多层结构的激光刻图 |
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| 申请号 | CN201480022179.9 | 申请日 | 2014-02-21 | 公开(公告)号 | CN105144346B | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 恩耐公司; | 发明人 | A·迪特利; R·J·马丁森; | ||||
| 摘要 | 公开了一种对多层结构非烧蚀地激 光刻 图的方法，所述多层结构包括：基底、设置在所述基底上的第一层、设置在所述第一层上的第二层以及设置在所述第二层上的第三层，该方法包括：生成至少一个激光脉冲，其具有被选择用于非烧蚀地改变第三层的 选定 部分的 导电性 而使得选定部分变为非导电的激光参数；以及引导所述脉冲到所述多层结构；其中，所述第一层的导电性基本上不被所述脉冲改变。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在多层结构上激光刻图的方法，所述多层结构包括：基底、设置在所述基底上的第一层、设置在所述第一层上的第二层以及设置在所述第二层上的第三层，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 多层结构的激光刻图[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2013年2月21提交的临时申请61/767,420、2013年5月2日提交的临时申请61/818,881以及2013年9月9日提交的临时申请61/856,679的优先权，为了任意和所有目的，这些申请相应的公开内容通过引用整体被引入到本申请中。 技术领域[0003] 总体上，本发明涉及激光刻图领域。更具体地，本发明涉及用于多层层叠材料的刻图方法。 背景技术[0004] 在电子工业中，触摸屏开始获得青睐，那是由于对智能手机、平板电脑、和一体机电脑的需求越来越高。其中一个工业上目的是减少该装置的整体厚度，所以要减小作为更薄的设备的一个部分的触摸传感器的厚度。一个方案是使用一个单层膜减少传感器的厚度。单层膜通常是一个层状复合结构，该层状复合结构包含同一基底上的多个导电层。导电层通常由薄的绝缘材料隔开。导电层的整体的间隔是在微米范围内。当对这些层刻图时，这些层之间的小间隔一直是个问题，特别是因为现有的激光技术产生大量的热用于对选定层的烧蚀，从而常常导致随后或相邻的层的结构变化。因此，仍然需要一种激光刻图方法，该方法至少能够克服应用于多层复合物的常规技术的缺点。 发明内容[0005] 根据本发明的一个实施方式，一种对多层结构激光刻图的方法，所述多层结构包括：基底、设置在所述基底上的第一层、设置在所述第一层上的第二层以及设置在所述第二层上的第三层，该方法包括：生成至少一个激光脉冲，其具有被选择用于非烧蚀地改变第三层的选定部分的导电性而使得选定部分变为非导电的激光参数；以及引导所述脉冲到所述多层结构；其中，所述第一层的导电性基本上不被所述脉冲改变。 [0006] 根据本发明的另一个实施方式，一种形成多层层叠结构的方法，包括：提供基底；沉积第一层在所述基底上，所述第一层是导电的；对所述第一层激光刻图，使得第一层的选定部分变成非导电的；沉积第二层在所述第一层上，所述第二层是绝缘的；沉积第三层在所述第二层上，所述第三层是导电的；以及对所述第三层进行非烧蚀激光刻图，使得所述第三层的选定部分变成非导电的，而基本上不改变所述第一层的导电性。 附图说明[0008] 图1A-1C示出根据本发明的一个实施方式的示例性的层叠结构在制造的各个步骤中的剖视图。 [0009] 图2A-2C示出根据本发明的另一个实施方式的示例性的层叠结构在制造的各个步骤中的剖视图。 [0010] 图3A-3C示出根据本发明的另一个实施方式的示例性的层叠结构在制造的各个步骤中的剖视图。 具体实施方式[0011] 在一般情况下，本文所讨论的工序和材料可以用于触摸传感器的制造和针对导电性基底的其他应用。触摸传感器通常包括由不同材料组成的薄膜复合物，其通过一个或多个沉积或层压工艺叠在一起。各种层叠的结构都是可能的，并且可以在多个层的制造过程中实施各种中间处理步骤。例如，如公开的附图所示，本文所描述的不同的多层结构可以使得各层以一个不同的次序布置。在一些实施例中，沉积材料层可以被布置在基底的一侧或两侧。在进一步的实施方案中，如图所示，脉冲激光束可以从相反的方向入射。不同类型的材料可以用于不同的层，本文所讨论的仅为一些合适的例子。应当理解的是，在本发明的范围之内可能包含许多不同的配置和变化。 [0012] 现在参考图1A-1C，描绘了根据本发明的实施方式，对于非烧蚀激光加工多层叠层结构的材料的方法的不同阶段。如图1A所示，提供多层层叠结构体10，其包括一基底层12，由PET(Polythylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)或其它合适的材料制成。该结构10包括布置在基底层12上的导电的第一层14。所述第一层14包括银纳米线，或其他合适的导电材料。一第二层16，其可以由光阻剂或其它合适的绝缘材料制成，并布置在第一层14上。在将绝缘层16沉积或形成在第一层14上之前，结构10可被非烧蚀地激光加工，以形成选定的非导电区域，包括线条、图案、或其它几何形状，所述非烧蚀工艺下面被进一步描述。 [0013] 绝缘层16可以包括一种或多种掺杂剂，其可提高该层16的散射或吸收入射的激光能量的性能，从而减少残余(即入射到第一层14上的)的能量密度。在图1B中，一个第三层18被沉积或形成在多层结构10的第二层16上。该第三层通常包括银纳米线，但如果能进行非烧蚀改变导电性，也可以使用其它合适的导电材料。一个优选的层叠方式是在所述第一层14和第三层18中都含有银纳米线。银纳米线能够提供比其他材料更多的优势，包括被激光非烧蚀加工的能力(如本文所述)及在变形、例如弯曲载荷下保留其特性的能力。例如，银纳米线非常适合应用在柔性触摸屏上。如图1C所示，产生的脉冲激光束21具有适合于使目标非烧蚀改变的工艺参数。脉冲激光束21被引导到结构体10，用于对结构体10进行激光处理。 脉冲激光束21与结构10的第三层18相互作用而不烧蚀第三层18的选定部分22。通过与来自脉冲激光束21的激光脉冲相互作用，选定部分22的导电性变为非导电。同时，在第三层18下方的第一层14的选定部分24不经历相同的导电性变化。此外，选定部分24不被光束21烧蚀。 绝缘层16可以协助减轻第一层14接收到的脉冲能量，以便防止发生导电性改变的材料相互作用。 [0014] 如图2A-2C所示，示出了根据本发明的另一个实施方式的多层层叠的结构20的激光加工方法。如图2A所示，层叠结构20包括一基底12和一第一层26，所述第一层26优选地包括银纳米线。所述第一层26经过热处理(通过向下的箭头表示)，以向上改变第一层26的导电性变化的阈值特性。因此，在热处理后，所述第一层26的导电性变化的阈值将更高。在一些实例中，此导电性变化的阈值能够与该材料的烧蚀阈值关联。可以使用各种温度下的热处理并且温度可以被选择或调整，以提供对于第一层26的不同的效果。在一些实施例中，热处理是用炉、激光或其它热处理机构进行的。第一层26的热处理可能会导致在覆盖第一层26中银纳米线的有机罩面的密度改变，从而增加其能量密度阈值。如图2B所示，该结构20经历了随后的层叠步骤，在第一层26的顶部提供第二层16，在第二层16的顶部提供第三层18。 如图2C所示，产生脉冲激光束21，其具有适合于目标的非烧蚀改变的工艺参数。脉冲激光束 21被引导到结构20，用于对结构20进行激光加工。脉冲激光束21与结构20的第三层18相互作用而不烧蚀第三层18的选定部分22。通过与来自脉冲激光束21的激光脉冲的相互作用，选定部分22的导电性变为非导电。同时，在第三层18下方的第一层26的选定部分24不经历相同的导电性变化。此外，选定部分24不被光束21烧蚀。 [0015] 参考图3A-3C，示出了根据本发明的一个实施方式的多层层叠的结构30的激光加工方法。如图3A所示，层叠结构30包括基底12和第一层28，第一层28优选地包括铟锡氧化物(ITO，indium tin oxide)。第一层28可被烧蚀处理，使得第一层28的部分通过激光烧蚀过程被除去。第二层16沉积在第一层28上。如图3B所示，第三层18沉积或形成在第二层16上。第三层18与第一层28的材料组成不同，第三层18优选地包括导电性的银纳米线。由于该材料的差异性，第三层18的导电性变化阈值特性与第一层28的不同。如图3C所示，结构30经由脉冲激光束21处理。产生的脉冲激光束21具有适合于目标的非烧蚀改变的工艺参数。脉冲激光束21被引导到结构30，用于对结构30进行激光加工。脉冲激光束21与结构30的第三层 18相互作用而不烧蚀其上的选定部分22。通过与来自脉冲激光束21的激光脉冲的相互作用，选定部分22的导电性变为非导电。同时，在第三层18下方的第一层28的选定部分24不经历相同的导电性变化。此外，选定部分24不被光束21烧蚀。 [0016] 导电性区域或层被非烧蚀地加工，因此，它们可用于电子装置或与印刷电子器件或光电器件相关的其他装置(包括获益于基底的低损坏、低可见度加工或需要精确的装置)中的触摸屏中。如在此所使用的，烧蚀加工应被理解为通过入射的光束引起的蒸发、光化学改变或其他方式的影响而从目标明显去除了材料。类似地，非烧蚀加工应被理解为现有目标表面形貌的结构特征在加工之后保持不变，即使目标的电特性或其他特性发生了改变。 [0017] 在一些情况下，由导电材料构成的层包括随机布置的银纳米线。这种层的银纳米线可以以聚合物基质、例如有机过覆层固定到基底。激光束可将激光脉冲传送到这种层，且产生被加工部分，在该加工部分处，导电层的材料的导电性被显著改变，使得被加工部分是有效非导电的。如在此所使用的，术语“导电”和“非导电”具有在印刷电子器件、触摸传感器图案化或光电子器件领域中通常理解的含义。例如，可被认为是导电的材料的合适的薄片电阻为30-250Ω/sq，可被认为非导电的或电绝缘的材料的合适的薄片电阻或电绝缘测量结果为大于或等于大约20MΩ/sq的电阻。然而，这些薄片电阻仅是示例性的，根据特殊的应用要求，也可应用其他导电和非导电范围。一些被加工的基底可在薄片电阻低于500Ω/sq、1kΩ/sq、5kΩ/sq或10kΩ/sq时被认为是足够导电的，在薄片电阻高于或等于大约100Ω/sq、1MΩ/sq或100MΩ/sq时被认为是非导电性的。 [0018] 激光脉冲可以以各种图案被引导到复合物，使得在基底上形成特殊的区域和电路径。通过仔细选择激光脉冲参数的特性，包括脉冲长度、脉冲能量密度、脉冲能量、光点直径、脉冲重复速率和扫描速度，基底可被加工使得其电特性以预定的方式改变，同时基底和相关的保护层和导电层不会明显地被损坏或不会被结构改变(例如，烧蚀)。 [0019] 适合于导电层的非烧蚀加工的示例性激光脉冲参数包括大约50ps的脉冲长度、大约0.17J/cm2的脉冲能量密度、大约40μm(1/e2)的光点尺寸、大约1m/s的扫描速率(其中脉冲间重叠大于90％)、大约12μJ的总脉冲能量和大约100kHz的脉冲重复速率，使用波长为1064nm的光辐射(其已被发现与更短的波长的光线相比以更小的程度与基底和其他材料相互作用)。其他各种参数也是合适的。例如，脉冲重复速率可增大到1MHz、10MHz或大于 10MHz，以增大加工速度。脉冲长度可被选择成更短或更长。脉冲能量密度可被调节成确保目标被非烧蚀地加工。可能的脉冲长度包括小于大约1ps、100ps、200ps、500ps、800ps或 1ns。其他参数可被类似地改变和相应地优化。适合于非烧蚀激光加工的激光参数可部分基于待加工的所选材料的相关性能选择。例如，基底、导电层等的厚度变化可影响激光脉冲热量如何分布或导致其他随时间的缓解效果。 [0020] 尽管用于加工的光束通常被使得聚焦于结构处，但其他光束几何配置和强度分布也是可能的，包括非聚焦光束、线光束、方形或矩形光束以及在一个或多个横轴上具有均匀、大致均匀或预选的强度分布的光束。在一些情况下，复合物可被平移，以帮助在其表面上实现各种几何特征。在一些情况下，一个或多个激光束从顶侧方向入射到复合物上，或从背侧方向入射到复合物上，使得光束传播通过基底到达导电层，从而光束对导电层产生烧蚀性或非烧蚀性改变。在一些情况下，激光脉冲使得导电层的被加工部分变成非导电，同时不会改变被加工部分的可见特性。类似地，激光脉冲可烧蚀地或非烧蚀地加工导电边界。导电边界的激光烧蚀可通过增大入射到目标表面上的激光束的能含量实现。例如，激光脉冲参数可通过增大脉冲长度、脉冲能量密度、总脉冲能量，通过使用较短的波长或通过降低光点尺寸调节。合适的激光系统总体上包括脉冲式光纤激光器、脉冲式光纤放大器和二极管泵浦固体激光器。 [0021] 应当认识到，本发明及其附带的众多优点可以通过前面的描述理解，而且显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围或牺牲其实质优点的情况下，可以在各部分进行各种变化而其都应在本发明的范畴中，上文所述的形式只是示例性实施例。 |
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