伯努利加工头制造技术

一种用于使用激光束加工基板的加工头，包括：光学单元，包括用于引导所述激光束的至少一个光学元件；多个伯努利空气轴承，设置为围绕所述光学元件的光轴，并配置为喷射第一流体流，用于通过伯努利原理在所述伯努利空气轴承和所述基板之间产生引力，以便保持所述光学元件和所述基板之间的基本恒定的间距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】伯努利加工头
本专利技术涉及一种对基板执行激光加工的加工头。特别地，本专利技术涉及使用脉冲激光从基板表面烧蚀有机的、无机的或金属的材料层，以便以高精度来图案化所述材料层的加工。这样的应用包括但不限于平板显示器、触摸板显示器以及光伏电池板的制造。这些应用经常要求厚度小于1.5mm的薄的柔性基板以及厚度小于1μm的材料层。
技术介绍
在激光加工期间，基板和加工头被支撑以至于它们在二维(X-Y平面)中相对于彼此可移动。所述加工头包括：光学器件，用于将激光束聚焦到所述基板表面处的一个特定点或所述基板表面附近(沿Z轴方向)的一个特定点。来自于脉冲激光的能量被传送到材料中以烧蚀所述基板的各部分以形成期望的图案或结构。在很多情况下，为了精确地对所述基板进行图案化，有必要使得聚焦光学器件的焦点和所述基板在Z轴上的相对位置固定。如果允许所述聚焦光学器件的焦点与所述基板的相对位置波动太多，则所述激光束的能量密度在所述基板表面处可能不足以烧蚀所述材料层，或者在其它位置处可能太高以至于损坏所述基板，进一步损坏材料层或损坏所述基板的相对侧上的材料层。同样重要的是：所述加工头和所述基板不互相接触，因为这可能会损害所述基板或材料层。因此，有必要在所述加工头(例如，特别是聚焦光学器件)和所述基板表面之间的Z轴方向上维持一个恒定的间隙尺寸。所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置上的波动可能由于基板的支撑方式而由所述基板的曲度引起。为了防止所述基板表面上的材料层的污染，基板的待加工的部分优选地在很大程度上不被支撑；所述基板例如可以在有限数量的位置(例如边缘处)被支撑。薄的基板的柔性意味着：不被支撑的区域在其自身的重量下可能弯曲或下垂达到例如1mm。无论所述基板是水平地、垂直地或倾斜地被支撑，这都可能发生。所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置也可能由于所述基板的一个或多个材料层的厚度的变化而发生变化。已经有大量的尝试来克服上述提到的问题。现已经开发出用于自动地固定所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置的装置。这些装置通常被称为自动聚焦装置。GB2400063A公开了一种加工头，该加工头包括链接到空气动力定位盘或空气轴承的聚焦透镜，以自动地控制激光束的聚焦位置的定位。所述定位盘具有带有内孔的环形横截面。所述定位盘的内部(即与内孔相对的定位盘体)被提供有均匀地从所述定位盘体的底部流出的空气。气流在基板上产生排斥力，使得所述定位盘悬浮在所述基板的表面之上位于气垫上。然而，GB2400063A的加工头不适用于靠近基板的边缘来加工基板。当激光束接近基板的边缘时，来自所述定位盘的至少一些气流不再被引导到所述基板上，所以分离所述基板和所述定位盘的力突然降低。当所述定位盘朝着所述基板的方向(例如，由于重力)偏置时，这可能会导致所述定位盘接触并损坏所述基板。进一步，如果所述定位盘完全越过所述基板的边缘，则偏置力可能导致所述定位盘下降到所述基板的水平之下。当所述定位盘移动回到所述基板之上的一个位置，则它将撞击所述基板的边缘。除非对这种类型的定位盘的排气进行精心设计，否则由于这种类型的定位盘在支撑定位盘的气垫上“弹跳”，从而导致这种类型的定位盘也可能遭受在Z轴方向上的振荡。如果所述基板不被支撑，则在所述定位盘和所述基板之间的排斥力也可能倾向于增加所述基板的下垂程度。GB2439529A公开了一种加工头，该加工头包括：聚焦透镜，该聚焦透镜被链接到空气定位盘以自动地控制激光束的聚焦位置的定位。然而，与GB2400063A公开的加工头不同，所述聚焦透镜的光轴线偏离所述定位盘。GB2439529A描述了一种定位盘，其中，流体朝着所述定位盘的外面进入到所述基板表面和所述定位盘之间的间隙中，从而在所述定位盘和所述基板之间产生排斥力(类似于GB2400063A)；并且通过将所述定位盘偏离聚焦透镜轴线而解决了靠近边缘处来加工基板的问题。通过这样做，激光束可以接近所述边缘处来加工基板，同时所述定位盘完全保持在所述基板之上。然而，这种方案具有很多缺点。所述加工头仅仅能够从所述定位盘加工到在所述聚焦透镜轴线的方向上的所述基板的边缘。如果所述聚焦透镜沿着矩形基板的对角线偏离所述定位盘，则所述加工头仅仅能够沿着两个相邻的边缘加工所述基板的一部分。