專利名稱：大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光干刻刻蝕設(shè)備，尤其涉及一種大幅面精密激光刻線和打 點(diǎn)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，實(shí)際應(yīng)用中用于刻線和打點(diǎn)的方法有以下三種1)化學(xué)蝕刻方法先根據(jù)圖做出一張菲林，根據(jù)模具材料配好化學(xué)腐蝕藥品，然 后進(jìn)行幾天的腐蝕，形成所刻圖形；再進(jìn)行多工序的清洗后用設(shè)備烘干；工藝比較成熟，但 工序多，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，需處理產(chǎn)生的腐蝕性液體，產(chǎn)品不具有再現(xiàn)性；2)機(jī)械鉆孔方法用金剛石球形關(guān)或鉆頭在數(shù)控鉆床或加工中心進(jìn)行加工，鉆頭 易壞，中途損壞后不能更換，導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品報(bào)廢，接觸加工，易傷材料；3)激光熔刻方法利用激光的高密度能量，使材料表面熔化、并汽化，照射中心的 熔化物均勻向四周溢出；由于激光能量分布是高斯圓形分布，所以照射一定時(shí)間(Ims)移 開冷卻后就形成一個(gè)圓球坑；整個(gè)設(shè)計(jì)周期短，工藝還不夠成熟，工藝參數(shù)比較多。因此，需要設(shè)計(jì)一種大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種大幅面精密激光刻線和 打點(diǎn)的設(shè)備。本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，包括激光器和擴(kuò)束鏡，特點(diǎn)是所述激光器的 輸出端設(shè)置擴(kuò)束鏡，所述擴(kuò)束鏡的輸出端布置有動(dòng)態(tài)聚焦鏡，所述動(dòng)態(tài)聚焦鏡的輸出端連 接有振鏡；所述激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，平行光束經(jīng)動(dòng)態(tài)聚焦 鏡聚焦后進(jìn)入振鏡，光束焦點(diǎn)位于真空吸附平臺(tái)的加工工件上。進(jìn)一步地，上述的大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，其中，所述激光器的輸出波 長(zhǎng)為355nm，激光功率為3 12W，光束直徑在1mm。更進(jìn)一步地，上述的大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，其中，所述擴(kuò)束鏡的放大 倍率為3 10倍。再進(jìn)一步地，上述的大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，其中，所述動(dòng)態(tài)聚焦鏡使 焦距處于同一水平面上。本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步主要體現(xiàn)在本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)用了動(dòng)態(tài)聚焦鏡使激光加工面為平面，高效的路徑規(guī)劃 算法使一萬(wàn)個(gè)圖形元素的規(guī)劃在25秒內(nèi)完成，在幾分鐘內(nèi)完成高效高精度的激光刻線或 打點(diǎn)加工。該裝置的加工幅面可達(dá)25萬(wàn)平方毫米，滿意實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)和刻線加工一次性完成， 速度快、精度高。該設(shè)備適用于對(duì)ITO的玻璃或者是膜類進(jìn)行加工，在手機(jī)行業(yè)、掌上電腦、 筆記本顯示器以及液晶電視等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，為一實(shí)用的新設(shè)計(jì)。以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明


