CN202398941U - 脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置，高频率脉冲激光器的输出端依次布置有光闸和扩束镜，扩束镜的输出端布置有1/2波片和格兰棱镜，格兰棱镜的输出端布置有高反射率镜片，高反射率镜片的输出端布置有全反射镜，全反射镜的输出端布置有振镜场镜系统，振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台，四轴高精度平台的上方布置有CCD对位观察系统，四轴高精度平台的一侧布置有等离子吹气系统，另一侧安装有集尘系统，高反射率镜片的输出端还布置有功率实时监测探头，监测探头和振镜场镜系统通过通讯系统与控制系统相连。运用高频率的脉冲激光器对玻璃上黑色油墨基底的不可视区域铜导电膜层线路刻蚀。

Description

脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置，属于激光微加工技术领域。 

背景技术

电容式触摸屏一般由盖板玻璃、上线导电感应膜层和下线导电感应膜层等构成。其中盖板玻璃的主要作用为保护下面的电容感应膜层，同时在盖板玻璃背面边缘印刷黑色油墨，这四周的油墨的作用主要有以下三点作用，第一起到美观作用；第二起到遮蔽不可视区域的边缘线路的目的；第三可以方便印刷产品标识等图形符号。一般导电感应膜层基底有PET与玻璃两种。其中，PET感应膜层虽然较薄，但透光率较差，导致屏幕显示效果不佳；而玻璃感应膜层基底透光率高，触感较好，采用玻璃感应膜层是触摸屏厂商整体发展趋势。但由于单个玻璃基版厚度比较大，所以两层感应膜层再加上盖板玻璃厚度叠加起来，不利于触摸屏向轻、薄方向发展。现在触摸屏厂商采用将盖板玻璃和上感应导电膜层集成在一起，省掉一块感应膜层玻璃，节省了一个贴合制程工序和OCA胶等耗材成本，提高工艺的整体良率。虽然采用了新的制程后，使的制成工序减少和成本降低，但是增加了做作工艺的难度，其中具体体现在：如何在油墨上制作不可视区域的线路成为本制成关键因素。 

传统的铜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两种工艺方法。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时间长，需投入治具和耗材成本较高，同时要求产线上投入较多人力，占地面积比较大，废水废酸等废液对环境污染较为严重，整个工艺流程能源浪费较严重。而黄光刻蚀工艺需要前期投入较大，成本高昂，对于材料的选择性较为狭隘，需配合不同光刻胶，不适合市场上所有导电膜层的制作方法，再加上日常维护开销较大，耗材和人力成本带来整个生产成本的增加，应用领域限制较为严重。同时，二者都需要烘烤等高温度处理，对于玻璃上黑色油墨会有涨缩等问题，这个也是此工艺继续进行下去的技术难点。 

激光刻蚀玻璃基底上油墨上铜导电膜层工艺是利用脉冲激光通过光学聚焦系统将激光束聚焦为10微米到90微米的光斑，聚焦后的光斑，达到材料的去除能量阈值，通过高速扫描振镜系统精密快速扫描，从而实现触摸屏上铜导电膜层的线路制作目的，这样制作的不可视区域更窄，实用性更强。同时，采用的激光波长对导电膜层吸收率较高，但是对导电膜层下面膜层反射率较高，所以刻蚀过程中不会伤害导电膜层下面的黑色油墨，这样我们就能避免从盖板玻璃正面可以看见所刻蚀不可视区域线路排版。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置，旨在克服传统黄光曝照、酸碱湿刻等加工中存在系统复杂、加工效率低、占地面积大、易产生耗材、良率低和选择性不强等不足。 

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现： 

脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置 ，特点是：高频率脉冲激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有1/2波片，1/2波片的输出端布置有格兰棱镜，格兰棱镜的输出端布置有高反射率镜片，高反射率镜片的输出端布置有全反射镜，全反射镜的输出端布置有振镜场镜系统，振镜场镜系统的输出端正对于四轴高精度平台，所述四轴高精度平台的上方布置有CCD对位观察系统，所述四轴高精度平台的一侧布置有等离子吹气系统，四轴高精度平台的另一侧安装有集尘系统，高反射率镜片的输出端还布置有功率实时监测探头，监测探头通过通讯系统与控制系统相连，振镜场镜系统通过通讯系统与控制系统相连。

