KR20230011546A - 유리기판의 관통홀 형성방법 - Google Patents
유리기판의 관통홀 형성방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230011546A KR20230011546A KR1020210091757A KR20210091757A KR20230011546A KR 20230011546 A KR20230011546 A KR 20230011546A KR 1020210091757 A KR1020210091757 A KR 1020210091757A KR 20210091757 A KR20210091757 A KR 20210091757A KR 20230011546 A KR20230011546 A KR 20230011546A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hole
- glass substrate
- etching
- aspect ratio
- concentration
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 153
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-O azanium;hydrofluoride Chemical compound [NH4+].F LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
- C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
- C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
- C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
- B23K2101/40—Semiconductor devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/54—Glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2203/00—Production processes
- C03C2203/50—After-treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
본 발명의 일실시예는 유리기판에 좀 더 정밀한 종횡비의 미세 홀이 관통 형성되도록 할 수 있는 유리기판의 관통홀 형성방법을 제공한다. 여기서, 유리기판의 관통홀 형성방법은 에너지 강도가 절단한계(ablation threshold)를 넘지 않는 레이저빔을 유리기판에 조사하여 유리기판의 내부에 유리기판의 두께 방향으로 연장 형성되는 홀 형상의 변형영역을 생성하는 단계와, 유리기판을 에칭 용액에 침지하여 변형영역이 에칭되어 제거되도록 함으로써, 유리기판에 변형영역을 따라 관통홀이 형성되도록 하는 단계를 포함하며, 관통홀이 미리 설정된 기준 종횡비 이상의 제1종횡비로 형성되어야 하면, 에칭 용액은 제1농도를 가지는 에칭 용액이 사용되고, 관통홀이 기준 종횡비 미만의 제2종횡비로 형성되어야 하면, 에칭 용액은 제1농도보다 높은 제2농도를 가지는 에칭 용액이 사용된다.
Description
본 발명은 유리기판의 관통홀 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리기판에 좀 더 정밀한 종횡비의 미세 홀이 관통 형성되도록 할 수 있는 유리기판의 관통홀 형성방법에 관한 것이다.
스마트폰 등에서 사용되는 보호 커버 패널은 유리 재질의 기판을 이용하여 제작되는데, 보호 커버 패널의 스피커 홀이나 버튼 홀 등을 제작하기 위하여 유리기판에 관통홀을 형성해야 한다.
이러한 관통홀을 형성하기 위하여, 종래에는 레이저빔을 조사하여 관통홀을 형성하는 레이저 드릴링 방식, 포토 공정을 활용한 화학적 에칭 방식 등을 이용한다.
레이저 드릴링 방식의 경우, 관통홀 형상을 깨끗하게 만드는 것이 어렵고, 레이저의 소스에 따라 관통홀의 형상이 다르게 형성되며, 10㎛ 이내 지름을 가지는 관통홀을 정밀하게 가공하는데 어려움이 있다. 또한, 관통홀 하나하나의 가공에 시간이 소요되어 관통홀의 갯수가 증가할 경우 공정 비용이 비례해서 증가하고, 가공 시 발생하는 크랙에 의해 관통홀의 내구성이 나쁜 문제가 있다.
한편, 화학적 에칭 방식의 경우, 관통홀의 사이즈에 따라 정밀 포토 공정설비가 필요하고, 가공 시 발생하는 테이퍼 앵글에 의해 관통홀의 상부의 홀의 지름이 하부의 홀의 지름에 비해 크게 되므로 관통홀의 크기를 제어하기 어려워 정밀한 종횡비(Aspect ratio) 구현이 힘든 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유리기판에 좀 더 정밀한 종횡비의 미세 홀이 관통 형성되도록 할 수 있는 유리기판의 관통홀 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 에너지 강도가 절단한계(ablation threshold)를 넘지 않는 레이저빔을 유리기판에 조사하여 상기 유리기판의 내부에 상기 유리기판의 두께 방향으로 연장 형성되는 홀 형상의 변형영역을 생성하는 변형영역 생성단계; 그리고 상기 유리기판을 에칭 용액에 침지하여 상기 변형영역이 에칭되어 제거되도록 함으로써, 상기 유리기판에 상기 변형영역을 따라 관통홀이 형성되도록 하는 관통홀 형성단계;를 포함하고, 상기 관통홀이 미리 설정된 기준 종횡비 이상의 제1종횡비로 형성되어야 하면, 상기 에칭 용액은 제1농도를 가지는 에칭 용액이 사용되고, 상기 관통홀이 상기 기준 종횡비 미만의 제2종횡비로 형성되어야 하면, 상기 에칭 용액은 상기 제1농도보다 높은 제2농도를 가지는 에칭 용액이 사용되는 것을 특징으로 하는 유리기판의 관통홀 형성방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형영역의 제1단면적은 상기 관통홀의 제2단면적보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1농도를 가지는 에칭 용액의 상기 변형영역에서의 식각 속도와 상기 유리기판에서 레이저빔이 조사되지 않은 비변형영역에서의 식각 속도의 차이는, 상기 제2농도를 가지는 에칭 용액의 상기 변형영역에서의 식각 속도와 상기 비변형영역에서의 식각 속도의 차이보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유리기판에 물리적으로 관통홀을 뚫는 것이 아니라 관통홀을 형성할 부분을 상변화시켜 변형영역으로 형성시키고, 화학적 에칭을 이용하여 변형영역을 제거함으로써 유리기판에 관통홀을 형성하기 때문에, 관통홀의 원주면이 깨끗할 수 있고, 동시에 표면이 매우 매끄러운 박형화된 두께의 유리기판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 관통홀이 미리 설정된 기준 종횡비 이상의 제1종횡비로 형성되어야 하면 에칭 용액은 제1농도를 가지는 에칭 용액이 사용되고, 관통홀이 기준 종횡비 미만의 제2종횡비로 형성되어야 하면, 에칭 용액은 제1농도보다 높은 제2농도를 가지는 에칭 용액이 사용됨이 바람직하며, 이를 통해, 유리기판에 좀 더 정밀한 종횡비의 미세 홀이 관통 형성되도록 할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법을 나타내 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성공정을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 유리기판 및 변형영역에서의 식각 속도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에 의해 관통홀이 형성되는 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도에 따른 관통홀 형성 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 종횡비의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도, 에칭 용액의 온도 및 식각 속도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 에칭 시간에 따른 관통홀의 크기를 설명하기 위한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성공정을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 유리기판 및 변형영역에서의 식각 속도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에 의해 관통홀이 형성되는 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도에 따른 관통홀 형성 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 종횡비의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도, 에칭 용액의 온도 및 식각 속도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 에칭 시간에 따른 관통홀의 크기를 설명하기 위한 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법을 나타내 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성공정을 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법은 변형영역 생성단계(S110) 그리고 관통홀 형성단계(S120)를 포함할 수 있다.
변형영역 생성단계(S110)는 에너지 강도가 유리기판(200)의 절단한계(ablation threshold)를 넘지 않는 레이저빔(210)을 유리기판(200)에 조사하여 유리기판(200)의 내부에 유리기판(200)의 두께 방향으로 연장 형성되는 홀 형상의 변형영역(201)을 생성하는 단계일 수 있다.
유리기판(200)에 레이저빔(210)이 조사되면 레이저빔(210)이 조사되는 부분이 변형되어 변형영역(201)이 형성될 수 있는데, 구체적으로 레이저빔(210)이 조사되는 부분은 알파 페이즈(α-phase)에서 베타 페이즈(β-phase)로 바뀔 수 있다.
변형영역(201)에서는 레이저빔에 의한 비선형 광 이온화 메커니즘에 의해 물리적, 화학적 영구적인 구조변형이 일어난다. 레이저빔(210)의 초점이 맺힌 영역은 Si가 풍부한 영역으로 형성되고 치밀화가 이루어지면서 굴절률의 변화 등이 일어난다. 변형영역(201)은 유리기판(200)의 상면에서부터 하면에까지 형성될 수 있다.
변형영역(201)은 유리기판(200)에서 변형되지 않은 영역, 즉, 레이저빔이 조사되지 않은 비변형영역보다 20~300 배 빠르게 알칼리 또는 산성의 화학 용액에 반응하여 에칭될 수 있다. 에칭 속도의 빠르기는 레이저 에너지, 펄스 지속 시간, 반복 속도, 파장, 초점 길이, 스캔 속도, 화학 용액 농도 등 매우 많은 변수로 조절될 수 있다.
레이저빔(210)은 하나의 초점으로 유리기판(200)의 상면에서 하면까지 변형영역(201)의 페이즈를 변화시키는 방법으로 변형영역(201)의 페이즈가 빠짐없이 변화되도록 할 수 있다. 또는 레이저빔(210)은 유리기판(200)의 상면에서 하면까지 연속적으로 초점이 이동되도록 조사되면서 유리기판(200)의 상면에서 하면까지 변형영역(201)의 페이즈가 빠짐없이 변화되도록 할 수도 있다.
관통홀 형성단계(S120)는 유리기판(200)을 에칭 용액(230)에 침지하여 변형영역(201)이 에칭되어 제거되도록 함으로써, 유리기판(200)에 변형영역(201)을 따라 관통홀(202)이 형성되도록 하는 단계일 수 있다.
알파 페이즈와 비교했을 때 베타 페이즈는 100 배 이상의 속도로 화학 식각액에 반응할 수 있다. 따라서, 유리기판(200)에 에칭 용액(230)이 가해지면 베타 페이즈 상태의 변형영역(201)이 빠르게 에칭되어 제거될 수 있으며, 이를 통해, 유리기판(200)에는 변형영역(201)을 따라 관통홀(202)이 형성될 수 있다. 물론, 유리기판(200)에 에칭 용액(230)이 가해지면 비변형영역에서도 변형영역(201)보다는 느리지만 에칭이 이루어질 수 있다. 따라서, 에칭 공정 전의 유리기판(200)의 두께(t1)보다 에칭 공정 후 유리기판(200)의 두께(t2)는 얇아질 수 있다.
본 발명에 따르면, 유리기판(200)에 물리적으로 관통홀을 뚫는 것이 아니라 관통홀을 형성할 부분을 상변화시켜 변형영역으로 형성시키고, 화학적 에칭을 이용하여 변형영역을 제거함으로써 유리기판(200)에 관통홀(202)을 형성하기 때문에, 관통홀(202)의 원주면이 깨끗할 수 있고, 동시에 표면이 매우 매끄러운 박형화된 두께의 유리기판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유리기판(200)에 변형영역(201)을 생성하기 위한 마스크(Mask)를 사용하지 않아도 되는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 유리기판 및 변형영역에서의 식각 속도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 에칭 용액의 농도 및 식각 속도(EV: Etching Velocity)의 관계를 보면, 유리기판(200)의 비변형영역에서는 에칭 용액의 농도가 높을수록 식각 속도가 선형적으로 증가하는 형태의 제1그래프(G1)를 보인다. 반면, 변형영역에서는 제1그래프(G1)와 비교했을 때, 상대적으로, 낮은 농도에서 식각 속도가 크게 증가하지만, 농도가 높아질수록 식각 속도의 증가폭이 작아지는 형태의 제2그래프(G2)를 보인다.
따라서, 상대적으로 농도가 낮은 제1농도(C1)에서 제1그래프(G1)의 식각 속도(EV1) 및 제2그래프(G2)의 식각 속도(EV3)의 제1식각 속도 차이(△EV1)는 제1농도(C1)보다 높은 농도인 제2농도(C2)에서 제1그래프(G1)의 식각 속도(EV2) 및 제2그래프(G2)의 식각 속도(EV4)의 제2식각 속도 차이(△EV2)보다 크게 된다. 다르게 말하면, 제1농도(C1)를 가지는 에칭 용액의 변형영역에서의 식각 속도와 유리기판에서 레이저가 조사되지 않은 비변형영역에서의 식각 속도의 차이는, 제2농도(C2)를 가지는 에칭 용액의 변형영역에서의 식각 속도와 비변형영역에서의 식각 속도의 차이보다 크게 된다. 본 발명은 이러한 식각 속도 특징을 이용하여, 형성하고자 하는 관통홀의 종횡비(AR: Aspect Ratio)에 따라 적절하게 낮은 농도의 에칭 용액 및 높은 농도의 에칭 용액을 선택적으로 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 관통홀(202)의 종횡비(AR)는 관통홀(202)의 지름(b) 및 길이(L) 비율로 나타낼 수 있다(AR=L/b). 종횡비(AR)가 클수록 관통홀(202)은 길이대비 지름이 작아질 수 있다. 즉, 관통홀(202)의 지름은 미세해질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에 의해 관통홀이 형성되는 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다. 도 4는 종횡비가 큰 관통홀을 생성하는 경우, 농도가 낮은 에칭 용액이 사용되는 것으로 하여 설명한다.
생성하고자 하는 관통홀(202)보다 작은 지름의 변형영역(201)이 생성된 후, 식각이 진행되면, 전술한 바와 같이, 낮은 농도의 에칭 용액에서는 변형영역(201)에서의 식각 속도 및 비변형영역에서의 식각 속도의 차이가 상대적으로 크기 때문에, 변형영역(201)에서는 비변형영역에서보다 빠른 식각이 진행될 수 있다. 따라서, 식각 초기에는 변형영역(201)의 축방향으로 빠르게 식각이 이루어지고 변형영역(201)의 반경방향으로는 식각이 느리게 진행되어, 에칭 용액이 먼저 접하게 되는 변형영역(201)의 상부 및 하부로부터 홀(202a)이 형성될 수 있다(도 4의 (a) 및 (b) 참조).
그리고 식각이 점점 진행되면서 변형영역(201)뿐만 아니라, 변형영역(201)의 반경방향으로도 식각이 천천히 진행되어 변형영역(201)의 중간부분을 향해 홀(202a)이 연장 형성되며, 동시에 반경방향으로도 홀(202a)의 지름이 점점 증가하게 된다. 그렇지만, 아직 홀(202a)의 지름(D2)은 생성하고자 하는 관통홀(202)의 지름(D1)보다는 작을 수 있다(도 4의 (c) 참조).
그러다가, 식각이 완료되었을 때 실제로 형성되는 관통홀(202b)은 형성하고자 했던 관통홀(202)과 동일한 지름(D1)으로 형성될 수 있으며, 이를 통해, 원하는 크기의 관통홀을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 위 예시는 종횡비가 큰 관통홀을 생성하는 경우, 농도가 낮은 에칭 용액이 사용되는 것으로 하여 설명된 것이다. 따라서, 종횡비가 작은 관통홀을 생성하는 경우에는 농도가 높은 에칭 용액이 적절하게 사용됨으로써, 원하는 크기의 관통홀이 생성되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도에 따른 관통홀 형성 과정을 설명하기 위한 단면예시도이다. 도 5는 동일한 두께의 유리기판에 동일한 지름의 종횡비가 큰 관통홀을 생성하고자 하는 경우를 예로 설명한다.
먼저, 상대적으로 고농도의 에칭 용액을 이용하는 경우, 도 5의 (a)에서 보는 바와 같이, 변형영역(201)에서의 식각 속도 및 비변형영역에서의 식각 속도의 차이가 상대적으로 작기 때문에, 변형영역(201)에서 빠른 식각이 진행되는 동안 비변형영역에서도 비교적 빠른 식각이 진행될 수 있다.
따라서, 변형영역(201)의 축방향 식각이 완료되기도 전에 반경방향의 식각도 빠르게 진행되어, 식각이 아직 완료되지 않은 상태임에도 불구하고, 식각에 의해 형성되는 홀(202a)의 지름이 실제로 형성하고자 하는 관통홀(202)의 지름(D1)과 동일해져 버리게 된다. 따라서, 이후 변형영역(201)의 축방향 식각이 더 진행되는 동안 반경방향의 식각도 더 진행되게 되므로, 식각이 완료되었을 때는, 실제로 형성되는 관통홀(202c)의 지름(D3)은 형성하고자 했던 관통홀(202)의 지름(D1)보다 커지게 되어, 원하는 관통홀을 얻을 수 없게 된다.
반면, 상대적으로 저농도의 에칭 용액을 이용하는 경우, 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이, 변형영역(201)에서의 식각 속도 및 비변형영역에서의 식각 속도의 차이가 상대적으로 크기 때문에, 변형영역(201)에서 빠른 식각이 진행되는 동안 비변형영역에서는 비교적 느린 식각이 진행될 수 있다.
따라서, 변형영역(201)의 식각이 완료되기 전에는 식각에 의해 형성되는 홀(202a)의 지름(D2)은 형성하고자 하는 관통홀(202)의 지름(D1)보다 작은 상태가 될 수 있다. 그리고 변형영역(201)의 축방향 식각이 더 진행되는 동안 반경방향의 식각도 천천히 진행되어, 식각이 완료되었을 때 실제로 형성되는 관통홀(202b)은 형성하고자 했던 관통홀(202)과 동일한 지름(D1)으로 형성될 수 있어, 원하는 관통홀을 얻을 수 있다.
에칭 용액의 농도가 상대적으로 낮은 경우에는 변형영역 및 비변형영역에서의 식각 속도 차이가 큰데, 종횡비가 큰 관통홀의 정밀한 생성을 위해서는 변형영역에서 단위 시간당 에칭되어야 하는 양이 반경방향에서 단위 시간당 에칭되어야 하는 양보다 커야 한다. 식각 속도는 에칭 용액의 농도에 비례하기 때문에, 관통홀(202)의 종횡비(AR)가 크면 클수록 식각 속도가 느린 낮은 농도의 에칭 용액이 사용됨이 바람직하며, 저농도의 에칭 용액을 사용하여 변형영역 및 비변형영역에서의 식각 속도 차이를 상대적으로 크게 함으로써, 상대적으로 높은 종횡비(AR)의 관통홀을 정밀하게 가공할 수 있다.
그리고, 유리기판(200)의 에칭은 변형영역 및 비변형영역에서 모두 발생하므로, 변형영역의 제1단면적은 형성하고자 하는 관통홀의 제2단면적보다 작게 형성됨이 바람직하다. 다시 말하면, 변형영역의 지름은 형성하고자 하는 관통홀의 지름보다 작게 형성됨이 바람직하다. 변형영역의 제1단면적은 최종적으로 형성하고자 하는 관통홀의 제2단면적의 크기, 종횡비(AR), 에칭 후 도달하고자 하는 유리기판의 두께 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 종횡비의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 식각 속도(EV)가 느릴수록, 즉, 에칭 용액의 농도가 낮을수록 관통홀은 높은 종횡비(AR)로 가공될 수 있음을 알 수 있다. 이는 식각 속도(EV)가 느릴수록 유리기판의 표면과 같은 비변형영역에서의 에칭이 변형영역에서보다 상대적으로 천천히 균일하게 에칭될 수 있기 때문에 기인한다.
반대로, 에칭 용액의 농도가 상대적으로 높아 식각 속도(EV)가 빠를수록 관통홀은 낮은 종횡비(AR)로 가공될 수 있음을 알 수 있다.
즉, 관통홀(202)이 미리 설정된 기준 종횡비 이상의 제1종횡비로 형성되어야 하면, 에칭 용액은 제1농도를 가지는 에칭 용액이 사용되고, 관통홀(202)이 기준 종횡비 미만의 제2종횡비로 형성되어야 하면, 에칭 용액은 제1농도보다 높은 제2농도를 가지는 에칭용액이 사용됨이 바람직하다. 여기서, 기준 종횡비, 제1종횡비, 제2종횡비, 제1농도 및 제2농도는 유리기판(200)의 재질, 유리기판(200)의 두께, 형성하고자 하는 관통홀(202)의 지름, 길이 등을 고려하여 상황에 맞게 적절하게 설정될 수 있으며, 이를 통해, 유리기판에 좀 더 정밀한 종횡비의 관통홀이 형성되도록 할 수 있다.
에칭 용액으로는 불소(HF), 질산(HNO3), 플루오르화수소암모늄(NH4HF2), 황산(H2SO4) 중 하나 이상을 포함하는 에칭 용액이 사용될 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 에칭 용액의 농도, 에칭 용액의 온도 및 식각 속도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 에칭 용액의 농도를 높이거나, 온도를 높임으로써 식각 속도(EV)를 높일 수 있다. 즉, 빠른 식각 속도(EV)가 요구되는 경우에는 고농도 에칭 용액을 사용하거나, 에칭 용액의 온도를 높이는 방법을 사용할 수 있다.
반대로, 에칭 용액의 농도를 낮게 하거나 온도를 낮춤으로써 식각 속도(EV)가 느려지도록 제어할 수 있으며, 이를 통해 다양한 종횡비의 관통홀을 정밀하게 가공할 수 있다.
