CN102336512A

CN102336512A - 快速生产高品质玻璃ⅴ型槽基板的方法、其专用金属模具及该高品质玻璃ⅴ型槽基板

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Publication number: CN102336512A
Application number: CN2010102349201A
Authority: CN
Inventors: 任金淼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种快速生产高品质玻璃V型槽基板的方法、其专用金属模具及该高品质玻璃V型槽基板，采用现有工艺制做V型槽原板，通过精密电铸工艺获得形状相反的金属模具，在模压炉中，通过金属模具挤压加热到一定温度的玻璃，批量生产所需形状的玻璃V型槽基板。本发明采用模压技术可以一次复制出许多玻璃V型槽，通过高精度金属模具和精密模压工艺保证产品的高品质，生产步骤少，工艺简单，生产效率大幅提高，实现快速、批量生产并能获得高品质、重复性好的玻璃V型槽基板。

Description

快速生产高品质玻璃Ⅴ型槽基板的方法、其专用金属模具及该高品质玻璃Ⅴ型槽基板

技术领域

本发明涉及激光技术领域，与玻璃V型槽基板有关，特别是指在玻璃板上快速形成高品质V型槽的方法。

玻璃V型槽基板主要用在光通信领域的光纤连接中，位于光纤阵列的一面或者相对的两面，利用其中V型槽起夹持固定光纤、连接不同光通信器件的作用。

背景技术

通常的玻璃V型槽基板是通过精密划槽机上固定的金刚石刀具在玻璃板上划出的。在划槽过程中刀具磨损不可避免，如果不加补偿就会影响V型槽的品质。为了保证光纤的精确定位，V型槽的形状必须非常准确，尺寸达到0.1微米量级的精度，生产过程中必须进行高精度地在线检测、在线修刀、在线补偿，这就导致了精密划槽机设备昂贵。目前国内还没有厂家生产这样的设备，而采用进口设备又导致维修成本高和不方便，生产厂家因此一般不会同时购买较多设备。另一方面，如果一块基板上V型槽的槽数很多，由于刀具的磨损导致V型槽之间的差异明显，位移偏差大；如生产的基板数量很大，就会遇到生产效率低下的问题。尤其是当刀具磨损无法补偿而必须更换时，不仅需要停工，而且还影响产品品质的可重复性。

为了进行V型槽的快速生产，人们还采用了精密光刻、各向异性刻蚀的方法，在单晶硅上刻蚀出具有原子级光滑晶面的V型槽。该方法重复性好，生产速度快，但工艺复杂，尤其是利用单晶硅为基板不透明，光通信器件对准时不便于在线观测、对准光纤，妨碍了硅V型槽的广泛应用。而针对透明的玻璃V型槽基板，目前尚无办法实现快速生产同时获得高品质、重复性好的玻璃V型槽基板。

发明内容

本发明的目的在于，针对玻璃V型槽基板生产效率低、品质不齐，而替代品硅V型槽又不透明的问题，提供一种快速生产高品质玻璃V型槽基板的方法。

为实现上述目的，本发明利用玻璃V型槽或硅V型槽为原型，制造出金属模具，再用该模具在模压炉中热压玻璃，从而能有效的在玻璃表面形成V型槽。

本发明一种高品质玻璃V型槽基板的快速生产方法，包含以下步骤：

1)采用现有工艺生产V型槽原板；

2)在V型槽原板的表面电铸出金属模具；

3)与V型槽原板分离，得到独立的金属模具；

4)在模压炉中用金属模具热压玻璃，使玻璃变形；

5)保温保压一段时间后，得到与原板形状相同的模压玻璃；

6)模压玻璃与金属模具分离后，得到独立的玻璃V型槽基板产品。

步骤1)所述V型槽原板为硅V型槽原板，是在单晶硅片表面采用已有蚀刻工艺制成具有多条V型槽的该硅V型槽原板。或者所述V型槽原板为玻璃V型槽原板，是用精密划槽机在玻璃板表面划槽制成具有多条V型槽的玻璃V型槽原板。

步骤2)所述电铸操作为：在V型槽原板表面采用真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积或者化学镀方式形成一层金属导电膜后，再放入电镀液中电镀，得到与硅片或玻璃片紧密结合的金属模具。

使用硅V型槽原板时，步骤3)所述分离操作为：将与硅片紧密结合的金属模具在氢氧化钾溶液中煮掉硅片，即得到分离后的金属模具。使用玻璃V型槽原板时，步骤3)所述分离操作为：将与玻璃片紧密结合的金属模具加热至红热后投入水中使玻璃片碎裂，即得到分离后的金属模具。

步骤4)所述热压和步骤5)所述保温保压是指，将金属模具与玻璃片上下叠置放入模压炉中，共同升温到超过玻璃的成形温度后，在一定压力下保持一段时间后降温取出，得到模压后的金属模具和玻璃板。

