KR102115651B1 - 구조화된 판형 유리 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 유리 소자의 측면 사이에서 연장되지만 강도는 거의 감소되지 않은 미세 구조를 갖는 유리 소자를 제공하는 것이다. 이 목적을 위해, 2개의 대향하는 측면(2, 3)과 또한 유리 소자(1)의 유리 내로 도입되어 있는 채널(5)을 갖는 판형 유리 소자(1)가 제공되며, 상기 채널(5)은 상기 2개의 측면(2, 3)을 연결하고 상기 측면으로 개방되며 원형 벽(54) 및 100 ㎛ 미만의 횡단 치수를 가지며 이의 종방향(51)은 상기 측면(2, 3)을 횡단하고, 상기 채널의 벽(54)은 복수의 원형, 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는다.

Description

구조화된 판형 유리 소자 및 이의 제조 방법{STRUCTURED PLATE-LIKE GLASS ELEMENT AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}
설명
본 발명은 일반적으로 유리의 구조화에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유리를 구조화하기 위한 레이저 기반 방법과 또한 이에 의해 제조될 수 있는 유리 소자에 관한 것이다.
투명, 불투명 및 투명하지 않은 유리의 정확한 구조화는 많은 적용 분야에서 큰 관심을 두고 있다. 여기에서, 수 미크론 정도의 정확도가 요구된다. 구조화는 호울(원형 및 각이 진), 공동, 채널 또는 임의의 자유로운 형상에 관한 것이다. 광범위한 범위의 적용에 사용하기 위해, 작업은 기판의 외부 영역 또는 볼륨에 손상, 잔류물 또는 응력을 남기지 않아야 한다. 더욱이, 이 방법은 매우 효율적인 제조 방법을 허용하여야 한다. 호울을 생성하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 적절한 마스크를 통해 샌드블래스팅하는 것 외에, 초음파 진동 래핑은 확립된 방법이다. 그러나 양자의 방법은 이들의 스케일로 인하여 초음파 진동 래핑의 경우 전형적으로 약 400　 ㎛ 및 샌드블라스팅의 경우 최소 100　 ㎛인 작은 구조로 제한된다. 물질의 기계적 제거로 인해, 샌드블라스팅의 경우 호울의 주변 영역에서 플레이킹과 연관된 유리의 응력이 생성된다. 양자의 공정은 얇은 유리의 구조화에 대하여 근본적으로 적당하지 않다.
최근, 다양한 물질의 구조화를 위해 많은 레이저 원이 사용되고 있다. 여기에서, 거의 모든 알려진 레이저 원, 예컨대, 적외선(예: 1064 nm), 녹색(532 nm) 및 UV(365 nm) 파장을 갖는 CO2 또는 CO 레이저, 다이오드 펌핑된 ns, ps 및 fs 고체 상태 레이저가 사용되고 있다. 극히 짧은 파장(예: 193 nm, 248 nm)에서 작동하는 엑시머 레이저도 또한 가공에 사용된다. 유리의 작업은 일반적으로 열전도율이 낮고 매우 파괴되기 쉽기 때문에 특히 힘든 작업이다. 따라서 모든 레이저 절제 공정은 다소간의 강한 열 응력 또는 열 입력을 초래하며, 이는 더 짧은 파장 및 더 짧은 펄스 길이에서 감소하지만 때로는 여전히 호울의 주변 영역에서 미세 균열 및 변형을 통한 임계 응력을 유발한다. 동시에, 모든 레이저 공정이 클러스터 유사 방식으로 절제되기 때문에, 즉 각각의 클러스터 크기가 벽의 잔류 조도를 결정하기 때문에, 이 공정이 사용될 때 호울 벽 상에 명확하게 측정 가능한 조도가 여전히 생성된다.
표면에 매우 작은 구조를 생성하기 위해, 레이저 절제 공정이 사용된다. 여기에서 단점은 처리될 작업편 위를 여러 번 통과시켜야만 깊은 구조를 얻을 수 있다는 것이다. 처리 시간은 이에 따라 느려진다. 따라서 이 공정은 산업 제조에 사용하기에는 단지 제한된 적합성이 있다. 이것은 특히 일반적으로 한 측면에서 반대 측면까지 연장하는 관통 개구부 또는 구조가 유리에 도입될 때 적용된다. 이러한 구조, 예컨대 길쭉한 홈(furrow)의 벽도 또한 경사를 갖는다, 즉 수직이 아니다.
추가의 문제점은, 특히 취성 경질 물질로서의 유리의 구조화에서, 도입된 구조가 굴곡 응력하에 강도를 유의하게 감소시킬 수 있다는 것이다. 이것은 특히 생성된 구조가 유리를 통과하는 에지 또는 개구부의 일부를 형성할 때 적용된다.
따라서, 본 발명의 목적은 유리 소자의 측면 사이에서 연장되지만 강도를 거의 감소시키지 않거나 또는 심지어 강도를 증가시키는 미세 구조를 갖는 유리 소자를 제공하는 것이다. 이 목적은 독립항의 요지에 의해 달성된다. 유리한 실시양태는 각각의 종속항에서 표시된다.
본 발명은 이에 따라 일반적으로 서로 평행하게 이어지는 2개의 대향하는 측면, 및 유리 소자의 유리 내로 도입되며 2개의 측면을 연결하고 측면으로 개방되며 원형 벽 및 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 70　㎛ 미만의 횡단 치수를 갖는 채널을 갖는 판형 또는 테이블형 유리 소자를 제공한다. 채널의 종방향은 측면을 횡단한다. 여기에서, 채널의 벽은 복수의 원형, 실질적으로 반구형 오목부를 갖는다. 채널의 종방향은 특히 바람직하게는 측면에 수직이거나, 또는 이에 따라 측면의 법선에 평행하다. 채널은 측면으로 개방된다.
이러한 유리 소자는 레이저 기반 방법에 의해 생성된다. 판형 유리 소자를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 하기를 기반으로 한다:
- 초단 펄스 레이저의 레이저 빔은 유리 소자의 측면 중 하나로 지향되고 포커싱 광학기에 의해 집중되어 유리 소자 내에서 신장된 포커스를 형성하고, 여기에서
- 필라멘트 형상 결함은 레이저 빔의 방사 에너지에 의해 유리 소자의 볼륨 내에서 생성되고, 이의 종방향은 측면을 횡단하며, 특히 측면에 수직이고, 초단 펄스 레이저는 펄스 또는 2 이상의 연속 레이저 펄스를 갖는 펄스 패킷으로 방사하여 필라멘트 형상 결함을 생성하고, 필라멘트 형상 결함의 도입 후,
- 유리 소자를 시간당 15 ㎛ 미만, 바람직하게는 10 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 8 ㎛ 미만의 제거 속도로 유리 소자의 유리를 제거하는 에칭 매질에 노출하며,
- 필라멘트 형상 결함을 넓혀서 결과적으로 필라멘트 형상 흐름의 종방향의 방향으로 그의 종방향에 놓이는 채널을 형성하고,
- 채널의 벽에 원형, 실질적으로 반구형 오목부를 도입한다.
개별 펄스의 펄스 에너지는 유리의 절제(ablation) 임계치 미만에 있도록 선택되어, 레이저 광이 유리로 침투할 수 있고, 레이저 에너지가 절제 공정에 의해 표면에서 소비되지 않을 수 있다.
실질적으로 반구형 오목부를 갖는 채널의 측방향 표면의 특정 구조화는 다수의 유리한 점을 초래한다. 첫째로, 둥근 구조(rounded structure)는 표면의 가장 낮은 지점까지의 표면, 즉 실질적으로 반구형 오목부의 최저점에서 발생하는 인장 응력을 소멸시키기 위해 특히 유리한 형상을 나타낸다. 이것은 표면의 가능한 결함에서의 균열 성장을 효과적으로 억제한다.
특히, 유리 소자(1)의 일부는 또한 채널이 서로 옆에서 생성될 때 채널의 도입에 의해 분리될 수 있고, 에지, 특히 개구부의 내부 에지가 이와 같이 하여 생성될 수 있다. 이러한 개구부는 바람직하게는 200　㎛ 이상, 특히 바람직하게는 300 ㎛ 이상의 횡단 치수를 갖는다.
실질적으로 반구형 오목부는 특히 저속 에칭 공정이 수행될 때 형성된다. 상술한 시간 당 15 ㎛ 미만의 저속 에칭 속도가 그러므로 제공된다. 더욱이, 실질적으로 반구형 오목부는 아마도 필라멘트 형상 결함의 도입시 발생하는 구조에 의해 초래될 것이다. 펄스 패킷의 내측 방사를 갖는 버스트 모드는 신장된 균일한 결함을 달성하기 위해 여기에서 특히 바람직하다.
에칭 매질로서, 특비 바람직한 것은 에칭 용액으로 제공된다. 이 실시양태에서, 에칭은 따라서 습식 화학적으로 수행된다. 이것은 에칭 동안 표면으로부터 유리 성분을 제거하기 위해 유리하다. 에칭 용액으로 산성 및 알칼리성 용액 양자를 사용하는 것이 가능하다. 산성 에칭 매질로써, HF, HCl, H2SO4, 중플루오르화 암모늄, HNO3 용액 또는 이들 산의 혼합물이 특히 적당하다. 염기성 에칭 매질로써, KOH 또는 NaOH 용액이 바람직하다. 물질의 더 큰 제거 속도는 전형적으로 산성 에칭 용액을 사용하여 달성될 수 있다. 그러나 특히 어떤 경우에도 물질의 저속 제거만이 요구되기 때문에 염기성 용액이 바람직하다.
더욱이, 에칭은 바람직하게는 40℃ 내지 150℃, 더 바람직하게는 50°내지 120°, 특히 바람직하게는 100℃ 이하의 온도 범위에서 수행된다.
일반적으로, 낮은 알칼리 금속 함량을 갖는 규산질 유리는 본 발명에 따른 구조화를 위해 특히 적당하다. 과도하게 높은 알칼리 금속 함량은 에칭을 더욱 어렵게 만든다. 그러므로 본 발명의 한 실시양태는 17　중량% 미만의 알칼리 금속 산화물의 함량을 갖는 실리케이트 유리인 유리 소자의 유리를 제공하는 것이다.
본 발명을 위해 제공된 버스트 조작 모드에서, 레이저 에너지는 단일 펄스로서 공급되는 것이 아니라, 짧은 간격으로 서로를 따라가며 함께 버스트로 알려진 펄스 패킷을 형성하는 펄스의 시퀀스로 공급된다. 이러한 펄스 패킷은 전형적으로 종래의 단일-샷 조작 모드에서 단일 펄스보다 다소 많은 에너지를 갖는다. 그러나 버스트의 펄스 자체는 단일 펄스보다 유의하게 적은 에너지를 함유한다. 버스트 내의 펄스와 관련하여, 펄스 에너지는 유연하게, 특히 펄스 에너지가 본질적으로 일정하게 유지되도록 또는 펄스 에너지가 증가하도록 또는 펄스 에너지가 감소하도록 설정될 수 있다. 어떤 경우에도, 오목한, 둥근 피트 또는 실질적으로 반구형 오목부를 갖는 채널이 있는 본 발명에 따른 표면 구조는 필라멘트 형상 결함이 버스트 모드에서 레이저 펄스에 의해 도입될 때 특히 수득된다.
본 발명에 따른 한 적당한 레이저 원은 1064 나노미터의 파장을 갖는 네오디뮴 도핑된 이트륨-알루미늄 가넷 레이저이다.
레이저 원은 예를 들어, 12　mm의 (1/e2) 직경을 갖는 초기 빔을 생성하며; 16 ㎜의 포커스 길이를 갖는 양면 볼록 렌즈가 광학기로서 사용될 수 있다. 초기 빔을 생성하기 위해, 적당한 빔 형성 광학기, 예를 들어 갈릴레오 망원경을 사용하는 것이 선택적으로 가능하다.
레이저 원은 특히 1 kHz 내지 1000 kHz, 바람직하게는 2 kHz 내지 100 kHz, 특히 바람직하게는 3 kHz 내지 200 kHz 범위의 반복 속도로 조작한다.
반복 속도 및/또는 주사 속도는 이웃한 필라멘트 형상 결함 사이의 원하는 거리가 달성되도록 선택될 수 있다.
레이저 펄스의 적당한 펄스 지속시간은 100 피코초 미만, 바람직하게는 20 피코초 미만의 범위이다.
레이저 원의 전형적인 전력은 특히 유리하게는 20 내지 300 와트 범위이다. 필라멘트 형상 결함을 달성하기 위해, 400 마이크로주울 초과의 버스트에서 펄스 에너지가 본 발명의 유리한 실시양태로 사용되며; 500 마이크로 주울 초과의 총 버스트 에너지가 더 유리하다.
초단 펄스 레이저가 버스트 모드에서 조작될 때, 반복 속도는 버스트의 방출의 반복 속도이다. 펄스 지속시간은 주로 레이저가 단일 펄스 조작 또는 버스트 모드에서 조작되는지의 여부에 의존한다. 버스트 내의 펄스는 전형적으로 단일 펄스 조작에서 펄스로써 유사한 펄스 길이를 갖는다. 버스트 주파수는 15 MHz 내지 90 MHz의 범위, 바람직하게는 20 MHz 내지 85 MHz의 범위 일 수 있으며, 예를 들어 50MHz이고, 버스트의 펄스의 수는 1 내지 10 펄스 범위, 예컨대 6 펄스일 수 있다.
양쪽 측면으로의 채널의 개방을 달성하기 위해, 필라멘트 형상 결함이 본질적으로 완전하게 유리 소자를 가로지르는 것이 유리하지만, 결함이 관찰되는 모든 방법을 통해 지나갈 필요는 없다. 필라멘트 형상 결함은 예를 들어 연속적으로 배열된 일련의 국부적 결손일 수 있다. 그러나 유리 소자(2)를 관통하는 채널을 생성하기 위해, 비교적 얇은 유리 소자가 일반적으로 어떤 경우에나 적당하다. 유리 소자를 위한 바람직한 두께 범위는 30　미크론 내지 3 밀리미터이다.
본 발명은 첨부한 도면의 도움으로 하기에서 보다 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 각각의 경우에서 동일한 도면 부호는 각 경우에 동일하거나 또는 상응하는 소자를 나타낸다. 도면은 하기를 나타낸다:
도 1은 후속하는 에칭을 위한 준비로서 유리 소자의 레이저 작업을 위한 장치이며;
도 2는 도입된 필라멘트 형상 결함이 있는 유리 소자이고;
도 3은 필라멘트 형상 결함을 따라 도입된 채널이 있는 유리 소자이며;
도 4는 일부가 분리된 후의 유리 소자이고;
도 5는 도 4에서 나타낸 유리 소자의 변형이며;
도 6 및 도 7은 상이한 확대도에서 유리 소자 에지의 전자 현미경 사진이고;
도 8 및 도 9는 상이한 레이저 파라미터를 사용하여 도입된 채널의 전자 현미경사진이며;
도 10 내지 도 12는 단면도의 도움으로 본 발명의 한 실시양태에 따른 공정 단계이고;
도 13은 에칭 속도의 함수로써 채널의 테이퍼 각도의 그래프이며;
도 14는 채널의 개구부의 2개의 전자 현미경사진이고;
도 15는 측면의 평면도에서, 웹에 의해 분리된 2개의 개구부를 갖는 유리 소자이며;
도 16은 서로 평행하게 이어지는 복수의 웹을 갖는 변형이고;
도 17은 한쪽 끝이 자유로운 웹을 갖는 추가의 변형이며;
도 18 및 도 19는 상이한 확대도에서 유리 소자 에지의 전자 현미경 사진이고;
도 20은 웹이 있는 유리 소자이며;
도 21은 웹에 의해 연결된 몇몇 구조를 갖는 유리 소자이고;
도 22는 내부 부분을 분리하기 위해 제조된 유리 소자이다.
도 1은 레이저 가공 장치(20)의 작업예를 나타내며, 이에 의해 후속하는 에칭 공정에서 필라멘트 형상 결함(32)의 위치에 채널을 도입하기 위해 필라멘트 형상 결함(32)이 유리 소자(1)로 도입될 수 있다. 장치(20)는 전술한 포커싱 광학기(23) 및 위치 결정 디바이스(17)를 갖는 초단 펄스 레이저(30)를 포함한다. 위치 결정 디바이스(17)는 초단 펄스 레이저(30)의 레이저 빔(27)의 충돌 지점(73)이 작업될 판형 유리 소자(1)의 측면(2) 상에 측 방향으로 위치하도록 할 수 있다. 도시된 예에서, 위치 결정 디바이스(17)는 유리 소자(1)의 측면(3)이 놓이는 x-y 테이블을 포함한다. 그러나 대안적으로 또는 추가로, 레이저 빔(27)의 충돌 지점(32)이 유리 소자(1)가 고정된 상태로 이동될 수 있도록 레이저 빔(27)을 이동시키기 위해 광학기를 이동 가능하게 만드는 것도 또한 가능하다.
포커싱 광학기(23)는 그 후 레이저 빔(27)을 포커싱하여 빔의 방향, 즉 이에 따라 횡단, 특히 조사된 측면(2)에 수직인 방향으로 신장된 포커스를 형성한다. 이러한 포커스는 예를 들어 원추형 렌즈(액시콘(axikon)으로 공지되어 있음) 또는 큰 구면 수차를 갖는 렌즈에 의해 생성될 수 있다. 위치 결정 디바이스(17) 및 초단 펄스 레이저(30)의 제어는 프로그램된 컴퓨터(15)에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 측면(2)을 따라 측 방향으로 분포된 필라멘트 형상 결함(32)의 소정 패턴이, 특히 위치 데이터의 입력에 의해, 바람직하게는 파일로부터 또는 네트워크를 통해 생성 될 수 있다.
한 작업예에 따라, 하기 파라미터가 레이저 빔에 대하여 사용될 수 있다:
레이저 빔의 파장은 전형적으로 YAG 레이저에 대하여 1064　nm이다. 12　mm의 초기 빔 직경을 갖는 레이저 빔이 생성되며, 이것은 그 후 16 ㎜의 포커스 길이를 갖는 양면 볼록 렌즈 형태의 광학기에 의해 포커싱된다. 초단 펄스 레이저의 펄스 지속 시간은 20　ps 미만, 바람직하게는 약 10　ps이다. 펄스는 2 이상의 버스트, 바람직하게는 4 이상의 펄스에서 방출된다. 버스트 주파수는 12-48　ns, 바람직하게는 약 20　ns이며, 펄스 에너지는 적어도 200　마이크로주울이고 버스트 에너지는 이에따라 적어도 400　마이크로주울이다.
후속하여, 하나 또는 특히 하나 초과의 필라멘트 형상 결함(들)(32)의 도입 후, 유리 소자(1)를 꺼내고 에칭 조에 놓으며, 여기에서 채널이 이러한 결함(32)의 위치에서 유리 소자(1)로 도입되도록 저속 에칭 공정으로 유리를 필라멘트 형상 결함(32)을 따라 제거한다.
pH >　12를 갖는 염기성 에칭 조, 예를 들어 >　4　mol/l, 바람직하게는 >　5　mol/l, 특히 바람직하게는 >　6　mol/l, 그러나 <　30　mol/l의 농도를 갖는 KOH 용액이 바람직하다. 에칭은, 본 발명의 한 실시양태에서, 사용된 에칭 매질에 상관없이 >　70℃, 바람직하게는 >　80℃, 특히 바람직하게는 >　90℃의 에칭 조의 온도에서 수행된다.
도 2는 측면(2) 상의 평면도로, 상술한 컴퓨터 제어된 위치 결정 디바이스(17) 및 초단 펄스 레이저(30)의 작동에 의해 유리 소자(1)에 새길 수 있는 특정 패턴으로 배열된 복수의 필라멘트 형상 결함(32)을 갖는 유리 소자(1)를 나타낸다. 특히, 필라멘트 형상 결함(32)은 예로서, 폐쇄된 직사각형 선의 형태로 소정 경로를 따라 유리 소자(1) 내로 도입되었다. 선의 코너도 또한 약간 원형이 될 수 있다. 당업자는 직사각형 경로뿐만 아니라 임의의 형상의 경로가 공정에 의해 생성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 3은 후속하는 에칭 단계 후의 유리 소자(1)를 나타낸다. 필라멘트 형상 결함(32) 대신에, 소정 경로를 따라 서로 옆에 배열되고 일렬을 형성하는 채널(5)이 지금 존재한다. 유리 소자(1)는 소자를 개구부, 예컨대 도면에서 채널(5)와 구별하기 위해 빗금친 영역으로 나타낸다.
레이저가 이동하는 경로를 따라 일렬을 형성하도록 도입되고 서로 옆에 배열된 채널(5)은 이 경로를 따라 유리 소자(1) 또는 유리 소자(1)의 일부를 분리하기 위해 소정의 파괴 위치로서 지금 역할을 할 수 있다.
도 4는 경로에 따라 분할한 후의 유리 소자를 나타낸다. 채널이 직사각형의 폐쇄된 분할선을 따라 배열되었기 때문에, 내부 부분이 분리되고 분할 조작에 의해 유리 소자(1)에 개구부(13)가 생성된다.
매우 일반적으로, 특정 작업예로 제한됨이 없이, 측부에서 개방되고 유리 소자(1)의 에지(10)의 일부를 형성하는 채널(5)을 갖는 판형 유리 소자(1)는 하나 이상의 채널(5)을 통해 연결하는 선을 따라 분할함에 의해 형성된다.
더욱이, 도　3에서 나타낸 바와 같이, 유리 물질은 채널(5) 사이에 여전히 존재하였다. 이에 따라, 내부 부분 및 주변 유리 소자(1)은 여전히 에칭 후에 서로 연결되어 있다. 최종 분할 조작은 예를 들어 절단하여 그 후 수행될 수 있다. 서로 옆에 배열된 채널(5)에 의해 생성된 천공으로 인하여, 유리 소자(1)는 일렬로 배열된 채널(5)의 경로를 따라 절단된다. 일반적으로, 나타낸 예로 제한됨이 없이, 도 4에서 도시된 바와 같이, 평평한 에지 섹션(11)이 채널(5) 사이에서 연장되는 에지(10)가 이러한 방식으로 생성된다. 평평한 에지 섹션(11)은 채널(5) 사이의 유리의 파괴 시에 형성된다.
유리 소자(1)에서 내부 부분을 분리 및/또는 개구부(13)를 생성하기 위해, 상술한 방법의 변형이 특히 적당하다. 본 발명의 이 실시양태는 채널(5) 사이의 유리가 제거되고 채널(5)이 연결되는 정도로 에칭함으로써 증가되는 채널(5)의 직경을 근거로한다.
에칭의 결과로서 채널(5)이 측부에서 연결된 유리 소자(1)를 도 5에 나타낸다. 도 4의 예에서와 같이, 채널(5)은 폐쇄 경로를 따라 일렬로 서로 옆에 배열된다. 이에 따라, 분리 조작에 의해 개구부(13) 및 상보적인 내부 부분이 차례로 생성된다. 도시된 예에서, 내부 부분(9)은 분리되었지만 여전히 개구부(13)에 배열되어 있다.
도 2 내지 도 5는 서로 옆에서 평행하게 이어지고 측부에서 개방된 복수의 채널(5)을 갖는 유리 소자(1)의 에지(10)가 생성되는 본 발명에 따른 실시양태의 예이다.
더욱이, 이들 모두의 예는 하기를 포함하는 본 발명의 방법의 실시양태를 근거로 한다:
- 유리 소자(1) 상의 레이저 빔(27)의 충돌 지점(73)이 소정 경로를 따라 안내되고,
- 경로 상에서 서로 옆에 위치한 복수의 필라멘트 형상 결함(32)을 유리 소자(1)에 도입하며,
- 서로 옆에 위치한 복수의 채널(5)은 후속하여 유리 소자(1) 내로 에칭에 의해 도입하고,
- 유리 소자(2)는 그 후 측부에서 개방된 채널(5)을 갖는 에지(10)를 형성하도록 경로를 따라 분할한다.
채널(5)은 일반적으로 관형 원통형 기본 형상을 갖거나 또는 원통형 벽이 있는 관형이다. 여기에서, 유리 소자(1)의 측면에서 개구부로부터 중앙까지 약간의 테이퍼가 존재할 수 있다. 일반적으로 원통형 채널(5)이 에칭 조작 동안 넓어지는 과정에서 연결될 때, 릿지가 접경하는 위치에서 형성된다. 일반적으로, 도 5의 예에 국한됨이 없이, 본 발명의 한 실시양태는 채널(5) 사이에 위치하고 채널(5)의 종방향(51)으로 평행하게 이어지는 릿지(52)를 형성하기 위하여 서로 인접하는 채널(5)을 제공한다.
이에 따라 이들 릿지 또는 리브는 채널의 종방향으로 평행하게 이어지고, 도 5의 도면에서 이웃한 채널(5) 사이의 전이 영역의 위치에서 세레이션(serration) 또는 톱니형 소자로서 만 볼 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 작업된 유리 소자(1)의 에지(10)의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 여기에서, 도 7은 더 확대하여 찍은 것이다. 도 4 및 도 5의 예에서와 같이, 에지(10)는 서로 평행하게 이어지고 측부에서 개방된 복수의 채널(5)을 갖는다. 에지(10) 상의 평면도의 도 6의 도면에서, 종방향(51)은 측면(2, 3)에 횡단으로, 특히 수직으로 연장되는 것을 볼 수 있다. 그러나 도 6에서 도시된 섹션에서, 여기에서 측면(3)으로 표시된 측면 중의 하나로의 에지(10)의 전이만이 보여질 것이다. 도 3의 예와 유사한 방식으로, 에지(10)는 측부에서 개방된 채널(5)에 부가하여 평평한 에지 섹션(11)을 갖는다. 에지(10)는 따라서 채널(5)에 의해 약화된 분할선을 따라 절단됨으로써 생성된다.
채널(5)의 간격은 이 예에서 약 50 ㎛로 비교적 크다. 간격은 또한 특히 채널(5)이 평평한 에지 섹션(11) 없이 서로 직접 지나가는 경우에 더 작게 만들어질 수 있다. 일반적으로, 채널의 간격("피치"로도 또한 언급됨)은 바람직하게는 3 내지 70　미크론의 범위이다. 이 간격은 채널의 중앙에서 중앙까지 측정된다. 채널의 횡단 치수, 또는 직경은 상기 나타낸 바와 같이 100　미크론 미만이다. 직경은 채널(5)의 간격과 유사한 영역에 있는 것이 바람직하다. 여기에서 기술된 예로 제한됨이 없이, 3 미크론 내지 50 미크론 범위의 직경이 바람직하다. 도 6 및 도 7의 예에서, 직경은 약 30 미크론이다.
실질적으로 반구형 오목부(7)의 깊이는 5 - 20 ㎛의 횡단 치수에서 전형적으로 5 ㎛ 미만이다.
에지(10)의 면적은 측방향 개구부를 통해 대략 반원형 횡단면을 갖는 채널(5)의 결과로서 평평한 에지의 면적보다 더 크다는 것을 알 수 있다. 채널(5)이 서로 직접 인접하여 정확하게 반원형 횡단면을 갖는다면, 측면(2,3)에 평행한 에지 선의 길이는 평활한 에지의 에지 선보다 π/2배 더 클 것이다. 본 발명의 방법에 의해 달성될 수 있는 면적의 증가는 다소 더 작으며 일반적으로 10 내지 40%의 범위에 있다. 본 발명의 한 양상에 따라, 에지(10)의 표면적은 채널(5)이 없는 평활한 에지 면과 비교하여 채널(5)의 1.1 내지 1.4배 증가하는, 2개의 대향하는 측면(2, 3) 및 에지(10)를 갖는 판형 유리 소자(1)가 따라서 제공되며, 여기에서 에지는 서로 평행하게 이어지고 측부에서 개방되며 둥근 벽(54) 및 200 ㎛ 미만의 횡단 치수를 갖고 종방향(51)은 측면(2, 3)을 횡단, 바람직하게는 수직이며 바람직하게는 또한 측면(2, 3)에서 끝나거나, 또는 이들에서 개방된 복수의 채널(5)을 갖는다. 에지(10)는 도 4 및 도 5의 예에서와 같이 외부 에지일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 개구부(13)를 한정하는 내부 에지일 수 있다. 따라서, 200 ㎛ 이상, 특히 또한 300 ㎛ 초과의 횡단 치수를 갖는 개구부가 제조되는 것이 바람직하다. 여기에서 횡단 치수는 개구부의 최장 측방향 연장이다. 원형 개구부의 경우, 그의 횡단 치수는 직경으로 제공된다.
이러한 표면적의 증가는 굴곡 응력 하에서 상대적으로 파괴에 안정한 에지를 제공하며, 이는 파괴 확률이 표면적과 정상적으로 상관관계가 있다는 점에서 놀라운 것이다. 원형 채널 위의 돌출하는 구조는 멀리 전파될 수 없도록 하는 이들 돌출된 구조(릿지 또는 평평한 에지 섹션) 상에서의 결손을 아마도 유도할 것이다. 따라서, 균열 전파는 에지(11)의 구조화에 의해 억제된다.
이 효과는 하기에서 더 상세하게 설명되는 본 발명의 채널(5)의 미세 구조에 의해 더욱 강화된다. 도 6 및 도 7에서, 실질적으로 반구형 또는 둥근, 캡형 오목부(7)의 형태로 채널(5)의 미세구조를 명확하게 볼 수 있다. 바람직한 저속 에칭 공정의 결과로서, 실질적으로 반구형 오목부(7)는 릿지(70)을 형성하는 오목부(7)의 접경하는 오목한 라운딩과 서로 인접한다.
더욱이, 릿지(70)는 오목부(7) 상의 평면도에서 보았을 때 오목부(7)의 다각형 한계선(71)을 형성함을 볼 수 있다. 여기에서, 오목부(7)의 한계선(71)의 코너(72)의 평균 개수는 바람직하게는 또한 8 미만, 바람직하게는 7 미만이다. 후자의 특징은 대부분의 실질적으로 반구형 오목부에 의해 포함된 영역이 수학적 의미로 볼록할 때 얻어진다.
도 7에서 나타낸 채널(5)의 릿지(70)는 매우 좁으며, 오목부(7)의 오목한 곡률이 릿지(70)상의 볼록한 돔형 영역을 통해 서로 지나가는 식별 가능한 영역이 없다. 채널(5)의 구조는 그러므로 본 발명의 실시양태에 따라 5% 미만, 바람직하게는 2% 미만인 채널(5) 내의 볼록 영역의 면적 비율에 의해 또한 설명될 수 있다.
도　5 및 도　6에서 나타낸 예의 유리 소자(1)는 낮은 알칼리 금속 함량을 갖는 규산질 유리, 특히 3.3*10-6K-1의 열 팽창 계수를 갖는 보로실리케이트 유리이다. 보로실리케이트 유리로서, 바람직한 것은 하기 조성을 갖는 유리가 일반적으로 제공된다:
Figure 112018009423764-pat00001
도 8 및 도 9는 쇼트(Schott)에 의해 상표명 D263®으로 시판되는 보로실리케이트 유리에 도입된 채널의 전자 현미경사진을 나타낸다. 상이한 레이저 파라미터가 여기에서 사용되었다. 도 8의 예에서, 8개의 개별 펄스를 갖는 버스트가 100 kHz인 레이저의 반복 속도와 함께 사용되었다. 도　9에서 나타낸 예에서, 200　 kHz의 더 높은 반복 속도가 사용되었지만, 단지 2개의 개별 펄스를 갖는 버스트를 사용하였다. 각 경우, 그러나, 단지 하나의 버스트가 각각의 채널(5)에 대하여 방사되었다. 채널(5)은 그 후 8시간 동안 80℃에서 KOH 용액 내에서 에칭하였다. 채널(5)의 구조는 도 6 및 도 7의 예와 비교하여 더 작은 직경 때문에 심지어 더 오목하게 보이는 실질적으로 반구형 오목부(7)와 유사하다. 추가의 에칭시, 구조는 도 6 및 도 7에 근접한다.
본 발명의 방법에 매우 적당한 저 알칼리 규산질 유리의 부류에서 추가의 유리는 알칼리 금속이 없는 알루미나실리케이트 유리이다. 여기에서 하기 조성을 갖는 유리가 바람직한 것으로 제공된다:
Figure 112018009423764-pat00002
0.45 내지 0.55 범위, 바람직하게는 0.48 내지 0.54 범위의 염기성을 갖는 유리를 사용하는 것이 상술한 조성물에 제한됨이 없이 일반적으로 유리하다. 이것은 유리가 염기성 에칭 매질을 사용하는 저속의 제어된 에칭에 특히 적합하지만 산성 에칭 매체를 사용하는 에칭도 또한 가능한 것으로 남아 있다.
지금까지 기술된 실시양태는 필라멘트 형상 결함뿐만 아니라 유리 소자(1)의 양쪽 측면(2, 3)이 에칭되는 단점을 가질 수 있다. 여기에서 에칭 속도는 채널(5) 내에서 더 낮지만, 두께의 감소는 그럼에도 불구하고 바람직하지 못할 수 있다. 또한, 에칭 공정에 의해 유리의 표면을 변경하지 않는 것도 또한 바람직할 수 있다. 이들 단점을 피하기 위하여, 본 발명의 추가의 실시양태는 레이저 광의 도입시에 국부적으로 제거되는 중합체 코팅(예를 들어, 필름 또는 표면 코팅)에 의해 제1 단계에서 피복되는 유리 소자(1)의 표면을 제공한다. 따라서, 중합체 코팅은 레이저의 충돌 지점을 둘러싸는 영역, 및 따라서 필라멘트 형상 결함에 잔류하며 따라서 후속하는 에칭 동안 측면의 이들 영역을 보호한다.
공정 및 수득된 유리 소자를 도　10 내지 도　12에 도시한다.
본 발명의 이러한 실시양태는 따라서 레이저 빔(27)으로 조사되기 전에 중합체 층(35)이 제공된, 도 10에서 나타낸 바와 같은 적어도 하나의 측면(2, 3), 바람직하게는 양쪽 측면(2, 3)을 근거로한다.
도 12에 개략적으로 나타낸 바와 같은 유리 소자(1)가 수득된다. 채널(5)의 직경이 중합체 층(35)에서 절제된 개구부(36)의 직경보다 작다면, 채널(5)이 에칭된 표면을 갖는 영역에 의해 둘러싸인 유리 소자(1)가 수득되며, 측면 상에서 이러한 에칭 영역은 다시 한번 에칭되지 않은 영역에 의해 둘러싸인다.
심지어 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조될 수 있는 채널(5)은 실질적으로 원통형인 기본 형상을 갖는다. 이것과 연관하여, 대략 90°의 테이퍼 각도도가 생성될 수 있다. 채널(5)의 테이퍼 각도는 각각의 측면(2, 3)에 대한 채널의 벽의 각도이다. 이 각도는 특히 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는 채널의 미세 구조로 인해 국부적으로 변할 수 있으며, 따라서 바람직하게는 평균화에 의해 결정된다. 단순 평균은 채널(5)의 종횡비로부터 테이퍼 각도를 계산하여 결정할 수 있다. 종횡비는 최소 채널 직경에 대한 채널 깊이의 비이다. 본 발명에 따라 제공되는 바의 개방 채널(5)의 경우에, 절반 채널 길이는 이 목적을 위해 측면에서의 호울 직경과 채널 길이의 절반에서의 호울 직경의 차이로 나눌 수 있다. 도 13은 에칭 속도의 함수로서 수산화나트륨 용액에 의한 에칭의 경우의 테이퍼 각도의 측정값을 나타낸다. 에칭 속도가 더 작을수록, 테이퍼 각도는 대략 직각에 더 접근한다. 본 발명에 따라 사용된 시간당 8 ㎛ 미만의 에칭 속도의 경우, 테이퍼 각도는 이 예에서 87°보다 더 크다. 테이퍼 각도는 에칭 속도뿐만 아니라 유리 및 에칭 매질의 유형에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 일반적으로, 그러나, 적어도 하나의 채널(5)의 테이퍼 각도는 본 발명의 실시양태에 따라 5°미만, 바람직하게는 3°미만, 또는 심지어 1° 미만 만큼 직각에서 벗어난다.
실질적으로 반구형 오목부(7)의 결과로서 원형 형상으로부터의 작은 편차에 의해 중첩된 매우 원형인 횡단면은 또한 본 발명의 방법에 의해 달성될 수 있다. 도 14는 NaOH 용액에 의해 유리 소자(1) 내로 에칭된 채널(5)의 개구부(6)의 2개의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 채널(5)의 개구부(6)는 사실상 원형이다. 원형도의 척도로서, 진원도 편차가 정의될 수 있다. 이것은 동일한 폐쇄 면적을 갖는 원의 원주에 대한 개구부(6)의 원주의 비이다. 이에 따라 완전한 원형 채널은 1.0의 진원도 편차를 가질 것이다. 실질적으로 반구형 오목부(7)임에도 불구하고, HF 및 또한 KOH 또는 NaOH를 사용한 에칭 모두에서, 일반적으로 본 발명의 방법에 의해 1.15 미만의 진원도 편차가 달성된다는 것이 밝혀졌다. 진원도 편차는 또한 예를 들어 원형 세그먼트에 대하여 유사한 방식으로 이 값을 계산함으로써 측부에서 개방되며 에지(10)의 일부인 채널(5)에 대해서도 결정될 수 있다.
본 발명은 특히 전자 또는 마이크로유체 적용을 위한 인터포저를 제조하기 위하여 적당하다. 전자 적용을 위하여, 본 발명에 따른 내부 에지를 갖는 채널(5) 또는 개구부는 한 측면으로부터 다른 측면으로의 전기 접촉을 생성하기 위해 전도성 물질로 충전될 수 있다. 마찬가지로, 채널(5)에 의해 생성된 채널(5) 또는 더 큰 개구부는 유체의 전도를 위해 작용할 수 있다. 물질이 채널(5)에 도입된다면, 예를 들어 유리 소자를 통해 전기 도관을 생성하기 위해, 실질적으로 반구형 오목부(7)는 이 물질이 채널(7)에 용이하게 고정될 수 있는 장점을 제공한다. 유체의 전도에서, 오목부(7)는 다른 한편으로 유동 저항을 감소시킬 수 있다. 적당한 적용은 MEMS 부품이다. 여기에서, 압력 작용 하에 변형되는 캡에 유리 소자가 고정된 압력 센서를 특히 언급할 수 있다. 여기에서, 캡 내의 봉입된 가스 체적에 대한 압력 평형을 허용하도록 하는, 전기 접점을 캡에 유도하기 위한 및, 특히 차동 또는 상대 압력 측정을 위한 개구부가 제공될 수 있다. 이러한 압력 센서는 용량성으로, 피에조저항으로 또는 저항성으로 측정할 수 있다. 저항 측정에서, 휘트스톤 브릿지를 형성하도록 연결된 전기 저항 층이 캡에 제공될 수 있다. 브릿지에서 측정된 전압은 그 후 멤브레인의 압력 관련 변형에 비례한다.
본 발명에 따른 유리 소자를 포함하는 압력 센서는 특히 하기 적용에 사용될 수 있다: 분사 시스템의 연료 압력 센서, 기어 박스의 오일 압력 센서, 에어백의 센서 또는 공기압을 위한, 예컨대 고도 측정을 위한 센서, 타이어 압력 센서.
필라멘트 형상 결함의 간격이 작다면, 채널(5)은 에칭 동안 서로 신속하게 지나갈 수 있다. 에칭 공정이 더 오래 지속될수록 채널(5)에 의해 생성된 구조는 더 평평해진다. 반대로, 인접한 실질적으로 반구형 오목부(7)의 구조는 유지된다. 이에 따라 본 발명의 추가의 실시양태는 2개의 대향하는 측면(2,3) 및 2개의 측면(2, 3)을 연결하는 에지(10)를 가지며, 에지(10)는 복수의 인접한, 원형, 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는 판형 유리 소자(1)를 제공한다. 채널(5)이 부가적으로 식별 가능한지 여부에 관계없이, 오목부(7)의 측 방향 치수 또는 평균 횡단 치수는 전형적으로 그의 깊이보다 평균적으로 작다. 오목부(7)는 따라서 평평한 팬을 나타낸다.
서로 옆에서 이어지는 가시 채널(5) 없이 본질적으로 편평한 에지(10)를 얻기 위하여, 바람직하게는 6 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 5 ㎛ 미만의 필라멘트 형상 결함의 간격이 적당하다. 이에 따라 본 발명의 실시양태는 하기를 포함하는 구조화된 에지(10)를 갖는 판형 유리 소자(1)의 제조 방법을 제공한다:
- 초단 펄스 레이저(30)의 레이저 빔(27)은 유리 소자(2)의 측면(2, 3) 중 한 면으로 지향되고 포커싱 광학기(23)에 의해 집중되어 유리 소자(1) 내에서 신장된 포커스를 형성하며,
여기에서
- 유리 소자(1) 상의 레이저 빔(27)의 충돌 지점(73)은 소정 경로를 따라 안내되고,
- 6 ㎛ 이하의 간격으로 경로 상에서 서로 옆에 위치하며, 종방향은 측면(2, 3)을 횡단하며, 특히 측면(2, 3)에 수직인 복수의 필라멘트 형상 결함(32)이 레이저 빔에 의해 도입되며,
- 유리 소자(1)를, 시간당 8 ㎛ 미만의 제거 속도로 유리 소자(1)의 유리를 제거하는 에칭 매질(33)에 노출하고,
- 필라멘트 형상 결함(32)을 넓혀서 채널(5)을 형성하며 채널(5)의 직경은 채널(5) 사이의 유리가 제거되고 채널(5)이 연결되어 유리 소자(1)를 분할하는 에지(10)를 형성하는 정도로 에칭에 의해 증가된다.
본 발명의 특정 양상은 그 방법이 부분의 분리를 위하여, 특히 내부 부분을 분리하고 이에 따라 개구부(13)를 생성하기 위하여 사용될 때, 매우 얇은 웹이 서로 근접하여 인접하고 본 발명의 구조가 도입되는 2개의 에지에 의해 유리 구조로서 제조된다. 도 15는 이의 예를 나타낸다.
그러므로 본 발명의 실시양태는 30 미크론 내지 3　밀리미터 범위의 두께를 가지며 2개의 대향하는 측면(2, 3)을 갖는 판형 유리 소자(1)를 제공하며, 유리 소자(1)의 윤곽은 측면을 따르는 방향으로 각 경우에 측정된 길이 및 폭으로 그의 길이(41)가 그의 폭보다 적어도 5배, 바람직하게는 적어도 10배 더 큰 긴 형상의 웹(40) 및 각기 복수의 인접한, 원형, 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는 서로 옆에서 연결하는 웹(40)의 에지(10)를 포함한다. 웹(40)은 에지(40)에서 부분들을 분리함으로써, 바람직하게는 채널(5)이 서로 지나가서 그 후 에칭의 결과로서 더 평평해질 때까지 넓어지는 상술한 공정을 사용하여, 에지(10)의 종방향에 수직인 평행한 구조로서 더 오래 식별가능 할 수 있다. 도　4, 도 5 또는 도　6에서 나타낸 바와 같이 에지(10)를 갖는 웹(40)을 제조하는 것도 또한 가능하다.
상술한 웹 폭에 대한 웹 길이의 종횡비는 웹(40)이 고도의 필리그리(filigree) 구조를 갖는 소자라는 사실을 반영한다. 대안으로서 또는 부가적으로, 이러한 웹(40)의 웹 폭(42)은 유리 소자(1)의 두께의 4배 이하, 바람직하게는 유리 소자(1)의 두께의 2배 이하일 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 웹 폭은 유리 소자(1)의 두께보다 심지어 더 작을 수도 있다.
