TW201429597A - 用於雷射鑽孔基板之犧牲覆蓋層及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種藉由鑽孔在基板中形成複數個精密孔(precision hole)之方法,該方法包括以下步驟:將犧牲覆蓋層貼附至該基板之一表面,將雷射束定位在相對於該基板且對應於該等複數個精密孔中之一者之所需位置的預定位置,藉由將雷射束重複脈衝發送至該預定位置來在該犧牲覆蓋層中形成通孔,及將該雷射束脈衝發送至該犧牲覆蓋層中所形成之該通孔中。一種具有精密孔之工件,該工件包括:基板,該基板中形成有精密孔,其中各精密孔之縱軸沿該基板之厚度方向延伸;及犧牲覆蓋層,該犧牲覆蓋層以可分離方式貼附至該基板之一表面,使得該犧牲覆蓋層可降低該等精密孔之不規則性。

Description

用於雷射鑽孔基板之犧牲覆蓋層及其方法 【相關申請案之交叉引用】
本申請案主張2012年11月29日申請之美國臨時專利申請案第61/730,994號;2013年4月25日申請之美國臨時專利申請案第61/815,864號;及2013年4月30日申請之美國臨時專利申請案第61/817,444號之優先權。該等臨時申請案以引用的方式全文併入本文中。
本說明書大體上係關於製造具有成形孔洞之薄基板,且更特定言之,係關於使用犧牲覆蓋層對薄基板進行雷射鑽孔之方法,及用於在基板及犧牲覆蓋層中形成孔洞之工件。
可藉由諸如雷射加工、光加工、直接模製、放電加工及電漿/反應蝕刻之方法在玻璃物件中形成孔洞。該等玻璃物件可用於多種電氣裝置中,該等電氣裝置諸如在矽微晶片與有機基板之間引導電信號之中介片。此外,玻璃物件可用於生命科學應用中,諸如用於數位聚合酶鏈反應(dPCR)儀 器中。
在雷射鑽孔方法中,UV雷射之脈衝被引導至玻璃物件中之預定位置,藉此在玻璃物件中之預定位置形成孔洞。可基於玻璃物件中孔洞之所需深度確定各預定位置處施加之脈衝數。可使用視情況選用之蝕刻過程修改藉由雷射鑽孔形成之孔洞之直徑。在蝕刻過程中,在藉由雷射於玻璃物件中鑽出孔洞後,諸如藉由噴霧或浸漬將蝕刻溶液塗覆至玻璃物件之表面。可基於玻璃物件中孔洞之所需直徑確定曝露時間、溫度、濃度及蝕刻溶液之化學性質。
在玻璃物件中直接進行雷射鑽孔可能產生缺陷,諸如在雷射入射至玻璃物件上之進入孔(entrance hole)處產生微裂紋或「裂縫」。最佳化雷射曝露條件(諸如光束品質、光束焦點、脈衝速率及脈衝能量)可減少進入孔中之缺陷數。然而,現行方法不能產生具有可接受之低缺陷量之小直徑孔洞,當小直徑孔洞相對間隔較遠時尤其如此。在此情形中,進入孔可能更易於破裂,且在蝕刻期間即使圓形度之最微小不規則性亦可能擴大,從而產生具有不可接受之圓形度之孔洞的玻璃物件。
因此,需要用於在玻璃物件(諸如薄玻璃)中形成孔洞之替代性方法,該方法不會引起進入孔破裂,雷射在該等進入孔處入射至玻璃物件上。
在第一態樣中,揭示一種藉由鑽孔在基板中形成複數個精密孔(precision hole)之方法。該方法包括以下步驟:將 犧牲覆蓋層貼附至基板表面;將雷射束定位在相對於基板及對應於該等複數個精密孔中之一者之所需位置的預定位置;藉由將雷射束重複脈衝發送至預定位置來在犧牲覆蓋層中形成通孔;及將雷射束脈衝發送至犧牲覆蓋層中之預定位置處形成之通孔中,藉此產生該等複數個精密孔中之一者,其中藉由該等複數個精密孔中之該一者之所需深度確定施加至基板之脈衝數。
第二態樣包括如第一態樣之方法,其中在基板中形成該等複數個精密孔後移除犧牲覆蓋層。
第三態樣包括如前述態樣中任一項之方法,該方法進一步包含以下步驟:在移除犧牲覆蓋層後蝕刻基板。
第四態樣包括如第一態樣及第二態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:在基板中產生該等複數個精密孔後蝕刻基板。
第五態樣包括如前述態樣中任一項之方法,其中雷射束之波長為約355nm,脈衝持續時間介於約10奈秒與約50奈秒之間,重複頻率介於約1kHz與約150kHz之間,且數值孔徑介於約0.02與約0.4之間。
第六態樣包括如前述態樣中任一項之方法,該方法進一步包含以下步驟:將導電材料塗覆於該等複數個精密孔中之一或多個精密孔。
第七態樣包括如前述態樣中任一項之方法,其中犧牲覆蓋層與基板表面之間的界面實質上不含氣隙。
第八態樣包括如前述態樣中任一項之方法,該方法 進一步包含以下步驟:在貼附步驟之前清潔基板及犧牲覆蓋層。
第九態樣包括如前述態樣中任一項之方法,其中犧牲覆蓋層與基板係藉由直接物理接觸來貼附。
第十態樣包括如前述態樣中任一項之方法,該方法進一步包含以下步驟:在將犧牲玻璃覆蓋層附著至基板表面之前向犧牲玻璃覆蓋層及基板表面中之至少一者塗覆流體。
第十一態樣包括如前述態樣中任一項之方法,其中犧牲覆蓋層係由玻璃製成。
第十二態樣包括如第十一態樣之方法,其中犧牲覆蓋層之厚度為約50μm至約500μm。
第十三態樣包括如第一態樣至第十態樣之方法,其中犧牲覆蓋層係由聚合物製成。
第十四態樣包括如第十三態樣之方法,其中藉由將液體聚合物材料塗覆於基板表面來將犧牲覆蓋層貼附至基板表面。
第十五態樣包括如第十四態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:使液體聚合物材料固化。
第十六態樣包括如第十三態樣至第十五態樣之方法,其中犧牲覆蓋層之厚度小於約100μm。
第十七態樣包括如第十三態樣之方法,其中藉由向基板表面塗覆聚合物膠帶來將犧牲覆蓋層貼附至基板表面。
第十八態樣包括如第十三態樣至第十七態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:藉由向犧牲覆蓋層塗覆溶 劑來自基板表面移除犧牲覆蓋層。
第十九態樣包括如第一態樣至第十二態樣之方法,其中藉由凡得瓦爾力(Van der Waals attraction)將犧牲覆蓋層貼附至基板表面。
第二十態樣包括如第十九態樣之方法,其中由凡得瓦爾力提供之結合能在約30mJ/m2至約100mJ/m2之間。
第二十一態樣包括如前述態樣中任一項之方法,其中犧牲覆蓋層之熱膨脹係數與基板之熱膨脹係數不同。
第二十二態樣包括如第十九態樣至第二十一態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:藉由加熱犧牲覆蓋層及基板使得犧牲覆蓋層與基板分離來自基板表面移除犧牲覆蓋層。
第二十三態樣包括如第十九態樣至第二十二態樣之方法,其中犧牲覆蓋層之厚度為約50μm至約500μm。
第二十四態樣包括如第一態樣至第九態樣之方法,其中犧牲覆蓋層包含薄顏料或基於染料之油墨。
第二十五態樣包括如第二十四態樣之方法,其中藉由噴墨印刷、噴泡印刷、噴塗、旋塗或手工塗覆將犧牲覆蓋層貼附至基板表面。
第二十六態樣包括如第二十四態樣及第二十五態樣之方法,其中犧牲覆蓋層之厚度小於約100μm。
