BR102013009987A2 - Máscara de alta densidade para substratos tridimensionais e métodos de fabricação da mesma - Google Patents
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Abstract
Máscara de alta densidade para substratos tridimensionais e métodos de fabricação da mesma. A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de máscaras de alta densidade para substratos não planos ou tridimensionais que utiliza um mandril que tem uma ou mais formas de precisão usinadas no mesmo. Uma vez que o mandril com uma ou mais formas é fabricado, uma ou mais máscaras virgens podem ser construídas no mesmo. As máscaras finais podem ser construídas no mesmo. As máscaras finais podem ser recortadas a partir das uma ou mais máscaras virgens
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁSCARA DE ALTA DENSIDADE PARA SUBSTRATOS TRIDIMENSIONAIS E MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DA MESMA".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção A presente invenção refere-se a máscaras, e dispositivos e métodos de fabricação das máscaras, e mais particularmente à máscaras de precisão para substratos complexos e tridimensionais com tolerâncias extremas, e dispositivos e métodos de fabricação destas máscaras de precisão de alta densidade. 2. Discussão da técnica relacionada Como os dispositivos eletrônicos continuam a ser miniaturiza-dos, está se tornando cada vez mais provável criar dispositivos microeletrô-nicos que podem ser vestidos ou embutidos para uma variedade de usos. Tais usos podem incluir o monitoramento de aspectos da química do corpo, administração de dosagens controladas de medicamentos ou agentes terapêuticos através de vários mecanismos, incluindo automaticamente, em resposta a medições, ou em resposta a sinais de controle externos, e aumento do desempenho de órgãos ou tecidos. Exemplos de tais dispositivos incluem bombas de infusão de glicose, marca-passos, desfibriladores, dispositivos de auxílio ventricular e neuroestimuladores. Um novo campo de aplicação particularmente útil é em lentes e lentes de contato oftálmicas que podem ser vestidas. Por exemplo, uma lente que pode ser vestida pode incorporar um conjunto de lente que tem um foco ajustável eletronicamente para aumentar ou melhorar o desempenho do olho. Em outro exemplo, com ou sem foco ajustável, uma lente de contato que pode ser vestida pode incorporar sensores eletrônicos para detectar concentrações de produtos químicos específicos no filme pré-corneal (lacrimal). O uso de eletrônicos integrados em um conjunto de lente introduz um requisito em potencial para comunicação com os eletrônicos, para um método de alimentação e/ou realimentação dos eletrônicos, para interconexão dos eletrônicos, para detecção e/ou monitoramento interno e externo, e para o controle dos eletrônicos e da função geral da lente. O olho humano tem a capacidade de discernir milhões de cores, se ajustarem facilmente a condições de luz variáveis, e transmitir sinais ou informações ao cérebro a uma taxa que excede aquela de uma conexão de Internet de alta velocidade. As lentes, como lentes de contato e lentes intra-oculares, são utilizadas atualmente para corrigir defeitos de visão como miopia, hiperopia e astigmatismo. Entretanto, lentes adequadamente projetadas que incorporam componentes adicionais podem ser usadas para melhorar a visão assim como para corrigir defeitos de visão.
As lentes de contato convencionais são estruturas poliméricas com formatos específicos para corrigir vários problemas de visão, conforme resumidamente apresentado acima. Para alcançar a funcionalidade aperfeiçoada, vários circuitos e componentes precisam ser integrados nestas estruturas poliméricas. Por exemplo, circuitos de controle, microprocessadores, dispositivos de comunicação, alimentadores, sensores, atuadores, diodos emissores de luz, e antenas em miniatura podem ser integrados a lentes de contato através de componentes optoeletrônicos customizados para não a-penas corrigir a visão, mas para melhorar a visão e também fornecer funcionalidade adicional, tal como é explicado aqui. Lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para proporcionar visão intensificada através de capacidades de ampliação e redução ou apenas simplesmente modificando as capacidades refrativas das lentes. As lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para melhorar a cor e a resolução, para exibir informações de textura, para traduzira fala em legendas em tempo real, oferecer indicações visuais a partir de um sistema de navegação, fornecer processamento de imagens e acesso à internet. As lentes podem ser projetadas para permitir que o usuário enxergue em condições d luz baixa. Os elementos eletrônicos e/ou arranjo de elementos eletrônicos apropriadamente projetados nas lentes podem permitir a projeção de uma imagem sobre a retina, por exemplo, sem uma lente óptica de foco variável, fornecer telas de imagens de inovações e até mesmo fornecer alarmes. Alternativamente, ou em adição a qualquer uma destas funções ou funções similares, as lentes de contato podem incorporar componentes para o monitoramento não invasivo dos biomarcadores do usuário e indicadores de saúde. Por exemplo, sensores construídos nas lentes podem permitir a um paciente diabético monitorar níveis de açúcar sanguíneo pela análise de componentes do filme lacrimal sem a necessidade de retirar sangue. Além disso, uma lente configurada apropriadamente pode incorporar sensores para o monitoramento de colesterol, níveis de sódio e potássio assim como outros marcadores biológicos. Isto, acoplado a um transmissor de dados sem fio, podería permitir a um médico ter acesso quase imediato à química do sangue do paciente sem a necessidade do paciente perder tempo para ir a um laboratório e tirar sangue. Além disso, sensores construídos nas lentes podem ser usados para detectar luz incidente no olho para compensar condições de luz ambiente ou para uso na determinação de padrões de piscadela. A combinação adequada de dispositivos poderia fornecer funcionalidade potencialmente ilimitada, entretanto, existem inúmeras dificuldades associadas à incorporação de componentes adicionais em uma peça de polímero de grau óptico. Em geral, é difícil fabricar tais componentes diretamente sobre a lente por várias razões, e é difícil montar e interconectar dispositivos planos em uma superfície não plana. Também é difícil para fabricação em escala. Os componentes a serem colocados sobre ou dentro da lente precisam ser miniaturizados e integrados a aproximadamente apenas 1,5 centímetros quadrados de um polímero transparente, porém protegendo os componentes do ambiente líquido sobre o olho. Também é difícil tornar uma lente de contato confortável e segura para o usuário com a espessura adicionada dos componentes adicionais.