종횡비의 유리 두께에 대한 폭의 비에 상관없이, 400 ㎛ 이하, 바람직하게는 200 ㎛ 이하, 또는 심지어 100 ㎛ 이하의 폭을 갖는 웹도 또한 본 발명에 따라 제조 될 수 있다.
도 15에 도시된 예는 웹(40)이 유리 소자(1) 내의 2개의 개구부(13)를 분리하는 본 발명의 실시양태이다. 민감성의 관점에서 잔류하는 얇은 웹(40)은 다른 공정의 수단에 의해 달성하기 어렵거나 또는 전혀 달성할 수 없는 개구부(13)를 생성하기 위한 내부 부분의 제거와 연관되기 때문에, 이는 본 발명의 바람직한 사용이다. 또한, 웹(40)을 안정화시키는 비교적 파괴 저항성인 에지(10)는 실질적으로 반구형 구조화로 인하여 공정에 의해 동시에 생성된다. 과정의 유리 소자(1)는 웹(40)만으로 구성된 것은 아니며, 대신에 웹(40)은 보다 큰 폭을 갖는 유리 소자(1)의 섹션의 형태로 베이스(43)에 연결된다. 그러나 베이스(43) 및 웹(40)은 일체형 유리 소자(1)의 상이한 섹션만을 형성한다. 다시 말해서, 유리 소자(1)는 베이스(43) 및 웹을 포함하는 모놀리식 또는 일체형이다. 도 15에서 나타낸 예에서, 베이스(43)는 프레임의 형태이고, 웹(40)은 프레임형 베이스(43)에 양단부에서 연결된다. 도 16은 도 15에서 도시된 실시양태의 변형을 나타낸다. 이러한 변형에서, 서로 옆에서 이어지며 양단부에서 마찬가지로 프레임형 베이스(43)로 지나가는 복수의 웹(40)이 제공된다. 이 예에서 알 수 있는 바와 같이, 웹(40)은 반드시 직선으로 이어질 필요는 없다. 웹(40)의 길이는 이 경우 각각의 곡선 길이에 의해 주어진다. 얇은 웹(40)이 개구부(13) 사이에서 한정되는지 여부와 상관없이, 상술한 공정에 의해 생성될 수 있으며 이의 에지(10)가 실질적으로 반구형의 오목부(7)를 갖는 개구부(13)의 횡단 치수는 바람직하게는 적어도 200 ㎛, 특히 적어도 300 ㎛이다. 예를 들어, 유리 소자 위에 분포되고 적어도 200 ㎛ 이상의 직경을 갖는 복수의 원형 개구부(13)를 갖는 유리 소자(1)가 다양한 적용을 위해 제조될 수 있다.
도 17은 여전히 또 다른 변형을 나타낸다. 이 변형에서, 웹(40)은 오로지 한쪽 위에서만 베이스(43)로 지나가므로, 웹(40)은 하나의 자유 단부를 갖는다.
도 18 및 도 19는 유리 소자(1)의 에지(10)의 2개의 추가의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 여기에서, 도 18은 유리 소자(1)의 전체 폭에 걸친 에지(10)를 나타낸다. 도　19는 측면(2) 중 하나의 전이에서 더 큰 확대의 에지(10)를 나타낸다. 에지(10)는 상기 기재된 바와 같이 채널(5)이 에칭 동안 이들이 연결되는 정도로 확장되어 연속 에지를 형성하여 생성되며, 이에 의해 유리 소자(1)로부터 일부분이 분리될 수 있다. 채널(5)은 에칭 과정 동안 평평하게 되어, 복수의 인접한, 원형, 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는 필수적으로 평평한 에지(10)가 수득되게 된다. 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 오목부(7)는 여기에서 대략적으로 다각형 한계선(71)을 형성하는 릿지(70)에 의해 너무 분리되어 있다. 도 18의 현미경 사진에서 에지(10)가 측면(2, 3)에 수직이고 또한 측면에 본질적으로 수직인 직선으로 이어지는 것이 특히 두드러진다. 마찬가지로, 에지(10)로부터 측면(2,3)으로의 전이는 사실상 원형이 아니다. 수직 방향은 도 6에 나타낸 실시양태의 채널(5)의 큰 테이퍼 각도에 해당한다. 이러한 에지(10)의 형상은 또한 웹(40) 또는 내부 윤곽 또는 개구부(13)의 한계로서 특히 적당하며, 하기와 같은 상술한 특성을 특징으로 할 수 있다: 인접한 측면(2, 3)과 에지 영역에 의해 형성된 경사 또는 각도는 측면에 인접한 에지 영역의 절반에서 적어도 85°이다. 따라서, 에지 영역(10)은 필수적으로 직각으로부터 5°이하의 편차로 측면(2, 3)에 대하여 직각으로 이어진다.
도 19의 예에서도 또한 알 수 있는 바와 같이, 에지(10)의 경사가 인접한 측면(2)으로 지나가는 전이 영역은 좁으며 실질적으로 반구형 오목부(3)의 치수의 크기 정도이다. 한 실시양태에서, 측면(2,3)으로부터 측면(2,3)에 본질적으로 수직하게 배향된 에지(10)로의 전이에서 평균 에지 반경은 그러므로 10 미크론 이하이다.
본 발명에 따라 생성된 에지(10)는 일반적으로 실질적으로 반구형 오목부(7)로 인하여 고강도 및 양호한 통계적 파라미터, 특히 높은 와이블 계수를 특징으로 한다. 이는 도 15 내지 도 17에 나타낸 웹(40)와 같은 에지를 갖는 취약한 소자의 경우에 특히 유리하다. 일반적으로, 제시된 예들에 제한됨이 없이, 실질적으로 반구형 오목부(7)를 갖는 본 발명에 따라 생성된 에지(10)는 200 MPa 이상 또는 심지어 300 MPa 이상의 평균 파괴 강도를 가질 수 있다. 이 값은 굴곡 응력 하에서 에지(10)로부터 측면으로의 전이에서 발생하고 평균적으로 파괴가 발생하는 인장 응력이다. 대안적인 또는 부가적인 실시양태에 따라, 파괴 시험 및 에지(10)로부터 연장되는 파괴에 대한 인장 응력 값의 와이블 분포의 와이블 계수는 적어도 5.5의 값을 가질 수 있다. 이들 값은 여전히 가시적인 채널(5)을 갖는 에지(10), 즉 도 4 내지 도 7의 예에 따라, 및 도 18 및 도 19에서 나타낸 바와 같이 식별 가능한 채널(5)을 갖지 않는 에지(10) 모두에 적용된다.
본 발명에 따라 제조된 에지의 높은 안정성 및 강도로 인하여, 본 발명은 다른 공정을 사용하여 생산할 수 없는 복잡하고 취약한 구조에 특히 적합하다. 거기에는 또한 얇고 및/또는 긴 웹을 갖는 비대칭 구조가 속한다. 그러나 동시에, 제품의 안정성이 기하학적 구조에 상당히 의존한다는 것이 확인되었다. 더 상세하게는, 유리 소자의 개구부에서 유지되는 구조의 경우, 하나 이상의 웹에 의해 특정의 기하학적 사양을 따르는 것이 더 유리하다는 것이 확인되었다. 이 사양에 의해 충분한 안정성 및 취급 용이성이 보장된다. 특히, 그 목적을 위해 적어도 하나의 웹(40)을 갖는 구조가 개구부(13) 사이에서 형성되도록 적어도 2개의 개구부(13)를 갖는 유리 소자가 제공된다. 이렇게 함으로써, 파라미터 G가 하기 관계에 의해 주어진 구조로 할당될 수 있다.
Figure 112018009423764-pat00003
이렇게 함으로써, 본 발명에 따른 유리 소자는 파라미터 G가 10 mm-1/3 이상, 바람직하게는 50 mm-1/3 이상, 가장 바람직하게는 100 mm-1/3이면 양호한 기계적 안정성이 여전히 실현될 수 있다. 반대로 파라미터가 400 mm-1/3 이하, 바람직하게는 300 mm-1/3 이하, 가장 바람직하게는 200 mm-1/3 이하이면 충분하다.
상기 관계에서 변수 h는 유리 소자(1)의 두께를 나타낸다.
관계의 파라미터를 명확히 하기 위해, 도 20은 이 경우 두 개의 개구부(13) 사이에서 연장되는 하나의 웹(40) 만을 포함하는 간단한 구조를 갖는 유리 소자(1)를 나타낸다.
상기 관계에서, l1은 유리 소자(1)와 하나 또는 두 개의 상이한 웹(40)의 구조의 에지를 따라 위치한 2개의 인접한 접촉점 또는 접촉 영역(45) 사이의 최장 에지 길이를 나타낸다. 그러므로 이 양은 2개의 인접한 접촉 영역(45) 사이의 최장 에지의 아크 길이를 나타낸다. 웹(40)의 에지(46, 47)는 도 20의 예에서도 또한 나타낸 바와 같이, 형성에 따라 상이한 길이를 가질 수 있다. 나타낸 예의 경우, 에지(46)는 에지(47)보다 더 큰 길이를 갖는다. 그러므로 여기에서 파라미터 l1은 그 에지(46)의 아크 길이이다. 접촉 영역(45)은 웹(40)이 개구부(13)를 둘러싸는 유리 또는 베이스(43)로 각기 지나가는 유리의 전이 영역이다. 그와 관련하여, 접촉 영역(45)은 그의 경계가 웹(40)의 양쪽 에지, 따라서 또한 양쪽 개구부(13)의 에지를 터치하도록 웹(40)에 위치한 원형 영역인 1mm의 직경을 갖는 원형 영역으로 정의된다. 이렇게 함으로써, 가상 접촉 영역(45)의 위치는 베이스(43)로부터 웹(40)을 향해 원형 영역을 이동시킴으로써 파라미터 G를 계산하도록 결정될 수 있다. 그 위치는 영역이 유리 위에서 완전히 맞고 그의 경계가 개구부의 에지를 터치되는 경우 달성된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 이러한 관계 및 기하학적 구조는 1 mm 미만의 최소 길이를 갖는 웹에 적용된다.
길이 l2는 웹(40)의 단부에서 두 접촉 영역(45)의 최단 직선 거리를 나타낸다. 원형 접촉 영역(45)의 에지-에지 간 거리는 길이 l1 및 l2 모두에 대하여 중요하다. 2 초과의 접촉 영역(45)의 경우, 길이 l1 및 l2 의 경로는 동일한 접촉 영역(45) 사이에서 연속될 필요가 있는 것은 아니다. 길이 l2를 나타내기 위해 도 20에서 묘사된 이중 화살표는 이에 따라 접촉 영역(45)의 에지에서 끝난다.
파라미터 b는 최종적으로 웹(40)을 따라 서로로부터 개구부(13)의 최소 거리, 또는 다시 말해 최소 웹 폭을 나타낸다.
이러한 기하학적 구조는 전술한 바와 같이 강도 및 취급 용이성에 대하여 본 발명에 따른 에지의 형성, 따라서 반구형 하각작용(deepening)과 관련하여 특히 유리하다. 이러한 기하학적 구조는 그럼에도 불구하고 상이하게 형성된 에지와 함께 사용될 수 있다.
나타낸 예의 경우, 하나의 웹(40)만이 존재한다. 그러나 하나 초과의 웹에 의해 운반될 수 있는 복수의 구조도 또한 가능하다. 이러한 맥락에서, 그 경우 경로 l1 및 l2가 상이한 접촉 영역(45) 사이에서 연속될 수 있다는 것이 중요하다. 설계의 안정성을 평가하기 위해, 따라서, G는 2개의 접점의 가능한 최단 연결 l2에 대한 두 접촉 영역 사이의 가능한 최장 거리 l1에 관한 것이다. N≥2는 원칙적으로 N개의 접촉 영역에 적용된다.
추가 설명을 위해, 도 21은 3개의 상이한 구조(39)를 갖는 유리 요소를 나타낸다. 상부 구조(39)는 원형이고 3개의 웹(40)에 유지된다. 유리 소자(1)의 중간의 구조(39)도 또한 3개의 웹(40)에서 유지되지만 직사각형 형태를 갖는다. 최하부 구조(39)는 도 20의 예와 유사하게 단일 웹(40)만으로 구성된다. 그러나 이 웹은 중앙부 쪽으로 좁혀진다. 이렇게 함으로써, 웹 폭은 1 mm 초과의 폭에서 중앙부에서 1 mm 미만의 웹 폭으로 명확히 좁아진다. 이에 따라, 또한 접촉 영역(45)은 파라미터 G를 계산하기 위해, 즉 이들의 경계가 1mm 미만으로 줄어드는 에지 거리의 위치에서 웹상의 에지를 터치하도록 웹(40) 상에 있다.
2개의 상부 구조(39)에 의해, 접촉 영역(45) 사이의 거리 l2 및 아크 길이 l1이 상이한 웹에서 계산될 수 있다. 구조의 에지를 따라 위치한 두 개의 인접한 접점 사이의 최장 에지 길이 l1은 파라미터 G와 관련이 있다. 이것은 양쪽 구조(39)에 대하여 각기 묘사된다. 최상부의 예의 경우, 원형 구조(39)는 특히 두 접촉 영역(45) 사이의 최단 거리 l2 및 2개의 다른 인접한 접촉 영역(45) 사이의 최장 에지 길이를 갖는다.
본 발명의 한 실시양태에서, 에지의 모폴로지에 의존함이 없이, 30 마이크로미터 내지 3 밀리미터 범위의 두께 및 서로 대향하는 2개의 측면(2, 3)을 갖는 판형 유리 소자가 이에 따라 제공되며, 여기에서 적어도 2개의 개구부(13)가 개구부 사이의 유리 소자(1)의 영역이 최소 폭이 1 mm 미만인 적어도 하나의 웹(40)을 갖는 구조(39)를 형성하도록 유리 소자(1)에 삽입되며, 상술한 관계로 제공되는 파라미터 G는 구조에 대하여 정의되며, 파라미터 G는 10 mm-1/3 이상 400 mm-1/3 이하의 값을 가지며, l1은 개구부(13) 중의 하나의 에지를 따라 인접하는 두 접촉 영역(45) 사이의 최장 에지 길이이고, l2은 두 접촉 영역(45) 사이의 가능한 최단 직선 연결의 길이이고, 웹(40)의 접촉 영역(45)은 각기 1 mm의 직경을 갖는 유리 소자(1)의 원형 영역으로 정의되며, 원형 영역은 그의 경계가 각기 적어도 하나의 지점에서 양쪽 개구부(13)의 경계를 터치하도록 웹(40)에 배열되며, 개구부의 중간 범위는 웹(40)을 형성하고, b는 최소 웹 폭을 나타내며, h는 유리 소자(1)의 두께를 나타내고 N은 접촉 영역(45)의 개수를 나타낸다. 300 ㎛ 이상의 최소 폭을 갖는 웹이 이 실시양태에서 바람직하다.
또한, 적어도 하나의 웹을 갖는 유리 소자의 상술한 기하학적 구조의 경우, 웹에서의 파괴가 제조 중에 용이하게 발생할 수 있다.
더욱이, 이러한 제품을 제조할 때, 웹 파괴로 인한 리젝트가 증가된 정도로 발생한다는 것이 확인되었다. 이 위험은 특히 개구부가 남아있는 웹보다 명백히 더 큰 유리 소자에서 존재한다.
내부 부분을 분리할 때, 웹은 이렇게 함으로서 유리 소자에서 비틀어질 수 있으며 손상을 입을 수 있다. 이것은 일반적으로, 폐쇄된 분리선에 의해 제한된 내부 부분을 보다 작은 세그먼트로 분할하는 인접한 필라멘트 형상 손상부로 만들어진 각기 보조 교차점, 또는 보조선을 삽입한 폐쇄된 분리선에서 추가적으로 피할 수 있다. 이렇게 함으로써, 내부 부분이 보조 교차점에 의해 적어도 2 등분, 바람직하게는 4 등분되는 경우에 특히 유리하다는 것이 확인되었다. 도 22는 예로서 내부 부분(9)을 분리하기 전의 유리 소자(1)를 나타낸다. 유리 소자(1)는 인접한 채널로 만들어진 2개의 폐쇄된 분리선(8)으로 제조되며, 후속하는 웹(40)은 서로 대향하는 분리선(8)의 섹션 사이에서 연속된다. 보조선(80)이 각각의 분리선에 추가적으로 삽입되어, 보조선은 내부 부분(8)을 각기 2개의 세그먼트(91, 92 및 93, 94)로 분할한다. 당업자에게는, 필요하다면, 또 다른 보조선이 삽입될 수 있다는 것은 명백한 것이다. 더욱이, 분리선(8) 및 보조선은 예를 들어 레이저 빔을 8자 형상선으로 안내함으로써 단일 단계로 삽입될 수 있다.
세분화에서, 보조선은 내부 부분(9)이 2개의 내부 부분(9) 사이의 웹의 최대 20배 크기, 바람직하게는 최대 10배 크기, 가장 바람직하게는 최대 2배 크기의 세그먼트로 분할되도록 경로 및 수와 관련하여 선택된다. 이렇게 함으로써, 크기 비는 세그먼트의 최대 대각선에 대한 최소 웹 폭의 비에 의해 결정된다. 이에 따라, 세그먼트의 최대로 긴 대각선은 따라서 최소 웹 폭 보다 20배, 바람직하게는 10배, 가장 바람직하게는 2배 더 길다.
Figure 112018009423764-pat00004

Claims (29)

  1. 2개의 대향하는 측면(2, 3)과 또한 유리 소자(1)의 유리 내로 도입되어 있는 채널(5)을 갖는 판형 유리 소자(1)로서, 상기 채널(5)은 상기 2개의 측면(2, 3)을 연결하고 상기 측면으로 개방되며 둥근 벽(54) 및 100 ㎛ 미만의 횡단 치수를 가지며 이의 종방향(51)은 상기 측면(2, 3)을 횡단하고, 상기 채널의 벽(54)은 복수의 둥근(rounded) 오목부(7)를 갖는 판형 유리 소자(1)로서, 둥근 오목부(7)가 서로 인접하며, 상기 오목부(7)의 접경하는 오목한 라운딩이 릿지(70)를 형성하는, 판형 유리 소자(1).
  2. 제1항에 있어서, 30 미크론 내지 3　밀리미터 범위의 두께를 갖는 판형 유리 소자(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 채널(5)의 테이퍼 각도가 5°미만 만큼 직각에서 벗어나는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 채널(5)은 측부에서 개방되어 있고 유리 소자(1)의 에지(10)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 에지(10)는, 서로 평행하고 측부에서 개방되어 있는 복수의 채널(5)을 갖는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  6. 제5항에 있어서, 평평한 에지 섹션(11)이 상기 채널(5) 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자.
  7. 제5항에 있어서, 채널(5)의 종방향(51)에 평행한 릿지(ridge)(52)가 채널(5) 사이에 형성되도록, 채널(5)이 서로 인접해 있는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자.
  8. 제5항에 있어서, 하기의 특징 중 적어도 하나를 특징으로 하는 판형 유리 소자(1):
    - 중앙에서 중앙까지 측정된 채널(5)의 간격이 3∼70　미크론 범위임,
    - 채널(5)의 직경이 3 미크론 내지 50　미크론 범위임.
  9. 제5항에 있어서, 에지(10)의 표면적이, 채널(5)이 없는 평활한 에지 표면과 비교하여, 채널(5)에 의해 1.1∼1.4 배 증가되는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유리 소자(1)의 측면(2, 3)에서 채널(5)의 개구부(6)의 진원도(roundness)로부터의 편차가 1.15 미만인 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 30　미크론 내지 3　밀리미터 범위의 두께 및 2개의 대향하는 측면(2, 3)을 가지며, 유리 소자(1)의 윤곽은 길이(41)가 폭(42)보다 5배 이상 더 큰 긴 형상의 웹(40)을 포함하고 상기 길이(41) 및 폭(42)은 각각 측면(2, 3)을 따르는 방향으로 측정되며, 상기 웹(40)의 서로 옆에서 이어지는 에지(10)는 각각 복수의 인접한 둥근 오목부(7)를 갖는 것인 판형 유리 소자(1).
  12. 제11항에 있어서, 웹 폭(42)이 유리 소자(1)의 두께의 4배 이하인 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  13. 제11항에 있어서, 웹(40)이 100㎛ 이하의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  14. 제11항에 있어서, 유리 소자(1)가 프레임형 베이스(43)를 갖고, 상기 웹(40)이 양 단부에서 상기 프레임형 베이스(43)에 연결되는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  15. 제11항에 있어서, 상기 에지(10)의 에지 표면은 직각으로부터 5°이하의 편차를 가지면서 상기 측면(2, 3)에 대해 직각으로 이어지는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    둥근 오목부(7)를 갖고,
    - 평균 파괴 강도가 200　MPa 이상이거나, 또는
    - 에지(10)로부터 연장하는 파괴에 대한 파괴 시험의 인장 응력 값의 와이블(Weibull) 분포의 와이블 계수가 5.5 이상인 에지(10)를 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서, 오목부(7)의 평면시로 본 릿지가 오목부(7)의 다각형 한계선(71)을 형성하는 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유리 소자(1)의 유리가 17 중량% 미만의 알칼리 금속 산화물의 함량을 갖는 실리케이트 유리인 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 둥근 오목부를 갖는 에지(10)를 구비한 개구부(13)를 특징으로 하고, 상기 개구부(13)의 횡단 치수가 200 ㎛ 이상인 판형 유리 소자(1).
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 30 ㎛ 내지 3 ㎜ 범위의 두께 및 서로 대향하는 2개의 측면(2,3)을 가지며, 2 이상의 개구부(13)가 유리 소자(1)에 삽입되어, 상기 개구부 사이의 유리 소자(1)의 영역이, 최소 폭이 1 mm 미만인 하나 이상의 웹(40)을 갖는 구조(39)를 형성하며, 상기 구조에 대해 파라미터 G가 하기 식으로 정의되는 것인 판형 유리 소자(1):
    Figure 112018009423764-pat00005

    상기 식에서, 파라미터 G는 10 mm-1/3 이상 400 mm-1/3 이하의 값을 가지며, l1은 개구부(13) 중 하나의 에지를 따라 인접하는 두 접촉 영역(45) 사이의 최장 에지 길이이고, l2는 두 접촉 영역(45) 사이의 가능한 최단 직선 연결의 길이이고, 웹(40)의 접촉 영역(45)은 각각 1 mm의 직경을 갖는 유리 소자(1)의 원형 영역으로서 정의되며, 웹(40)에 배열되는 원형 영역은 그 경계가 하나 이상의 지점에서 양쪽 개구부(13)의 경계에 각각 닿고 그 중간 범위는 웹(40)을 형성하며, b는 최소 웹 폭을 나타내고, h는 유리 소자(1)의 두께이며, N은 접촉 영역(45)의 개수이다.
  22. 제21항에 있어서, 최소 웹 폭이 300 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 판형 유리 소자(1).
  23. 제1항 또는 제2항에 따른 판형 유리 소자(1)의 제조 방법으로서,
    - 초단 펄스 레이저(30)의 레이저 빔(27)을 유리 소자(1)의 측면(2, 3) 중 하나로 지향시키고 포커싱 광학기(23)에 의해 집중시켜 유리 소자(1) 내에 신장된 포커스를 형성하며, 이 때 레이저 빔(27)의 방사 에너지에 의해 유리 소자(1)의 볼륨 내에 필라멘트 형상 결함(32)이 생성되고, 레이저 빔의 종방향은 상기 측면(2, 3)을 횡단하게 이어지며, 초단 펄스 레이저(30)가 펄스 또는 2 이상의 연속 레이저 펄스를 갖는 펄스 패킷으로 방사하여 필라멘트 형상 결함을 생성하고, 필라멘트 형상 결함(32)의 도입 후,
    - 유리 소자(1)를, 시간당 8 ㎛ 미만의 제거 속도로 유리 소자(1)의 유리를 제거하는 에칭 매질(33)에 노출시키며,
    - 필라멘트 형상 결함(32)을 넓혀서 채널(5)을 형성하고,
    - 채널(5)의 벽(54)에 둥근 오목부(7)를 도입하는 것인, 제1항 또는 제2항에 따른 판형 유리 소자(1)의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    - 유리 소자(1) 상의 레이저 빔(27)의 충돌 지점(73)이 소정 경로를 따라 안내되고,
    - 경로 상에서 서로 옆에 위치하는 복수의 필라멘트 형상 결함(32)이 유리 소자(1)로 도입되며,
    - 그 후, 서로 옆에 위치하는 복수의 채널(5)이 유리 소자(1) 내로 에칭에 의해 도입되고,
    - 이어서, 유리 소자(1)가 경로를 따라 분할되어, 측부에서 개방된 채널(5)을 갖는 에지(10)를 형성하는 것인 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 채널(5) 사이의 유리가 제거되고 채널(5)이 연결될 때까지 에칭에 의해 채널(5)의 직경이 증가되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  26. 제23항에 있어서, 레이저 빔(27)으로 조사 전에 유리 소자(1)의 적어도 하나의 측면(2, 3)에 중합체 층(35)이 제공되며, 이 중합체 층은 레이저 광의 도입시에 국부적으로 제거되지만 레이저 빔의 충돌 지점(73)을 둘러싸는 영역들에서는 잔류하여 후속하는 에칭 동안 이들 영역을 보호하는 것인 제조 방법.
  27. 제23항에 있어서, 인접한 필라멘트 형상 손상부로 이루어진 하나 이상의 보조선 및 폐쇄된 분리선(8)이 삽입되고, 폐쇄된 분리선(8)에 의해 한정된 내부 부분(9)을, 보조선(80) 및 폐쇄된 분리선(8)에 의해 한정된 보다 작은 세그먼트(91, 92, 93, 94)로 분할하는 것인 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 내부 부분(9)은, 하나 이상의 보조선(80)에 의해, 두 내부 부분(9) 사이의 웹(40)의 최대 20배 크기의 세그먼트(91, 92, 93, 94)로 분할되며, 상기 크기 비는 세그먼트의 최대 대각선에 대한 최소 웹 폭의 비로 결정되는 것인 제조 방법.
  29. 제23항에 있어서, 레이저 빔(27)의 방사 에너지에 의해 유리 소자(1)의 볼륨 내에 필라멘트 형상 결함(32)이 생성되고, 레이저 빔의 종방향은 상기 측면(2, 3)에 대해 수직으로 이어지는 것인 판형 유리 소자(1)의 제조 방법.
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