步骤6)所述分离，是采用机械分离的方式分开金属模具和玻璃板，得到分离的玻璃板即为玻璃V型槽基板产品。

本发明另一目的，是提供一种可批量生产的高品质玻璃V型槽基板。该高品质玻璃V型槽基板是以上述方法，特别是上述模压技术批量生产得到，在玻璃板上分布有多条尺寸、形态均一的V型槽，是指玻璃原料在金属模具的热压下得到所需形状的玻璃产品。

本发明再一目的，是提供一种上述模压技术批量生产过程中使用的金属模具，为高品质玻璃V型槽基板生产中的专用生产模具，是指在V型槽原板上电铸出来并与V型槽原板分离的金属镍模具。按以下方法制成：

(1)采用现有工艺制做V型槽原板；

(2)通过精密电铸工艺获得形状相反的金属模具；

(3)分离V型槽原板与金属模具，得到独立的金属模具。

V型槽原板为硅V型槽原板，是在单晶硅片表面采用已有蚀刻工艺制成具有多条V型槽的该硅V型槽原板；或者V型槽原板为玻璃V型槽原板，是用精密划槽机在玻璃板表面划槽制成具有多条V型槽的玻璃V型槽原板。电铸操作为：在V型槽原板表面采用真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积或者化学镀方式形成一层金属导电膜后，再放入电镀液中电镀，得到与硅片或玻璃片紧密结合的金属模具。分离操作为：使用硅V型槽原板时，将与硅片紧密结合的金属模具在氢氧化钾溶液中煮掉硅片，即得到分离后的金属模具；使用玻璃V型槽原板时，将与玻璃片紧密结合的金属模具加热至红热后投入水中使玻璃片碎裂，即得到分离后的金属模具。

本发明的有益效果是，1)采用模压技术一次性复制出许多玻璃V型槽的方法，通过高精度金属模具和精密模压工艺保证产品的高品质；2)生产步骤少，工艺简单，生产效率大幅提高，如果多台模压炉同时工作，还可以进一步提高生产速度；3)生产厂家只需要购置便宜的模压炉和定制金属模具就可以组织生产，大大降低了一次性投入。

为进一步说明本发明的结构、特征，以下结合附图及实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明高品质玻璃V型槽的快速制造方法的工艺流程示意图；

图2为本发明高品质玻璃V型槽的快速制造方法中的硅V型槽原型照片；

图3为本发明高品质玻璃V型槽的快速制造方法中的玻璃V型槽产品照片。

具体实施方式

首先请参阅图1所示，本发明高品质玻璃V型槽的快速制造方法，包含以下步骤：1)采用现有工艺生产V型槽原板；

2)在V型槽原板的表面电铸出金属模具；

3)与V型槽原板分离，得到独立的金属模具；

4)在模压炉中用金属模具热压玻璃，使玻璃变形；

5)保温保压一段时间后，得到与原板形状相同的模压玻璃；

再请参阅图2所示，为本发明所述方法中硅V型槽原板照片。该硅V型槽原板的制作采用已有工艺：在单晶硅片表面热氧化厚度为200纳米的二氧化硅，然后化学气相沉积厚度为140纳米的氮化硅，再在硅片表面旋涂厚度为1.2微米的光刻胶；在表面带有光刻胶的硅片上方放一块具有特定图形的掩模板，用功率为350瓦的光刻机曝光70秒，然后显影、清洗，在硅片表面形成与掩模图形对应的光刻胶图形。将带有光刻胶图形的硅片放入反应离子刻蚀机中，以60标准立方厘米/秒的速度充入四氟化碳气体，在13.65兆赫兹的射频电场的激励下产生含有氟离子的等离子体，氟离子刻蚀未被光刻胶保护的氮化硅和二氧化硅，得到表面有氮化硅和二氧化硅图形的硅片。将硅片表面剩余的光刻胶去除后，将硅片放入温度为摄氏80度、浓度为40％的氢氧化钾溶液中腐蚀3小时，硅片表面没有氮化硅和二氧化硅保护的地方形成开口角度为70.52度的V型槽，得到不透明的具有多条V型槽的硅V型槽原板。

将硅V型槽原板先进行镀膜处理，可采用真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积或者化学镀方式完成。如在真空镀膜机中，将真空镀膜机抽至真空，于1×10^-2帕，钼舟或钨丝加热至温度超过1000℃，使金属铬、镍、铜蒸发，在硅V型槽原板表面沉降约100纳米厚的金属导电膜。镀膜也可在标准的化学镀银溶液中完成，在硅V型槽原板表面沉降厚度小于1微米的银导电膜。

