加工工件的激光器制造技术

本发明专利技术描述一种通过直写激光刻蚀而在涂覆于薄玻璃或塑料基片的相对两面上的材料薄膜中同时写入图案的方法。该基片允许所用的激光辐射全部或部分透射，并且该基片的表面不是平的。可在基片的相对两面上同时施加不同的对准图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过直写激光刻蚀加工工件，该工件包括在其第一面和第二面形成有 第一膜和第二膜的基片，其中该基片允许激光辐射透射。
技术介绍
多年来，激光已被用于直接加工包括沉积在薄玻璃或薄塑料基片的表面上的薄膜 的工件如平板显示器、太阳能板或医用传感器。大多数情况下，要求加工只在基片一面上的 涂层，因此不需要考虑穿透基片的激光辐射。美国专利US4650525公开一种太阳能平板电池互连应用，其中，可见光波长脉冲 的激光被引导透过玻璃基片，以通过激光刻蚀将背面的薄涂层除去。由于没有活性涂层且 原玻璃的激光刻蚀阈值的能量密远超出背面薄膜涂层的能量密度，所以激光束对基片的光 束进入侧没有造成损坏。某些情况下，要求同时对薄基片相对两面上的薄膜材料激光加工出不同图案，以 提高生产速率并简化相对图案之间的配准。美国专利US6759625公开一种使用两个相对的 激光束扫描仪单元来同时在装于两个扫描仪之间台架上的印刷电路板(PCB)的相对两面 上直写不同的激光结构的设备。该基片强烈吸收激光辐射，从而穿过基片一面上的薄涂层 的激光辐射没有穿透到达相反一面的涂层。
技术实现思路
本专利技术总体涉及当前在现有技术中尚未解决的这种情况，此时，在基片相对两面 上施加薄膜且这些薄膜需要通过激光刻蚀被加工出不同图案，并且基片允许用于加工薄膜 的激光辐射透射。基片不透明度的缺乏发生在以下情况，例如当使用激光刻蚀来施加图案到用于显 示器和触摸屏制造的薄玻璃片的相对两面上的透明导电薄膜如铟锡氧化物。在此情况下， 基片通常由薄的玻璃或聚合物制成。在玻璃基片情况下，其厚度通常小于1毫米，而在聚合 物基片情况下，厚度通常小于0. 1毫米。在两种情况下都需要使用仅很少被基片吸收的激 光束在相对两面直写入不同图案。基片上的薄膜可以是这样的材料，其完全吸收、部分吸收 或部分反射入射激光波长中的低能辐射。薄膜在它们粘附到基片的粘附程度方面通常有很 大的不同。这些在薄膜性能中的不同意味着通常存在关于波长、脉冲长度和能量密度的某 组特定激光加工参数，以使每个特定的薄膜和基片获得最佳刻蚀。一旦超过用于刻蚀的临 界能量密度，则整个薄膜可从基片表面上被除去，或者作为替代，需要多个激光脉冲来去除 全部薄膜。因此，取决于在一定数量的激光脉冲之后的膜透射比和刻蚀特性，激光束将部分 或完全透射进基片并且将继续前进到基片的相对一面，与该面上的膜相互作用。本专利技术还涉及如何同时在不平坦的薄透明基片的相对两侧上的涂层中产生不同 的激光加工图案的问题。为了应对透射激光束与在基片的背面/远侧上的膜相互作用的问题，根据第一方4案，本专利技术可提供一种通过直写激光刻蚀加工工件的方法，该工件包括具有在其第一面和 第二面上形成的第一膜和第二膜的基片，其中该基片允许激光辐射透射，该方法包括提供 包括激光束扫描仪和透镜单元的第一激光束传送设备；将第一激光束传送设备的透镜单元 相对基片第一面定位，以直写第一膜；用来自透镜单元的激光束直写第一膜，该透镜单元在 距第一膜不远的光斑处聚焦，由此激光束在照中第一膜时是发散的。当激光束透过基片后，其继续发散并因此在激光束照中第二膜时，其光斑尺寸更 大。由于在第二膜上的激光光斑面积比在第一膜上的大，而且由于在该处的脉冲中的能量 不比在第一膜上的大，因此在第二膜上的光斑中的能量密度小于在第一膜上的能量密度。 这意味着，如果第一膜和第二膜有相似的激光脉冲刻蚀阈值能量密度，则可如此设定脉冲 中的能量，即当其照中第一面时，第一膜所承受的能量密度超过其刻蚀阈值能量密度并且 该膜被去除，而当前进到第二膜时，第二膜所承受的能量密度降低到小于用于第二膜刻蚀 的阈值，因此第二膜未被损坏。