Devido às restrições de área e volume de um dispositivo oftálmi-co como uma lente de contato, e o ambiente no qual ela deve ser utilizada, a concretização física do dispositivo deve vencer vários problemas, inclusive a instalação e interconexão de vários componentes eletrônicos sobre uma superfície não planar, cujo volume compreende plástico óptico. Consequentemente, existe uma necessidade de se formar formatos tridimensionais e me-talizar ou, de outro modo, formar interconexões e deslocamentos destes formatos tridimensionais com um alto grau de precisão e repetitividade. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
As máscaras de alta densidade para substratos tridimensionais e os métodos de produção de máscaras de alta densidade da presente invenção superam as dificuldades brevemente apresentadas acima.
De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção é encaminhada a um método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra para uso em conjunto com um substrato não plano. O método compreende as etapas de fabricação de um mandril incluindo uma ou mais formas usinadas no mesmo, as uma ou mais formas correspondendo ao formato de um substrato não plano a ser mascarado, formação de uma ou mais máscaras de sombra virgens nas uma ou mais formas no mandril, remoção das uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril, e usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens para formar uma ou mais máscaras de sombra, o padrão predeterminado incluindo características substancialmente similares ao tamanho de uma ou mais máscaras de sombra.
De acordo com outro aspecto, a presente invenção é encaminhada a um mandril para a formação de máscaras de sombra virgens. O mandril compreende uma primeira face e uma segunda face, a primeira e segunda face sendo substancialmente paralelas, um ou mais mecanismos de fixação associados de maneira cooperativa à primeira face da estrutura substancialmente cilíndrica, os um ou mais mecanismos de fixação sendo configurados para prender o mandril a uma ferramenta de usinagem, e uma ou mais formas usinadas na segunda face da estrutura substancialmente cilíndrica, as uma ou mais formas apresentando um padrão não plano que se iguala a um substrato não plano a ser mascarado.
As máscaras, que criam regiões que são bloqueadas e regiões que são abertas para formar um padrão predeterminado, são dispositivos úteis nos processos utilizados para formar interconexões em superfícies ou substratos não planos ou tridimensionais. Em um sentido geral, máscaras simples que permitem a deposição de um material em regiões predeterminadas de um substrato tridimensional podem resultar na otimização de processos de remoção de material subsequentes, que são utilizados para formar características específicas, como por exemplo, interconexões elétricas em um dispositivo oftãlmico energizado. Esta aplicação ou uso específicos das máscaras é de sofisticação limitada, isto é, para bloquear ou expor regiões amplas, e isto é devido principalmente à qualidade das máscaras. Entretanto, de acordo com os dispositivos e métodos da presente invenção, máscaras de precisão podem ser fabricadas que, por sua vez, podem ser usadas para formar características detalhadas em substratos tridimensionais altamente complexos, conforme pode ser usado em aplicações oftálmicas ener-gizadas. O método de fabricação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção compreende várias etapas. A primeira etapa compreende fabricação ou criação de um mandril. O mandril compreende, de preferência, uma ou mais formas ou cavidades de forma que são criadas para representar o perfil interno e características desejados do item ou elemento a ser mascarado. A próxima etapa na fabricação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção envolve a fabricação de uma ou mais máscaras de sombra virgens nas uma ou mais formas no mandril. As máscaras de sombra virgens se tornam máscaras de sombra depois que um padrão desejado é cortado ou usinado nas máscaras de sombra virgens. As uma ou mais máscaras de sombra virgens podem ser fabricadas utilizando-se várias técnicas adequadas como processos de deposição, incluindo eletroformação. A etapa seguinte e final no processo de fabricação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção envolve a remoção da placa que compreende as uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril, e formação de padrões nas mesmas para se criar uma máscara de sombra específica. A formação dos padrões pode ser alcançada utilizando-se vários processos de usinagem de precisão, incluindo ablação à laser. O mandril fabricado e/ou utilizado de acordo com a presente in- venção pode compreender uma ou mais formas que correspondem precisamente aos substratos tridimensionais a serem mascarados, e estas formas podem ser configuradas de várias formas. Por exemplo, a configuração das uma ou mais formas no mandril pode estar disposta para aumentar a densidade das formas. Em outras palavras, a configuração das formas no mandril pode ser modificada para aumentar o número de designs em um único mandril. A configuração das formas no mandril pode também ser modificada para aumentar a repetitividade no processo. Em outras palavras, a configuração do mandril pode ser modificada para aumentar a facilidade de remoção da máscara de sombra virgem do mandril. É importante notar que numerosas outras configurações podem ser usadas para se alcançar uma ampla variedade de funções. A precisão da máscara é determinada primariamente pela precisão da forma no mandril. A forma no mandril se conforma, de preferência, exatamente ao formato dos substratos tridimensionais. Consequentemente, o processo utilizado na presente invenção permite que as formas sejam usinadas no mandril com um grau bem alto de precisão. Além disso, o mandril é, de preferência, também projetado para aumentar a eficiência do processo geral.
