变色层含有的元素，表明灰尘是电致变色层的反应物。

根据单划线工艺的测试数据得出结论：灰尘是激光划线过程中电致变色层的残留氧化物。

本发明按膜层特性将膜层进行分段处理，执行两次划线，弥补一次划线的单一性能。本发明将前后两次激光划线命名为工序A和工序B；工序A:首先按图的轨迹使用小功率工艺参数执行一次激光划线加工；工序B：在工序A基础上再使用适配参数执行一次激光划线，完成对膜层的剥离；具体说明如下。

根据膜层红外吸收率的特性，将透明导电层、电致变色层、透明基底层分成两组测试：透明导电层和电致变色层为一组、透明基底层为一组，接着分别进行膜层能量阈值测试，再对应膜层能量窗口进行双划线组合测试，测试出理想化的激光划线参数。

双划线工艺的具体实施方案如下：

工序A：先执行一次激光划线形成一道线槽，用适配小功率去膜参数剥离上层透明导电层、中层电致变色层，保留透明基底层；其中，完全剥离透明导电层和电致变色层，升华过程中可能出现灰尘堆积于透明基底层表面的现象；

工序B：在工序A的线槽基础上，再执行一次划线,用适配工艺参数划掉透明基底层，如有灰尘堆积在透明基底层表面，一同清理。

双划线工艺的参数测试如下。

表5膜层能量吸收范围工艺测试结果（固定进给速度）。

表6根据表5测试结果，将编号分别组合进行双划线工艺测试后的结果

表7综合上述测试数据得出的双划线工艺参数

双划线工艺样品的SEM深度测试结果如图11、图12、表8、表9所示。

表8

表9

如表8所示，经过低倍率扫描可以看出，执行工序A后划线区域W、Ni比例很少，且有大量Sn、F露出。因为W、Ni为电致变色层含有的元素，Sn、F为透明基底层含有元素，表明已经打穿电致变色层，裸露透明基底层；能量适配，无灰尘堆积，符合工序A激光去膜的要求。

如表9所示，经过低倍率扫描可以看出，执行工序A后划线区域W、Ni、F、In、Sn比例很少，且有大量Si露出。因为Si为玻璃含有的元素，表明已经完全剥离电致变色层和透明基底层，露出玻璃；无杂质残留，无灰尘堆积，符合工序B激光去膜的要求。

表10双划线工艺及功能总结

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种双划线激光清边工艺，通过激光划线系统对位于全固态电致变色薄膜周向边缘的清边区域执行清边工序，其特征在于，全固态电致变色薄膜包括从下到上依次堆叠设置的基底、透明基底层、电致变色层以及透明导电层；

激光清边工艺包括以下步骤：

步骤一：激光划线系统发出激光，照射全固态电致变色薄膜的清边区域，剥离全固态电致变色薄膜清边区域的透明导电层和电致变色层，裸露出透明基底层；

步骤二：激光划线系统发出激光，照射全固态电致变色薄膜的清边区域，剥离清边区域的透明基底层，裸露出基底；

其中，步骤二中激光的单脉冲能量大于步骤一中激光的单脉冲能量；

步骤一中激光的能量密度区间为43.2mj/mm²～60mj/mm²；步骤二中激光的能量密度区间为132mj/mm²～192mj/mm²。

2.根据权利要求1所述的双划线激光清边工艺，其特征在于：所述激光划线系统包括激光电源、红外光纤激光器、振镜扫描系统、计算机控制系统以及伺服控制平台。

3.根据权利要求1所述的双划线激光清边工艺，其特征在于：所述全固态电致变色薄膜为任意膜层结构，激光清边工艺步骤一和步骤二中所用激光的能量密度，随着全固态电致变色薄膜的膜层对红外激光脉冲能量吸收能力的增加而降低。

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