특히, 에칭 용액이 정해진 경우에는 에칭 용액의 온도를 제어하는 방법으로 식각 속도(EV)를 조절할 수 있다. 에칭 용액이 정해진 경우, 에칭 온도를 낮게 제어하여 식각 속도(EV)가 낮아지도록 함으로써 높은 종횡비(AR)의 미세한 홀 가공을 유리하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법에서 식각 속도 및 에칭 시간에 따른 관통홀의 크기를 설명하기 위한 사진이다.
도 8의 (a)는 에칭 시간은 30분, 식각 속도(EV)는 0.41㎛/분, 에칭 후 유리기판의 두께는 684㎛이고, 도 8의 (b)는 에칭 시간은 30분, 식각 속도(EV)는 1.2㎛/분, 에칭 후 유리기판의 두께는 633㎛이며, 도 8의 (c)는 에칭 시간은 90분, 식각 속도(EV)는 0.43㎛/분, 에칭 후 유리기판의 두께는 663㎛이다.
먼저, 도 8의 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이, 30분의 동일한 에칭 시간을 거쳐, 에칭 후 유리기판의 두께가 각각 684㎛ 및 663㎛로 거의 같게 도달된 경우, 식각 속도(EV)를 작게 함으로써 13.26㎛ 및 13.55㎛의 미세 관통홀(201a)을 형성할 수 있음을 알 수 있다(도 8의 (a) 참조). 반면, 식각 속도(EV)를 크게 하면 34.42㎛ 및 32.51㎛의 상대적으로 큰 관통홀(201b)을 형성할 수 있음을 알 수 있다(도 8의 (b) 참조).
그리고, 도 8의 (a) 및 (c)에서 보는 바와 같이, 식각 속도(EV)가 각각 0.41㎛/분 및 0.43㎛/분으로 거의 같고, 에칭 후 유리기판의 두께가 각각 684㎛ 및 663㎛로 거의 같게 도달된 경우, 에칭 시간을 상대적으로 짧게 함으로써 13.26㎛ 및 13.55㎛ 의 미세 관통홀(201a)을 형성할 수 있음을 알 수 있다(도 8의 (a) 참조). 반면, 에칭 시간을 상대적으로 길게 하면 32.51㎛ 및 33.79㎛의 상대적으로 큰 관통홀(201c)을 형성할 수 있음을 알 수 있다(도 8의 (c) 참조).
본 발명에 따른 유리기판의 관통홀 형성방법은 핸드폰 커버, 인터포저(Interposer), 마이크로 LED 기판 등의 제조에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 유리기판
201: 변형영역
202: 관통홀
210: 레이저빔
230: 에칭 용액
201: 변형영역
202: 관통홀
210: 레이저빔
230: 에칭 용액
Claims (3)
- 에너지 강도가 절단한계(ablation threshold)를 넘지 않는 레이저빔을 유리기판에 조사하여 상기 유리기판의 내부에 상기 유리기판의 두께 방향으로 연장 형성되는 홀 형상의 변형영역을 생성하는 변형영역 생성단계; 그리고
상기 유리기판을 에칭 용액에 침지하여 상기 변형영역이 에칭되어 제거되도록 함으로써, 상기 유리기판에 상기 변형영역을 따라 관통홀이 형성되도록 하는 관통홀 형성단계;를 포함하며,
상기 관통홀이 미리 설정된 기준 종횡비 이상의 제1종횡비로 형성되어야 하면, 상기 에칭 용액은 제1농도를 가지는 에칭 용액이 사용되고,
상기 관통홀이 상기 기준 종횡비 미만의 제2종횡비로 형성되어야 하면, 상기 에칭 용액은 상기 제1농도보다 높은 제2농도를 가지는 에칭 용액이 사용되는 것을 특징으로 하는 유리기판의 관통홀 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 변형영역의 제1단면적은 상기 관통홀의 제2단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 유리기판의 관통홀 형성방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1농도를 가지는 에칭 용액의 상기 변형영역에서의 식각 속도와 상기 유리기판에서 레이저빔이 조사되지 않은 비변형영역에서의 식각 속도의 차이는, 상기 제2농도를 가지는 에칭 용액의 상기 변형영역에서의 식각 속도와 상기 비변형영역에서의 식각 속도의 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 유리기판의 관통홀 형성방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210091757A KR102605271B1 (ko) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 유리기판의 관통홀 형성방법 |
| US17/731,224 US20230017356A1 (en) | 2021-07-13 | 2022-04-27 | Through-glass via-hole formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210091757A KR102605271B1 (ko) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 유리기판의 관통홀 형성방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230011546A true KR20230011546A (ko) | 2023-01-25 |
| KR102605271B1 KR102605271B1 (ko) | 2023-11-27 |
Family
ID=84890397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210091757A KR102605271B1 (ko) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 유리기판의 관통홀 형성방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230017356A1 (ko) |