透镜焦点处的激光光斑的尺寸取决于激光束的横模结构以及在光束中的衍射效 应。衍射效应取决于光束直径和波长。对于具有单个横模的激光束，最小焦点直径由下式 给出D = 4X A XFi^ /n其中，\是激光波长，F数(焦距比数)是透镜焦距和在透镜处的光束直径的比 例。对于具有多于一个横模的光束，最小焦点直径随描述横模数量的所谓的M2因子而增加。上文给出的最小焦点直径沿着被称为焦深的一定距离的光束路径基本保持恒定。 对于具有单个横模的激光束而言，焦深由下式给出焦深=8X入 XF 数 2/n对于具有多于一个横模的光束，焦深相对于M2因子而减小。等于焦深一半的距离 通常被称为瑞利范围。为了就成功刻蚀第一膜(在基片正面)且同时尽量降低损坏第二膜(在背面)风 险而言获得最宽的激光加工窗，优选使背面的激光光斑尺寸与正面的激光光斑尺寸之比尽 可能大。由于激光束仅在焦深之后距焦点等于瑞利范围的距离处开始显著发散，所以如果 激光束焦点定位在距基片表面约一个瑞利范围处，则背面光斑尺寸与正面光光斑尺寸之比 最大化。将焦点安置在表面上方高于或低于一个瑞利范围的位置导致背面光斑尺寸与正 面光斑尺寸之比减小。如果焦点布置成在正面上方大于一个瑞利范围，则正面光斑尺寸将 超过可能的最小值。如果焦点恰好布置在该基片表面上，则光束在基片内发散的距离减小 了与瑞利范围和基片材料折射率相关的一定距离。在此情况下，基片正面的光斑尺寸为可 能的最小值，但基片背面的光斑尺寸小于焦点被升高到正面上方时可获得的光斑尺寸。实践中，在空气到基片的界面处的折射效应改变实际的激光束路径，并使实际情 况比上述的简化模型更复杂，但无论如何，布置激光焦点在第一面上方一段接近一个瑞利 范围的距离处，这将使产生正面光斑尺寸和背面光斑尺寸出现最大不同，以及正面和背面 的能量密度和可能的最宽激光加工窗方面出现最大不同。为了在仅一面有涂层的基片上产生稳定的激光刻蚀，通常需要将透镜和基片表面 之间距离保持在等于焦深的距离之内。对于两面都有涂层的基片，要求则更严格，因为在透镜和基片正面之间的距离需要保持在小于瑞利范围并且因此是焦深的一小部分的距离之 内。上述方法最好可同时在第一膜和第二膜上实施。对此，该方法可进一步包括提供 第二激光束传送设备，其包括激光束扫描仪和透镜单元；将第二激光束传送设备的透镜单 元相对基片第二面定位，以直写第二膜，并且用来自透镜单元的激光束直写第二膜，该透镜 单元在离第二膜不远的光斑处聚焦，由此该激光束在照中第二膜时是发散的。为了允许同时加工第一膜和第二膜，必须如此安装工件，允许从工件两侧的激光 束传送设备发出的激光束顺利接近。这防止使用传统的平夹盘，使得不会阻止工件下凹或 弯曲的承载件的使用成为必须的。该方法优选还包括，在直写过程中调整透镜单元的焦点， 以补偿工件的不平坦度，并且将焦点维持在距相应基片表面所需的距离处。根据第二方案，本专利技术可提供在权利要求8至14中限定的用于实施在本专利技术第一 个方案中限定的方法的系统。本专利技术的优选实施方式使用一对相对的激光聚焦单元。激光聚焦单元可由两维光 学光束扫描仪和聚焦透镜单元构成，该扫描仪和聚焦透镜单元如此配置，一个扫描仪和透 镜单元位于基片的一侧，另一个扫描仪和透镜单元位于基片的相对侧。该基片接近这两个 扫描仪和透镜单元之间的中间位置，并且基片表面被配置成与相对的扫描仪单元上的透镜 的中心连线近似垂直。一个脉冲化激光系统可被用于产生光束，光束经过在基片一侧的扫 描仪和透镜单元，同时使用相似或不同类型的第二脉冲激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PT拉姆斯拜，
申请(专利权)人：万佳雷射有限公司，
类型：发明
国别省市：GB