DE19824639A1 - Glassubstrat - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Glassubstrat (in unterschiedli
cher Gestalt einschließlich plattenförmig und nicht plat
tenförmig oder stabförmig) mit einer Mehrzahl von feinen
Löchern. Ein solches Glas ist auf verschiedenen techni
schen Gebieten verwendbar, zum Beispiel für Führungsbohrun
gen zur Verwendung bei der Montage von Fasern in der opti
schen Kommunikations-Technik oder als Bohrungen zum Ein
spritzen von Tinte bei Druckern.
Ein Substrat mit einer Mehrzahl von feinen Löchern ist
bereits in praktischem Gebrauch zum Beispiel aus Polyimid
oder Teflon (Warenzeichen für Polytetrafluorethylen) und
derartige Substrate werden in verschiedenen praktischen
Anwendungsfällen verwendet zum Beispiel als Kontaktlöcher
zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen Schich
ten in einer mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte, oder
als Ausspritzöffnungen für Tintendrucker, oder als Löcher
zum Einführen von Fasern für ein Faserfeld.
Die bei diesen Anwendungen verwendeten Löcher haben einen
Durchmesser von mehreren 10 µm bis mehrere 100 µm und die
Löcher werden meistens mittels eines Laserstrahls geformt.
Als Laserstrahl wird ein Infrarotlaserstrahl verwendet, der
beispielsweise von einem CO2 Laser erzeugt wird, oder einem
Laser aus dem nahen Infrarotbereich bis zum sichtbaren Be
reich oder auch bis zum ultravioletten Bereich, wozu ein
Nd-YAG-Laser verwendet wird, oder durch Kombination eines
Nd-Yag-Lasers und eines Wellenlängenumwandlers. Auch wird
ein Laserbearbeitungsgerät verwendet mit einem Excimer-
Laser, der mit KrF arbeitet (Wellenlänge 248 nm).
Ferner wurden verschiedene Arten von Glas verwendet, Sili
katglas, das hauptsächlich SiO2 enthält und eine hohe chemi
sche Stabilität hat und das auch bei hohen Temperaturen
stabil ist. Dieses Glas kann deshalb in vielen Anwendungs
fällen verwendet werden, wobei die feinen Löcher in dem
Glas durch mikroskopische Bearbeitung hergestellt werden.
Zur Herstellung solcher feiner Löcher in dem Silikatglas
werden die Gläser mit einem oben erwähnten Laserstrahl
bearbeitet oder mittels eines Naßätzungsprozesses unter
Verwendung eines Ätzmittels, wie zum Beispiel Fluor-Säure
oder durch Verwendung eines Bohrers.
Beim Naßätzen entstehen jedoch Probleme, da keine zylin
drischen Löcher hergestellt werden können. Es gibt ferner
Probleme bei der Handhabung des Ätzmittels, und wenn die
Löcher mittels eines Bohrers hergestellt werden, ist der
Durchmesser der feinen Löcher auf etwa 0,5 mm begrenzt, wie
sich aus dem offengelegten japanischen Patent SHO-62-1 28 794
(1987) ergibt. Es ist deshalb schwierig, sehr feine Löcher
jenseits dieser Grenze herzustellen.
Es wurden ferner Versuche unternommen, mittels eines Laser
strahls Glas mikroskopisch zu bearbeiten, wie in dem oben
genannten japanischen Patent beschrieben ist. Glas ist
jedoch ein sprödes Material und bei der Bearbeitung ent
stehen sehr leicht Risse oder Brüche. Selbst bei Verwendung
eines KrF-Lasers im Ultraviolett-Bereich (Wellenlänge 248
nm) können Risse um die Strahlungsmarkierungen oder Strah
lungsbereiche auftreten, und das Loch kann nicht mit einer
glatten Innenwand fertiggestellt werden. Man kann daher
kein Substrat mit feinen Löchern ausreichender Qualität
erreichen.
