一种金属掩模版的加工设备及加工方法与流程

1.本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种金属掩模版的加工设备及加工方法。


背景技术：

2.在光伏太阳能领域，光伏硅片需要在表面进行各类膜层的蒸镀及印刷，在这类制作过程中，大量的使用到掩模版。金属掩模版的制作可以是cnc加工，电蚀刻加工，激光切割等。其中因激光切割的高效性及灵活性，被大量采用。
3.但其存在的问题是，当前行业内的激光通常使用光纤激光，只能切割0.2mm厚度左右的掩模版。对于目前行业内对掩模版越来越薄，越来越精密的追求，如使用光纤激光切割易出现边缘烧黑，卷曲变形等情况，无法满足加工需求，导致掩模版最终无法使用。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种金属掩模版的加工设备及加工方法，以实现对较薄掩模版的切割，提高掩模版边缘的切割品质。
5.根据本发明的一方面，提供了一种金属掩模版的加工设备，其中包括：
6.光源组件，用于出射激光光束，激光光束单脉冲能量大于或等于200uj，脉冲宽度范围为400-800fs，波长为1030nm；
7.光束整形组件，位于激光光束传输的路径上，用于对激光光束进行整形，形成整形激光光束；
8.加工组件，位于整形激光光束传输的路径上，用于调整整形激光光束的方向，并出射整形激光光束至待加工金属掩模版，以在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形，金属掩模版的厚度范围为0.05-1mm。
9.根据本发明的一个实施例，所述金属掩模版的加工设备，其中，加工组件包括振镜、场镜和第一控制器；
10.振镜位于整形激光光束传输的路径上；
11.场镜位于振镜近邻待加工金属掩模版的一侧；
12.第一控制器与振镜连接，用于基于预设掩模图形控制振镜的角度，以调整整形激光光束入射至待加工掩模版上的位置。
13.根据本发明的一个实施例，所述金属掩模版的加工设备，其中，加工组件还包括图像采集单元、位移台和第二控制器，图像采集单元和位移台分别与第二控制器连接；
14.图像采集单元用于采集待加工金属掩模版的图像，位移台用于承载待加工金属掩模版，第二控制器用于根据待加工金属掩模版的图像以及加工组件的加工范围控制位移台的位移。
15.根据本发明的一个实施例，所述金属掩模版的加工设备，其中，光束整形组件包括扩束镜，位于光源组件至加工组件之间的光束传播路径上，用于对激光光束进行准直。
16.根据本发明的一个实施例，所述金属掩模版的加工设备，其中，光束整形组件还包括反射镜组，包括至少一个反射镜，反射镜组位于扩束镜至加工组件之间的光束传播路径上，和/或，反射镜组位于光源组件至扩束镜之间的光束传播路径上。
17.根据本发明的一个实施例，所述金属掩模版的加工设备，其中，激光光束的频率范围为100-200khz，功率范围为20-40w。
18.为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种金属掩模版的加工方法，基于如前所述的金属掩模版的加工设备实现，
19.其中包括：
20.以预设掩模图形调整整形激光光束的方向；
21.控制整形激光光束以不同入射角度入射并扫描待加工金属掩模版，以在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形扫描路径；
22.多次执行以上步骤，对预设掩模图形围成的区域进行切割，待加工金属掩模版上形成镂空掩模图形，完成加工。
23.根据本发明的一个实施例，加工组件还包括图像采集单元和位移台，在以预设掩模图形调整整形激光光束的方向之前还包括：
24.获取待加工金属掩模版的图像；
25.根据待加工金属掩模版的图像以及加工组件的加工范围对待加工金属掩模版划分区域；
26.控制位移台移动，以控制待加工掩模版中的一个未加工区域进入加工组件的加工范围。
27.根据本发明的一个实施例，在加工组件对一个未加工区域完成加工之后还包括：
28.控制位移台移动，控制待加工掩模版中的下一个未加工区域进入加工组件的加工范围；
29.执行金属掩模版的加工方法的步骤；
30.依次循环上述步骤，直至所有未加工区域完成加工。
31.根据本发明的一个实施例，在加工组件对一个未加工区域完成加工之后，控制位移台移动，控制待加工掩模版中的下一个未加工区域进入加工组件的加工范围之前还包括：
32.获取已加工完成区域中镂空区域的图像；
33.根据镂空区域的图像获取镂空区域的坐标；
34.判断镂空区域的坐标是否与预设掩模图形的坐标一致，若不一致，则获取镂空区域的坐标与预设掩模图形的坐标之间的偏差；
35.并根据偏差对位移台和/或预设掩模图形的坐标进行校正。
36.本发明实施例的技术方案，通过使用飞秒激光配合高速振镜实现对较薄掩模版的切割，解决了光纤激光切割时出现的边缘烧黑和锯齿，翘曲，残渣等问题，提升了掩模版加工边缘品质和加工效率。