| KR (1) | KR102605271B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102589865B1 (ko) * | 2023-02-02 | 2023-10-17 | 주식회사 중우나라 | 유리패널 가공방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070034765A (ko) | 2005-09-26 | 2007-03-29 | 삼성전기주식회사 | 다층 인쇄회로기판의 관통홀 형성 방법 |
| KR20130135873A (ko) * | 2010-11-30 | 2013-12-11 | 코닝 인코포레이티드 | 유리 홀의 고밀도 어레이를 형성하는 방법 |
| KR102205333B1 (ko) * | 2019-10-25 | 2021-01-21 | 주식회사 비에스피 | 유리기판의 관통홀 가공방법 |
-
2021
- 2021-07-13 KR KR1020210091757A patent/KR102605271B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-04-27 US US17/731,224 patent/US20230017356A1/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070034765A (ko) | 2005-09-26 | 2007-03-29 | 삼성전기주식회사 | 다층 인쇄회로기판의 관통홀 형성 방법 |
| KR20130135873A (ko) * | 2010-11-30 | 2013-12-11 | 코닝 인코포레이티드 | 유리 홀의 고밀도 어레이를 형성하는 방법 |
| KR102205333B1 (ko) * | 2019-10-25 | 2021-01-21 | 주식회사 비에스피 | 유리기판의 관통홀 가공방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102589865B1 (ko) * | 2023-02-02 | 2023-10-17 | 주식회사 중우나라 | 유리패널 가공방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102605271B1 (ko) | 2023-11-27 |
| US20230017356A1 (en) | 2023-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102356415B1 (ko) | 전자기 방사선과 후속 에칭공정을 이용해 재료 안으로 적어도 하나의 리세스를 도입하기 위한 방법 | |
| KR102205333B1 (ko) | 유리기판의 관통홀 가공방법 | |
| CN103025475B (zh) | 激光加工方法 | |
| US10292275B2 (en) | Method of manufacturing glass substrate that has through hole, method of forming through hole in glass substrate and system for manufacturing glass substrate that has through hole | |
| JP6688010B2 (ja) | 強化した時計部品を製造する方法、時計部品および時計 | |
| KR20210048000A (ko) | 크랙 프리 유리기판 절단 및 박형화 방법 | |
| JP2010155259A (ja) | 溝形成方法 | |
| CN103025474A (zh) | 激光加工方法 | |
| KR20230011546A (ko) | 유리기판의 관통홀 형성방법 | |
| JP4849890B2 (ja) | 貫通孔を有するガラス部品およびその製造方法 | |
| KR101942110B1 (ko) | 레이저 가공방법 | |
| JP2022116133A (ja) | パルスレーザ光を用いた基板の加工、特に分離のための方法 | |
| KR102263329B1 (ko) | 유연 oled 모듈 제조방법 | |
| US11505495B2 (en) | Method for microstructuring a glass substrate by means of laser radiation | |
| CN112071740A (zh) | 一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法 | |
| KR101567731B1 (ko) | 미세 패턴을 형성하기 위한 글라스 에칭 방법 | |
| JP6268137B2 (ja) | 凹型レンズの製造方法 | |
| CN112105984A (zh) | 液晶面板制造方法 | |
| JP2016018838A (ja) | シリコン基板の加工方法 | |
| KR102056791B1 (ko) | 실리카 기판을 이용한 실리콘 패턴 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 디바이스 | |
| JP2006501072A (ja) | 単結晶基板から微細構造物を形成する方法 | |
| TW202337611A (zh) | 有孔之玻璃板之製造方法及玻璃板 | |
| WO2012014711A1 (ja) | レーザ加工方法 | |
| JP2023111336A (ja) | タングステンの貫通加工品を作製するためのタングステンブランクス、及びタングステンブランクスを用いたタングステン貫通加工品の製造方法 | |
| US20040265749A1 (en) | Fabrication of 3d rounded forms with an etching technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |