CN107926111A - 在挠性基料中连续制造特征的方法和与此相关的产品 - Google Patents
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Abstract
本文公开了在挠性基材中连续制造特征的方法。在一种实施方式中,一种在基料中制造特征的方法包括提供整理成位于第一卷材组装件上的第一卷材形式的基料;使基料从第一卷材前进并通过包含激光的激光处理组装件;以及使用激光在基料中生成多个缺陷。所述方法还包括使基料前进通过蚀刻组装件并且在蚀刻组装件处对基料进行蚀刻,以除去多个缺陷处的玻璃材料,从而在基料中形成多个特征。所述方法还包括将基料卷绕成最终卷材。
Description
本申请要求2015年8月21日提交的62/208282号美国专利申请和2015年9月24日提交的62/232076号美国专利申请的优先权,其全部内容通过引用纳入本文。
背景
对于在用于各种应用中的挠性基材中生成诸如通孔、盲孔以及其它表面特征的关注正日益增加。这些应用包括但不限于:玻璃***件、印刷电路板、流控技术、显示器、光学背板以及其它通用的光电或生命科学应用。这些挠性基材(例如挠性玻璃基材)至少因其尺寸稳定性而受到青睐。用于在挠性基材中生成特征的现有方法包括将板材形式的基材结合至框架以进行处理和加工。对聚合物基材和挠性玻璃都使用该方法。该方法用于聚合物膜,以克服处理过程中的平坦性和尺寸稳定性问题。该方法可用于挠性玻璃,以使得能够对基材进行加工。虽然该方法是可用的,但其难以被放大至大面积装置所需的大面积基材或高产量连续制造。所以,该方法会因其降低的产量和增加的处理步骤个数而增加终端产品的成本。
存在对于以连续方式处理挠性基材材料以使得能够用于大面积装置和/或实现高产量制造的需求。
发明概述
本文公开的实施方式涉及用于在将基材分离成单个组件(例如晶片)之前在连续的卷至卷处理中在挠性基材中生成特征的方法。本文所述的连续的卷至卷处理在制造特征之前不需要将基材结合至刚性框架的步骤,且允许在将基材单独分离成单个组件(例如晶片)之前形成特征。本文所述的连续的卷至卷处理可用于制造与利用批处理提供的特征和基材几何构型相似的特征和基材几何构型,但具有改善的基材加工性。
存在对于以连续方式处理挠性基材材料以使得能够用于大面积装置和/或实现高产量制造的需求。可使用基于辊的***来十分高效地加工和搬运自立(free-standing)的基料,但是尚未证明使用卷至卷处理能够形成尺寸精确的孔洞。虽然聚合物膜的卷至卷处理是已知的,且利用穿孔或激光烧蚀方法来生成通孔是可行的,但聚合物苦于缺乏尺寸稳定性。聚合物膜在后续处理步骤中发生拉伸和扭曲,这会导致通孔变得排列不齐。这就是通常将聚合物膜粘附于处理框架的原因。存在的具体需求是能够使用连续处理在尺寸稳定的基材中生成通孔。
在一种实施方式中,一种在基料(substrate web)中制造特征的方法包括提供整理成第一卷材(spool)的基料;使基料从第一卷材前进并通过包含激光的激光处理组装件;以及使用激光在基料中生成多个缺陷。所述方法还包括使基料前进通过蚀刻组装件并且在蚀刻组装件处对基料进行蚀刻,以除去多个缺陷处的玻璃材料,从而在基料中形成多个特征。所述方法还包括将基料卷绕成最终卷材。
在另一种实施方式中,一种在基料中制造特征的方法包括提供整理成位于第一卷材组装件上的第一卷材的基料;使基料从第一卷材向包含激光的激光处理组装件前进;以及使用激光处理组装件处的激光在基料中生成多个缺陷。所述方法还包括使基料向最终卷材组装件前进,并且使用最终卷材组装件将基料和毗邻基料的***层卷绕成最终卷材。
在另一种实施方式中,一种玻璃基材包含设置在玻璃基料中的多个通孔,其中,玻璃基料被卷绕成卷材。
附图的简要说明
通过附图中所示的以下示例性实施方式的更具体说明,上述内容将会是显而易见的,附图中,在不同的视图中相似的附图编号指代相同的部件。附图不一定是按比例绘制的,而重点在于说明具有代表性的实施方式。
图1A是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的用于在一个或更多个基料中制造特征的一种方法和***的示意性图示;
图1B是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的用于在一个或更多个基料中制造特征的另一种方法和***的示意性图示;
图1C是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的用于在一个或更多个基料中制造特征的另一种方法和***的示意性图示;
图2是根据本文所描述的一种或更多种实施方式的基料在特征制成后的局部视图的示意性图示;
图3是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的基料的局部视图的示意性图示,其中,基料的区段具有形成于其中的特征;
图4A是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的激光处理组装件的示例性激光处理组件的示意性图示,该激光处理组件用于在基料内形成缺陷;
图4B是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的基料的侧视图的示意性图示,其图示了由沿图4A中所示的激光处理组件所生成的焦线的感应吸收而形成缺陷线;
图5是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的激光处理组装件的示例性激光处理组件的示意性图示,该激光处理组件用于在基料内形成缺陷;
图6A是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的示例性蚀刻组装件的示意性图示;
图6B是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的示例性蚀刻组装件的示意性图示;
图6C是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的示例性蚀刻组装件的示意性图示;
图7是根据本文所描述和例示的一种或更多种实施方式的包含基料和***层的卷材的局部视图的示意性图示;以及
图8是根据本文所描述和图示的一种或更多种实施方式的定位于蚀刻组装件内的包含基料和***层的卷材的示意性图示。
发明详述
本文公开的实施方式涉及用于在将基材分离成单个组件(例如晶片)之前在连续的卷至卷处理中在挠性基材中生成特征的方法。本文所述的连续的卷至卷处理在制造特征之前不需要将基材结合至刚性支承框架的步骤,且允许在将基材单独分离成单个组件(例如晶片)之前形成特征。本文所述的连续的卷至卷处理可用于制造与那些利用批处理提供的特征和基材几何构型相似的特征和基材几何构型,但具有改善的基材加工性。
如下文更详细所述,以卷材或挠性基料形式提供基料。将基料从卷材或挠性基料形式退卷并使其向激光处理组装件前进,在激光处理组装件中,使用激光束在基料中形成特征、损坏区域或线条。在一种实施方式中,随后使基料向蚀刻组装件前进,在蚀刻组装件中,对基料进行蚀刻处理,以除去由激光束生成的损伤区域周围的基材材料,以打开受损区域并且生成特征。如本文所用,术语“特征”表示基料中具有任意形状或深度的空洞,包括完全延伸通过基料深度的通孔、部分延伸通过基料深度的盲孔、延伸通过基料深度的狭缝、部分延伸通过基料的通道等。随后,将在其中形成有特征的基料卷绕成最终卷材,该最终卷材可轻易加工以进行进一步处理,例如运输至另一个设施以进行切块、涂覆、装置制造、层压或其它处理。下文详细描述了用于在挠性基料中制造特征的各种方法。
现在参考图1A,图1A示意性地图示了用于在挠性基料103中制造特征的方法和***100。通常,在进行处理之前,以第一卷材101A形式提供基料103。如本文所用,术语“基料”表示玻璃基料、玻璃-陶瓷基料或陶瓷基料。术语“基料”还包括包含聚合物、金属、玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料中的一种或更多种的挠性基料。例如,基料可包括能够被卷绕成卷的挠性玻璃基料。还例如,可将不同的材料叠接、层压或接合在一起以制造卷。这些不同的材料可各自覆盖基料的整个宽度,亦或是单个离散区域。作为一个例子而非限定,基料可以是层压或结合有单个离散挠性玻璃区域的聚合物基料载体。可以覆盖聚合物基料载体的形式或在开放框架的位置处粘附这些挠性玻璃区域。玻璃基料可由任意能够按照本文所述的方式被激光钻孔和任选地蚀刻的玻璃材料制成。类似地,玻璃-陶瓷基料和陶瓷基料可由任意能够按照本文所述的方式被激光钻孔和任选地蚀刻的玻璃-陶瓷或陶瓷材料制成。作为非限制性例子,可使用本文所述的方法对康宁股份有限公司(Incorporated of Corning)制造的以及玻璃基材进行处理。作为另一个非限制性例子,可使用本文所述的方法对挠性的氧化钇稳定氧化锆进行处理。
如上文所述,能够利用激光照射处理对基料103进行钻孔。因此,基料103应当能够接收热能且发生最小的尺寸变化,从而在激光处理过程中不需要将基料103固定至支承框架。例如,当对通常用于高温电子应用中的聚酰亚胺膜进行热循环时,其可发生10μm至100μm范围内的预料不到的扭曲。相比之下,当对本文所述的基材(例如玻璃基材)进行相同的热循环时,其不会发生能够察觉的扭曲。除了尺寸稳定性以外,基料103或基料的一部分(若其为复合材料)还应当能够承受高于约500℃的温度;具有大于约50GPa的杨氏模量;和/或具有大于约3GPa的硬度。
基料103的厚度应当使其能够被卷绕成卷材,如图1A所示。在玻璃基材的情况中,作为一个非限制性例子,基料103可具有小于300μm的厚度。应当理解的是,基料103可具有其它厚度,这取决于材料的组成和性质。
第一卷材101A设置在第一卷材组装件(未编号)上,所述卷材组装件机械旋转以使基料103退卷,如图1A所示。第一卷材组装件以及本文所述的其它卷材组装件可配置成能够旋转且具有卷绕在其上的基料103的任意装置。
在图示的实施方式中,基料103随着从第一卷材101A上退卷而穿过激光处理组装件102。如下文更详细所述,激光处理组装件102包含一个或更多个激光器,所述激光器是可操控的,以在基料103上激光钻出多个缺陷(未在图1A中显示)或激光钻穿基料103。这些缺陷可以是在玻璃基材内的由多光子吸收所形成的通孔、盲孔、缺陷线或损伤区域,如下文更详细所述。可采用能够在基料103内形成激光感应缺陷的任意激光处理,这取决于终端应用和特征需求。作为一个例子而非限制,可操作一个或更多个激光器产生紫外或红外波长范围内的激光束。在图4A、4B和5中图示并且在下文中详细描述了一种示例性而非限制性的激光处理组装件。
应当注意的是,可同时处理数个基料。例如,第一卷材101A可包括数个卷绕的基料,从而当多个基料在激光处理组装件102中排列成堆叠关系时,可对多个基料同时进行激光钻孔。
在图1A所图示的例子中,基料103从激光处理组装件102向第一中间卷材组装件(未编号)前进,在第一中间卷材组装件处,基料103被卷绕成中间卷材101B。基料103被完全卷绕成中间卷材101B后,将其从第一中间卷材组装件上移除。
在替代性的实施方式中,基料103被分割成多个更小的区段,这些区段随后被卷绕成多个更小的中间卷材。可通过利用脱层或其它方法横跨宽度、横跨长度、组合长度和宽度分割基料来形成这些更小的区段。这些更小的中间卷材可随后退卷并且通过蚀刻组装件104。可利用任意已知或尚待开发的基材分割技术将基料103分割成更小的区段。
如箭头A所示,通过以下操作继续进行该示例性处理:将中间卷材101B(或多个中间卷材)定位在第二中间卷材组装件(未编号)上,所述第二中间卷材组装件是可操控的,以如图1A中所示的那样进行机械旋转,从而使基料103从中间卷材101B上退卷。使基料103从中间卷材101B前进,以使其进入蚀刻组装件104,在蚀刻组装件104中,对基料103进行蚀刻处理,以打开由激光处理生成的缺陷,从而形成所需的特征。注意到图1A中所图示的激光和蚀刻处理不需要是连贯的。例如,可先进行激光处理,随后进行多个装置制造或其它处理步骤,然后进行蚀刻处理。可采用任意已知或尚待开发的蚀刻处理将特征110打开或成形为所需的形状。例如,在图6A~6C中示意性地图示并在下文中详细描述了非限制性的蚀刻处理。图2图示了多个特征110,这些特征110配置成在蚀刻处理后位于基料103的一部分中的通孔。这些孔的形状可从圆柱形、圆锥形或其它形状变化,这取决于应用需要。或者,激光处理单元102可在基材材料103中生成足够的特征,而不需要进行蚀刻处理,从而不需要蚀刻组装件104。
通过蚀刻组装件104后,基料103从激光处理组装件102向最终卷材组装件(未编号)前进,在最终卷材组装件处,基料103被卷绕成最终卷材101C。基料103被完全卷绕成最终卷材101C后,将其从最终卷材组装件上移除。最终卷材101C包含卷绕的基料103,所述基料103形成有穿其而过的特征110。如上文所述,特征110可以是通孔、盲孔、狭缝、通道或其它特征。随后可对最终卷材101C进行进一步处理,或者将其运输至后续设施以进行进一步处理。相比于运输例如数以千计的单个分离的基材,将最终卷材101C运输至基材处理器可能更加容易和/或更加具有成本效益。
如上文所述,可同时处理数个基料。在蚀刻处理过程中,在相邻基料的表面之间应当存在间隙,以确保蚀刻剂到达基料的基本上全部表面。因此,可在相邻基料之间设置一个或更多个耐蚀刻剂的***层,以在相邻基料的表面之间提供间隙。图7中图示并且在下文中描述了一种示例性的***层111。一个或更多个***层可配置成栅格或者具有开口,以允许蚀刻剂溶液到达一个或更多个基料的基本上全部表面。
可在蚀刻组装件104之前的处理中的任意时间提供一个或更多个***层。例如,第一卷材101A可包含交替的基料和***层,以使基料和***层通过激光处理组装件102。或者,在基料通过激光处理组装件102之后,并且在使基料通过蚀刻组装件之前,一个或更多个***层可与基料一起卷绕成一个或更多个卷材(例如,第三中间卷材)。
现在参考图1B,图1B示意性地图示了用于在挠性基料103中制造特征的另一种方法和***100'。如上文参考图1A所述,最初在第一卷材组装件(未编号)上的第一卷材101A中提供基料103。如上文所述以及如下文详述,随着基料103从第一卷材101A上退卷,其向激光处理组装件102前进,在所述激光处理组装件102处,利用一个或更多个激光器在基料103中形成缺陷。
基料103直接向蚀刻组装件104前进,而不是被卷绕成图1A中图示的中间卷材。在这种方式中,基料103在激光处理后从激光处理组装件102直接移至蚀刻组装件104。如上文所述,蚀刻组装件104可配置成提供能够进行将多个缺陷打开成特征的任意蚀刻处理的任意组装件。这可包括湿法处理和等离子体处理。离开蚀刻组装件104之后,基料103被卷绕成位于最终卷材组装件(未编号)上的最终卷材101C。随后可将最终卷材101C从最终卷材组装件上移除,如上文所述。
应当对基料103从第一卷材101A上退卷的速度及其被卷绕成最终卷材101C的速度、激光处理组装件102中的激光处理速度以及基料103在蚀刻组装件104中的停留时间进行协调,以使缺陷适当形成,且在蚀刻处理过程中适当打开特征。在一种实施方式中,基料103从第一卷材101A上退卷,且激光处理组装件连续制造缺陷。蚀刻组装件104的长度使得基料103暴露在蚀刻处理中的持续时间允许缺陷打开成所需的特征形状。在另一些实施方式中,基料103离散地从第一卷材101A上退卷,以使基料103在激光处理组装件102中停止,其中,在基料103停止的一段时间中,一个或更多个激光器生成多个缺陷。图3示意性地图示了基料103的一部分,在其中制造了具有特征的单个区段108A~108C,而不在区段108A~108C中的基料103的区域不含有特征。如果需要,可在区段108A~108C之间对基料103进行切割,以进行进一步处理。
现在参考图1C,图1C示意性地图示了用于在基料中制造特征的另一种方法和***100”。与图1B中所图示的实施方式相似的是,基料103在离开激光处理组装件102之后直接进入蚀刻组装件104。然而,在被卷绕成最终卷材101C之前,基料103通过一个或更多个附加处理组装件106。一种或更多种处理组装件可包括但不限于清洁(例如水性或等离子体)、孔洞镀覆(via plating)、向基料103施涂一种或更多种涂层、施加介电材料、平坦化、金属化、打印、层压或附加的孔洞蚀刻(via etching)处理。例如,可在形成多个缺陷之后,向基料施涂聚合物涂层。在一些实施方式中,涂层(例如聚合物涂层)的厚度小于缺陷的主尺寸。例如,涂层的厚度最大为缺陷主尺寸的约90%、最大为缺陷主尺寸的约80%、最大为缺陷主尺寸的约70%、最大为缺陷主尺寸的约60%、最大为缺陷主尺寸的约50%、最大为缺陷主尺寸的约40%、最大为缺陷主尺寸的约30%、最大为缺陷主尺寸的约20%、最大为缺陷主尺寸的约10%或最大为缺陷主尺寸的约5%。缺陷的主尺寸可以基料平面中缺陷的平均最大尺寸来表示。例如,对于基料平面中具有圆形截面的缺陷,主尺寸可以缺陷的平均直径表示。在一些实施方式中,涂层包含介电材料。附加地或替代地,涂层包含粘合层,所述粘合层配置成改善另一个涂层在经过涂覆的基料上的粘合性。例如,另一个涂层包含金属材料(例如通过无电镀金属化)、介电材料或其它功能性材料。经过一个或更多个附加处理组装件106后,基料103被卷绕成最终卷材101C,如上文所述。或者,可在激光处理组装件102与蚀刻组装件104之间进行一个或更多个附加处理步骤106。
激光处理组装件102可配置成能够随着基料103通过激光处理组装件102在基料103中快速形成激光缺陷的任意激光处理***。下文描述并在图4A、4B和5中图示了一种示例性而非限制性的激光钻孔处理。
通常,将激光束转化成定位在基料(例如玻璃基材)主体中的激光束焦线,以在基材内生成配置成损伤线的缺陷,如美国专利申请公开第2015/0166396号中所述,其通过引用全文纳入本文。根据下文所述的处理,在单次通过(singlepass)中,可使用激光来生成穿过基材的高度受控的全线损伤,同时产生极少(<75μm,经常<50μm)的表面下损伤和碎片。这与通常使用点聚焦激光来烧蚀材料形成了鲜明对比,在使用点聚焦激光烧蚀材料中,经常需要进行多次通过(multiple pass)来完全贯穿玻璃厚度,烧蚀处理产生大量碎片,且产生更多扩大的表面下损伤(>100μm)和边缘碎屑。
现在参考图4A和4B,一种用于对材料进行激光处理的方法包括将脉冲激光束2聚焦成沿着光束传播方向取向的激光束焦线2b。当在激光波长下对每毫米材料深度的吸收小于约10%、优选小于约1%时,基材1(即基料103)对于该激光波长是基本上透明的。如图5所示,激光器3(未图示)发射激光束2,其具有向光学组装件6入射的部分2a。光学组装件6沿着光束方向(焦线的长度l)在限定的扩大范围上将入射激光束转化成位于出口侧上的延伸的激光束焦线2b。平面基材1(即基料103)被定位在光束路径上,以与激光束2的激光束焦线2b至少局部重叠。从而,激光束焦线被导入基材中。附图编号1a是指分别面朝光学组装件6或激光器的平面基材的表面,而附图编号1b是指基材1的相反表面。(在该实施方式中,以垂直于平面1a和1b、即垂直于基材平面的方式测量的)基材或材料的厚度记为d。
如图4A所示,基材1与纵向光束轴垂直对齐,从而位于由光学组装件6产生的相同焦线2b的后方(基材垂直于附图平面)。焦线沿着光束方向取向或对齐,基材相对于焦线2b定位,以使焦线2b在基材表面1a之前起始并在基材表面1b之前结束,即,静止的焦线2b终止于基材内,且不会延伸超出表面1b。在激光束焦线2b与基材1的重叠区域中,即,在被焦线2b覆盖的基材材料中,延伸的激光束焦线2b生成(假设沿激光束焦线2b具有合适的激光强度,该强度由激光束2在长度l的区段内聚焦来确保,即具有长度l的线聚焦)延伸区段2c(所述区段2c沿着纵向光束方向对齐),感应吸收沿着区段2c在基材材料中生成。感应吸收在基材材料中沿着区段2c导致缺陷线形成。缺陷线是使用单一高能爆发脉冲在基材中形成的微观(例如,直径>100nm且<0.5微米)细长“孔”(也被称为孔眼或缺陷线)。个体缺陷线可以例如数百千赫兹(每秒生成数十万条缺陷线)的速率来生成。通过源与基材之间的相互运动,这些孔可彼此毗邻地安置(根据需要,空间间隔可在亚微米至许多微米之间变化)。缺陷线的形成并非仅仅是局部的,而是在感应吸收的延伸区段2c的整个长度上形成。区段2c的长度(对应于激光束焦线2b与基材1重叠的长度)用附图标记L标记。感应吸收区段2c(或基材1中经历了缺陷线形成的材料中的区段)的平均直径或宽度以附图标记D标记。该平均宽度D基本上对应于激光束焦线2b的平均直径δ,即,约0.1微米至约5微米范围内的平均光斑直径。
如图4A所示,由于在焦线2b内与高强度激光束相关联的非线性效应沿着焦线2b发生感应吸收,(对激光束2的波长λ透明的)基材材料被加热。图4B图示了加热了的基材材料将会最终膨胀,以使相对应的感应张力导致微裂纹的形成,且张力在表面1a处最高。
激光源的选择基于其在透明材料中生成多光子吸收(MPA)的能力。MPA是对两个或更多个具有相同或不同频率的光子的同时吸收,以使分子从一种状态(通常是基态)激发至高能电子态(离子化)。所涉及的分子的下状态与上状态之间的能量差可等于所述两个光子的能量之和。MPA(也被称为感应吸收)可以是例如三阶过程,比线性吸收要弱数个数量级。MPA与线性吸收的区别在于,感应吸收的强度可与例如光强度的平方或三次方成正比,而不与光强度本身成正比。因此,MPA是非线性的光学过程。
下文中描述了具有代表性的光学组装件6(其可被用于生成焦线2b)以及具有代表性的光学设备(上述光学组装件可在其中应用)。所有组装件或设备都基于上文所述的内容,从而相同的附图标记用于相同的组件或特征或那些功能相同的组件或特征。因此,下文只描述其不同之处。
为了实现所需的数值孔径,一方面,光学件必须按照已知的阿贝(Abbé)方程式(N.A.=n sin(θ),n:要加工的玻璃或其它材料的折射率,θ:孔径角的一半;θ=arctan(D/2f),D:孔径,f:焦距)为给定的焦距设置所需的开口。另一方面,激光束必须照明光学件至不超过所需孔径,这通常通过在激光器与聚焦光学件之间使用增宽望远镜的光束增宽手段来实现。
光斑尺寸不应变化得太过剧烈,以沿焦线得到均匀的相互作用。这可通过例如以下方式来确保(参见下文所述的实施方式):仅在小的圆形区域内照明聚焦光学件,以使光束开口、进而数值孔径的百分比只发生轻微变化。
根据图4A(与在激光辐射2的激光束群中处于中心光束水平的基材平面相垂直的区段;这里,同样地,激光束2垂直入射至基材平面,即,入射角β为0°,以使感应吸收2c的焦线2b或延伸区段平行于基材的法线),由激光器3发射的激光辐射2a首先被引导至对所使用的激光辐射完全不透明的圆孔8上。孔8取向成垂直于纵向光束轴,并且以所示光束群2a的中心光束为中心。按照以下方式选择孔8的直径:光束群2a中心附近的光束群或中心光束(这里以2aZ标记)撞击孔,并且被其完全吸收。因为孔的尺寸比光束直径更小,只有光束群2a更***范围内的光束(边缘射线,这里标记为2aR)未被吸收,而是从旁边通过孔8,并撞击光学组装件6的聚焦光学元件的边缘区域,光学组装件在本实施方式中被设计成球状切割的双凸透镜7。
如图4A所示,激光束焦线2b不仅仅是激光束的单一焦点,而是激光束中不同射线的一系列焦点。这一系列的焦点能够形成具有限定长度的细长焦线,在图4A中以激光束焦线2b的长度l表示。透镜7位于中心光束的中心处,且在本实施方式中设计成具有常规球形切割透镜形式的非校正、双凸面聚焦透镜。这种透镜的球形相差可能是有利的。作为一个替代方案,也可使用偏离理想校正***的非球状或多透镜***(即,不具有单一焦点的透镜或***),其不会形成理想的焦点,而是形成具有限定长度的清晰的细长焦线。因此,透镜的区域沿焦线2b聚焦,受制于与透镜中心的距离。孔8横跨光束方向的直径是光束群直径(由使光束强度下降至峰值强度的1/e所需的距离限定)的约90%,是光学组装件6的透镜直径的约75%。因此,使用通过阻断中心光束群而生成的非相差校正球形透镜7的焦线2b。图4A显示了穿过中心光束的一个平面中的区段,且当所示光束绕着焦线2b旋转时,可看到完整的三维光束群。
可能有利的是,按照表面1a、1b中的至少一个表面被焦线覆盖的方式来定位焦线2b,以使感应吸收区段2c至少起始于基材的一个表面上。
美国专利公开第2015/0166396号公开了生成用于在可采用的基材中钻出特征的激光焦线的其它实施方式。还应当理解的是,也可采用不使用激光焦线的其它激光钻孔方法。
现在参考图6A~6C,图6A~6C示意性地图示了可由蚀刻组装件104提供的示例性蚀刻处理。如上所述,可使用任意能够打开基料103中激光钻出的特征的蚀刻处理。首先参考图6A,示例性的蚀刻组装件104'配置成通过喷雾蚀刻来对前进中的基料103进行蚀刻。多个喷嘴(未图示)将多股蚀刻溶液喷雾射流105导至基料103处。尽管图6A图示了喷雾射流105在基料103的两侧上,一些实施方式也可以只将喷雾射流105导至基料103的一侧上。喷雾射流105的流体速率可沿蚀刻组装件104'的长度和宽度而改变。诸如流速、振荡、脉冲、蚀刻剂组成这样的喷雾蚀刻条件可在基料103的一个表面至其它表面之间变化。
蚀刻溶液不受具体限制,且将会取决于基料103的材料。在进行的一个实验中,对厚度为70~80μm、宽度为140mm且长度为10m的由康宁股份有限公司制造(纽约,康宁)的玻璃进行激光钻孔,随后将其卷绕在直径为150mm的芯棒上。在蚀刻组装件的每一端上提供收卷和退卷卷轴。蚀刻组装件以20psi喷雾压力提供蚀刻溶液的振荡喷雾。蚀刻的化学条件为在42℃下的3M的HF和1M的H2SO4。在玻璃板于蚀刻组装件中的3.5分钟停留时间内使其以160毫米/分钟的速度前进。蚀刻后,使用作为***层材料的50μm厚的聚萘二甲酸乙二酯(“PEN”)膜将玻璃板重新卷绕在150mm直径的卷轴上。
图6B示意性地图示了蚀刻组装件104”,其对基料103浸入蚀刻溶液中的部分进行水性蚀刻。如上所述,可使用任意蚀刻溶液化学物质,这取决于基料103的性质。尽管未在图6B中示出,可在蚀刻组装件104”中提供耐蚀刻剂的辊,以向下游推动基料103,以使其完全浸入蚀刻溶液中。如图6B所示,可对蚀刻溶液和/或基料103施加超声波能量和/或进行搅动(以形状107表示),以进一步增进特征的蚀刻。可横跨基料103的宽度、长度或表面以不同的方式引导所施加的能量或搅动。
图6C示意性地图示了蚀刻组装件104”,其提供蚀刻区域109A和109B形式的多个蚀刻区域。应当理解的是,可根据应用提供任意数量的蚀刻区域。在所示的实施方式中,蚀刻区域109A是水性蚀刻区域(其可提供或可不提供超声能量或搅动)而后续的蚀刻区域109B是干燥的蚀刻区域。应当理解的是,可提供其它蚀刻区域以替代所示的蚀刻区域109A和109B,或者除了所示的蚀刻区域109A和109B以外再提供其它蚀刻区域。例如,蚀刻区域可提供喷雾处理或基材浸没。
可利用不同的蚀刻条件对不同的蚀刻区域进行特别优化。在对基材的个体板进行蚀刻的批料处理中难以实现蚀刻条件的快速改变。然而,在本文所述的连续或卷至卷处理中,连续数组喷嘴可随着基料103前进通过蚀刻组装件104而改变蚀刻组成,提供水润洗,改变温度,增加或移除搅动以及类似操作。
如上所述,可独立地对基料103的各表面进行处理。例如,可以相同或不同的方式对基料103的两个表面进行蚀刻。或者,在另一些配置中,可以只对基料103的一个表面进行蚀刻。利用能够以不同的方式对各表面进行蚀刻的能力,可以通过激进地蚀刻第一表面,同时轻微地蚀刻另一个表面来生成特征。这还可用于通过从一个表面进行激进地蚀刻来生成通孔,而利用轻微蚀刻只在另一个表面上生成表面特征。对基材各表面的处理还可交替进行。蚀刻条件还可在基材的水平宽度上变化。
连续蚀刻不仅会影响特征的性质,还会影响基料的边缘和总体机械可靠性。对基料边缘的蚀刻能够消除或减少基料中的瑕疵,从而增加弯曲强度。边缘附近的蚀刻还能够产生圆形、锥形或不同厚度的边缘轮廓。蚀刻处理还造成了基料的薄化。该薄化在基料的宽度上可以是均匀的,或者其可为了机械、切割或装置功能性目的而在基料中更加激进地生成更薄的区域。这些变化可通过改变基材表面上的蚀刻条件或者通过遮蔽技术而实现。
在一些实施方式中,在连续处理中,使基料103通过或前进通过激光处理组装件、蚀刻组装件或附加处理组装件中的一个或更多个(例如,如图1A、1B、1C、6A、6B和6C所示)。例如,在基料在卷至卷处理中依次通过激光处理组装件、蚀刻组装件或附加处理组装件中的一个或更多个的过程中,基料103的每一端保持依附于卷轴。还例如,在基料在卷至板处理中依次通过激光处理组装件、蚀刻组装件或附加处理组装件中的一个或更多个、并且随后被分割以形成单个区段的过程中,基料103的一端保持依附于卷轴。
在替代性的实施方式中,基料103可在激光处理之后被分离成个体区段。不同于卷至卷处理,如本文所述,可使基料103的个体区段连续通过蚀刻组装件。在一些实施方式中,基料103可作为退卷板进入蚀刻组装件104,随后在通过蚀刻组装件后卷绕成卷。
现在参考图7和8,在一些实施方式中,在激光处理后以卷材的形式对整个卷材101D进行蚀刻,而不是通过使基料103连续通过蚀刻组装件104来进行蚀刻。图7示意性地图示了卷绕的基料103的最终卷材101D的一部分。为了确保蚀刻溶液到达基料103的基本上所有表面区域,在基料103的相邻表面之间应当存在间隙。如图7所示,耐蚀刻剂的***层111设置在基料103的相邻表面之间。可配置成格栅或包含开口的***层111能够在基料103的相邻表面之间提供间隙。当最终卷材101D浸入蚀刻溶液中时,这允许蚀刻剂溶液在基料103的表面之间流动。可在激光处理组装件102之前或之后施加***层111。最终卷材101D还可包括多个基料和多个***层。
在基料103通过激光处理组装件102并被卷成最终卷材101D(或如图1A中所示的中间卷材101B)之后,将其放置入蚀刻组装件112中,如箭头B所示。蚀刻溶液的化学性质和蚀刻的持续时间将会取决于基料103的材料和所需的性质(例如孔径、基料的厚度以及类似的性质)。所得到的产品是一卷在其中形成有特征的卷绕的基料。在蚀刻后,可对最终卷材101D进行清洁(例如水性清洁或等离子体清洁),以及/或者对其进行进一步处理。例如,最终卷材101D可被轻易地封装和运至其它设施以作进一步处理。
现在应当理解的是,本文所述的实施方式提供诸如玻璃板、玻璃-陶瓷板或陶瓷板这样的挠性基料中的特征的连续卷至卷制造。使一个或更多个基料从卷轴上退卷,并且通过激光处理组装件,在激光处理组装件处利用激光在一个或更多个基料中生成缺陷。随后使一个或更多个基料连续通过蚀刻组装件,以对一个或更多个玻璃基料进行化学蚀刻,从而将缺陷打开成具有所需尺寸的特征。卷至卷连续处理相对于传统的制造方法减少了处理步骤的数量,并且允许轻易加工卷材形式的基料。
尽管本文中已描述了示例性的实施方式,本领域技术人员应当理解的是,可在不偏离所附权利要求所包含的范围内对其中的形式和细节进行各种改变。
Claims (25)
1.一种在基料中制造特征的方法,所述方法包括:
使所述基料从第一卷材前进;
使所述基料前进通过包含激光的激光处理组装件;
使用所述激光在所述基料中生成多个缺陷;
使所述基料前进通过蚀刻组装件;
在所述蚀刻组装件处对所述基料进行蚀刻,以除去所述多个缺陷处的材料,从而在所述基料中形成多个特征;以及
将所述基料卷绕成最终卷材。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基料包括玻璃基料、玻璃-陶瓷基料或陶瓷基料。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,还包括在使所述基料前进通过所述蚀刻组装件之前,将所述基料卷绕成中间卷材。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,还包括使所述基料从所述中间卷材向所述蚀刻组装件前进。
5.如权利要求3所述的方法,其特征在于,还包括在使所述基料前进通过所述激光处理组装件之后,将所述基料与一个或更多个附加基料以及一个或更多个***层卷绕在一起,所述附加基料具有形成于其中的多个缺陷,且所述***层设置在相邻基料之间,从而形成第三中间卷材。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,还包括使所述基料、所述一个或更多个***层以及所述一个或更多个附加基料向所述蚀刻组装件前进。
7.如权利要求1~6中任一项所述的方法,其特征在于,使所述基料从所述激光处理组装件直接向所述蚀刻组装件前进。
8.如权利要求1~7中任一项所述的方法,其特征在于,还包括使所述第一卷材和所述最终卷材连续旋转,以使所述基料前进。
9.如权利要求1~8中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一卷材包含至少一个附加基料。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述第一卷材还包含至少一个设置在所述基料与所述至少一个附加基料之间的***层。
11.如权利要求1~10中任一项所述的方法,其特征在于,还包括在将所述基料卷绕成所述最终卷材之前,使所述基料前进通过一个或更多个附加处理组装件。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,使所述基料前进通过一个或更多个附加处理组装件包括将一个或更多个涂层施涂在所述基料上。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述一个或更多个涂层包含介电材料。
14.如权利要求1~13中任一项所述的方法,其特征在于,所述基料具有小于300μm的厚度。
15.如权利要求1~14中任一项所述的方法,其特征在于,使用所述激光在所述基料中生成所述多个缺陷包括:
将激光束脉冲并聚焦成激光束焦线,所述激光束焦线沿光束传播方向取向且被导入所述基料中,所述激光束焦线在所述基料中产生感应吸收,所述感应吸收在所述基料中沿着所述激光束焦线生成缺陷线形式的缺陷;以及
使所述基料与所述激光束相对于彼此平移,从而形成所述多个缺陷。
16.如权利要求1~15中任一项所述的方法,其特征在于,所述蚀刻组装件包含多个蚀刻区域。
17.如权利要求1~16中任一项所述的方法,其特征在于,所述蚀刻组装件配置成通过以下蚀刻工艺中的一种或更多种来对所述基料进行蚀刻:喷淋蚀刻、水性蚀刻或干法蚀刻。
18.一种在玻璃基料中制造特征的方法,所述方法包括:
使所述玻璃基料从第一卷材连续前进通过包含激光的激光处理组装件;以及
在所述激光处理组装件处使用所述激光在所述玻璃基料中生成多个缺陷。
19.如权利要求18所述的方法,还包括:
使所述玻璃基料向最终卷材组装件连续前进;以及
在所述最终卷材组装件处将所述玻璃基料和毗邻所述玻璃基料的***层卷绕成最终卷材。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,还包括在将所述玻璃基料卷绕成所述最终卷材的同时,对所述最终卷材进行蚀刻。
21.如权利要求19或20所述的方法,其特征在于,对所述***层进行配置,以使当所述玻璃基料被卷绕成所述最终卷材时,所述玻璃基料的第一表面与第二表面是分隔的。
22.一种玻璃基料,其包含设置在所述玻璃基料中的多个通孔,其中,所述玻璃基料被卷绕成卷材。
23.如权利要求22所述的玻璃基料,其特征在于,所述玻璃基料具有小于300μm的厚度。
24.如权利要求22或23所述的玻璃基料,其特征在于,还包含施涂于其上的涂层。
25.如权利要求24所述的玻璃基料,其特征在于,所述涂层包含介电材料。
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