用于激光鉆孔基材的犧牲覆蓋層及其方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年11月29日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/730, 994號(hào)、2013 年4月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/815, 864號(hào)以及2013年4月30日提交的美國(guó)臨時(shí) 申請(qǐng)第61/817, 444號(hào)的優(yōu)先權(quán)。上述臨時(shí)申請(qǐng)的全文通過(guò)參考納入本文。
[0003] 背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本說(shuō)明書(shū)一般地涉及具有形成的孔的薄基材的制造，更具體地，涉及采用犧牲覆 蓋層對(duì)薄基材進(jìn)行激光鉆孔的方法，以及用于在基材中形成孔的工件和犧牲覆蓋層。
【背景技術(shù)】
[0005] 可以通過(guò)例如激光加工、光加工、直接模塑、放電加工和等離子體/反應(yīng)性蝕刻的 方法在玻璃制品中形成孔。此類(lèi)玻璃制品可用于許多電子器件，例如在硅微芯片和有機(jī)基 材之間發(fā)送電信號(hào)的內(nèi)插物。此外，所述玻璃制品可用于生命科學(xué)應(yīng)用，例如用于數(shù)字式聚 合酶鏈反應(yīng)（dPCR)儀器。
[0006] 在激光鉆孔法中，以預(yù)定的位置將UV激光脈沖導(dǎo)向玻璃制品，從而在玻璃制品中 的預(yù)定位置處形成孔?？梢曰诓Ａе破分兴璧目咨疃葋?lái)確定在各個(gè)預(yù)定位置施加的脈 沖的數(shù)量?？梢圆捎萌芜x的蝕刻過(guò)程來(lái)改變通過(guò)激光鉆孔形成的孔的直徑。在蝕刻過(guò)程中， 在已經(jīng)通過(guò)激光在玻璃制品中鉆入了孔之后，通過(guò)例如噴灑或浸入向玻璃制品的表面施涂 蝕刻溶液?？梢曰诓Ａе破分兴璧目字睆絹?lái)確定蝕刻溶液的暴露持續(xù)時(shí)間、溫度、濃度 和化學(xué)物。
[0007] 在玻璃制品中直接進(jìn)行激光鉆孔可能在激光入射到玻璃制品上的進(jìn)入孔的位置 引起例如微孔或"裂紋"之類(lèi)的缺陷。對(duì)激光暴露條件（例如，束質(zhì)量、束焦距、脈沖速率和 脈沖能量）進(jìn)行優(yōu)化，可以降低進(jìn)入孔中的缺陷數(shù)量。但是，現(xiàn)有可行的方法無(wú)法產(chǎn)生具有 可接受的少量缺陷的小直徑的孔，特別是當(dāng)小直徑的孔相隔距離較遠(yuǎn)時(shí)。在該情況下，進(jìn)入 口可能更容易開(kāi)裂，甚至最輕微的完整度不規(guī)則都可能在蝕刻過(guò)程中被放大，導(dǎo)致具有孔 的玻璃制品具有不可接受的完整度。
[0008] 因此，需要一種在玻璃制品（例如薄玻璃）中形成孔的替代方法，該方法不會(huì)導(dǎo)致 激光入射到玻璃制品上的位置的進(jìn)入孔的開(kāi)裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在第一個(gè)方面，揭示了通過(guò)鉆孔在基材中形成多個(gè)精密孔的方法。所述方法包括： 將犧牲覆蓋層固定到基材的表面；將激光束放置在相對(duì)于基材的預(yù)定位置，并且該預(yù)定位 置對(duì)應(yīng)于多個(gè)精密孔的一個(gè)的所需位置；通過(guò)在預(yù)定位置進(jìn)行激光束的重復(fù)脈沖在犧牲覆 蓋層中形成通孔；以及在預(yù)定位置使得激光束脈沖進(jìn)入犧牲覆蓋層中形成的通孔，從而產(chǎn) 生所述多個(gè)精密孔的一個(gè)；其中，通過(guò)所述多個(gè)精密孔的一個(gè)的所需深度確定施加到基材 的脈沖數(shù)量。
[0010] 第二個(gè)方面包括第一個(gè)方面的方法，其中，在基材中形成了所述多個(gè)精密孔之后， 去除犧牲覆蓋層。
[0011] 第三個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，所述方法還包括在去除犧牲覆蓋層之后 蝕刻基材。
[0012] 第四個(gè)方面包括第一和第二個(gè)方面的方法，所述方法還包括在基材中產(chǎn)生了所述 多個(gè)精密孔之后蝕刻基材。
[0013] 第五個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，其中，激光束的波長(zhǎng)約為355nm，脈沖持 續(xù)時(shí)間約為10-50納秒，重復(fù)頻率約為l_150kHz，數(shù)值孔徑約為0. 02-0. 4。
[0014] 第六個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，所述方法還包括向所述多個(gè)精密孔的一 個(gè)或多個(gè)精密孔施加導(dǎo)電材料。
[0015] 第七個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層和基材的表面之間的 界面基本不含空氣間隙。
[0016] 第八個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，所述方法還包括在固定步驟之前，對(duì)基 材和犧牲覆蓋層進(jìn)行清潔。
[0017] 第九個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)直接物理接觸固定犧牲覆蓋 層和基材。
[0018] 第十個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，所述方法還包括在犧牲玻璃覆蓋層與基 材的表面附著之前，向犧牲玻璃覆蓋層與基材的表面的至少一個(gè)施加流體。
[0019] 第十一個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層由玻璃制造。
[0020] 第十二個(gè)方面包括第^ 個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層的厚度約為50_500um。
[0021] 第十三個(gè)方面包括第一至第十個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層由聚合物制造。
[0022] 第十四個(gè)方面包括第十三個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)向基材的表面施涂液體聚合 物材料將犧牲覆蓋層固定到基材的表面。
[0023] 第十五個(gè)方面包括第十四個(gè)方面的方法，所述方法還包括對(duì)液體聚合物進(jìn)行固 化。
[0024] 第十六個(gè)方面包括第十三至第十五個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層的厚度小于 約 IOOum。
[0025] 第十七個(gè)方面包括第十三個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)向基材的表面施加聚合物條 將犧牲覆蓋層固定到基材的表面。
[0026] 第十八個(gè)方面包括第十三至十七個(gè)方面的方法，所述方法還包括通過(guò)向犧牲覆蓋 層施涂溶劑，以從基材的表面去除犧牲覆蓋層。
[0027] 第十九個(gè)方面包括第一至第十二個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)范德華吸引使將犧牲 覆蓋層固定到基材的表面。
[0028] 第二十個(gè)方面包括第十九個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)范德華吸引提供的結(jié)合能約 為 30-100mJ/m2。
[0029] 第二十一個(gè)方面包括前述任一個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層的熱膨脹系數(shù)不 同于基材的熱膨脹系數(shù)。
[0030] 第二十二個(gè)方面的方法包括第十九至二^^一個(gè)方面的方法，所述方法還包括通過(guò) 加熱犧牲覆蓋層和基材，從基材的表面去除犧牲覆蓋層，從而使得犧牲覆蓋層與基材分開(kāi)。
[0031] 第二十三個(gè)方面包括第十九至二十二個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層的厚度約 為 50_500um。
[0032] 第二十四個(gè)方面包括第一至第九個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層包括稀的、基于 顏料或染料的墨（thin pigment or dye-based ink) 〇
[0033] 第二十五個(gè)方面包括第二十四個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)噴墨印刷、氣泡噴射印 刷、噴涂、旋涂或手動(dòng)施涂將犧牲覆蓋層固定到基材的表面。
[0034] 第二十六個(gè)方面包括第二十四至第二十五個(gè)方面的方法，其中，犧牲覆蓋層的厚 度小于約l〇〇um。
[0035] 第二十七個(gè)方面包括第二十四至二十六個(gè)方面的方法，所述方法還包括通過(guò)向犧 牲覆蓋層施涂溶劑，以從基材的表面去除犧牲覆蓋層。
[0036] 第二十八個(gè)方面的方法包括前述任一個(gè)方面的方法，所述方法還包括將犧牲覆蓋 層固定到基材之后，將犧牲覆蓋層和基材放入墊圈中。
[0037] 第二十九個(gè)方面包括第二十八個(gè)方面的方法，其中，通過(guò)范德華吸引使得基材與 墊圈粘結(jié)。
[0038] 第三十個(gè)方面的方法包括第二十八和二十九個(gè)方面的方法，所述方法還包括使得 基材與墊圈永久粘結(jié)。
[0039] 第三十一個(gè)方面涉及具有精密孔的工件。所述工件包括：基材，所述基材具有形成 在其中的精密孔，其中，各個(gè)精密孔的縱軸以基材的厚度方面延伸；以及犧牲覆蓋層，所述 犧牲覆蓋層可拆卸地固定到基材的表面，從而犧牲覆蓋層降低了精密孔的不規(guī)則性，其中， 所述犧牲覆蓋層包括通孔，每個(gè)通孔具有與對(duì)應(yīng)的精密孔的縱軸對(duì)準(zhǔn)的縱軸。
[0040] 第三十二個(gè)方面包括第三^^一個(gè)方面的工件，其中，犧牲覆蓋層包括玻璃。
[0041 ] 第三十三個(gè)方面包括第三^^一個(gè)方面的工件，其中，犧牲覆蓋層包括聚合物。
[0042] 第三十四個(gè)方面包括第三十一和第三十二個(gè)方面的工件，其中，通過(guò)范德華吸引 將犧牲覆蓋層固定到基材。
[0043] 第三十五個(gè)方面包括第三十一個(gè)方面的工件，其中，犧牲覆蓋層包括稀的、基于顏 料或染料的墨。
[0044] 第三十六個(gè)方面包括第三十一至三十五個(gè)方面的工件，其中，基材的表面不含激 光誘發(fā)的微裂紋，所述微裂紋從所述多個(gè)精密孔的一個(gè)延伸超過(guò)5um。
[0045] 第三十七個(gè)方面包括第三十一至三十五個(gè)方面的工件，其中，在激光束脈沖之后， 所述多個(gè)精密孔的單獨(dú)一個(gè)在玻璃制品的表面處的平均進(jìn)入直徑約為10_20um，以及在激 光束脈沖之后，所述多個(gè)精密孔的單獨(dú)一個(gè)在相對(duì)于表面的位置處的平均底部直徑約為 5_10um〇
[0046] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本文中描述的實(shí)施方式的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部 分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過(guò)實(shí)施包括以 下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。
[0047] 應(yīng)理解的是，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述介紹了各種實(shí)施方式，用來(lái)提 供理解要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)各種實(shí)施方 式的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖以圖示形式說(shuō) 明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋要求保護(hù)的主題的原理和操作。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖IA示意性顯示用于根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式采用犧牲玻璃 覆蓋層的激光鉆孔法的組件的側(cè)視圖；
[0049] 圖IB示意性顯示用于根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式采用犧牲玻璃 覆蓋層的激光鉆孔法的玻璃制品的俯視圖；
[0050] 圖2A示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的犧牲覆蓋層、玻 璃制品和墊圈的分解透視圖；
[0051] 圖2B示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的經(jīng)激光加工的玻 璃制品和墊圈的分解透視圖；
[0052] 圖2C示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的犧牲覆蓋層、多 個(gè)堆疊玻璃制品和墊圈的分解透視圖；
[0053] 圖3示意性顯示根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的犧牲覆蓋層的分 解透視圖，所述犧牲覆蓋層的熱膨脹系數(shù)不同于玻璃制品的熱膨脹系數(shù)；
[0054] 圖4示意性顯示用于采用犧牲聚合物覆蓋層的激光鉆孔法的組件的側(cè)視圖；
[0055] 圖5A是通過(guò)直接鉆孔制造的玻璃制品中的孔直徑的柱狀圖；
[0056] 圖5B是通過(guò)直接鉆孔制造的玻璃制品中的孔圓度的柱狀圖；
[0057] 圖5C是根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式制造的玻璃制品中的孔直徑 的柱狀圖；
[0058] 圖f5D是根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式制造的玻璃制品中的孔圓度 的柱狀圖；
[0059] 圖6A是圖20所示的玻璃制品中的孔直徑的柱狀圖，所述玻璃制品采用根據(jù)本文 所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的犧牲聚合物覆蓋層制造；
[0060] 圖6B是圖20所示的玻璃制品中的孔圓度的柱狀圖，所述玻璃制品采用根據(jù)本文 所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的犧牲聚合物覆蓋層制造；
[0061] 圖7A是根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式采用基于顏料或染料的墨制 造的玻璃制品中的孔直徑的柱狀圖；
[0062] 圖7B是根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式采用基于顏料或染料的墨制 造的玻璃制品中的孔圓度的柱狀圖；
[0063] 圖8A和8B顯示蝕刻前和蝕刻后的500um厚的玻璃的俯視圖，其中，通過(guò)納秒脈沖 激光并且沒(méi)有使用犧牲覆蓋層形成孔；
[0064] 圖8C和8D顯示蝕刻前和蝕刻后的500um厚的玻璃的底視圖，其中，通過(guò)納秒脈沖 激光并且沒(méi)有使用犧牲覆蓋層形成孔；
[0065] 圖9A和9B顯示蝕刻前和蝕刻后的300um厚的玻璃的側(cè)視圖，其中，通過(guò)納秒脈沖 激光并且沒(méi)有使用犧牲覆蓋層形成孔；
[0066] 圖IOA和IOB分別顯示蝕刻前和蝕刻后的300um厚的玻璃的側(cè)視圖，其中，通過(guò)皮 秒脈沖激光并且沒(méi)有使用犧牲覆蓋層形成孔；
[0067] 圖11顯示蝕刻后的700um厚的玻璃的俯視圖，其中，通過(guò)納秒脈沖激光并且沒(méi)有 使用犧牲覆蓋層形成孔；
[0068] 圖12顯示蝕刻前和蝕刻后的玻璃的俯視圖，其中，采用納秒脈沖激光以IOOum和 200um的節(jié)距形成孔，其中沒(méi)有使用犧牲覆蓋層；
[0069] 圖13顯示蝕刻前和蝕刻后的玻璃，其中，采用納秒脈沖激光以300um和