In dem offengelegten japanischen Patent SHO 54-28 590 (1979)
wurde ebenfalls eine Technologie vorgeschlagen. Bei diesem
Stand der Technik wird Glas auf 300°C bis 700°C erhitzt,
ehe es mittels einer Bestrahlung durch einen Laserstrahl
bearbeitet wird, so daß es den thermischen Schock, der bei
der Bearbeitung entsteht, aushält.
Wenn jedoch das Glas mikroskopisch mit einem Laserstrahl
unter solchen Bedingungen bearbeitet wird, daß thermische
Spannungen entlastet werden, ist es, da eine thermische
Schrumpfung auftritt, unmöglich, bei der Bearbeitung eine
Genauigkeit in der Größenordnung von Mikrometern bis Sub-
Mikrometern einzuhalten. Ferner ist eine komplizierte Vor
richtung erforderlich, um den Laserstrahl auf das Glas zu
richten, wenn dieses erhitzt ist.
Diese Methode ist daher nicht realistisch unter dem Blick
punkt einer effizienten Bearbeitung und Herstellung.
Es ist daher wichtig, eine Methode zur Herstellung eines
Glassubstrates mit kleinen Löchern zu schaffen, von denen
jedes eine glatte Innenoberfläche hat ohne Risse um die
Öffnung, und daß dies erreicht wird, ohne daß das Glas
erhitzt wird.
Es wurde daher versucht, einen Laserstrahl auf übliches
fotoempfindliches Glas zu richten, das Ag-Ionen in gleich
mäßiger Konzentration enthält.
Das Verfahren wird an Hand der Fig. 1(a) bis 1(d) er
läutert, und wie Fig. 1(a) zeigt, wurde der Laserstrahl
auf das Glassubstrat gerichtet und trat in dessen Inneres
ein, und wie Fig. 1(b) zeigt, löst der Laserstrahl die Ag-
Ionen auf, die sich im Inneren befinden, wodurch ein Kol
loid erzeugt wird (Amicron von Ag). Bei der Bildung des
Kolloids wurde der Absorptionskoeffizient des Laserstrahles
stark erhöht, wie Fig. 1(c) zeigt, worauf eine Materialab
tragung an der Innenseite auftrat. Zuletzt, wie Fig. 1d
zeigt, wurde ein konkaver Teil gebildet, der Rissen oder
Brüchen ähnlich war. Diese Methode zur Herstellung der
Löcher wurde deshalb gestoppt.
Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme wird gemäß der
Erfindung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, ein Glassubstrat
mit wenigstens einem feinen Loch hergestellt, wobei vor der
Bearbeitung Silber in dem Glassubstrat in der Form von Ag-
Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen halten ist, bis zu einer
vorgegebenen Tiefe von der Oberfläche aus, wobei ferner der
Konzentrations-Gradient des Silbers an der Oberfläche ein
Maximum hat, und allmählich bis zu einer vorgegebenen Tiefe
abnimmt.
Die Verteilung der Silberionen kann an der Seitenfläche des
feinen Loches, das durch die Laserbearbeitung erzeugt wird,
bestätigt werden.
Ferner ist gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 2 ausge
führt, ein Glassubstrat vorgesehen, das wenigstens eine
feine Bohrung hat, wobei Silber in dem Glassubstrat als
Ganzes enthalten ist, in einer Form von Ag-Atomen, Ag-Kol
loid oder Ag-Ionen, wobei der Konzentrationsgradient des
Silbers derart ist, daß in Richtung der Dicke er einen
Minimalwert (einschließlich 0 mol-%) in einem Mittelbereich
hat und allmählich zur Außenseite hin abnimmt.
Ebenso wie oben kann die Verteilung der Silberionen an der
Seitenoberfläche des durch die Laserbearbeitung hergestell
ten Loches bestätigt werden.