As máscaras de alta densidade e o processo de fabricação de máscaras de alta densidade de acordo com a presente invenção fornece um meio para mascaramento de substratos detalhados, não planos ou tridimensionais, para formar características de precisão no mesmo sem a necessidade de trabalho de processamento posterior adicional. As máscaras e processos aqui apresentados fornecem um meio de baixo custo e eficiente para a fabricação de componentes detalhados.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características e vantagens mencionadas anteriormente bem como outras da presente invenção serão aparentes a partir da descrição mais particular a seguir de modalidades preferenciais da invenção, conforme ilustrado nos desenhos anexados.
As figuras 1A, 1B e 1C são representações diagramáticas de um primeiro mandril exemplificador e com uma única máscara de sombra virgem de acordo com a presente invenção.
As figuras 2A, 2B e 2C são representações diagramáticas de um segundo mandril exemplificador com múltiplas máscaras de sombra virgens de acordo com a presente invenção.
As figuras 3A, 3B, 3C e 3D são representações diagramáticas de um conjunto de mandril exemplificador com múltiplas máscaras de sombra virgens de acordo com a presente invenção. A figura 4 é uma representação diagramática de um substrato tridimensional exemplificador com superfícies sobre as quais interconexões podem ser configuradas utilizando-se uma máscara de acordo com a presente invenção. A figura 5 é uma representação diagramática de uma máscara de sombra exemplificadora posicionada sobre o substrato ilustrado na figura 4 de acordo com a presente invenção. A figura 6 é uma representação diagramática do substrato ilustrado na figura 4 com interconexões depositadas no mesma utilizando-se uma máscara de sombra de acordo com a presente invenção. A figura 7 é uma representação diagramática de uma lente de contato que compreende ambos ópticos e eletrônicos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS
Conforme brevemente apresentado aqui, máscaras, que criam regiões que são bloqueadas e regiões que são abertas para formar um padrão predeterminado, são dispositivos úteis nos processos utilizados para formar padrões, como por exemplo, interconexões elétricas, em superfícies ou substratos não planos ou tridimensionais. Em várias aplicações, o uso de máscaras é de sofisticação limitada, isto é, para bloquear ou expor regiões amplas, e isto se deve principalmente à qualidade das máscaras. Entretanto, de acordo com os dispositivos e métodos da presente invenção, máscaras de precisão podem ser fabricadas que, por sua vez, podem ser usadas para formar características como características de interconexão em superfícies tridimensionais altamente complexas, conforme pode ser usado em aplica- ções oftálmicas energizadas. A primeira etapa exemplificadora na fabricação ou criação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção envolve a fabricação de um mandril. Um mandril tem várias definições diferentes, incluindo um objeto utilizado para formatar trabalho usinado, uma ferramenta que mantém ou, de outro modo, prende os materiais a serem usinados, ou uma ferramenta que pode ser usada para prender outras ferramentas móveis. Como usado aqui e conforme é explicado em detalhes subsequentemente, um mandril é uma forma de base sobre a qual uma máscara de sombra pode ser fabricada. Mais especificamente, o mandril é o componente onde ou no qual uma ou mais máscaras de sombra virgens podem ser formadas. O mandril exemplificador compreende uma estrutura substancialmente em formato de disco ou cilíndrica com um ou mais eixos para anexação a um torno de uma máquina ou dispositivo similar em uma face plana do mesmo, e uma superfície plana na face plana oposta do mesmo. É importante notar que outros mecanismos de fixação além de eixos de anexação para um torno de máquina padrão podem ser usados de acordo com a presente invenção, incluindo mecanismos de fixação operáveis para trabalhar com máquinas que compreendem mandris a vácuo. O padrão exato da superfície ou substrato tridimensional a ser mascarado é duplicado uma ou mais vezes, através de qualquer técnica de usinagem adequada para a criação de geometrias intrincadas e/ou complexas, na superfície plana do mandril. Essencialmente, quando usinado, o mandril irá compreender um ou mais padrões ou formas que representam o perfil interno e características desejados do item a ser mascarado. O padrão da superfície tridimensional a ser mascarado pode ser usinado na superfície plana do mandril utilizando-se quaisquer técnicas adequadas para a usinagem de padrões intrincados, incluindo o uso de um torno, o que explica a necessidade por um ou mais eixos para anexação, conforme será explicado em detalhes aqui.
Embora o mandril exemplificador compreenda uma estrutura substancialmente em formato de disco ou cilíndrica, é importante notar que ele pode compreender qualquer formato adequado, contanto que uma forma possa ser usinada no mesmo. Por exemplo, uma estrutura não redonda pode ser usada. O tamanho do mandril, o tamanho de uma máscara de sombra virgem individual, e o número desejado de máscaras de sombra virgens a serem fabricadas em um único mandril determina quantas formas ou cavidades de forma são usinadas na superfície plana do mandril. Se apenas uma forma por mandril é desejada ou necessária, o mandril compreende, de preferência, uma estrutura em formato cilíndrico ao invés de uma estrutura similar a um disco, com um único eixo de anexação centralizado na face oposta do mandril. Se, entretanto, múltiplas formas ou cavidades de forma são desejadas ou necessárias em um único mandril, o mandril exige, de preferência, uma estrutura em formato de disco com um único eixo de anexação posicionado na face oposta do mandril e centralizado atrás de cada forma ou cavidade de forma. Por exemplo, se treze (13) formas são usinadas na mandril, então treze (13) eixos de anexação são necessários, com um centralizado diretamente atrás de cada forma. Conforme apresentado acima, outros mecanismos de fixação podem ser usados, como por exemplo, aqueles ope-ráveis para trabalhar em conjunto com máquinas que tem mandris a vácuo. Esta centralização é necessária se a usinagem das formas será feita utili-zando-se uma ferramenta giratória como um torno. Com uma ferramenta giratória, para que a forma seja simétrica, o eixo de anexação deve coincidir com o centro da forma. Em adição a cada forma que tem seu próprio eixo de anexação centralizado, o mandril é, de preferência, formado a partir de um material leve, de modo que nenhuma oscilação é introduzida durante usinagem de uma forma para longe do centro do mandril, como por exemplo, próximo de seu perímetro, e forte o bastante para suportar os forças, estiramen-tos e desgastes de usos repetidos. Em uma modalidade exemplificadora, o mandril pode ser fabricado a partir um material metálico leve, com uma razão entre resistência e peso alta, e relativamente barato, como alumínio. Além disso, devido ao fato de que o alumínio pode ser facilmente usinado ou, em uma modalidade alternativa, quimicamente dissolvido, uma forma complexa pode ser produzida com quase exatidão.
Na modalidade exemplificadora apresentada acima, as uma ou mais formas podem ser fabricadas utilizando-se várias técnicas para a fabricação de características de precisão e/ou íntrincadas/detalhadas. Conforme apresentado acima, um torno ou outra máquina de torneamento como um torno fresado e um de transferência rotativa, pode ser equipado com ferramentas com pontas de diamante natural ou sintético para fabricar as uma ou mais formas, em um processo conhecido como torneamento com ponta de diamante. O torneamento com ponta de diamante é um processo de múltiplos estágios, sendo que os estágios iniciais de usinagem são executados utilizando-se uma série de tornos de controle numérico computadorizado. Cada torno consecutivo na série é mais preciso que o anterior. Na etapa final da série, uma ferramenta com ponta de diamante é utilizada para se alcançar acabamentos de superfície a níveis sub-nanômetros e precisões de forma a níveis sub-micrômetros. Em uma modalidade exemplificadora alternativa, as uma ou mais formas podem ser fabricadas utilizando-se usinagem por eletrodescarga. A usinagem por eletrodescarga é um processo de fabricação onde um formato predeterminado é obtido utilizando-se descargas elétricas para remover material, criando assim o formato ou forma predeterminados. A seguinte etapa exemplificadora na fabricação ou criação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção envolve a fabricação de uma ou mais máscaras de sombra virgens nas uma ou mais formas ou cavidades de forma no mandril. As máscaras de sombra virgens se tornam máscaras de sombra depois que o padrão desejado é cortado na máscara de sombra virgem, tal como é explicado em detalhes subsequentemente. Uma vez que as uma ou mais formas se igualam precisamente à superfície ou ao substrato tridimensional a ser mascarado, as formas no mandril são os moldes para as máscaras de sombra virgens. De a-cordo com uma modalidade exemplificadora da presente invenção, uma máscara de sombra virgem pode ser fabricada em cada forma no mandril por um processo de galvanoplastia ou eletroformação. A eletroformação é um processo de formação de metal onde partes delgadas são fabricadas utilizando-se um processo de galvanoplastia. A eletroformação é utilizada quando a parte a ser fabricada tem tolerâncias ou complexidade extremas. A galvanoplastia é um processo onde íons metálicos em uma solução são movidos por um campo elétrico para revestir ou laminar uma camada de metal sobre uma forma de base que é, então, removida da forma apôs a laminação ser completa. Devido a natureza do processo, estruturas de alta fidelidade podem ser produzidas com esta técnica. Em outras palavras, a eletroformação reproduz a forma exatamente sem qualquer encolhimento ou distorção. Vários materiais metálicos podem ser usados para se fabricar a máscara de sombra virgem. Em uma modalidade exemplificadora, a máscara de sombra virgem é fabricada a partir de níquel com uma espessura total entre cerca de cinquenta (50) mícrons a cerca de cento e cinquenta (150) mícrons. É importante notar que a espessura da máscara de sombra virgem pode variar dependendo da aplicação e, dessa forma, o processo de formação da máscara de sombra virgem pode mudar de eletroformação para outro processo adequado. A etapa exemplificadora seguinte e final na fabricação ou criação de uma máscara ou máscara de sombra de acordo com a presente invenção envolve a remoção da placa de uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril, e formação de padrões nas mesmas para se criar a máscara de sombra. A placa pode ser removida do mandril de várias formas, incluindo remoção química do mandril ou separação física dos dois componentes. De acordo com uma modalidade exemplificadora de remoção química do mandril, o próprio mandril pode ser dissolvido com um produto químico que reage apenas com o mandril e não com a placa. Na modalidade exemplificadora, as máscaras de sombra virgens são fisicamente separadas do mandril manualmente ou através de manipuladores robóticos e colocadas em uma instalação para processamento adicional, incluindo criação das máscaras de sombra através de formação do padrão desejado nas mesmas. Para facilitar a separação física, o mandril pode ser sacudido, trepidado, batido de leve ou de outro modo agitado para criar separação física. O padrão desejado corresponde à aplicação específica, como por exemplo, interconexões elétricas. O padrão pode ser formado de qualquer maneira adequada utilizando-se quaisquer meios adequados, incluindo usinagem a laser, ablação a laser, gravação por plasma, e/ou gravação por corrosão química. Em uma modalidade exemplificadora, o padrão é formado na máscara de sombra virgem por microusinagem a laser. Consequentemente, uma vez que as máscaras de sombra virgens são removidas do mandril, elas são colocadas em uma instalação de retenção que é compatível com o sistema de usinagem a laser. A precisão dos sistemas a laser atualmente disponíveis faz com que a microusinagem de padrões extremamente intrincados seja possível. Por exemplo, as larguras de padrão de característica tão pequenas quanto um (1) mí-cron podem ser alcançadas.
Quando as uma ou mais máscaras de sombra são completadas, elas são transferidas da instalação de microusinagem a laser para uma instalação ou disposição para montar ou prender temporariamente as mesmas à superfície ou ao substrato a ser mascarado para criar um produto final. Por exemplo, se o produto final será utilizado como o substrato para intercone-xões elétricas em um inserto para uma lente de contato energizada, então a máscara de sombra pode ser presa ao óptico frontal por um acessório especializado que permitiría que o material interconectado fosse depositado no substrato através das aberturas na máscara de sombra. Qualquer processo de deposição adequado pode ser usado que é compatível com o substrato.
Com referência às figuras 1A, 1B e 1C, é ilustrado um mandril exemplificador 100 que tem uma única forma ou cavidade de forma 102 usinada em uma face plana 104 do mesmo (figura 1A), o mandril exemplificador 100 com uma placa de máscara de sombra virgem 106 incluindo uma única máscara de sombra virgem 108 formada na mesma (figura 1B), e a placa de máscara de sombra virgem 106 separada do mandril 100 (figura 1C). A máscara de sombra virgem 108 pode ser, conforme apresentado acima, removida da placa de máscara de sombra virgem 106 para formar a máscara de sombra, tal como é descrito em detalhes subsequentemente. O processo utilizado para se fabricar a máscara a partir da máscara vrigem, como por exemplo, usinagem a laser, pode ser usado para remover a máscara virgem ou a máscara da placa de máscara virgem rasa 106. Nesta modalidade e-xemplificadora, o mandril 100 tem um formato substancialmente cilíndrico uma vez que apenas uma única forma 102 é usinada no mesmo. Um eixo de anexação 110 para prender o mandril 100 ao torno é ilustrado em linha tracejada. Conforme apresentado acima, se outro processo, como por exemplo, usinagem por eletrodescarga, é utilizado para usinar a forma 102, nenhum eixo de anexação é necessário. Na modalidade exemplificadora ilustrada, a forma 102 compreende várias camadas e faces que se igualam a um substrato tridimensional sobre o qual a máscara será utilizada. É importante notar que as figuras 1A, 1B e 1C têm propósitos ilustrativos e não apresentam necessariamente o nível de detalhe de uma forma real. O mandril 100 compreende, de preferência, alumínio e a máscara de sombra virgem 108 compreende, de preferência, níquel. A máscara de sombra virgem 108 e a própria máscara de sombra podem ser fabricadas utilizando-se quaisquer processos adequados, inclusive aqueles aqui descritos.
Conforme apresentado acima, o mandril pode compreender várias configurações, incluindo uma estrutura substancialmente em formato de disco para a formação de múltiplas máscaras de sombra virgens em uma única placa de máscara de sombra. As figuras 2A, 2B e 2C ilustram um mandril em formato de disco exemplificador 200 que tem múltiplas formas ou cavidades de forma 202 usinadas em uma face plana 204 do mesmo (figura 2A), o mandril em formato de disco exemplificador 200 com uma placa de máscara de sombra virgem 206 incluindo múltiplas máscaras de sombra virgens 208 formadas na mesma (figura 2B), e a placa de máscara de sombra virgem 206 separada do mandril 200 (figura 2C). As múltiplas máscaras de sombra virgens 208, que conforme ilustrada é uma máscara de sombra virgem de alta densidade, podem ser removidas da placa de máscara de sombra virgem 206 para formar as máscaras de sombra utilizando-se um processo igual aquele utilizado para fabricar as máscaras a partir das virgens, como por exemplo, usinagem a laser. Nesta modalidade exemplificadora, o mandril 200 tem substancialmente um formato de disco para acomodar as múltiplas formas 202 usinadas no mesmo. O tamanho das formas 202, o número de formas 202 e o tamanho do mandril 200 são todos relacionados um ao outro ou dependentes um do outro. As múltiplas formas 202 podem estar dispostas em qualquer configuração adequada. A configuração pode ser modificada por várias razões ou para acomodar vários parâmetros de projeto. Por exemplo, a configuração pode ser modificada para aumentar a densidade. Em outras palavras, a configuração pode ser modificada para aumentar o número de desígns em um mandril. A configuração pode também ser modificada para aumentar a repetitividade no processo. Em outras palavras, a configuração pode ser modificada para aumentar a facilidade de remoção da máscara de sombra virgem do mandril. Um eixo de anexação 210 para prender o mandril 200 a um torno, ilustrado em linha tracejada, é centralizado atrás de cada uma das formas 202 na face plana oposta. Conforme apresentado acima, se outro processo, como por exemplo, usinagem por eletrodescarga, é utilizado para usinar múltiplas formas 202, nenhum eixo de anexação é necessário. Na modalidade exemplificadora ilustrada, as formas 202 compreendem cada uma, padrões idênticos de camadas e faces que se igualam ao substrato tridimensional no qual as máscaras serão utilizadas, entretanto, formas diferentes podem ser usadas em um único mandril. Novamente, o mandril 200 compreende, de preferência, alumínio e as múltiplas máscaras de sombra virgens 208 compreendem, de preferência, níquel. As máscaras de sombra virgens 208 e as próprias máscaras de sombra podem ser fabricadas utilizando-se qualquer processo adequado, inclusive aqueles aqui descritos. Novamente, é importante notar que as figuras 2A, 2B e 2C têm propósitos ilustrativos e não necessariamente refletem o nível de detalhe de uma forma real.
De acordo com uma modalidade exemplificadora alternativa, certas características de ambas as modalidades exemplificadoras descritas a-cima podem ser combinadas em um único design inovador. As figuras 3A, 3B, 3C e 3D ilustram este design de conjunto de mandril exemplificador alternativo. A figura 3A ilustra uma estrutura substancialmente em formato de disco 300 que compreende uma pluralidade de aberturas passantes 302 na mesma. A estrutura substancialmente em formato de disco 300 pode ser fabricada a partir de vários materiais, incluindo alumínio, conforme descrito acima. As aberturas passantes 302 são dimensionadas para aceitar estruturas de mandrii únicas 304 com uma única forma ou cavidade de forma 306 na mesma. A estrutura de mandrii única 304 pode ser igual àquela ilustrada nas figuras 1A e 1B. Essencialmente, a combinação da estrutura substancialmente em formato de disco 300 com a estrutura de mandrii única 304 forma um conjunto de mandrii 308. A estrutura de mandrii única 304 e a estrutura substancialmente em formato de disco 300 podem compreender quaisquer meios adequados para fixação removível uma a outra, como por exemplo, através de roscas. Ao se ter elementos interconectados desta maneira, várias formas 306 podem ser incorporadas a um único conjunto de mandrii 308. Em outras palavras, em um único conjunto, formas diferentes podem ser usadas para criar máscaras virgens diferentes. A figura 3C ilustra o conjunto de mandrii 308 com uma placa de máscara de sombra virgem 310 e máscaras de sombra virgens 312 associadas, e a figura 3D ilustra a placa de máscara de sombra virgem 310 separada do conjunto de mandrii 308. Conforme apresentado acima, é importante notar que as figuras 3A, 3B e 3C têm propósitos ilustrativos e não necessariamente refletem o nível de detalhe de uma forma real.
Embora nenhum eixo seja ilustrado em linha tracejada no man-dril das figuras 3B e 3C, alguns meios de fixação são, de preferência, utilizados para se fabricar o mandrii. Por exemplo, um único eixo para anexação a um tomo ou a um mandrii a vácuo pode ser usado. A máscara de sombra da presente invenção pode ser usada em vários substratos, incluindo substratos tridimensionais. A figura 4 ilustra tal substrato exemplificador 400. O substrato 400 pode, conforme apresentado acima, ser um componente de um dispositivo ou sistema oftálmico, como por exemplo, uma lente oftálmica eletrônica de óptica variável. A figura 4 ilustra vários atributos do aspecto tridimensional do substrato 400 ao representar um corte em seção transversal ao longo de uma porção do substrato 400. O substrato 400 compreende uma porção ou borda externa 402, uma porção central ou zona central 404, e características intermediárias 406 e 408. Con- forme mostrado, cada uma destas características intermediárias 406 e 408 tem sua própria topologia tridimensional local. Em modalidades exemplifica-doras onde o substrato 400 pode ser usado em uma lente oftálmica, a diferença em altura da zona de borda 402 até a zona central 404 pode ser de até quatro (4) milímetros, e as características intermediárias 406 e 408 podem ter diferenças de altura localizadas que variam entre 0,001 e 0,5 milímetros, com as inclinações das paredes laterais das mesmas variando de cerca de dois (2) até cerca de noventa (90) graus. Ao mesmo tempo em que uma descrição da modalidade exemplificadora que se foca em um substrato 400 para um dispositivo oftálmico pode ser útil ao se descrever uma máscara e método para produção da máscara de acordo com a presente invenção, deve ser prontamente aparente ao versado na técnica que essencialmente qualquer substrato tridimensional é consistente com as máscaras de sombra e métodos para a formação de máscaras de sombra, conforme descrito aqui. Deve-se notar particularmente, entretanto, a natureza extremamente detalhada de um substrato para um dispositivo oftálmico e, consequentemente, a necessidade por uma máscara e processo para formação de uma máscara com tais tolerâncias extremas.
Qualquer máscara de sombra fabricada de acordo com a presente invenção para este substrato 400 se conforma, de preferência, ao formato preciso do substrato 400. Em outras palavras, uma máscara de sombra preparada de acordo com a presente invenção deveria se conformar, de preferência, precisamente ao formato do substrato, e ser posicionado o mais próximo possível do substrato, superfície a superfície. Com referência à figura 5, é ilustrada uma máscara de sombra exemplificadora 500 posicionada sobre o substrato 400. A máscara de sombra 500 se conforma ao formato do substrato específico 400 e compreende recortes 502 onde a deposição de material sobre o substrato 400 é necessária. A máscara de sombra 500 pode ser usada em conjunto com várias técnicas de deposição, conforme apresentado aqui. Se, conforme descrito acima, o substrato 400 é um componente de um dispositivo oftálmico, então a máscara de sombra 500 pode ser usada para formar traços condutivos/interconexões sobre o substrato 400.
Os recortes 502 na máscara de sombra 500 devem corresponder, de preferência, ao padrão desejado para os traços condutivos/interconexões.
Uma vez que a máscara de sombra 500 com seus recortes associados 502 é posicionada e alinhada sobre seu substrato tridimensional emparelhado 400, o processo de mascaramento por sombra é completo e quaisquer técnicas adequadas para formação de filme fino podem ser usadas, incluindo deposição por bombardeamento com íons de um filme de ouro. Embora um filme de ouro seja apresentado nesta descrição exemplifica-dora, deve-se notar que numerosos filmes que são consistentes com deposição por máscara podem ser usados, incluindo filmes metálicos, filmes die-létricos, filmes dielétricos de ponte K alta, filmes condutivos e não-condutivos.
Depois que o processo de deposição foi realizado para depositar uma espessura adequada de filme de ouro sobre o substrato 400 em regiões que correspondem aos recortes 502 bem como sobre a própria máscara de sombra 500, um substrato resultante 400 com traços condutivos/interconexões formados diretamente 600 é formado, conforme ilustrado na figura 6. A máscara de sombra 500 mascarou diretamente o substrato tridimensional 400 em regiões onde traços condutivos/interconexões não são necessários. Nas regiões que correspondem aos recortes 502, entretanto, características de traços condutivos/interconexões 600 são formadas sobre a superfície do substrato 400.
Depois que as características de traços conduti- vos/interconexões 600 foram definidas da maneira descrita, em algumas modalidades exemplificadoras um processo de ablação a laser pode ser novamente usado. Se as características de traços condutivos/interconexão 600 definidas por uma máscara de sombra 500 não são de uma precisão que pode ser obtida com ablação a laser, as caracteristicas definidas de traços condutivos/interconexão 600 podem ser "aparadas" ou definidas adicionalmente através do uso de ablação a laser. Em algumas modalidades exemplificadoras, tal aparamento pode resultar em aprimoramentos no rendimento, uma vez que as características muito próximas do produto final desejado podem ser formadas por mascaramento de sombra e, então, alteradas em pequenas maneiras por ablação a laser.
Ao mesmo tempo em que máscaras e métodos de fabricação de máscaras de acordo com a presente invenção podem ser usados em qual-5 quer substrato, modalidades exemplificadoras têm sido descritas com referência a um substrato que pode ser um componente de um dispositivo ou sistema oftálmico. Tal dispositivo ou sistema oftálmico pode ser uma lente de contato energizada ou eletrônica. Consequentemente, para completeza, uma breve descrição de uma lente de contato energizada ou eletrônica exemplifi-) cadora é apresentada aqui.
Uma lente de contato energizada ou eletrônica exemplificadora compreende os elementos necessários para corrigir e/ou melhorar a visão de pacientes com um ou mais defeitos de visão, ou, de outro modo, executar uma função oftálmica útil. Além disso, elas podem ser usadas simplesmente > para melhorar a visão normal ou fornecer uma ampla variedade de funcionalidades. A lente de contato eletrônica pode compreender uma lente óptica de foco variável, um elemento óptico frontal incluído em uma lente de contato ou simplesmente elementos eletrônicos de inserção sem uma lente para qualquer funcionalidade adequada. As lente eletrônicas exemplificadoras ) podem ser incorporadas a várias lentes de contato, entretanto, para facilidade de explicação, a descrição irá se concentrar em uma lente de contato eletrônica para corrigir defeitos de visão, destinada para ser descartada diariamente após uso único.
Referindo-se agora à figura 7, é ilustrada uma lente de contato i 700 que compreende ambos componentes ópticos e eletrônicos, de modo que interconexões elétricas e mecânicas são necessárias. A lente de contato 700 compreende uma zona óptica 702 que pode ou não ser funcional para fornecer correção e/ou aprimoramento da visão, ou alternativamente, ela pode simplesmente servir como um substrato para os eletrônicos embutidos i para uma funcionalidade adequada. Na modalidade exemplificadora ilustrada, o polímero/plástíco que forma a zona óptica 702 é estendido de modo que ele forma um substrato 704 sobre o qual eletrônicos são fixados. Os componentes eletrônicos como a matriz semicondutora 706 e as baterias 708 se conectam tanto mecanicamente como eletronicamente ao substrato 704. Os traços condutivos 712 se interconectam eletronicamente aos componentes eletrônicos 706 e 708 sobre o substrato 704. Na modalidade e-xemplificadora ilustrada, o traço condutivo 712a conecta a matriz semicondutora 706 ao eletrodo óptico frontal 714, e o traço condutivo 712b conecta a matriz semicondutora 706 ao eletrodo óptico posterior 716. Uma camada adesiva 718 pode ser usada para conectar os ópticos frontal e posterior, entretanto, quaisquer outros meios adequados para unir as duas camadas podem ser usados ou o design pode usar apenas uma única camada.
Os traços condutivos 712 descritos acima são, de preferência, fabricados utilizado-se a máscara e as técnicas de mascaramento aqui descritas. Os traços condutivos 712 correspondem às aberturas na máscara de sombra. A fim de se obter traços condutivos precisos 712, a máscara precisa ter recortes de precisão, bem como corresponder à superfície ou ao substrato tridimensional. Em outras palavras, a máscara, de preferência, espelha o substrato ou superfície, e os recortes se igualam precisamente às características, de modo que etapas de processamento adicionais não são necessárias. Em outras palavras, com uma máscara fabricada de acordo com a presente invenção, nenhum processamento adicional seja necessário para "limpar" o padrão de característica depositado. Por exemplo, se uma máscara de uma técnica anterior foi utilizada, um processo de ablação a laser pode ser necessário para limpar as linhas do padrão de característica depositado (traços de interconexão condutiva), enquanto que com a presente invenção, a natureza precisa da máscara permite linhas mais limpas e mais precisas.
Apesar de acreditar-se que o que foi mostrado e descrito são as modalidades mais práticas e preferenciais, é óbvio que divergências de projetos e métodos específicos descritos e mostrados serão sugeridas por a-queles versados na técnica e podem ser usadas sem que se desvie do caráter e âmbito da invenção. A presente invenção não é restrita a construções particulares descritas e ilustradas, mas deve ser construída de modo coeso com todas as modificações que possam estar no escopo das reivindicações.
Claims (19)
1. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra para uso em conjunto com um substrato não plano, o método compreendendo as etapas de: fabricação de um mandril incluindo uma ou mais formas usinadas no mesmo, as uma ou mais formas correspondendo ao formato de um substrato não plano a ser mascarado, formação de uma ou mais máscaras de sombra virgens nas uma ou mais formas no mandril, remoção das uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril, e usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens para formar uma ou mais máscaras de sombra, o padrão predeterminado incluindo características substancialmente menores que o tamanho das uma ou mais máscaras de sombra.
2. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de fabricação de um mandril compreende produção de uma estrutura substancialmente cilíndrica que tem duas faces anterior e posterior substancialmente paralelas, e usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior.
3. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 2, em que a usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior compreende corte de uma ou mais formas não planas através de um torno.
4. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 2, em que a usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior compreende corte de uma ou mais formas não planas através de um tomo fresado.
5. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 2, em que a usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior compreende corte de uma ou mais formas não planas através de transferência giratória.
6. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 2, em que a usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior compreende corte de uma ou mais formas não planas através de torneamento com ponta de diamante.
7. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 2, em que a usinagem de uma ou mais formas não planas na face anterior compreende corte das uma ou mais formas não planas através de usinagem por descarga elétrica.
8. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de formação de uma ou mais máscaras de sombra virgens nas uma ou mais formas compreende um processo de eletrodeposição.
9. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 8, em que o processo de eletrodeposição compreende galvanoplastia de níquel sobre um ou mais filmes a uma espessura menor que cento e cinquenta mícrons.
10. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de remoção das uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril compreende separar fisicamente as uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril.
11. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de remoção das uma ou mais máscaras de sombra virgens do mandril compreende remoção química do mandril.
12. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens compreende microusinagem a laser das caracteristicas no padrão.
13. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 12, em que as caracteristicas no padrão podem compreender uma largura de um mícron.
14. Método para a produção de uma ou mais máscaras de som- bra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens compreende a utilização de ablação a laser.
15. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens compreende a utilização de gravação por corrosão química.
16. Método para a produção de uma ou mais máscaras de sombra, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de usinagem de um padrão predeterminado nas uma ou mais máscaras de sombra virgens compreende a utilização de gravação por plasma.
17. Mandril para a formação de máscaras de sombra virgens, o mandril compreendendo: uma estrutura substancialmente cilíndrica que compreende uma primeira face e uma segunda face, a primeira e segunda faces sendo substancialmente paralelas, um ou mais mecanismos de fixação associados cooperativamente à primeira face da estrutura substancialmente cilíndrica, os um ou mais mecanismos de fixação sendo configurados para prender o mandril a uma ferramenta de usinagem, e uma ou mais formas usinadas na segunda face da estrutura substancialmente cilíndrica, as uma ou mais formas apresentando um padrão não plano que se iguala a uma substrato não plano a ser mascarado.
18. Mandril para a formação de máscaras de sombra virgens, de acordo com a reivindicação 17, em que o mandril compreende um material metálico.
19. Mandril para a formação de máscaras de sombra virgens, de acordo com a reivindicação 18, em que o material metálico compreende a-lumínio.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/455,209 US9056432B2 (en) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | High-density mask for three-dimensional substrates and methods for making the same |
Publications (1)
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