为了加工矩形基板的全部，需要至少四个加工头和四个激光束。GB2439529A还公开了：两个偏离聚焦透镜可以通过单个的定位盘被支撑。然而，仍然需要至少两个加工头和至少四个激光束来加工单个的矩形基板。进一步，由于所述聚焦透镜轴线偏离所述定位盘，所述聚焦透镜的焦点与和所述聚焦透镜轴线重合的基板表面的相对位置不是直接由所述定位盘控制的，因此，和所述聚焦透镜轴线重合的基板表面的位置的变化可能不能够被充分补偿。GB2439529A还提到：一种定位盘，其中，流体在所述定位盘的中心处进入到所述基板表面和所述定位盘之间的间隙中，从而在所述定位盘和所述基板之间产生引力(所谓的伯努利定位盘)；以及一种定位盘，其中，流体从所述定位盘的周围进入到所述基板表面和所述定位盘之间的间隙中，且真空被应用到中心区域以至于所述真空和流体压力进行平衡以稳定所述定位盘，但是没有提供其进一步的描述以及其使用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少部分地处理上面指出的一些问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种使用激光束加工基板的加工头，包括：光学单元，所述光学单元包括用于引导激光束的光学元件；多个伯努利空气轴承，设置为围绕所述光学元件的光轴，并配置为喷射第一流体流，用于通过伯努利原理在所述伯努利空气轴承和所述基板之间产生引力，以便在所述光学元件和所述基板之间维持基本恒定的间距。所述多个伯努利定位盘中的每一个可包括：一个平坦表面；以及一个基本中心孔，所述第一流体流通过所述基本中心孔喷射。每个伯努利定位盘的所述平坦表面可以是圆形的。每个伯努利定位盘的所述平坦表面可以是多边形的或正方形的。所述孔可被设置为在垂直于所述平坦表面的方向以及从所述平面的中心喷射来自于所述伯努利定位盘的流体流。所述加工头可包括：三个、四个或更多个伯努利定位盘。所述加工头可进一步包括：可以发生所述加工的加工区域，当所述基板由所述激光束进行加工时，所述加工区域是围绕所述光轴并由所述基板界定的；以及环境控制单元，配置为提供第二流体流穿过所述加工区域，用于控制所述加工区域中的环境。所述环境控制单元可配置为从加工区域移除由所述加工造成的碎片。根据本专利技术的第二方面，提供了一种使用激光束加工基板的装置，所述装置包括：支撑元件，用于在所述基板的第一位置处支撑所述基板；以及根据本专利技术的第一方面的所述加工头；其中，所述加工头配置为在不同于所述第一位置的第二位置处支撑所述基板。根据本专利技术的第三方面，提供了一种支撑用于激光加工的基板的方法，所述方法包括：使用本专利技术的第一方面的所述伯努利加工头通过引力来支撑所述基板的第一部分。这样的伯努利空气轴承通常被称为伯努利定位盘，在这里，这些术语将被交替使用。根据说明书的以下描述和所附权利要求书，本专利技术的其他的目标和优选的以及可选的特征将是很明显的。附图说明现在将仅通过示例的方式参考附图来进一步描述本专利技术，在附图中：图1示出了可用于本专利技术的一个方面的加工头的示意图；图2示出了伯努利定位盘和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用激光束加工基板的加工头，包括：光学单元，包括用于引导所述激光束的至少一个光学元件；多个伯努利空气轴承，设置为围绕所述光学元件的光轴，并配置为喷射第一流体流，用于通过伯努利原理在所述伯努利空气轴承和所述基板之间产生引力，以便保持所述光学元件和所述基板之间的基本恒定的间距。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.30 GB 1417261.31.一种用于使用激光束加工基板的加工头，包括：光学单元，包括用于引导所述激光束的至少一个光学元件；多个伯努利空气轴承，设置为围绕所述光学元件的光轴，并配置为喷射第一流体流，用于通过伯努利原理在所述伯努利空气轴承和所述基板之间产生引力，以便保持所述光学元件和所述基板之间的基本恒定的间距。2.根据前述任一权利要求所述的加工头，其中，所述多个伯努利定位盘中的每一个包括：一个平坦表面；以及一个基本中心孔，所述第一流体流通过所述基本中心孔喷射。3.根据权利要求2所述的加工头，其中，每个伯努利定位盘的所述平坦表面是圆形的。4.根据权利要求2所述的加工头，其中，每个伯努利定位盘的所述平坦表面是多边形的或正方形的。5.根据权利要求2至4中任一项所述的加工头，其中，所述孔设置为在垂直于所述平坦表面的方向并从...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·米尔恩，
申请(专利权)人：万佳雷射有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB