[发明专利]在玻璃中形成高密度孔阵列的方法

说明书

优先权

本申请要求2010年11月30日提交的美国申请序列第61/418,152号的优先权。

技术领域

本发明涉及在玻璃中制造高密度孔阵列的方法，具体是高密度通孔阵列，更具体是高长宽比孔的高密度阵列。

背景和概述

美国专利第6,754,429号揭示了一种先前已经证实的用于在玻璃中制造此类密集孔阵列的方法。所揭示的方法涉及使玻璃与飞秒激光接触，然后进行酸蚀刻。该方法依赖于选择性蚀刻，在选择性蚀刻中，被激光破坏的玻璃的蚀刻速率明显高于余下玻璃的蚀刻速率。虽然该技术上来看是合理的，但是该方法采用昂贵且需要不断维护的飞秒激光技术，并且激光作用过程较为缓慢。

根据美国专利公开第20030150839号，可以用激光烧蚀然后用酸蚀刻去除表面缺陷和碎屑来制造直径为120-130μm的渐缩孔（圆锥形孔）。所揭示的方法在激光照射之前需要一个离子交换步骤。并未揭示除了激光斑尺寸和能量密度之外的照射条件。

美国专利公开第20090013724号描述了在各种组成的玻璃中用激光照射和酸蚀刻来形成孔。使用波长为355nm和266nm的激光。推荐的（数值）束孔径是NA<0.7，还揭示了玻璃内或者背表面后面的焦距。并未具体指出孔轮廓和定位精确性。

需要的是一种成本较低并且可靠的方法，用于以较紧密的最小间距形成较小的孔，并且该方法具有良好的定位精确性和整个深度上相当小的直径变化。

根据本发明的一个方面是在玻璃中制造高密度孔阵列，该方法包括以下步骤：提供具有前表面的玻璃片，然后用UV激光束照射玻璃片的前表面，照射的焦点在玻璃片前表面的+/-100μm内，最优选在玻璃片前表面的+/-50μm内。对于厚度在0.3-0.63mm之间的玻璃，聚焦激光的透镜的数值孔径优选在0.1-0.4的范围内，更优选在0.1-0.15的范围内，甚至更优选在0.12-0.13的范围内，从而产生从玻璃片的前表面102延伸进入玻璃片100的开孔，所述开孔的直径在5-15μm的范围内，长宽比至少为20:1。对于在0.1-0.3mm范围内的更薄的玻璃，数值孔径优选为0.25-0.4，更优选为0.25-0.3，并且激光束优选聚焦在玻璃前表面+/-30μm内。优选以小于或等于约15kHz的重复频率运行激光，并且通常具有足够的照射持续时间以形成刚好延伸达到玻璃片背表面的开孔。然后可以通过蚀刻来扩大所产生的孔阵列。如果需要的话，可以在蚀刻之前对前表面进行抛光。

在下文参考附图描述了本发明方法的变化形式，紧接下来对所述附图作简要描述。

附图简要说明

当结合以下附图阅读下面对本发明的具体实施方式的详细描述时，可对其形成最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是代表本发明目前优选方法的基本步骤的流程图；

图2是用于本文所揭示方法的激光照射设备的示意透视图；

图3是用于本文所揭示方法的蚀刻设备的截面示意图；

图4是根据本发明方法生产的玻璃片中的孔的图像；

图5是破碎玻璃的图像，破碎是为了显示根据本发明方法生产的孔的部分截面图；

图6是根据本发明方法生产的玻璃片中的孔在蚀刻步骤之后的图像；

图7是根据本发明方法生产的玻璃片中的孔从玻璃片前表面观察的俯视图；

图8是根据本发明方法生产的玻璃片中的孔从玻璃片背表面观察的俯视图；

图9是根据对比方法生产的玻璃片中的孔的图像；

图10是根据对比方法生产的玻璃片中的孔的图像；

图11是根据对比方法生产的玻璃片中的孔在蚀刻步骤之后的图像；

图12是显示了其他类型的孔120的玻璃板100的截面示意图；以及

图13是显示了其他类型孔形状的孔120的玻璃板100的俯视示意图。

发明详述

根据本发明的一个方面，在厚度优选小于0.8mm，更优选厚度在0.1-0.63mm范围内的玻璃薄板中形成孔，所述孔的直径小于或等于200μm，最小间距不大于300μm，直径变化限制在小于或等于10μm，优选小于或等于5μm，并且（孔中心）定位的位置变化限制在小于或等于8μm，优选小于或等于4μm。孔的最薄直径或者“腰”直径不小于表面开口处的直径的65%，优选不小于表面开口处的直径的80%。