Erfindungsgemäß ist ferner gemäß Anspruch 3 ein Glassub
strat vorgesehen mit wenigstens einem feinen Loch, wobei
Silber in dem gesamten Glassubstrat enthalten ist in einer
Form von Ag-Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen, wobei ein
Konzentrationsgradient des Silbers einen Maximalwert an der
Oberfläche hat, an der die Laserbearbeitung ausgeführt
wird, und allmählich zu den gegenüberliegenden Seiten hin
abnimmt.
Die Verteilung der Silberionen kann an der Seitenoberflä
che des feinen Loches bestätigt werden, das durch die La
serbearbeitung gebildet wird.
Das Glassubstrat mit wenigstens einem feinen Loch nach der
Erfindung kann in jeder Form ausgeführt sein, nicht nur
plattenförmig, sondern auch zylinderförmig, und es ist
vorzugsweise ein Silikatglas, das hauptsächlich SiO2 ent
hält, da dieses eine hohe Transparenz hat.
Als Mittel zum Einführen von Silber in das Glas, um einen
geeigneten Konzentrationsgradienten in diesem zu schaffen,
eignet sich ein Ionenaustauschprozeß, bei welchem Ag-Ionen
mit positiven einwertigen Ionen, das heißt anderen als AG-
Ionen, ausgetauscht werden. Ferner wenn diese Konzentra
tion niedrig ist, wird auch die Absorption des Laserstrahls
niedrig, weshalb Verdampfung und Abtragung es Substratmate
rials nur gering sind. Es wird daher vorgezogen, daß der zu
bearbeitende Teil einer Silberkonzentration von mehr als
0,1 mol-% hat.
Ferner zur Herstellung einer durchgehenden Bohrung in dem
Glassubstrat, wie Fig. 2(a) zeigt, wird ein Laserstrahl
auf eine Oberfläche des Substrates gerichtet, welche die
höchste Silberkonzentration aufweist. Dann, wie Fig. 2(b)
zeigt, wird Silber (Ag-Ionen) in der Glasoberfläche, wo die
Silberkonzentration den höchsten Wert hat, aufgelöst und in
Kolloid umgewandelt (Amicron von Ag), welches die Energie
des Laserstrahls absorbiert. Wie Fig. 2(c) zeigt, bewirkt
die absorbierte Energie ein Schmelzen, eine Verdampfung und
eine Abtragung, wodurch die Oberflächenglasschicht entfernt
wird. Wenn die Oberflächenglasschicht entfernt ist, tritt
dieselbe Erscheinung in dem Glas in der Schicht unmittelbar
unterhalb der ersten auf, und schließlich, wie Fig. 2(d)
zeigt, wird ein Durchgangsloch gebildet, wodurch es möglich
ist, ein Glassubstrat mit feinen Löchern ohne Risse zu
erzeugen.
Ferner wenn die Richtung der Strahlung des Laserstrahls so
ist wie in Fig. 3(a) gezeigt, kann die Herstellung der
feinen Löcher von einer Seitenfläche aus erfolgen entgegen
gesetzt zu derjenigen, welche die höchste Silberkonzentra
tion hat. In diesem Fall, wie die Fig. 3(b) bis 3(d)
zeigen, wird das Silber (Ag-Ionen) in der Glasoberfläche,
wo die Silberkonzentration den höchsten Wert hat, aufgelöst
und in Kolloid umgewandelt (Amicron von Ag), das die Ener
gie des Laserstrahls absorbiert und die Oberflächenglas
schicht wird durch Schmelzen, Verdampfen und Abtragen ent
fernt. Wenn die Oberflächenglasschicht entfernt worden ist,
tritt derselbe Vorgang in der Glasschicht unmittelbar dar
unter auf, wodurch schließlich ein konkaves oder durchge
hendes Loch gebildet wird. Es ist daher möglich, ein Glas
substrat mit feinen Bohrungen ohne Risse zu erzeugen.
Ferner kann als Mittel zur Erzeugung des Silberkolloids
statt der Bestrahlung mit einem Laserstrahl ein Ultravio
lettstrahl verwendet werden. Da durch Bestrahlung mit einem
Ultraviolettstrahl jedoch keine Abtragung von Material oder
dergleichen bewirkt werden kann, muß danach ein Laserstrahl
auf das Glassubstrat gerichtet werden, um die Bohrungen zu
bilden. An Stelle einer Bestrahlung durch einen Ultravio
lettstrahl und den Laserstrahl kann das Kolloid auch durch
Erhitzen gebildet werden.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden an
Hand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(d) Methoden, einen Laserstrahl auf ein
fotoempfindliches Glas zu richten, das
Ag-Ionen in gleichmäßiger Konzentration
enthält;
Fig. 2(a) bis 2(d) Methoden, einen Laserstrahl auf ein
Glassubstrat zur Laserbearbeitung zu
richten gemäß der Erfindung;
Fig. 3(a) bis 3(d) Verfahren in derselben Weise wie in
Fig. 2(a) bis 2(d) bei unterschied
licher Bestrahlungsrichtung durch den
Laserstrahl;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Vor
richtung zur Verwendung für den Ionen-
Austausch;
Fig. 5(a) und 5(b) ein Foto einer konkaven Bohrung, die
erfindungsgemäß in dem Glassubstrat
gebildet worden ist, beobachtet durch
ein Mikroskop, sowie eine Zeichnung,
die auf der Basis dieses Fotos herge
stellt wurde;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Messung
der konkaven Bohrung, die in dem Glas
substrat hergestellt wurde mittels ei
nes Oberflächen-Rauhigkeits-Detektors;
Fig. 7(a) und 7(b) ein Foto einer konkaven Bohrung, die in
dem Glassubstrat ohne Behandlung mit
tels Ionenaustausch hergestellt wurde,
beobachtet durch ein Mikroskop, sowie
eine Zeichnung, die auf der Basis die
ses Fotos gemacht wurde;
Fig. 8 ein Beispiel einer Anwendung dem erfin
dungsgemäßen Glassubstrats, das für
eine Halteeinrichtung von Fasern und
Linsen verwendet wurde, in welchen Füh
rungsträger in dem Glassubstrat gebil
det wurden zum Ausrichten der Fasern in
einer Reihe; und
Fig. 9(a) und 9(b) ein anderes Beispiel des erfindungsge
mäßen Glassubstrats in anderer Konfigu
ration.
Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Ausführungsformen
im Detail an Hand der Zeichnung beschrieben.
Es wird ein Ionenaustausch auf einem Glasmaterial ausge
führt zur Erzeugung eines Glassubstrats, das eine Vielzahl
von kleinen Bohrungen hat, unter Verwendung der Vorrichtung
nach Fig. 4. Als Glassubstrat zur Bearbeitung wird ein
Silikatglas benutzt, das hauptsächlich SiO2 enthält, und das
ferner Al2O3, B2O3, Na2O und F enthält, mit einer Dicke von
0,1 mm. Ein Quarzbehälter wird mit einer Mischung Silber
nitrat und Natriumnitrat in einem Verhältnis von 50 mol-%
zu 50 mol-% gefüllt in Form von geschmolzenem oder erweich
tem Salz.
Danach wird das zu bearbeitende Glassubstrat in das ge
schmolzene Salz in dem Quarzbehälter sechs Stunden lang
eingetaucht. Die Temperatur des geschmolzenen Salzes wird
auf 300°C gehalten mittels eines elektrischen Ofens, wobei
die Reaktionsatmosphäre Luft ist.
Bei dem vorbeschriebenen Prozeß werden Na-Ionen (das posi
tive Ion ist ein einwertiges Element) in der Glasoberfläche
herausgezogen und Ag-Ionen in dem geschmolzenen Salz dif
fundieren in das Glas. Die Dicke des Glases, in welche die
Ag-Ionen eindiffundiert sind, wurde mit einem Röntgenstra
len-Mikroanalysator gemessen, und die Schichtdicke wurde
bestimmt mit etwa 30 µm nach einer Behandlungszeit von
sechs Stunden.
Dann wird ein Laserstrahl auf das Glas gerichtet, um einen
spezifischen Teil des Glases durch Verdampfung und Abtra
gung zu entfernen, um dadurch ein Durchgangsloch zu erzeu
gen. Der für diese Bearbeitung (Lochbildung) benutzte
Laserstrahl ist der Lichtstrahl einer dritthohen Harmoni
schen eines Nd : YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 355 nm.
Dieser Laser hat eine Pulsbreite von etwa 10 nsec und eine
Wiederholungsfrequenz von 5 Hz. Der emittierte Laserstrahl
wird vor dem Auftreffen auf das Glas mittels einer Linse
verengt. Das Glas zeigt bei der Wellenlänge von 355 nm nur
eine geringe Absorption.
Die Punktgröße des auftreffenden Laserstrahls wird auf 500
µm und die Energie auf 39 J/cm2 eingestellt.
Zuerst werden dreißig Wiederholungen von Laserimpulsen
abgestrahlt. Nach der Bestrahlung hat sich eine konkave
Höhlung mit einer Tiefe von etwa 10 µm auf der Glasober
fläche gebildet. Fig. 5(a) zeigt ein Foto dieser konkaven
Höhlung, beobachtet durch ein Mikroskop. Fig. 5(b) zeigt
eine Zeichnung, die auf der Basis dieses Fotos gemacht
wurde, und Fig. 6 zeigt die graphische Darstellung des
Ergebnisses der Messung an der Position, an der die Strah
lung ausgeführt wurde, mittels eines Oberflächen-Rauhig
keits-Detektors eines bewährten Typs. Aus diesen Figuren
kann man erkennen, daß keine Rißbildung oder Bruchbildung
um den Strahlungspunkt beobachtet werden kann, und die
Strahlungsspur ist ebenfalls glatt. Es scheint daher, daß
ein gleichmäßiger Gradient erhalten wird. Dieses Ergebnis
hängt nicht von der Zeit für den Ionenaustauschprozeß ab.
Nimmt man eine Punktgröße von 100 µm, wird die Bestrahlung
wiederholt bis sie durch das Glas unter denselben Bedingun
gen hindurchtritt. Man kann dadurch eine Bohrung erzeugen,
die eine Größe von 100 µm an der Eintrittsseite und 70 µm
an der Austrittsseite hat. Auch in diesem Fall ist in der
Nachbarschaft der Oberfläche keine Rißbildung zu beobachten
und man erhält ein gutes Durchgangsloch. Durch Bewegung
einer Halteeinrichtung, auf der das Glassubstrat stufenwei
se und linear positioniert werden kann, und in dem ein
neues Durchgangsloch erzeugt wird jedes Mal, wenn das Glas
bewegt worden ist, kann eine Reihe von Durchgangslöchern,
die in einer Richtung fluchten, erhalten werden. Durch
zusätzliche Bewegung der Halteeinrichtung in einer Richtung
normal zu der vorherigen linearen Richtung, kann ein zwei
dimensionales Feld in derselben Weise hergestellt werden.
Andererseits wurde der Laserstrahl auch auf ein Glassub
strat gerichtet, das nicht mit dem oben beschriebenen Io
nenaustauschprozeß behandelt war. Fig. 7(a) zeigt ein Foto
eines so gebildeten konkaven Hohlraums, beobachtet durch
ein Mikroskop, und Fig. 7(b) zeigt eine Zeichnung, die auf
der Basis dieses Fotos gemacht worden ist. Wie sich aus den
Figuren ergibt, entstanden in dem Bereich um den Bestrah
lungspunkt Risse, und es entstanden feine und unregelmäßige
Ungleichheiten in der bestrahlten Oberfläche, was zu einer
groben oder sandartigen Oberfläche führte. Es ist daher
offenbar nicht möglich, die gewünschte glatte Oberfläche zu
erhalten. Eine Messung mit dem Oberflächen-Rauhigkeits-
Detektor war wegen der Unregelmäßigkeiten und der Rauhig
keit deshalb nicht möglich.