将已镀膜的硅V型槽原板放入温度为摄氏50度的氨基磺酸镍电镀液中，以30毫安/平方厘米的电流密度电镀20小时，得到与硅片(硅V型槽原板)紧密结合的金属镍模具(参见步骤2))。再将该结合体在氢氧化钾溶液中煮掉硅片，得到分离后的金属模具(参见步骤3))，该金属模具上分布着与硅V型槽原板上的V型槽反向等尺寸的凸起。

本发明中，V型槽原板也为玻璃V型槽原板，该玻璃V型槽原板是用精密划槽机在玻璃板表面划槽制成。电铸操作与硅V型槽原板相同，是在玻璃V型槽原板表面采用真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积或者化学镀等方式形成一层金属导电膜后，再放入电镀液中电镀，得到与玻璃片(玻璃V型槽原板)紧密结合的金属模具。分离操作是将与玻璃片紧密结合的金属模具加热至红热后投入水中使玻璃片碎裂，即得到分离后的金属模具。

将上述金属模具(通过硅V型槽原板或玻璃V型槽原板得到)与玻璃片原料上下叠置(参见步骤4))放入模压炉中，共同升温到摄氏850度(针对不同玻璃，升温温度不同，满足超过玻璃的成形温度条件)后，在5公斤力/平方厘米的压力下保持90分钟后降温取出，得到模压后的金属模具和玻璃板(参见步骤5))。

分别将金属模具与玻璃板固定在不同的夹具上，在约摄氏500度的温度下，在两个夹具上施加拉力，采用机械分离的方式分开金属模具和玻璃板，得到分离的玻璃板，该玻璃板表面已被金属模具的凸起压出等尺寸的槽部，得到本发明的玻璃V型槽基板产品(参见步骤6))。该玻璃V型槽基板产品上的V型槽的形状、尺寸和分布与硅V型槽原板完全相同。

分开后的金属模具则可重复用于再一次的模压玻璃V型槽基板产品中(步骤4)至步骤6))。

图3所示为本发明所述方法中玻璃V型槽基板产品的照片。从图2可以看出，作为原型的硅V型槽原板不透明，而作为产品的玻璃V型槽基板则非常透明(参见图3)，并且具有与硅V型槽原板完全相同的V型槽形状和分布。

实际使用表明，在内腔直径为60厘米的实验用小型模压机中，采用模压的方法每天每炉可以生产普通尺寸的玻璃V型槽700片左右，如果采用商用大型模压机，生产效率还可提高10倍以上，这大大高于现有的商用精密划槽机每天近100片的生产效率。

Claims

1.一种高品质玻璃V型槽基板的快速生产方法，包含以下步骤：

1)采用现有工艺生产V型槽原板；

2)在V型槽原板的表面电铸出金属模具；

3)与V型槽原板分离，得到独立的金属模具；

4)在模压炉中用金属模具热压玻璃，使玻璃变形；

5)保温保压一段时间后，得到与原板形状相同的模压玻璃；

2.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于，步骤1)所述V型槽原板为硅V型槽原板，是在单晶硅片表面采用已有蚀刻工艺制成具有多条V型槽的该硅V型槽原板。

3.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于，步骤1)所述V型槽原板为玻璃V型槽原板，是用精密划槽机在玻璃板表面划槽制成具有多条V型槽的玻璃V型槽原板。

4.根据权利要求1或2或3所述生产方法，其特征在于，步骤2)所述电铸操作为：在V型槽原板表面采用真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积或者化学镀方式形成一层金属导电膜后，再放入电镀液中电镀，得到与硅片或玻璃片紧密结合的金属模具。

5.根据权利要求4所述生产方法，其特征在于，使用硅V型槽原板时，步骤3)所述分离操作为：将与硅片紧密结合的金属模具在氢氧化钾溶液中煮掉硅片，即得到分离后的金属模具。

6.根据权利要求4所述生产方法，其特征在于，使用玻璃V型槽原板时，步骤3)所述分离操作为：将与玻璃片紧密结合的金属模具加热至红热后投入水中使玻璃片碎裂，即得到分离后的金属模具。

7.根据权利要求1至6任一所述生产方法，其特征在于，步骤4)所述热压和步骤5)所述保温保压是指，将金属模具与玻璃片上下叠置放入模压炉中，共同升温到超过玻璃的成形温度后，在一定压力下保持一段时间后降温取出，得到模压后的金属模具和玻璃板。

8.根据权利要求1至7任一所述生产方法，其特征在于，步骤6)所述分离，是采用机械分离的方式分开金属模具和玻璃板，得到分离的玻璃板即为玻璃V型槽基板产品。

9.一种金属模具，为高品质玻璃V型槽基板生产中的专用生产模具，按权利要求5或6的方法制成。

10.一种高品质玻璃V型槽基板，以权利要求1至8任一所述方法加工而成，在玻璃板上分布有多条尺寸、形态均一的V型槽。