圖1 本實(shí)用新型的構(gòu)造示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，包括激光器1、擴(kuò)束鏡2、動(dòng)態(tài) 聚焦鏡3和振鏡4，激光器1的輸出端設(shè)置擴(kuò)束鏡2，擴(kuò)束鏡2的輸出端布置有動(dòng)態(tài)聚焦 鏡3，動(dòng)態(tài)聚焦鏡3的輸出端連接有振鏡4 ；其中，激光器1的輸出波長(zhǎng)為355nm，激光功率 為3 12W，光束直徑在Imm ；擴(kuò)束鏡2的放大倍率為3 10倍；動(dòng)態(tài)聚焦鏡作用范圍為 550mmX 550mmo激光干刻刻蝕屬于材料去除加工范疇，利用激光功率密度高的特點(diǎn)，將其聚焦，使 加工的材料瞬間加熱熔化、汽化，熔化物質(zhì)被蒸氣的剩余壓力排擠出來(lái)，將其去除。激光器 輸出的光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束整形成平行光(以利于聚焦更細(xì))，然后經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)聚焦鏡進(jìn)行先聚焦使 光束焦面為一個(gè)平面，最后進(jìn)入振鏡，由兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡面形成平面掃描。在有圖形 的地方激光Q開關(guān)打開以高頻(30K IOOKHz)的重復(fù)頻率進(jìn)行出光加工。加工時(shí)，激光器1發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡2，擴(kuò)束鏡2輸出平行光束，平行光束經(jīng)動(dòng) 態(tài)聚焦鏡3聚焦后進(jìn)入振鏡4，光束焦點(diǎn)位于真空吸附平臺(tái)的加工工件5上。通過(guò)軟件控制 讀出圖形并進(jìn)行圖形優(yōu)化和路徑規(guī)劃，控制XY平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行定位和加工。真空吸附平臺(tái)系 統(tǒng)的平臺(tái)上有定位銷裝置固定工件，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的控制。設(shè)備控制軟件具有 識(shí)別DXF、DWG等格式的文件及圖形的讀入、圖形的工藝參數(shù)精確控制等功能。激光器1波 長(zhǎng)為355nm(IT0材料對(duì)此波長(zhǎng)的激光有很好的吸收率)，M2 < 1. 1，激光功率為3 12W，電 光調(diào)Q(峰值功率達(dá)幾十KW)；全水冷，全封閉，模塊化設(shè)計(jì)；整個(gè)激光器電功率為200W，工 作頻率在10 ΙΟΟΚΗζ，光束直徑1mm。激光傳輸系統(tǒng)采用7倍擴(kuò)束鏡2對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直，以減 小發(fā)散角，擴(kuò)束后光斑直徑約為5mm。采用高精度調(diào)整度掃描振鏡4，每秒可達(dá)6000mm(lmm 高)，鏡片鍍膜為355nm全反，重復(fù)精度< 4um，為抗干擾強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)傳輸式振鏡。光學(xué)聚 焦采用動(dòng)態(tài)聚焦鏡3，使整個(gè)工作范圍內(nèi)光垂直入射到工件表面，不會(huì)產(chǎn)生離焦。工作距離
44，每秒可達(dá)6000mm(lmm 高)，鏡片鍍膜為355nm全反，重復(fù)精度< 4um，為抗干擾強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)傳輸式振鏡。光學(xué)聚 焦采用動(dòng)態(tài)聚焦鏡3，使整個(gè)工作范圍內(nèi)光垂直入射到工件表面，不會(huì)產(chǎn)生離焦。工作距離為F = 725mm，此配置下刻線寬度可控制在30 150um，適合市場(chǎng)各種需求，整個(gè)光路采用 全封閉防塵，大大減少了激光器的損壞。振鏡掃描振鏡4即振動(dòng)鏡，其原理類似于檢流計(jì)，在接到電信號(hào)后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng) 振動(dòng)鏡片(反射鏡片)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果接收到交變電信號(hào)，則鏡片發(fā)生振動(dòng)，使光線掃描出 一條直線，兩個(gè)垂直安裝的鏡片形成XY方向的掃描，與電視機(jī)成像原理相同。光學(xué)聚焦激光是方向性最好的光源，但是仍然有一定的發(fā)散角；也是光強(qiáng)度和 光功率密度最高的光源，須通過(guò)光學(xué)聚焦系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域(幾十微米)，由 于普通聚焦鏡不能適應(yīng)大幅面要求，所以采用動(dòng)態(tài)聚焦鏡3，起到了平場(chǎng)作用(使焦距處于 同一水平面)，但會(huì)帶來(lái)圖形的失真，這一點(diǎn)可通過(guò)軟件進(jìn)行校正，將高能高密度的激光聚 焦到所需加工的區(qū)域(光斑大小根據(jù)需要而調(diào)節(jié)，一般在0. 03mm 0. 08mm)，使得能量更 高，密度更高，聚焦處于同一平面。加工一次性完成，不需要分塊或者是拼接。具體應(yīng)用時(shí)，先調(diào)整好平臺(tái)使其位于激光焦平面處，將一個(gè)大幅面的圖形文件導(dǎo) 入設(shè)備操作軟件。將加工工件5放置在真空吸附平臺(tái)上，由定位銷將其固定，定位。設(shè)置好 加工的起止坐標(biāo)以及焦距，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化好路徑后發(fā)出相應(yīng)的指令，XY振鏡進(jìn)行掃 描運(yùn)動(dòng)，加工出相應(yīng)的圖形。計(jì)算機(jī)根據(jù)要求發(fā)出激光信號(hào)給激光器1，激光器1以要求的 頻率發(fā)出激光脈沖序列，激光器1發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡2，形成平行光束，再通過(guò)動(dòng)態(tài)聚 焦鏡3進(jìn)行聚焦，其焦點(diǎn)在真空吸附平臺(tái)的加工工件上，然后進(jìn)入振鏡4，振鏡4掃描，直到 完成要求的圖形。完成后，此時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使真空吸附平臺(tái)系統(tǒng)取消真空吸 附，取下工件，加工完成；加工幅面可達(dá)500mmX 500mm。綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)獨(dú)特，運(yùn)用了動(dòng)態(tài)聚焦鏡使激光加工面為平面，高效的 路徑規(guī)劃算法(改進(jìn)的dijkstra算法)使一萬(wàn)個(gè)圖形元素的規(guī)劃在25秒內(nèi)即能完成，可 在幾分鐘內(nèi)完成高效高精度的激光刻線或打點(diǎn)加工。該裝置的加工幅面可達(dá)25萬(wàn)平方毫 米，實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)和刻線(刻線包括刻直線、刻斜線、刻文字、刻圓等)加工一次性完成，速度快、 精度高。適用于對(duì)ITO的玻璃或者是膜類進(jìn)行加工，在手機(jī)行業(yè)、掌上電腦、筆記本顯示器 以及液晶電視等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。需要理解到的是以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，包括激光器和擴(kuò)束鏡，其特征在于所述激光器的輸出端設(shè)置擴(kuò)束鏡，所述擴(kuò)束鏡的輸出端布置有動(dòng)態(tài)聚焦鏡，所述動(dòng)態(tài)聚焦鏡的輸出端連接有振鏡；所述激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，平行光束經(jīng)動(dòng)態(tài)聚焦鏡聚焦后進(jìn)入振鏡，光束焦點(diǎn)位于真空吸附平臺(tái)的加工工件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，其特征在于所述激光 器的輸出波長(zhǎng)為355nm，激光功率為3 12W，光束直徑在1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，其特征在于所述擴(kuò)束 鏡的放大倍率為3 10倍。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種大幅面精密激光刻線和打點(diǎn)的設(shè)備，在激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端布置有動(dòng)態(tài)聚焦鏡，動(dòng)態(tài)聚焦鏡的輸出端連接有振鏡；激光器發(fā)出的光束射入擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡輸出平行光束，平行光束經(jīng)動(dòng)態(tài)聚焦鏡聚焦后進(jìn)入振鏡，光束焦點(diǎn)分布在真空吸附平臺(tái)的加工工件上。本實(shí)用新型技術(shù)方案采用動(dòng)態(tài)聚焦鏡使激光加工面為平面，高效的路徑規(guī)劃算法使一萬(wàn)個(gè)圖形元素的規(guī)劃在25秒內(nèi)完成，幾分鐘內(nèi)完成高效高精度的激光刻線或打點(diǎn)加工。該設(shè)備的加工幅面可達(dá)25萬(wàn)平方毫米，實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)和刻線加工一次性完成，速度快、精度高，適用于對(duì)ITO的玻璃或者是膜類進(jìn)行加工。
文檔編號(hào)B23K26/36GK201645050SQ201020149999
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者應(yīng)煒, 趙裕興 申請(qǐng)人:蘇州德龍激光有限公司