Wird, wie oben beschrieben, die Glasoberfläche mittels des
Ionenaustauschprozesses vorbehandelt, ist es möglich, ein
Glassubstrat zu erhalten, das eine Vielzahl von feinen
Löchern aufweist. An der Seitenfläche der Bohrung oder in
dem konkaven Hohlraum ist die Verteilung der Silberionen
wie in Anspruch 1 beschrieben.
Auf ein Glassubstrat, das dieselbe Zusammensetzung hatte
wie in der Ausführungsform Nr. 1, das aber nicht mit dem
oben beschriebenen Ionenaustauschprozeß behandelt worden
war, wurde ein Laserstrahl eines Excimer-Lasers gerichtet
mit einer Wellenlänge von 248 nm, um eine Durchgangsbohrung
herzustellen. Es traten hier jedoch Risse und Brüche auf,
und es war unmöglich, ein zufriedenstellendes Durchgangs
loch herzustellen.
In einem Glasmaterial wurde ein Ionenaustauschprozeß durch
geführt, um ein Glassubstrat zu erzeugen, das eine Vielzahl
von kleinen Löchern hat unter Verwendung der Vorrichtung
nach Fig. 4. Es wurde ein Silikatglas verwendet, das
hauptsächlich SiO2 enthält, aber außerdem Al2O3, B2O3, Na2O
und F, etc., und es hat eine Dicke von 0,1 mm. Ein Quarzbe
hälter wurde gefüllt mit einem Gemisch aus Silbernitrat und
Natriumnitrat in einem Verhältnis von 50 mol-% zu 50 mol-%,
in Form von geschmolzenem oder schmelzflüssigem Salz.
Das Glassubstrat wurde dann in das geschmolzene Salz im
Quarzbehälter zweiundsiebzig Stunden lang eingetaucht. Die
Temperatur des schmelzflüssigen Salzes wurde auf 300°C
gehalten mittels eines elektrischen Ofens, wobei die Reak
tionsatmosphäre Luft war.
Die Dicke einer Schicht, in die die Ag-Ionen eindiffundiert
waren, wurde mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators
gemessen, und es wurde gefunden, daß diese Schicht bis zur
Mitte des Substrates reichte, wobei die Konzentration an
beiden Oberflächen des Substrates höher war.
Es wurden unter denselben Bedingungen wie in der Ausfüh
rungsform 1 Durchgangslöcher hergestellt, wobei dieselben
Ergebnisse erhalten wurden, das heißt ein Feld von zufrie
denstellenden Durchgangslöchern.
Durch Bearbeitung der Glasoberfläche mittels eines Ionen
austauschprozesses ist es möglich, ein Glassubstrat zu
schaffen, das eine Vielzahl von gut ausgebildeten Löchern
aufweist. An der seitlichen Oberfläche des Loches war die
Verteilung der Silberionen wie in Anspruch 2 beschrieben.
In einem Glasmaterial wurde ein Ionenaustausch durchgeführt
zur Erzeugung eines Glassubstrates mit einer Mehrzahl von
feinen Löchern unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig.
4. Es wurde ein Silikatglas benutzt, das hauptsächlich SiO2
enthält, aber auch Al2O3, B2O3, Na2O und F etc., und es hatte
eine Dicke von 0,1 mm. Ein Quarzbehälter wird mit einem
Gemisch aus Silbernitrat und Natriumnitrat in einem Ver
hältnis von 50 mol-% zu 50 mol-% in Form eines geschmolze
nen oder schmelzflüssigen Salzes gefüllt.
Dann wurde das zu bearbeitende Glassubstrat in das ge
schmolzene Salz in dem Quarzbehälter zweiundsiebzig Stunden
lang eingetaucht, wobei die Temperatur des geschmolzenen
Salzes auf 300°C mittels eines elektrischen Ofens gehalten
wurde, wobei die Reaktionsatmosphäre Luft war.
Bei der Messung der Dicke der Schicht, in welche die Ag-
Ionen eindiffundiert waren, mittels eines Röntgenstrahlen-
Mikroanalysators wurde gefunden, daß diese Schicht bis zu
einer Tiefe von 200 µm reichte. Nachdem das Glas von einer
Seite her geschliffen wurde, um eine Dicke von 0,1 mm zu
erhalten, wurde es durch Schleifen endbearbeitet. Der Kon
zentrationsgradient des Silbers im Glas war wie in Anspruch
3 beschrieben.
Es wurden Durchgangslöcher unter denselben Bedingungen wie
in Ausführung 1 hergestellt, wobei dieselben Ergebnisse
erzielt wurden, das heißt ein Feld von guten Durchgangs
löchern. In diesem Fall kann der Laserstrahl von der einen
oder der anderen Seite des Glases auf dieses gerichtet
werden, das heißt von einer Seite mit hoher Konzentration
oder einer Seite mit niedriger Konzentration. Vergleicht
man beide Methoden, so ergibt sich, daß ein bevorzugtes
Ergebnis erhalten wird, wenn der Laser von der Seite mit
hoher Konzentration her auf das Glas gerichtet wird.
Außer, daß der Ionenaustausch nur eine sehr kurze Zeit von
10 sec durchgeführt wurde, wurde ein Glassubstrat mit dem
Ionenaustauschprozeß unter denselben Bedingungen behandelt
wie in Ausführungsform 1, und das Glas wurde dann bei 350°C
sechs Stunden lang geglüht. Als Folge hiervon ging die
Silberkonzentration an der Oberfläche mit der maximalen
Konzentration zurück auf 0,06 mol.-%. Auf diese Probe wurde
ein Laserstrahl gerichtet in derselben Weise wie in Aus
führungsform 1.
Es wurde ein Feld aus zufriedenstellenden Durchgangsboh
rungen erhalten bei einigen so hergestellten Mustern, je
doch bei anderen tragen Risse und Brüche auf.
Bei der Ausführungsform 4 kann auch dann ein Feld von guten
Durchgangsbohrungen erhalten werden, wenn die Silberkonzen
tration im Bereich der Oberfläche der Durchgangslöcher
niedrig ist. Eine untere Grenze für die Konzentration ist
0,06 mol-%. Jedoch nur 20% bis 30% der Löcher zeigten zu
friedenstellende Ergebnisse. Um gute Durchgangslöcher und
ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erhalten, muß die Kon
zentration höher als 0,1 mol-% sein.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel, bei welchem Durchgangsbohrungen
in zwei Dimensionen gemäß der Erfindung gebildet worden
sind. Das Beispiel zeigt ein Führungssubstrat zum Fixieren
von Fasern in zwei Dimensionen. Eine solche Einrichtung
kombiniert mit einer plattenförmigen Mikrolinse wird auf
dem Gebiet der optischen Kommunikation verwendet (Herstel
len von optischen Faserverbindungen).
Ein weiteres Beispiel ist ein Glassubstrat, in dem Durch
gangsbohrungen in Form eines Feldes ausgeführt sind zur
Verwendung mit einem Tintenstrahldrucker.
Die Form des Glassubstrates ist nicht auf die Plattenform
beschränkt, das Glas kann auch eine zylindrische oder pris
matische Form haben, wie die Fig. 9(a) zeigt. In diesem
Fall wird der Konzentrationsgradient des Silbers so gestal
tet, daß er an der äußeren Oberfläche des Glassubstrates am
höchsten ist und allmählich zur Mitte hin abnimmt. Durch
Herstellung eines Durchgangsloches erhält man das Glassub
strat mit einem feinen Loch wie in Anspruch 1 beschrieben.
Eine Durchgangsbohrung kann somit in einem Glassubstrat
hergestellt werden mit einem Silberkonzentrationsgradien
ten, dessen Maximum an einer äußeren Oberfläche des Glas
substrats liegt und der allmählich zur Mitte hin abnimmt,
wobei das Substrat mit dem Laser Schicht um Schicht von
beiden äußeren Oberflächen her bearbeitet wird, wie Fig.
