超短脉冲激光器应用于柔性卷带加工.doc

超短脉冲激光器应用于柔性卷带加工超短脉冲激光器应用于柔性卷带加工对于柔性电子器件，高产量和大规模生产的需求在不断增长，这需要以高产出和极低生产成本为特点的新生产工艺有一项调查是关于激光加工软性基板顶层薄膜的工艺，以研究其在电子器件和柔性太阳能电池领域的应用超短脉冲激光器因其与固体的作用时间短（接近于非热烧蚀）而被证明是烧蚀热敏薄膜的最佳工具构建柔性电路构建柔性电路柔性电子设备要想适应大众市场，就必须设法降低工艺成本印刷电路的成本比通过化学或物理沉积工艺生产的成本更低不幸的是，有些工艺流程步骤还不能运用现有的印刷技术，至少用起来非常费劲例如，双面聚合物线路卡或者薄膜系统所需要的高质量连接器产品几乎不可能使用既定的工艺（如冲压）来生产通过集成直写式激光工艺，就能够在不限制连续卷带加工的情况下，完成传统方法无法做到的工艺一种典型的可印刷导电层材料是导电的高分子聚合物 PEDOT：PSS在 330 纳米至 1100 纳米之间的波长范围内，这种材料具备非常低的吸收作用，仅仅比常用的 PET 基材稍微高一点点这一特性阻碍了对导电层进行激光烧蚀且不影响基材因此，业界使用不同的激光波长（266 纳米至 1064 纳米）和脉宽（12 皮秒至 100 纳秒），对 PET 基材上 PEDOT：PSS 的烧蚀进行加工测试。

首先，使用波长为 1064 纳米和 12 皮秒-100 纳秒脉宽的不同激光器不出所料，波长位于可见光和红外线范围的初始测试显示，除非减少对基材的显著伤害，否则无法加工 PEDOT：PSS 层基于这些经验，以纸和箔为载体基材，对紫外线波长范围（355 纳米）进行测试虽然 50 纳秒脉宽的激光源能够完全去除导电层，但是 PET 箔也被损坏了（起泡）采用超短脉冲激光束能够烧蚀高分子功能聚合物，而不会让箔起泡通过使用激光能量，就能够适当隔离薄膜高分子聚合物层，从而将去除的基材材料减少到不足 10 微米的小额量在许多应用中，材料烧蚀并不是很关键， 5 米/秒时，就会遇到相关的局限性，此时的重复频率为 640 千赫，生成的切割宽度为 28 微米若希望切割速度更快，可以采用重复频率更高的激光源来实现还可以使用 266 纳米波长的激光来进一步减少基材材料的穿透深度（支持这一结论的事实就是 PEDOT：PSS 和 PET 基材对于 330 纳米以下波长的吸收作用显著增加，从而减少穿透深度缺点在于激光源的输出功率同样需要进一步减少，这将极大地需要产生更多的光程加工纸基材上的 PEDOT：PSS 层更容易些，因为基材材料的热稳定性更好。

因此，如果不超过能量阈值（该阈值远高于烧蚀 PEDOT：PSS 所必需的值），基材就不会被损坏，高分子聚合物层的烧蚀工艺窗口得以增加但是，与箔相似，只需要更小的脉宽和波长，就能够实现烧蚀更少基材的隔离切割构建柔性构建柔性 CIS 太阳能电池太阳能电池基于卷带加工工艺的生产方式，还能够用来生产柔性太阳能电池使用超短脉冲激光器对 CIS 太阳能电池进行加工已经被认为是一种破坏性很小的选择性烧蚀不同层的工艺深圳市星鸿艺激光科深圳市星鸿艺激光科 技有限公司技有限公司 专业生产专业生产激光打标机激光打标机，，激光焊接机激光焊接机,深圳激光打标机深圳激光打标机,东莞激光打标机东莞激光打标机另外，业界已经开发出一种工业工艺技术，能够对聚酰亚胺基材上最多 1.5 微米厚的 CIS 吸收层进行皮秒级激光微加工一次处理 CIS 层所用能量大约稍高于 1 微焦 基于横截面混合物透射电子显微镜法（包括能量色散 X 射线）和微拉曼光谱分析的详细研究，烧蚀选择性得到了证实而且，无损害加工也被证明，特别是就创建功能损害铜硒化合物相（CuxSePhase）来说激光刻划有机太阳能电池激光刻划有机太阳能电池导电和半导体高分子聚合物的一个主要优点是适合于高生产能力的涂层工艺。

这一特性为将来生产低成本太阳能光伏产品创造了极大可能性太阳能电池的图案可以通过印刷加工步骤来生成，或者通过适用于硅基光伏电池的高精度激光划片机来生成在实验中，激光划片机己经使用过四种不同的激光源，这些激光源在波长、脉冲持续时间和平均输出功率上有所不同其中使用过的两种激光源拥有纳秒级脉冲，一种的波长为 1064 纳米，最大平均功率为 200 瓦，另一种的波长为 355 纳米，平均功率为 20 瓦在超短脉冲范围内，分别使用了一种皮秒级和飞秒级激光器这种皮秒级激光器的波长为 1064 纳米和 532 纳米，最大平均功率约为 40 瓦（在波长为 1064 纳米时）飞秒激光器发射的波长为 1024 纳米和 512 纳米，最大平均功率约为 10 瓦（在波长为 1024 纳米时）在实施所有这些实验时，使用了高性能的振镜和适当的 f-theta 透镜 掺锡氧化铟（ITO）层的制图不仅对于有机光伏电池和有机 LED 非常重要，对于更多传统的应用比如薄膜晶体管（TFT）显示器来说也同样重要对于这种任务来说，光刻技术是一项成熟的工艺为了克服光刻技术的局限性（新布局要求有新的掩膜，就会有各种化工产品介入），人们对一些激光制图技术进行了试验。

首先是在 25 毫米×25 毫米的玻璃基材上对 ITO 进行了试验当使用上述纳秒级激光器进行试验时，出现了许多问题首先最重要的是，玻璃基材或多或少有些破裂，这在任何应用中都是不可接受的其次的问题是对 ITO 的不规则烧蚀，在某种程度上是因为这两种激光器都运行在比较低的功率极限上对于一个稳定的制造工艺来说，恒定的划片宽度是非常必要的这次试验的结果并不让人满意，因此这些试验中的基材并没有制造出的太阳能电池样品接下来，人们在厚度约为 100 微米的 PET 箔基材上对 ITO 进行了试验这种柔性的基材经过了一些处理，基材被分片固定在一个真空吸盘上这两种激光器都损坏了 PET 箔尽管波长 355 纳米的纳秒级激光器其运行功率小于 0.5 瓦，PET 箔的损坏还是不可接受而且，切割边缘出现了凸起，从而无法进行通常的后处理同样，人们针对上述两种超短脉冲激光器也做了试验尽管对这两种超短脉冲激光器的所有可能波长都进行了试验，但可以清楚地看出 1064 纳米是最合适的与其他波长相比，划片质量同样优秀，成本却更低二倍频（SHG）、三倍频（THG）设备通常价钱更高且寿命更短这些加工好的基材能将太阳能电池的功率转换效率提升至 2%。

尽管其他波长也能够产生可接受的结果，但 1064 纳米再次被证明是最佳选择同纳秒级激光器的试验相比，皮秒级和飞秒级激光器对基材的损坏极其轻微。