进一步地，上述的脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置，所述高频率脉冲激光器是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器。 

本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在： 

本实用新型通过运用高频率的脉冲激光器作为激光源，对触摸屏产品中铜导电膜和 ITO进行激光蚀刻，使铜导电膜和ITO薄膜材料在高频率的脉冲光器的作用下气化而达到蚀除的目的，采用所选用激光波长的反射材料作为油墨上保护层来对激光全反射以保护黑色油墨遭到损伤，通过高精度平台的移动拼接和小幅面振镜蚀刻来完成铜导电膜和ITO薄膜材料的蚀刻，产生的粉尘在经过吹气系统和大流量积尘系统集尘，加工出无污染、线性稳定、功能完好的触摸屏电子产品。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明： 

图1：本实用新型的光路系统示意图。

具体实施方式

本实用新型运用激光蚀刻电子产品铜导电膜和ITO薄膜材料，采用高频率的脉冲激光器，加工的材料为高导电率的铜膜和ITO材料，激光聚焦在铜膜和ITO薄膜材料上，从而达到蚀刻效果。 

加工材料膜层从下往上分别为玻璃基底、黑色油墨、全反射介质膜、ITO和铜导电膜。当高频率的脉冲激光聚焦于铜膜的上表面，装置进行蚀刻时，在达到材料的去除能量阈值后，铜膜和ITO薄膜材料在高频率的脉冲激光器的作用下气化而达到蚀除的目的，当铜膜和ITO被蚀刻完全后，高频率的脉冲激光作用于该激光波长的全反射介质膜时，根据全反射介质膜特性，激光被全反射，这样，保护反射膜下面黑色油墨免受损伤。 

如图1所示，脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置 ，高频率脉冲激光器1是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器，高频率脉冲激光器1的输出端布置有光闸2，光闸2的输出端设置有扩束镜3，扩束镜3的输出端布置有1/2波片4，1/2波片4的输出端布置有格兰棱镜5，格兰棱镜5的输出端布置有高反射率镜片6，高反射率镜片6的输出端布置有全反射镜10，全反射镜10的输出端布置有振镜场镜系统8，振镜场镜系统8的输出端正对于四轴高精度平台14，所述四轴高精度平台14的上方布置有CCD对位观察系统11，所述四轴高精度平台14的一侧布置有等离子吹气系统12，四轴高精度平台14的另一侧安装有集尘系统13，高反射率镜片6的输出端还布置有功率实时监测探头7，监测探头7通过通讯系统16与控制系统17相连，振镜场镜系统8通过通讯系统16与控制系统17相连。 

上述装置用于刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜时，加工前激光焦点聚焦位于加工材料的上表面，高频率脉冲激光器1发出的激光由光闸2控制开关光，光闸2控制激光光束后经过扩束镜3对光束进行同轴扩束，一方面改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；另外一方面，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；经扩束镜3扩束准直后光束进入1/2波片4和格兰棱镜5，可以实现一定范围内激光功率可调，从而对工艺具有很高的指导性意义，经格兰棱镜5的激光依次经高反射率镜片6和全反射镜片10调整路线后进入振镜场镜系统8，同时激光在经高反射率镜片6后的有一定微小比例的折射光进入功率实时监测探头7，功率实时监测探头7监测折射光的功率变化，即能反映整个系统中激光的功率变化，功率实时监测探头7通过通讯系统16将探测结果传输到控制系统17，当激光功率波动超过幅度以至影响加工效果时，控制系统17控制其停止加工；光束到达振镜场镜系统8后，经过通讯系统16与控制系统17进行数据通信，将扫描图形转化为数字信号，将图形转化在需要刻蚀的加工材料15上，加工材料15通过真空吸附于四轴高精度平台14上；控制系统17根据加工图的识别和导入，经过CCD对位观察系统11将导入的定位靶标拍摄并抓取，控制加工；蚀刻产生的粉尘由等离子吹气系统12产生气流，由集尘系统13收集粉尘。等离子吹气系统12和集尘系统13同时开始工作，使得加工过程稳定。在加工过程中，通过与振镜同轴的同轴CCD观察系统9和监视器18实时观测加工情况，以确保加工效果稳定。当振镜场镜系统8在蚀刻好当前图形单元后，平台移动下一个单元，高频率的脉冲激光再开始加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。应用高频率的脉冲激光器对玻璃上黑色油墨基底的不可视区域铜导电膜层线路刻蚀，从而实现高效率高精度的触摸屏上线路制作。 