9(b) zeigt.
Es wird somit erfindungsgemäß ein Glassubstrat vorgeschla
gen, das wenigstens eine enge Bohrung hat, wobei in dem
Substrat Silber enthalten ist, vor der maschinellen Bear
beitung in Form von Ag-Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen,
wobei ferner der Konzentrationsgradient des Silbers ein
Maximum an der Oberfläche hat und allmählich bis zu einer
vorgegebenen Tiefe abnimmt. Alternativ kann das Silber in
dem gesamten Glassubstrat enthalten sein, und sein Konzen
trationsgradient kann am höchsten an einer Oberfläche sein,
und allmählich zur anderen Oberfläche hin abnehmen, oder
das Silber kann im Glassubstrat insgesamt enthalten sein,
und sein Konzentrationsgradient ist derart, daß er in Rich
tung der Dicke am niedrigsten im Mittelteil ist, und all
mählich zu beiden Oberfläche hin zunimmt. Auf diese Weise
kann das Substrat von thermischen Beanspruchungen infolge
von Wärme entlastet werden, wenn es maschinell bearbeitet
wird zur Bildung der Bohrung mittels eines Laserstrahles,
und dieser Prozeß kann von der Oberfläche aus durchgeführt
werden ohne Risse oder Brüche, womit man ein Glassubstrat
erhält mit vielen gut ausgebildeten feinen Löchern.
Diese mikroskopische Bearbeitung des Glassubstrates durch
einen Laserstrahl kann bei Raumtemperatur durchgeführt
werden ohne Verlust inherenter Eigenschaften wie zum Bei
spiel Transparenz und Isolation, und ohne daß eine Heizvor
richtung oder eine Vakuum-Vorrichtung erforderlich sind.
Claims (9)
1. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Glas an einer
Oberfläche des Glassubstrats Silber enthalten ist in
Form von Ag-Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen bis zu
einer vorgegebenen Tiefe von einer Öffnung der feinen
Bohrung aus, die sich durch das Glassubstrat er
streckt, und daß ein Konzentrationsgradient des Silbers
graduell abnimmt von dieser einen Öffnung der feinen
Bohrung aus bis zu einer vorgegebenen Tiefe.
2. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Glas an einer
Oberfläche des Glassubstrats Silber enthalten ist in
einer Form von Ag-Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen von
einer Öffnung der feinen Bohrung aus, die sich durch
das Glassubstrat erstreckt, zu einer anderen Öffnung
der Bohrung, und daß ein Konzentrationsgradient des
Silbers einen Maximalwert an dieser einen Öffnung der
feinen Bohrung hat, und einen Minimalwert an der
anderen Öffnung der feinen Bohrung.
3. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Glas an einer
Oberfläche des Glassubstrats Silber enthalten ist in
Form von Ag-Atomen, Ag-Kolloid oder Ag-Ionen von einer
Öffnung der feinen Bohrung aus, die sich durch das
Glassubstrat erstreckt, zur anderen Öffnung der
Bohrung, und daß ein Konzentrationsgradient des
Silbers einen Maximalwert an beiden Öffnungen der
feinen Bohrung hat und graduell zu den gegenüber
liegenden Seiten hin abnimmt.
4. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Glassubstrat eine plattenförmige Gestalt hat.
5. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Glassubstrat eine zylinderförmige Gestalt hat.
6. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Glassubstrat aus Silikatglas besteht, das
hauptsächlich SiO2 enthält.
7. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von feinen Bohrungen in dem Glas
fluchtend in einer Richtung oder in zwei Richtungen
ausgebildet ist.
8. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung einen Durchmesser von 10 µm bis 300 µm
hat.
9. Glassubstrat mit wenigstens einer feinen Bohrung nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die maximale Konzentration des Silbers größer ist
als 0,1 mol-%.
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