37.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备方框示意图；
40.图2是现有技术中的切割效果图；
41.图3是本实施例中的切割效果图；
42.图4是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备的加工组件结构示意图；
43.图5是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备光束整形组件结构示意图；
44.图6是本发明一个实施例提出的金属掩模版的加工方法的流程图；
45.图7是本发明一个实施例提出的金属掩模版的加工方法的流程图；
46.图8是本发明一个实施例提出的金属掩模版的加工方法的流程图。
具体实施方式
47.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
48.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
49.图1是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备方框示意图，如图1所示，该金属掩模板的加工设备，包括：光源组件101、光束整形组件102和加工组件103。
50.光源组件101，用于出射激光光束，激光光束单脉冲能量大于或等于200uj，脉冲宽度范围为400-800fs，波长为1030nm；
51.其中，光源组件101为出射激光光束的硬件设备，优选的，可以为飞秒激光器。
52.光束整形组件102，位于激光光束传输的路径上，(如图1所示)用于对激光光束进行整形，形成整形激光光束。
53.其中，整形激光光束可以理解为改变光束直径或发射散角的光束，本发明实施例对此不作限定。
54.加工组件103，位于整形激光光束传输的路径上，(如图1所示)用于调整整形激光光束的方向，并出射整形激光光束至待加工金属掩模版，以在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形，金属掩模版的厚度范围为0.05-1mm。
55.具体的，光源组件101出射单脉冲能量大于或等于200uj，脉冲宽度范围为400-800fs，波长为1030nm的激光光束，该激光光束经过传播路径上的光束整形组件102，被整形后形成整形激光光束，经过传播路径上的加工组件103，被调整方向并出射至厚度范围为0.05-1mm的待加工金属掩模版，最终在所述待加工金属掩模版上形成预设掩模图形。
56.可选的，金属掩模版的加工设备，其中，激光光束的频率范围为100-200khz，功率范围为20-40w。通过上述参数的激光器对厚度范围为0.05-1mm的待加工金属掩模版进行切割时，单脉冲能量大，脉宽小，切割金属掩模版边缘无发黑以及残渣等问题。图2为现有技术中的切割效果图，图3为本实施例中的切割效果图，如图2和图3所示，图3中的切割效果明显要比图2中的整齐，并且几乎没有焦黑。
57.本发明实施例的技术方案，通过使用飞秒激光配合高速振镜进行金属掩模版的加工，解决了光纤激光切割易出现边缘烧黑，卷曲变形等情况，无法满足加工需求，导致掩模版最终无法使用的问题，实现了对较薄掩模版的切割，提高掩模版边缘的切割品质。
58.图4是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备的加工组件结构示意图，如图4所示，加工组件103还包括振镜104，场镜105和第一控制器106。振镜104位于整形激光光束传输的路径上；场镜105位于振镜104近邻待加工金属掩模版120的一侧；第一控制器106与振镜104连接，用于基于预设掩模图形控制振镜104的角度，以调整整形激光光束入射至待加工掩模版120上的位置。
59.示例性的，若预设图形形状为一条横线，则第一控制器106可以控制调节振镜104的角度，示例性的，可以从30
°
调整到60
°
，使得经过振镜104的整形激光光束从一个点移动到另一个点，在待加工掩模版120形成横线图形形状。
60.可以理解的是，在第一控制器106中，可以预存相应的图形对应相应的振镜104摆动角度。当待加工金属掩模版120上需要形成某一种图形时，第一控制器106对应的控制振镜104的摆动角度，通过改变入射到待加工金属掩模版120上的位置，来形成该种图形。其中，预设图形可以是矩形、棱形、圆形等形状，可以根据待加工金属掩模版120的图形需求来定，本发明对此不作具体限定。
61.如图4所示，加工组件103还包括，图像采集单元107，位移台108，第二控制器109。图像采集单元107和位移台108分别与第二控制器109连接；
62.图像采集单元107用于采集待加工金属掩模版120的图像，位移台108用于承载待加工金属掩模版120，第二控制器109用于根据待加工金属掩模版120的图像以及加工组件103的加工范围控制位移台108的位移。
63.其中，第一控制器106和第二控制器109可以分开独立设置，也可以集成在一个控制器中。下面以集成在一个控制器200中为例来说明。
64.图像采集单元107可以为配置在加工组件103中的一种硬件设备，示例性的，可以为ccd系统或者cmos系统。
65.具体的，图像采集单元107在采集待加工金属掩模版120的图像后，控制器200可以根据该图像定位掩模版的xy边界，并与预存在控制器200中的成品样本相比，确定加工路径。示例性的，可以将待加工金属掩模版120划分为棋盘格形状，比如有第一、二、......、n区域，每个区域被加工组件103加工时均能处于加工组件103(场镜105)的加工范围内。
66.示例性的，控制器200控制位移台108移动，第一区域位于加工组件103的加工范围
内，控制器200可以调整振镜104的角度，以在第一区域形成预设掩模图形，并且图像采集单元107采集待加工金属掩模版120的图像，当第一区域的掩模图形与预设掩模图形还未完全相同时，控制器200控制位移台108保持不动，当第一区域的掩模图形与预设掩模图形相同时，完成加工，此时控制器200根据当前完成加工情况控制位移台108移动第二区域进入场镜105的加工范围进行加工，依次类推，直至最后一区域加工结束。
67.需要说明的是，一个加工区域中可以仅包括一个掩模图形，也可以包括一个掩模图形的部分，也可以包括多个掩模图形，即一个加工区域中的掩模图形的数量跟加工范围的大小以及图形本身的大小相关。
68.根据本实施例的技术方案，通过在加工组件103中增加了位移台108，控制器200和图像采集单元107，实现了对大于加工范围的待加工金属掩模版120的加工。
69.图5是本发明一个实施例的金属掩模版的加工设备光束整形组件结构示意图，如图5所示，光束整形组件102还包括扩束镜110，位于光源组件101至加工组件103之间的光束传播路径上，用于对激光光束进行扩束准直。
70.光束整形组件102还包括反射镜组111，包括至少一个反射镜，反射镜组111位于扩束镜110至加工组件103之间的光束传播路径上，和/或，反射镜组111位于光源组件101至扩束镜110之间的光束传播路径上。
71.具体的，当反射镜组111位于扩束镜110至加工组件103之间的光束传播路径上，以及反射镜组111位于光源组件101至扩束镜110之间的光束传播路径上时，如图5所示，反射镜组111包括第一反射镜1111和第二反射镜1112，激光光束从光源组件101发射出后，经过第一反射镜1111反射到扩束镜110中，改变了激光的光束直径和发射散角，使其成为整形激光光束，有利于加工组件103的加工精准度的提高，从扩束镜110射出后，经过第二反射镜1112反射到加工组件103中，通过第一反射镜1111和第二反射镜1112的设置，改变了整个设备的光路传播方向，使得整个设备中各元器件设置更加集中，缩小了整个设备的体积。
72.在其他的实施例中，可以根据实际需求，在光源组件101与扩束镜110之间设置至少一个反射镜，或者，在扩束镜110与加工组件103之间设置至少一个反射镜。本发明对此不作具体限制，主要目的以实现整体设备的体积小型化为准。
73.图6是本发明一个实施例提出的金属掩模版的加工方法的流程图，该方法基于如前所述的金属掩模版的加工设备实现，如图6所示，加工方法包括以下步骤：
74.s110、以预设掩模图形调整整形激光光束的方向。
75.其中，预设掩模图形可以理解为根据实际加工需要，预先设置好在第一控制器中的图像形状，本发明实施例对此不进行限制。整形激光光束可以理解为改变光束直径或发射散角的激光光束。
76.具体的，根据实际加工情况的需要，可提前在第一控制器中设置好掩模图形。飞秒激光器发射出激光光束，经过光束整形组件整形后，形成整形激光光束。第一控制器根据预设掩模图形获取待加工掩模版需要被切割的位置，并通过加工组件来调整整形激光光束的出射方向。
77.s120、控制整形激光光束以不同入射角度入射并扫描待加工金属掩模版，以在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形扫描路径。
78.其中，待加工金属掩模版可以理解为还未加工的掩模版。预设掩模图形扫描路径
可以理解为根据预设掩模图形形状，激光扫描形成的通路。
79.具体的，第一控制器根据预设掩模图形的形状向加工组件发出相应指令，控制与振镜连接的电机工作，调整整形激光光束的方向，以使整形激光光束从不同角度入射至扫描待加工金属掩模版，并在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形扫描路径。
80.示例性的，若预设图形形状为一条横线，则第一控制器可以控制调节振镜的角度，示例性的，可以从30
°
调整到60
°
，使得经过振镜的整形激光光束从一个点移动到另一个点，在待加工掩模版形成横线图形形状。
81.可以理解的是，在第一控制器中，可以预存相应的图形对应相应的振镜摆动角度。当待加工金属掩模版上需要形成某一种图形时，第一控制器对应的控制振镜的摆动角度，通过改变入射到待加工金属掩模版上的位置，来形成该种图形。
82.s130、多次执行以上步骤，对预设掩模图形围成的区域进行切割，待加工金属掩模版上形成镂空掩模图形，完成加工。
83.其中，镂空掩模图形可以理解为加工完成后，在掩模版上由激光雕刻的预设掩模图形。
84.具体的，在待加工金属掩模版上形成的预设掩模图形扫描路径上，重复使用激光扫描切割该路径，直至预设掩模图形围成的区域与金属掩模版分离，在待加工金属掩模版上形成镂空掩模图形。
85.在本发明实施例中，通过使用飞秒激光配合高速振镜进行金属掩模版的加工，解决了光纤激光切割易出现边缘烧黑，卷曲变形等情况，无法满足加工需求，导致掩模版最终无法使用的问题，实现了对较薄掩模版的切割，提高掩模版边缘的切割品质。
86.图7是本发明一个实施例提出的金属掩模版的加工方法的流程图，该方法基于如前所述的金属掩模版的加工设备实现，在上述基础上，加工组件还包括图像采集单元和位移台，如图7所示，在以预设掩模图形调整所述整形激光光束的方向之前还包括以下步骤：
87.s210、获取待加工金属掩模版的图像。
88.其中，获取方式可以为拍照。
89.s220、根据待加工金属掩模版的图像以及加工组件的加工范围对待加工金属掩模版划分区域。
90.具体的，图像采集单元在采集待加工金属掩模版的图像后，第二控制器可以根据该图像定位掩模版的xy边界，并与预存在第二控制器中的成品样本相比，确定加工路径。示例性的，可以将待加工金属掩模版划分为棋盘格形状，比如有第一、二、......、n区域，每个区域被加工组件加工时均能处于加工组件(场镜)的加工范围内。
91.s230、控制位移台移动，以控制待加工掩模版中的一个未加工区域进入加工组件的加工范围。
92.具体的，待加工金属掩模版划分区域后，根据划分的待加工区域信息，第二控制器控制位移台，将一区域待加工金属掩模版移动到加工范围内。通过步骤s110-s130对该区域进行加工，加工完成后，执行步骤s240。
93.s240、控制位移台移动，控制待加工掩模版中的下一个未加工区域进入加工组件的加工范围。
94.s250、以预设掩模图形调整所述整形激光光束的方向。
95.s260、控制整形激光光束以不同入射角度入射并扫描待加工金属掩模版，以在待加工金属掩模版上形成预设掩模图形扫描路径。
96.s270、多次执行以上步骤，对所述预设掩模图形围成的区域进行切割，所述待加工金属掩模版上形成镂空掩模图形，完成加工。
97.s280、依次循环上述步骤，直至所有未加工区域完成加工。
98.示例性的，控制器控制位移台移动，第一区域位于加工组件的加工范围内，控制器可以调整振镜的角度，以在第一区域形成预设掩模图形，并且图像采集单元采集待加工金属掩模版的图像，当第一区域的掩模图形与预设掩模图形还未完全相同时，控制器控制位移台保持不动，当第一区域的掩模图形与预设掩模图形相同时，完成加工，此时控制器根据当前完成加工情况控制位移台移动第二区域进入场镜的加工范围进行加工，依次类推，直至最后一区域加工结束。
99.本发明实施例通过利用位移台和图像采集单元加工掩模版，通过在加工组件中增加了位移台，第二控制器和图像采集单元，实现了对大于加工范围的待加工金属掩模版的加工。
100.图8为本发明一个实施例提出的金属掩模版加工方法的流程图，该方法基于如前所述的金属掩模版的加工设备实现。如图8所示，在加工组件对一个未加工区域完成加工之后，控制位移台移动，控制待加工掩模版中的下一个未加工区域进入加工组件的加工范围之前还包括：
101.s310、加工组件对一个未加工区域完成加工。
102.s320、获取已加工完成区域中镂空区域的图像。
103.s330、根据所镂空区域的图像获取镂空区域的坐标。
104.s340、判断镂空区域的坐标是否与预设掩模图形的坐标一致，若不一致，则获取镂空区域的坐标与预设掩模图形的坐标之间的偏差。
105.s350、并根据偏差对位移台和/或预设掩模图形的坐标进行校正。
106.s360、控制位移台移动，以控制待加工掩模版中的一个未加工区域进入加工组件的加工范围。
107.具体的，在加工组件对一个未加工区域完成加工之后，图像采集单元采集该区域的镂空区域的图像，进行分析获取镂空区域坐标并记录下来。将镂空区域的坐标与预设掩模图形的坐标进行对比，判断两个区域是否一致，若不一致，说明该加工区域的加工路径具有偏差，获取两个坐标之间的偏差数值并记录下来，根据偏差值对位移台和/或预设掩模图形的坐标进行校正，以校正偏差。从而在第二控制器控制位移台移动，控制待加工掩模版中的一个未加工区域进入加工组件的加工范围之后，加工组件可以实施精确加工。
108.本发明实施例的技术方案，通过图像采集单元，获取加工完成区域中镂空区域的坐标，并与预设掩模图形的坐标进行对比，校正偏差，提升了加工的精确度。
109.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
110.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明
的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。