在玻璃上印刷黑色油墨对不可视区域进行遮蔽，同时在油墨上由下而上分别溅射所采用激光波长的全反射介质膜、ITO导电膜、铜导电膜。这样，在高频率脉冲激光器对导电膜层（铜膜，ITO）加工时，当高频率脉冲激光完成对导电膜层蚀刻后传递到所采用激光波长的全反射介质膜表面时，由全反射介质膜对高频率脉冲激光全部反射，保护全反射介质膜下一层黑色油墨受到损伤。这样当从另一面观察时，导电膜层上线路被黑色油墨遮蔽，达到了工艺要求。 

同时，可以采取加大油墨印刷厚度的方式来实现该工艺， 即在玻璃上印刷加厚的油墨，然后再油墨上印刷ITO和铜膜。这样，在高频率脉冲激光器对导电膜层（铜膜，ITO）加工时，当高频率脉冲激光完成对导电膜层蚀刻后传递到黑色油墨上时，会使一定厚度的油墨受到损伤，当激光再向下作用时，激光光斑远离焦点，激光的功率密度大幅下降，难以去除再下层的油墨。这样，虽然去除了一定厚度的油墨，但下层油墨未被去除，当从另一面观察时，导电膜层上线路仍被黑色油墨遮蔽，达到工艺要求。 

利用特殊处理的光路聚焦系统，使用高频率的脉冲激光器，对导电膜层上线路进行蚀刻，以得到较细较稳定的线宽。 

高频率的脉冲激光器经过扩束镜准直扩束后，导入振镜系统，经远心场镜聚焦后，使聚焦光斑在10um-100um范围内，实现单个振镜一次性加工一个图形单元以内高精度、高速扫描。 

玻璃基底的触摸屏上铜导电膜层材料放置平面度精度较高吸附平台上，放置产品后真空吸附打开，确保产品在加工过程中不移位。 

进行CCD定位：含有CCD自动抓靶功能，只需第一次建立模板，将导入的图形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，后续同一批次产品直接自动抓靶即可完成定位。 

激光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，以提高高频率的脉冲激光器蚀刻导电膜层的工艺重复性和稳定性。 

在振镜加工完当前图形单元后，平台移动下一个单元，高频脉冲激光再开始加工，如此反复，最终实现整个加工幅面的刻蚀。 

运动系统是四轴运动方式，使用光栅尺监测和反馈位置信息，可以达到高精度的定位操作运行，通过功率实时监控探头实时监控激光功率稳定情况，通过与振镜同轴的CCD观察加工效果，以取得稳定的加工效果。 

需要理解到的是：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (2)

1.脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置 ，其特征在于：高频率脉冲激光器（1）的输出端布置有光闸（2），光闸（2）的输出端设置有扩束镜（3），扩束镜（3）的输出端布置有1/2波片（4），1/2波片（4）的输出端布置有格兰棱镜（5），格兰棱镜（5）的输出端布置有高反射率镜片（6），高反射率镜片（6）的输出端布置有全反射镜（10），全反射镜（10）的输出端布置有振镜场镜系统（8），振镜场镜系统（8）的输出端正对于四轴高精度平台（14），所述四轴高精度平台（14）的上方布置有CCD对位观察系统（11），所述四轴高精度平台（14）的一侧布置有等离子吹气系统（12），四轴高精度平台（14）的另一侧安装有集尘系统（13），高反射率镜片（6）的输出端还布置有功率实时监测探头（7），监测探头（7）通过通讯系统（16）与控制系统（17）相连，振镜场镜系统（8）通过通讯系统（16）与控制系统（17）相连。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光刻蚀玻璃基底油墨上铜导电膜的装置，其特征在于：所述高频率脉冲激光器（1）是波长为196nm～1064nm、脉宽在10ps～200ns、重复频率在50KHz以上的脉冲激光器。