第二十七態樣包括如第二十四態樣至第二十六態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:藉由向犧牲覆蓋層塗覆溶劑來自基板表面移除犧牲覆蓋層。
第二十八態樣包括如前述態樣中任一項之方法,該方法進一步包含以下步驟:在將犧牲覆蓋層貼附至基板後,將犧牲覆蓋層及基板定位於墊圈(carrier ring)中。
第二十九態樣包括如第二十八態樣之方法,其中基板係藉由凡得瓦爾力結合至墊圈。
第三十態樣包括如第二十八態樣及第二十九態樣之方法,該方法進一步包含以下步驟:使基板與墊圈永久地結合。
第三十一態樣係關於具有精密孔之工件。該工件包括:基板,該基板中形成有精密孔,其中各精密孔之縱軸沿基板之厚度方向延伸;及犧牲覆蓋層,該犧牲覆蓋層以可分離方式貼附至基板表面,使得犧牲覆蓋層可降低精密孔之不規則性,其中犧牲覆蓋層包含通孔,各通孔之縱軸與相應精密孔之縱軸對準。
第三十二態樣包括如第三十一態樣之工件,其中犧牲覆蓋層包含玻璃。
第三十三態樣包括如第三十一態樣之工件,其中犧牲覆蓋層包含聚合物。
第三十四態樣包括如第三十一態樣及第三十二態樣之工件,其中犧牲覆蓋層係藉由凡得瓦爾力貼附至基板。
第三十五態樣包括如第三十一態樣之工件,其中犧牲覆蓋層包含薄顏料或基於染料之油墨。
第三十六態樣包括如第三十一態樣至第三十五態樣之工件,其中基板表面不含雷射引起之自該等複數個精密孔 中之一者延伸超過5μm之微裂紋。
第三十七態樣包括如第三十一態樣至第三十五態樣之工件,其中在脈衝發送雷射束後,玻璃物件表面上該等複數個精密孔中之個別精密孔之平均進口直徑為約10μm至約20μm,且在脈衝發送雷射束後,縱向上與表面相對之位置處的該等複數個精密孔中之個別精密孔之平均底部直徑為約5μm至約10μm。
本文中所描述之實施例之其他特徵及優點將闡述於以下實施方式中,且將在某種程度上由熟習此項技術者自實施方式容易地顯而易知或藉由實踐本文中所描述之實施例(包括以下實施方式、申請專利範圍以及隨附圖式)而發現。
應理解,上述一般說明及以下實施方式均描述各種實施例且意欲提供概述或架構以便理解所主張標的之性質及特性。包括隨附圖式以提供對各種實施例之進一步理解且將隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式說明本文中所描述之各種實施例,且與說明一起用於解釋所主張標的之原理及操作。
10‧‧‧組件/雷射鑽孔方法
10'‧‧‧雷射鑽孔方法
50‧‧‧墊圈
51‧‧‧開口
100‧‧‧犧牲覆蓋層
110‧‧‧犧牲覆蓋層之頂面
112‧‧‧犧牲覆蓋層之表面
120‧‧‧通孔
200‧‧‧玻璃物件
200A‧‧‧薄玻璃物件
200B‧‧‧薄玻璃物件
200C‧‧‧薄玻璃物件
205‧‧‧玻璃物件之表面
210‧‧‧孔洞
212‧‧‧玻璃物件之表面
300‧‧‧間隙
400‧‧‧雷射束
500‧‧‧犧牲聚合物覆蓋層
520‧‧‧通孔
dp‧‧‧直徑
dg‧‧‧直徑
第1A圖示意性描述雷射鑽孔方法中使用之組件之側視圖,該雷射鑽孔方法使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲玻璃覆蓋層;第1B圖示意性描述雷射鑽孔方法中使用之玻璃物件之俯視圖,該雷射鑽孔方法使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲玻璃覆蓋層; 第2A圖示意性描述根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲覆蓋層、玻璃物件及墊圈之分解透視圖;第2B圖示意性描述根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之雷射加工玻璃物件及墊圈之分解透視圖;第2C圖示意性描述根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲覆蓋層、複數個堆疊玻璃物件及墊圈之分解透視圖;第3圖示意性描述根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲覆蓋層之分解透視圖,該犧牲覆蓋層之熱膨脹係數與玻璃物件之熱膨脹係數不同;第4圖示意性描述使用犧牲聚合物覆蓋層之雷射鑽孔方法中所用組件之側視圖;第5A圖為玻璃物件中藉由直接鑽孔製造之孔洞直徑之直方圖;第5B圖為玻璃物件中藉由直接鑽孔製造之孔洞圓度之直方圖;第5C圖為玻璃物件中根據本文中所展示及描述之一或多個實施例製造之孔洞直徑之直方圖;第5D圖為玻璃物件中根據本文中所展示及描述之一或多個實施例製造之孔洞圓度之直方圖;第6A圖為第20圖中展示之玻璃物件中孔洞直徑之直方圖,該孔洞係使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲聚合物覆蓋層製造;第6B圖為第20圖中展示之玻璃物件中孔洞圓度之 直方圖,該孔洞係使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲聚合物覆蓋層製造;第7A圖為玻璃物件中孔洞直徑之直方圖,該孔洞係使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層製造;第7B圖為玻璃物件中孔洞圓度之直方圖,該孔洞係使用根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層製造;第8A及8B圖展示蝕刻前及蝕刻後500μm厚的玻璃之俯視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成且不使用犧牲覆蓋層;第8C及8D圖展示蝕刻前及蝕刻後500μm厚的玻璃之底視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成且不使用犧牲覆蓋層;第9A及9B圖分別展示蝕刻前及蝕刻後300μm厚的玻璃之側視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成且不使用犧牲覆蓋層;第10A及10B圖分別展示蝕刻前及蝕刻後300μm厚的玻璃之側視圖,其中孔洞係藉由皮秒脈衝雷射形成且不使用犧牲覆蓋層;第11圖展示蝕刻後700μm厚的玻璃之俯視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成且不使用犧牲覆蓋層;第12圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射以100μm及200μm間距形成,其中 不使用犧牲覆蓋層;第13圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射以300μm及400μm間距形成,其中不使用犧牲覆蓋層;第14圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃之俯視圖,其中間距為250μm之孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,其中不使用犧牲覆蓋層;第15圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔洞間距在250μm與340μm之間的30μm孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,其中不使用犧牲覆蓋層;第16圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成且孔洞間距為250μm且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用犧牲覆蓋層;第17圖展示蝕刻後玻璃之側視圖,其中盲孔係藉由奈秒脈衝雷射形成且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用犧牲覆蓋層;第18圖展示蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔洞係使用犧牲玻璃覆蓋層形成且在玻璃與根據本文中所展示及描述之一或多個實施例之犧牲覆蓋層之間使用空氣、水或植物油;第19圖展示蝕刻前玻璃之俯視圖,其中孔洞係在不同焦點位置處形成,其中上圖展示不使用犧牲覆蓋層之蝕刻後玻璃,且下圖展示根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用犧牲玻璃覆蓋層之蝕刻後玻璃;第20圖展示蝕刻前及蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔 洞間距在250μm與350μm之間的30μm孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層;第21圖展示蝕刻後玻璃之俯視圖,其中25μm直徑、200μm深度的孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層;第22圖展示蝕刻後玻璃之俯視圖,其中25μm直徑的孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用不同厚度之犧牲聚合物覆蓋層;第23圖展示蝕刻後玻璃之俯視圖,其中具有不同孔洞間距之50μm直徑的孔洞係藉由奈秒脈衝雷射形成,且根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層;第24圖展示蝕刻後玻璃之俯視圖,其中孔洞係在不同焦點位置處形成,其中上圖展示不使用犧牲覆蓋層之蝕刻後玻璃,且下圖展示根據本文中所展示及描述之一或多個實施例使用50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層之蝕刻後玻璃;第25圖展示蝕刻後玻璃之俯(左)視圖及底(右)視圖,其中根據本文中所展示及描述之一或多個實施例,在蝕刻過程期間保持犧牲聚合物層位於頂面上;第26圖展示蝕刻後玻璃之俯(左)視圖及底(右)視圖,其中根據本文中所展示及描述之一或多個實施例,在蝕刻過程期間保持犧牲聚合物層位於頂面上; 第27A及27B圖展示玻璃基板之俯視圖及底視圖,其中根據本文中所展示及描述之一或多個實施例,在鑽孔過程期間分別使用黑色顏料及白色顏料犧牲覆蓋層;第28A及28B圖展示根據本文中所展示及描述之一或多個實施例,分別使用直接鑽孔及使用顏料犧牲覆蓋層進行鑽孔之玻璃基板中所鑽孔洞之俯視圖;第29A圖展示蝕刻前玻璃基板之俯視圖,其中已移除顏料犧牲覆蓋層;及第29B圖展示蝕刻後玻璃基板之俯視圖,其中已移除顏料犧牲覆蓋層。
現將詳細參考本揭示案之實施例,該等實施例之實例說明於隨附圖式中。在任何可能的情況下,圖式中始終使用相同元件符號表示相同或類似部件。本揭示案之方法中使用之組件的一個實施例展示於第1A圖中,且通常始終由元件符號10表示。組件通常可包括由玻璃或聚合物材料製成之犧牲覆蓋層,該犧牲覆蓋層以可分離方式附著至基板(諸如玻璃物件)表面。可將雷射束引導至犧牲覆蓋層表面上之預定位置,且雷射束可在犧牲覆蓋層中之預定位置形成通孔。接著可引導雷射束穿過犧牲覆蓋層中形成之開孔且可在玻璃物件中形成精密孔。接著可將犧牲覆蓋層與玻璃物件分離。如下文詳細描述,犧牲覆蓋層可防止精密孔周圍形成因雷射產生之微裂紋及缺陷,藉此改良蝕刻過程後精密孔之圓度(circularity)。
現參考第1A圖,本文中描述用於進行根據實施例之雷射鑽孔方法之雷射鑽孔方法10中使用之組件。雷射鑽孔方法10之組件通常包括基板(諸如玻璃物件200)、呈例如犧牲覆蓋層100形式之犧牲覆蓋層及雷射束400。下文參考第4、6A、6B及19-25圖描述呈聚合物材料形式之犧牲覆蓋層,且下文參考第7A、7B及27A-29B圖描述呈顏料及基於染料之油墨形式之犧牲覆蓋層。
在第1A圖中展示之實施例中,犧牲覆蓋層100與玻璃物件200可以可分離方式附著。玻璃物件200之組成及尺寸不受特定限制且係基於玻璃物件200之所需最終用途而選擇。玻璃物件可為例如由Corning,Inc.製造之Eagle XG玻璃或Code 2318玻璃或該等玻璃之類似物。此外,玻璃物件200可呈具有4吋、6吋、8吋或12吋直徑之晶圓形狀。或者,玻璃物件200可呈具有任何適用於該玻璃物件之最終用途之尺寸的薄片形式。玻璃物件之厚度亦可視玻璃物件之最終用途而變化。舉例而言,玻璃物件之厚度可為約30μm至約1000μm、約50μm至約700μm、約150μm至約600μm或約300μm。儘管第1A圖描述矩形玻璃物件,但應理解,本文中揭示之方法中可使用任何形狀及尺寸之玻璃物件。
犧牲覆蓋層100之組成可為任何對雷射鑽孔敏感的組成。因此,犧牲覆蓋層100之組成可與玻璃物件200之組成相同或不同。作為實例且非限制地,犧牲覆蓋層100可與玻璃物件200具有相同組成及尺寸。犧牲覆蓋層100之厚度不受特定限制。然而,在犧牲覆蓋層100中形成通孔所需之 雷射脈衝數目隨犧牲覆蓋層100之厚度增加而增加,因此較厚犧牲覆蓋層可增加加工時間。又,若犧牲覆蓋層100過薄,則難以在犧牲覆蓋層不破碎成許多片之情況下分離犧牲覆蓋層100。犧牲覆蓋層100之例示性厚度可為約30μm至約700μm,諸如約50μm至約500μm、約150μm至約400μm或約300μm。犧牲覆蓋層之厚度可視犧牲覆蓋層之組成而變化。犧牲覆蓋層100可具有任何尺寸,限制條件為該犧牲覆蓋層覆蓋玻璃物件中將形成孔洞之位置。因此,犧牲覆蓋層100可與玻璃物件200具有相同尺寸。
玻璃物件200可經由直接物理接觸或藉由流體附著而以可分離方式附著至犧牲覆蓋層100。在一些實施例中,在犧牲覆蓋層100經由直接物理接觸而以可分離方式耦接至玻璃物件200時,犧牲覆蓋層100之表面112可藉由離子結合、共價結合及/或凡得瓦爾力而以分子學方式結合至玻璃物件200之表面212。與其他耦接方法相比,使犧牲覆蓋層100與玻璃物件200以分子學方式結合可提供高度均勻之結合,且可產生具有較高品質之孔洞(例如碎片減少及具有良好定義之圓度之孔洞)。
在實施例中,犧牲覆蓋層100之表面112及玻璃物件200之表面212均可為光滑的、具有低粒子計數且實質上不含有機物或其他物質。由分子鍵提供之結合能(諸如凡得瓦爾力)應足以保持犧牲覆蓋層100與玻璃物件200在雷射鑽孔過程中始終呈耦接關係。作為實例且非限制地,結合能可介於約30mJ/m2與約100mJ/m2之間以保持犧牲覆蓋層100 與玻璃物件200在雷射鑽孔過程期間呈耦接關係。表面112、212可為光滑的以使得能夠在雷射鑽孔過程中始終保持分子結合。作為實例且非限制地,犧牲覆蓋層100之表面112及玻璃物件200之表面212可具有在熔融-拉伸玻璃基板(fusion-drawn glass substrate)(諸如Corning EAGLE XG®)中可見之表面平滑度。應理解,可使用其他玻璃基板。
可在彼此附著之前清潔犧牲覆蓋層100及玻璃物件200之表面以使犧牲覆蓋層100與玻璃物件200之間的任何間隙最小化。在實施例中,表面112、212應實質上不含直徑為約1μm或1μm以上之粒子。可使用任何已知或尚待研發之清潔方法。非限制性清潔方法包括RCA標準清潔1(「SC1」)、RCA標準清潔2(「SC2」)、SC1加SC2及稀HF,該等方法通常用於半導體工業中。
如上所述,可藉由流體附著來提供犧牲覆蓋層100與玻璃物件200之間的附著。例示性流體附著可包括以下步驟:在玻璃物件200及犧牲覆蓋層100中之一者或兩者上塗覆薄的水層或油層,及藉由範德瓦爾斯相互作用使玻璃物件200附著至犧牲覆蓋層100。用於使玻璃物件200與犧牲覆蓋層100彼此附著之油不受特定限制且可包括來自Cargille Laboratories之光學指數匹配流體、植物油、菜籽油、花生油或該等油之類似物。
再參考第1A圖,犧牲覆蓋層100與玻璃物件200之間可存在間隙300。應理解,出於說明性目的而放大第1A圖中的間隙300之厚度,且間隙300(若存在)之厚度不受第 1A圖中描述之間隙300限制。間隙可為較薄的,諸如小於50μm,或甚至小於10μm,諸如小於1μm。間隙300可為當玻璃物件200與犧牲覆蓋層100藉由直接物理接觸附著時形成之氣隙。在犧牲覆蓋層100以分子學方式結合至玻璃物件200之實施例中,可能實質上不存在間隙300。或者,當玻璃物件200與犧牲覆蓋層100經由流體附著而附著時,可用油或其他提供附著之流體填充間隙300。
現參考第2A及2B圖,在一些實施例中,耦接之犧牲覆蓋層100與玻璃物件200可附著至墊圈50或安置於該墊圈中,以便在雷射通孔加工之前、在雷射通孔加工期間及在雷射通孔加工之後在玻璃物件200(及犧牲覆蓋層100)周圍提供增強之支撐。第2A圖描述犧牲覆蓋層100、玻璃物件200及墊圈50之分解圖,而第2B圖描述在雷射加工及移除犧牲覆蓋層100後玻璃物件200及墊圈50之分解圖。墊圈50可在雷射鑽孔、穿孔填充、測試及裝運期間提供額外剛性。
通常,可由玻璃製成之墊圈50例如包含界定開口51之環。開口51在雷射加工期間以及在後續加工步驟(例如蝕刻)期間提供對玻璃物件200之兩個表面之近接。開口51亦在金屬化過程(亦即用導電材料填充穿孔之過程)後,在玻璃物件200之測試期間提供對玻璃物件200之兩個表面之近接。墊圈50之厚度應使得該墊圈對由犧牲覆蓋層100及玻璃物件200界定之工件提供足夠剛性。在一個非限制性實例中,墊圈50之厚度為約0.7mm。應理解,可使用其他墊圈厚度。
玻璃物件200可藉由任何適當手段附著至墊圈50。在實施例中,如上文所描述,玻璃物件200可藉由黏著劑或藉由凡得瓦爾力黏著至墊圈50。在一些實施例中,可能需要提供墊圈50與玻璃物件200之間的永久結合。舉例而言,可以可移除方式將玻璃物件200與墊圈50耦接(例如藉由凡得瓦爾力)且接著加熱至能夠使玻璃物件200與墊圈50永久結合之溫度。作為實例且非限制地,墊圈50可在後續分離過程期間與玻璃物件200分離。
尤其在薄玻璃物件(例如小於100μm)情況下,墊圈50可提供更好的玻璃物件操作。作為實例,可自玻璃物件200移除犧牲覆蓋層100同時使玻璃物件200仍附著至墊圈50,使得可將玻璃物件-墊圈總成裝運至目的地(例如客戶或後續製造加工位置),從而增強裝運期間之可靠性。可在玻璃物件200附著至墊圈50時對該玻璃物件進行其他加工步驟。作為實例且非限制地,可在玻璃物件200仍附著至墊圈50時將導電材料填充至雷射鑽出之通孔中以提供穿孔。
現參考第2C圖,可將若干個薄玻璃物件200A、200B及200C(或基板)以堆疊、疊層配置形式結合在一起,以便增加輸送量及藉由同時雷射加工一個以上玻璃物件來降低製造成本。第2C圖示意性描述附著至三個玻璃物件200A-200C之堆疊之犧牲覆蓋層100之分解圖,該堆疊附著至墊圈50。堆疊(亦即疊層)之玻璃物件200A-200C可藉由上述方法(例如流體附著、由凡得瓦爾力進行之分子結合及該等方法之類似方法)結合。應理解,可提供超過或少於三個堆疊之玻璃 物件200A-200C。應理解,在實施例中,可在不使用墊圈50情況下將若干玻璃物件以疊層設置配置。如上所述,犧牲覆蓋層100與玻璃物件200A-200C可設置成相同部件(亦即該犧牲覆蓋層與該等玻璃物件可具有相同組成及尺寸)。
可基於玻璃物件之所需用途而在形成孔洞之前確定待在玻璃物件200中形成之孔洞之所需位置或圖案。參考第1A圖,雷射束400可經定位以入射至犧牲覆蓋層100之頂面110。雷射束400可定位於犧牲覆蓋層100頂面上與玻璃物件200中之孔洞之預定位置對應的位置。
雷射束400可為任何具有能夠在犧牲覆蓋層100及玻璃物件200中鑽孔之光學性質的雷射束。在一個實施例中,雷射束400可為紫外線(UV)雷射束,該紫外線雷射束為三倍頻率的經釹摻雜之釩酸釔(yttrium orthovanadate)(Nd:YVO4)雷射,該雷射在約355nm波長下發射。雷射束可經由非線性吸收機制與玻璃相互作用,使玻璃材料氣化且產生電漿,該電漿使材料自玻璃射出,藉此形成孔洞。儘管上文描述Nd:YVO4雷射,但應認識到,可使用任何能夠在犧牲覆蓋層中形成通孔之雷射。入射至犧牲覆蓋層100上之雷射束400之數值孔徑可介於0.01與0.5之間,諸如介於0.02與0.4之間、介於0.05與0.3之間、介於0.06與0.2之間且較佳為0.07。雷射束相對於犧牲覆蓋層頂面之焦點可在頂面之約200μm內,諸如在頂面之約100μm內或在頂面之約50μm內。
參考第1A圖,可在預定位置脈衝發送雷射束400 以在犧牲覆蓋層100中形成通孔120。脈衝持續時間可為約10奈秒至約40奈秒,或約25奈秒至約35奈秒,或約30奈秒。脈衝之重複頻率可介於1kHz與150kHz之間,諸如介於1kHz與75kHz之間,或介於1kHz與15kHz之間。在犧牲覆蓋層100中形成通孔所需之脈衝數將視犧牲覆蓋層100之厚度而變化。對於許多玻璃類型,每個雷射脈衝可形成約0.75μm孔洞深度。因此,在300μm厚的玻璃中形成通孔可能需要約400個脈衝,在400μm厚的玻璃中形成通孔可能需要約675個脈衝,且在700μm厚的玻璃中形成通孔可能需要約950個脈衝。可脈衝發送在犧牲覆蓋層100中形成通孔所需之任何次數之雷射束。
可將雷射束400脈衝發送至犧牲覆蓋層中之通孔120中,藉此使玻璃物件200在預定位置處曝露於雷射束,其中犧牲覆蓋層中之通孔120係在該預定位置處形成。可將雷射束400以任何次數脈衝發送至通孔中以在玻璃物件中形成孔洞210。儘管第1A圖描述盲孔210(例如不完全延伸穿過玻璃物件之孔洞),但應理解,玻璃物件中孔洞210之深度視施用於玻璃物件之脈衝數而定且不受限制。舉例而言,玻璃物件200中之孔洞可為通孔,或可為具有任何所需深度之盲孔。
第1B圖為自玻璃物件移除犧牲覆蓋層之前犧牲覆蓋層100之俯視圖,該犧牲覆蓋層中已鑽出多個精密孔。通孔120可藉由將雷射束400(第1A圖中展示)脈衝發送至犧牲覆蓋層100之表面110來形成。通孔120可貫穿犧牲覆蓋 層100且該等通孔之縱軸可與玻璃物件中形成之孔洞210之縱軸對準(第1A圖中展示)。
在實施例中,可藉由上述方法產生犧牲覆蓋層中之多個通孔及玻璃物件中之多個孔洞。雷射可定位於一個預定位置且在該預定位置處形成犧牲覆蓋層中之通孔及玻璃物件中之孔洞,隨後將雷射置放於不同的預定位置。或者,雷射可首先在多個預定位置形成犧牲覆蓋層中之通孔,且接著返回至犧牲覆蓋層中通孔之位置以形成玻璃物件中之孔洞。
可在形成玻璃物件中之孔洞後移除犧牲覆蓋層。可藉由任何適合方法移除犧牲覆蓋層,該適合方法諸如撬開或物理上分離犧牲覆蓋層與玻璃物件,或塗覆溶劑以移除任何用於使犧牲覆蓋層附著至玻璃物件之流體。
在一些實施例中,可選擇犧牲覆蓋層100之材料使得該犧牲覆蓋層之熱膨脹係數與玻璃物件200之熱膨脹係數不同。若犧牲覆蓋層100之熱膨脹係數與玻璃物件200不同,則該兩個組件在加熱時將以不同速率膨脹,從而有助於在不造成損害之情況下移除犧牲覆蓋層100。現參考第3圖,所選擇用於犧牲覆蓋層100之材料之熱膨脹係數大於玻璃物件200之熱膨脹係數。犧牲覆蓋層100之分離描述於上文中。舉例而言,在實施例中,藉由加熱犧牲覆蓋層100及玻璃物件200使得犧牲覆蓋層100以大於玻璃物件200之速率膨脹來幫助玻璃物件200。接著可將犧牲覆蓋層100自玻璃物件200拉開。
在實施例中,犧牲覆蓋層亦可由聚合物材料而非玻 璃製成。因此,可在玻璃物件表面上塗覆薄的聚合物塗層或層。現參考第4圖,本文中描述用於進行根據犧牲聚合物覆蓋層實施例之雷射鑽孔方法之雷射鑽孔方法10'中使用的組件。雷射鑽孔方法10'(該方法與第1A圖中描述及上文描述之方法10具有相似性)之組件通常包括玻璃物件200、呈犧牲聚合物覆蓋層500形式之犧牲覆蓋層及雷射束400。上文描述之犧牲覆蓋層100可由任何適合材料形成,該適合材料諸如玻璃、塑膠、熱塑性材料、彈性體或該等材料之類似物。在上文描述之一些實施例中,犧牲覆蓋層可為犧牲玻璃覆蓋層100。
通常,犧牲聚合物覆蓋層500可比上述犧牲玻璃覆蓋層100更薄。舉例而言,在實施例中,犧牲聚合物覆蓋層500之厚度可小於約50μm。犧牲覆蓋層之厚度減小亦可減少鑽孔時間。此外,由於犧牲聚合物覆蓋層500可以液體形式塗覆至玻璃物件200之表面,因此可使玻璃物件200與犧牲聚合物覆蓋層500之間的氣隙最小化或消除(亦即實質上不含間隙)。如下文更詳細描述,可藉由溶劑、蒸汽法、剝離及其他方法容易地移除犧牲聚合物覆蓋層500。
玻璃物件200之組成及尺寸可如上文所描述、不受特定限制且基於玻璃物件200之所需最終用途來選擇。玻璃物件可為例如由Corning,Inc.製造之Eagle XG玻璃或Code 2318玻璃或該等玻璃之類似物。另外,玻璃物件200可呈具有4吋、6吋、8吋或12吋直徑之晶圓形狀。或者,玻璃物件200可呈具有任何適用於該玻璃物件之最終用途之尺寸的 薄片形式。玻璃物件之厚度亦可視該玻璃物件之最終用途而變化。舉例而言,玻璃物件之厚度可為約30μm至約1000μm、約50μm至約700μm、約150μm至約600μm或為約300μm。儘管第4圖描述矩形玻璃物件,但應理解,本文中揭示之方法中可使用任何形狀及尺寸之玻璃物件。
在玻璃物件200之表面205上塗覆犧牲聚合物覆蓋層500使得該玻璃物件之表面與該犧牲聚合物覆蓋層之間的間隙最小化或消除。犧牲聚合物覆蓋層500可由使得雷射束在雷射束所削磨之狹窄通道內光導或限制的任何材料製成。犧牲聚合物覆蓋層可為任何可在實質上無氣隙情況下塗覆至玻璃物件之表面205、可在雷射束之波長(例如355nm)下削磨且可自玻璃物件200之表面205移除而無實質殘餘的材料。在一些實施例中,犧牲聚合物覆蓋層500之折射率實質上等於玻璃物件200之折射率。在其他實施例中,犧牲聚合物覆蓋層500之折射率與玻璃物件200之折射率不同。
在實施例中,聚合物材料可以液體形式塗覆至玻璃物件200之表面205且接著進行固化(例如藉由UV固化、熱處理或乾燥)。以液體形式塗覆聚合物材料可使例如犧牲聚合物覆蓋層500與玻璃物件200之間的氣隙最小化或消除。液體聚合物材料可藉由任何適當方法塗覆,該適當方法包括(但不限於)網版印刷、狹縫塗佈或旋塗方法。通常,本文中所描述之犧牲聚合物覆蓋層500之厚度均勻性小於10μm。然而,應理解實施例不限於此。
在實施例中,可使用UV可固化光學結合劑作為犧 牲聚合物覆蓋層500之材料。作為實例且非限制地,可使用由Summers Optical of Hatfield,PA製造之P-92型Lens Bond作為犧牲聚合物覆蓋層500。可使用其他UV可固化聚合物材料,且本文中所描述之實施例不限於任何特定聚合物材料調配物。應注意,亦評估由Heerlen,the Netherlands之DSM製造之DSM 950-076且證實該材料為可有效用作犧牲聚合物覆蓋層500之聚合物材料。可藉由曝露於UV光來固化UV可固化材料,從而在玻璃物件200之表面205上形成犧牲聚合物覆蓋層500。
亦可使用其他形式之聚合物材料。舉例而言,犧牲聚合物覆蓋層500可以黏著至玻璃物件205之表面205之聚合物膠帶、薄膜或層合物形式塗覆。其他聚合物材料可包括(但不限於)由Greenock,Scotland,UK之British Polythene Industries,Ltd.製造之Visqueen;由Chungbuk,South Korea之Seil Hi-Tec Co.Ltd.製造之ANT35膠帶;由Tokyo,Japan之Lintec Corporation製造之D-611H膠帶;及由Osaka,Japan之Nitto Denko製造之SPV-AM-500膠帶。已評估以上提及之材料且證實該等材料可抑制所測試之玻璃物件200之表面205上之進入孔中的初始微裂紋及碎裂。應理解,亦可使用其他材料。進入孔為玻璃物件200之表面205上之雷射鑽孔區域。
參考第4圖,雷射束400可為任何具有能夠在犧牲聚合物覆蓋層500及玻璃物件200中鑽孔之光學性質的雷射束。舉例而言,雷射束400可如上文關於第1A圖及犧牲覆蓋 層100所描述來經設置。如上文所描述,雷射束可經由非線性吸收機制與聚合物材料及玻璃相互作用,使聚合物材料及玻璃材料相繼氣化且產生電漿,該電漿自玻璃射出材料,藉此形成孔洞。入射至犧牲聚合物覆蓋層500上之雷射束400之數值孔徑可介於0.01與0.5之間,諸如介於0.02及0.4之間、介於0.05與0.3之間、介於0.06與0.2之間且較佳為0.07。
與上文參考第1A圖描述之雷射鑽孔方法10類似,可在預定位置脈衝發送雷射束400以在犧牲聚合物覆蓋層500中形成具有直徑dp之通孔120。脈衝持續時間可為約10奈秒至約50奈秒,或約25奈秒至約35奈秒,或約30奈秒。脈衝之重複頻率可介於1kHz與150kHz之間,諸如介於1kHz與75kHz之間,或介於1kHz與15kHz之間。在犧牲聚合物覆蓋層500中形成通孔所需之脈衝數將視犧牲聚合物覆蓋層500之厚度及所選材料之類型而變化。作為實例且非限制地,使用符合以上規範之355nm脈衝雷射且在50-150μJ脈衝能量下在由P92型Lens Bond製成之50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層中鑽孔需要約20個雷射脈衝。
可將雷射束400脈衝發送至犧牲聚合物覆蓋層500中之通孔520中,藉此使玻璃物件200在預定位置處曝露於雷射束,犧牲聚合物覆蓋層500中之通孔120係在該預定位置處形成。可將雷射束400以任何次數脈衝發送至通孔中以在玻璃物件中形成具有直徑dg之孔洞210。在實施例中,直徑dp實質上等於直徑dg。在其他實施例中,直徑dp大於直徑dg。作為實例且非限制地,直徑dp可小於直徑dg之兩倍。儘 管第4圖描述盲孔210(例如不完全延伸穿過玻璃物件200之孔洞),但應理解,玻璃物件200中孔洞210之深度視施用於玻璃物件200之脈衝數而定且不受限制。舉例而言,玻璃物件200中之孔洞210可為通孔,或可為具有任何所需深度之盲孔。
可在蝕刻過程(下文中描述)之前或之後自玻璃物件200移除犧牲聚合物覆蓋層500,該蝕刻過程係用於蝕刻玻璃物件200以使雷射鑽孔210進一步成形。可藉由任何適當手段移除犧牲聚合物覆蓋層500。舉例而言,可將犧牲聚合物覆蓋層500及玻璃物件置放於熱水浴(例如約80℃至約100℃或其他溫度)中且浸泡一段時間,或在密閉容器中經蒸汽處理。接著可容易地將犧牲聚合物覆蓋層500自玻璃物件200之表面205剝離。亦可藉由將犧牲聚合物覆蓋層500及玻璃物件200浸泡於溶劑(諸如N-甲基-2-吡咯啶酮)中來移除犧牲聚合物覆蓋層500,該溶劑可有助於犧牲聚合物覆蓋層500自表面205釋放。在其他實施例中,可在不施用溶劑或蒸汽情況下自玻璃物件200之表面205剝離犧牲聚合物覆蓋層500。
在實施例中,犧牲覆蓋層可為薄顏料或基於染料之油墨塗層。可藉由諸如噴墨印刷、噴泡印刷、噴塗、旋塗或手工塗覆(諸如用刷子或標示器)之方法容易地塗覆包含薄顏料或基於染料之油墨的犧牲覆蓋層。包含薄顏料或基於染料之油墨的犧牲覆蓋層亦可以薄層形式塗覆。在實施例中,薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層之厚度可小於或等於約 10μm,諸如小於或等於約8μm。在其他實施例中,薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層之厚度可小於或等於約6μm,諸如小於或等於約5μm。薄顏料或基於染料之油墨不受特定限制,且根據實施例可使用任何市售染料或油墨。舉例而言,薄顏料或基於染料之油墨可為油漆、瓷漆、水溶性染料或顏料、油溶性染料或顏料、基於蠟之染料或顏料或該等物質之類似物。在一些實施例中,薄顏料或基於染料之油墨可為CRAYOLA Tempura油漆、EXPO乾擦式標記、SHARPIE永久性標記、CRAYOLA可洗式標記、CARTER永久性標記、KRYLON韌性塗層(tough-coat)丙烯酸瓷漆、光阻劑或該等物質之類似物。可利用任何可改變物件表面上之雷射能量的塗層或層。
在使用薄顏料或基於染料之油墨的實施例中,當使用犧牲玻璃覆蓋層或犧牲聚合物覆蓋層時,雷射鑽孔過程可與上述雷射鑽孔過程相同或實質上相同。舉例而言,在實施例中,可將薄顏料或基於染料之油墨塗覆於例如基板(諸如玻璃物件)之一或多個表面上(舉例而言,在第1A圖中,薄顏料或基於染料之油墨犧牲層可代替犧牲層100)。接著可將雷射集中於上面塗覆有薄顏料或基於染料之油墨之基板的表面。可藉由雷射(諸如藉由如以上實施例中所描述脈衝發送雷射)在薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層中鑽出通孔。穿過在薄顏料或基於染料之油墨層中形成之通孔繼續進行雷射鑽孔且到達基板表面,藉此在基板中形成通孔或盲孔。
在實施例中,當雷射鑽孔完成時,可藉由任何適合 方法自基板移除薄顏料或基於染料之油墨層。舉例而言,在一些實施例中,可藉由將經塗佈之基板置放於溫水(諸如約75℃至約110℃(諸如約80℃至約100℃)之水)中來移除薄顏料或基於染料之油墨。在其他實施例中,用溶劑(諸如異丙醇(IPA))擦拭基板表面以移除薄顏料或基於染料之油墨層。
可在移除犧牲覆蓋層後對玻璃物件進行蝕刻過程以使雷射鑽孔進一步成形。蝕刻過程不受特定限制且可包括酸蝕刻。蝕刻溶液可包括氫氟酸、硝酸及乙酸中之至少一種。若使用鹼溶液,則溶液可包括KOH、NH4OH及氫氧化四甲基銨(TMAH)中之一或多者。或者或另外,溶液可包括添加劑,諸如異丙醇、過氧化氫或臭氧去離子水。在實施例中,蝕刻溶液可包括氫氟酸與硝酸之混合物,該混合物包括約10%至約30% HF及約5%至約15% HNO3,諸如約20% HF及約10% HNO3。通常,蝕刻劑之玻璃移除速率可為約2μm/min至約20μm/min,諸如約3μm/min至約15μm/min,或約5μm/min至約10μm/min。蝕刻可為各向同性且可擴大玻璃物件中形成之孔洞之直徑以及降低玻璃物件之厚度。可藉由包括(但不限於)以下步驟之塗覆方法來塗覆蝕刻溶液:噴霧至玻璃物件上,或可將玻璃物件浸沒於蝕刻溶液中。蝕刻過程之持續時間不受限制且可基於蝕刻溶液之蝕刻速率及玻璃物件中孔洞之所需直徑確定。
在一些實施例中,可在蝕刻過程後移除犧牲聚合物覆蓋層500,使得該犧牲聚合物覆蓋層充當保護玻璃物件200 之表面205避免蝕刻之遮罩。因此,犧牲聚合物覆蓋層500可減少或消除玻璃物件200在蝕刻過程期間之薄化,但仍允許蝕刻過程將孔洞之直徑擴大至所需尺寸。在實施例中,選擇用於犧牲聚合物覆蓋層500之聚合物材料可對蝕刻溶液(例如HF)具有抗性。在其他實施例中,選擇用於犧牲聚合物覆蓋層500之聚合物材料可能對蝕刻溶液不具有高度抗性,但仍可在較短蝕刻持續時間期間提供遮罩功能。因此,聚合物材料可或可不調配成對蝕刻溶液具有抗性。第25圖描述蝕刻過程後玻璃物件(其中P-92型Lens Bond犧牲聚合物覆蓋層留存於雷射進入表面(亦即頂面)上)之頂面(左)及底面(右)之照片。在獲取照片之前移除P-92型Lens Bond。P-92型Lens Bond對HF不具有高度抗性,但在蝕刻過程後保留於玻璃物件表面上。第26圖描述蝕刻過程後玻璃物件(其中HF抗性犧牲聚合物覆蓋層留存於雷射進入表面上)之頂面(左)及底面(右)之照片。
亦可將聚合物材料塗覆至與玻璃物件200之雷射進入表面205相對的第二表面以在蝕刻過程期間遮蔽玻璃物件200之兩個表面,藉此進一步防止玻璃物件200之薄化。
可將內部形成有精密孔之玻璃物件用作中介裝置以在微晶片與有機基板之間引導電信號、使間距密集之晶片與下方間距較寬之層之間的電連接成扇形展開、以二維或三維封裝架構連接多個矽晶片及用於其他應用。因此,在一些實施例中,可在金屬化過程期間用導電材料填充精密孔以在精密孔內形成導電穿孔。在實施例中,可在金屬化過程期間保 留犧牲聚合物覆蓋層500,使得該犧牲聚合物覆蓋層可保護玻璃物件避免操作損壞以及在導電材料之塗佈期間充當遮罩。藉此,可僅將導電材料塗覆於精密孔。此方法可藉由無需在金屬化過程期間添加額外遮罩來降低中介片最終產品之成本。
上述方法可用於在玻璃物件中形成具有任何尺寸及任何圖案之孔洞。該方法不限於任何特定孔洞尺寸或圖案。然而,當孔洞尺寸較小且孔洞之間的間隔較大時,玻璃物件中由雷射引起之裂縫及不對稱問題尤其顯著。因此,上述方法可用於具有小直徑孔洞且孔洞之間間隔較大的實施例中。
玻璃物件中形成之孔洞之圓度(亦即圓形度)可定義為孔洞中心周圍內切圓與外接圓之間的徑向間隔,其中中心係由圓與所量測之孔洞輪廓之最小二乘法擬合(the least squares fit of a circle)界定。關於具有較小直徑之孔洞,孔洞之所需圓度通常可為孔洞直徑之百分比。因此,小直徑孔洞中之不對稱性與大直徑孔洞中之相同不對稱性相比將表示更大的百分比。作為實例,如由孔洞中心周圍內切圓與外接圓之間的徑向間隔量測之5μm不對稱性在30μm直徑孔洞中將表示比100μm直徑孔洞中相同5μm不對稱性之部分(約10%)更大的部分(約33%)。因此,應保持小直徑孔洞中之不對稱性最小化。孔洞中之不對稱性可由雷射引起之自孔洞延伸之微裂紋引起。舉例而言,在蝕刻之前自孔洞延伸之5μm微裂紋在蝕刻過程後可產生5μm不對稱性。
關於孔洞之間的間隔,在緊密間隔(例如小於200μm 間隔)之雷射鑽孔中,與具有較大間隔(例如大於200μm間隔)之孔洞相比,進入孔中之不對稱量降低。
儘管不限於此,但犧牲覆蓋層(無論由玻璃或聚合物材料製成)可改良間隔大於200μm之小直徑孔洞之圓形度的一個理論可能在於,當雷射束以脈衝方式穿過犧牲覆蓋層中之通孔時,犧牲覆蓋層中形成之孔洞充當光導或透鏡、將光束聚焦且改良光束品質。另一非限制性可能在於,以熱學方式誘導之折射率改變或電限制性材料作用可使雷射束自動聚焦。儘管已針對每種犧牲材料全面解釋用於改良孔洞品質之確切機制,但與藉由直接鑽孔方法形成之孔洞相比,使雷射束穿過犧牲覆蓋層中之通孔傳播可產生實質上不含玻璃物件中之微裂紋的更清潔且經改良之孔洞。因此,藉由在雷射束與相關玻璃物件(亦即所製造之部件)相互作用前使雷射束穿過小厚度材料,可能使用此聚焦作用在玻璃中產生高品質進入孔。儘管本文中所描述之方法可用於在本文中所描述之玻璃物件中形成具有任何直徑及任何間隔之孔洞,但該方法可用於形成具有以下間隔之精密孔:約200μm至約1000μm,諸如約200μm至約800μm、約200μm至約600μm、約250μm至約500μm及約300μm至約400μm。
此外,本文中所描述之方法可用於在玻璃物件中形成孔洞,其中玻璃物件表面上之蝕刻前入口直徑在約5μm至約25μm範圍內,諸如約15μm至約20μm。縱向上與玻璃物件之表面相對之位置處的孔洞之底部直徑可在約2μm至約12μm範圍內,諸如約5μm至約10μm。
第5A及5C圖為分別展示玻璃物件中藉由直接鑽孔形成之孔徑與玻璃物件中使用根據本揭示案之實施例的犧牲玻璃覆蓋層形成之孔洞之比較的直方圖。在第5A及5C圖中,在由Corning,Inc製造之Eagle XG玻璃中形成孔洞。孔洞為約280μm深的盲孔且係藉由相同類型之雷射形成。第5A圖及第5C圖中各玻璃物件之量測係在進行相同蝕刻過程後進行。如第5A圖中可見,玻璃物件中由直接鑽孔形成之孔洞之平均直徑可為約48μm,且此玻璃物件中直徑之標準差可為約9μm。相反,如第5C圖中所示,玻璃物件中使用犧牲玻璃覆蓋層形成之孔洞之平均直徑可為約39μm且標準差為約3μm。因此,第5A及5C圖表明與經由直接鑽孔相比,使用根據本揭示案之實施例之犧牲玻璃覆蓋層可形成更精密及均勻的孔徑。
類似地,第5B及5D圖為分別展示玻璃物件中由直接鑽孔形成之孔洞之圓度與玻璃物件中使用根據本揭示案之實施例的犧牲玻璃覆蓋層形成之孔洞之圓度之比較的直方圖。第5B及5D圖中量測之孔洞與第5A及5C圖中量測之孔洞相同。如第5B圖中可見,玻璃物件中藉由直接鑽孔形成之孔洞之平均圓度可為約15μm,且此玻璃物件中圓度之標準差可為約11μm。相反,如第5D圖中所示,玻璃物件中使用犧牲玻璃覆蓋層形成之孔洞之平均圓度可為約2μm且標準差為約2μm。因此,第5B及5D圖表明與經由直接鑽孔相比,使用根據本揭示案之實施例之犧牲玻璃覆蓋層可形成更精密及均勻的孔洞圓度。
第6A及6B圖為分別展示玻璃物件中孔洞之孔徑及圓度之直方圖,該等孔洞係使用根據本揭示案之實施例之犧牲聚合物覆蓋層形成。第6A及6B圖中量測之孔洞為約200μm深的盲穿孔,且玻璃物件係由Corning,Inc.製造之Eagle XG玻璃製成。犧牲聚合物覆蓋層之厚度為約50μm。如第6A圖中可見,玻璃物件中使用犧牲聚合物覆蓋層形成之孔洞之平均直徑可為約27.52μm且標準差為約0.45μm。如第6B圖中可見,玻璃物件中使用犧牲聚合物覆蓋層形成之孔洞之平均圓度可為約2.18μm且標準差為約0.66μm。因此,第6A及6B圖表明與經由直接鑽孔相比,使用根據本揭示案之實施例之犧牲聚合物覆蓋層亦可形成更精密及均勻的孔洞圓度。
第7A及7B圖為分別展示玻璃物件中孔洞之孔徑及圓度之直方圖,該等孔洞係使用根據本揭示案之實施例之薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層形成。第7A及7B圖中量測之孔洞為約300μm深的通孔,且玻璃物件係由Corning,Inc.製造之Eagle XG玻璃製成。犧牲聚合物覆蓋層之厚度小於約10μm。如第7A圖中可見,玻璃物件中使用薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層形成之孔洞的平均直徑可為約45μm且不呈現顯著標準差。如第7B圖中可見,玻璃物件中使用薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層形成之孔洞的平均圓度可為約1.5μm且不呈現顯著標準差。因此,第7A及7B圖表明與經由直接鑽孔相比,使用根據本揭示案之實施例之犧牲聚合物覆蓋層亦可形成更精密及均勻的孔洞圓度。
另一實施例提供上述方法中使用之工件。參考第1A 圖及第4圖,工件可包括玻璃物件200;及犧牲覆蓋層,諸如犧牲玻璃覆蓋層100、犧牲聚合物覆蓋層500或薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層。犧牲覆蓋層可以可分離方式附著至玻璃物件200。玻璃物件中可具有藉由上述方法形成之精密孔210。精密孔210之縱軸沿玻璃物件200之厚度方向延伸。犧牲覆蓋層包含通孔,各通孔之縱軸與玻璃物件中形成之精密孔之縱軸對應。在犧牲覆蓋層100之情況下,犧牲覆蓋層100與玻璃物件200之間可存在間隙300。間隙300可為窄間隙,諸如小於50μm、小於10μm或小於1μm。間隙300可為氣隙,或可用油或另一種提供附著之流體填充間隙。玻璃物件中形成之孔洞之平均圓形度可小於約5μm,諸如小於約1μm、小於約0.5μm、小於約0.25μm或為約0μm。精密孔之間隔可為約200μm至約1000μm,諸如約200μm至約800μm、約200μm至約600μm、約250μm至約500μm及約300μm至約400μm。犧牲玻璃覆蓋層之例示性厚度可為約30μm至約700μm,諸如約50μm至約500μm、約150μm至約400μm或較佳為約300μm。在犧牲聚合物覆蓋層500之情況下,犧牲聚合物覆蓋層500與玻璃物件200之間的界面可實質上不含間隙。犧牲聚合物覆蓋層500之例示性厚度可小於約50μm;然而,可使用其他厚度。在犧牲聚合物覆蓋層500之情況下,犧牲聚合物覆蓋層500與玻璃物件200之間的界面可實質上不含間隙。薄顏料或基於染料之油墨犧牲覆蓋層之例示性厚度可小於約10μm;然而,可使用其他厚度。
實例
將藉由以下實例進一步說明本揭示案之實施例。
比較例1
比較例1展示玻璃物件中藉由直接雷射鑽孔(例如不使用犧牲覆蓋層)形成之孔洞。
在此比較例中,玻璃物件係由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成且厚度為500μm且孔洞係使用355nm奈秒脈衝雷射形成。第8A-8D圖展示在蝕刻之前及蝕刻之後,玻璃物件之俯視圖及底視圖之照片。第8A圖展示蝕刻之前玻璃物件之俯視圖,且第8B圖展示蝕刻之後玻璃物件之俯視圖。第8C圖展示蝕刻之前玻璃物件之底視圖,且第8D圖展示蝕刻之後玻璃物件之底視圖。俯視圖之照片展示進入孔,雷射在該等進入孔處入射至玻璃物件,且底視圖之照片展示出口孔,該等出口孔位於縱向上與進入孔相對之位置處。如第8A-8C圖之照片中所示,孔洞具有顯著不對稱性。特定言之,在蝕刻之後,玻璃物件之頂部中之孔洞具有顯著不對稱性。
比較例2
比較例2展示各種雷射脈衝對孔壁之對稱性之作用。
在此比較例中,使用355nm雷射之奈秒及皮秒脈衝,在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的300μm厚的玻璃物件中形成孔洞。孔洞係藉由直接雷射鑽孔形成。第9A及9B圖為玻璃物件中藉由奈秒脈衝雷射形成之孔洞之側視圖。第9A圖展示蝕刻之前的孔洞且第9B圖展示蝕刻之後的孔洞。第10A及10B圖為玻璃物件中藉由皮秒脈衝雷射形成之 孔洞之側視圖。第10A圖展示蝕刻之前的孔洞且第10B圖展示蝕刻之後的孔洞。第9A、9B、10A及10B圖展示蝕刻之後孔壁中之不對稱性。特定言之,皮秒脈衝雷射方法呈現蝕刻之後孔壁中之顯著不對稱性。
比較例3
比較例3展示玻璃物件中藉由直接雷射鑽孔形成之孔洞。
使用355nm奈秒脈衝雷射在700μm厚的玻璃物件中形成孔洞。玻璃物件為由Corning,Inc.製造之Eagle XG。盲孔(亦即不貫穿玻璃物件之孔洞)係藉由直接雷射鑽孔以250μm至300μm之間的間隔形成。第11圖為蝕刻之後玻璃物件中藉由雷射形成之孔洞之俯視圖。第11圖展示進入孔中之顯著不對稱性。
比較例4
比較例4亦展示孔洞間隔對孔洞對稱性之作用。
使用355nm奈秒脈衝雷射藉由直接雷射鑽孔在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的玻璃物件中形成間隔為100μm、200μm、300μm及400μm之孔洞。第12圖展示孔洞間隔為100μm(頂部照片)及200μm(底部照片)之玻璃物件。第13圖展示孔洞間隔為300μm及400μm之玻璃物件。在第12圖及第13圖中,左側照片展示蝕刻之前的玻璃物件且右側照片展示蝕刻之後的玻璃物件。第12圖與第13圖之比較表明具有300μm孔洞間隔及400μm孔洞間隔之玻璃物件中之不對稱性比具有100μm孔洞間隔及200μm孔洞間隔 之玻璃物件中之不對稱性更顯著。因此,比較例4表明孔洞間隔超過200μm之玻璃物件中之不對稱性增加。
比較例5
比較例5展示孔洞直徑及孔洞間隔對孔洞對稱性之作用。
使用355nm奈秒脈衝雷射藉由直接雷射鑽孔在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的玻璃物件中形成間隔為約250μm且直徑為約40μm(蝕刻之後)之孔洞。在第14圖中,左側照片展示蝕刻之前的玻璃物件且右側照片展示蝕刻之後的玻璃物件。第14圖中之插圖展示較高放大率下之孔洞。第14圖表明玻璃物件之入口側上之碎裂及裂紋產生顯著不對稱性,從而產生此比較例中形成之孔洞之不可接受的平均圓度。
比較例6
比較例6亦展示孔洞直徑及孔洞間隔對孔洞對稱性之作用。
使用355nm奈秒脈衝雷射藉由直接雷射鑽孔在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的玻璃物件中形成間隔為約300μm且直徑為約30μm(蝕刻之後)的孔洞。在第15圖中,左側照片展示蝕刻之前的玻璃物件且右側照片展示蝕刻之後的玻璃物件。第15圖中之插圖展示較高放大率下之孔洞。第15圖表明玻璃物件之入口側上之碎裂及裂紋產生顯著不對稱性,從而產生此比較例中形成之孔洞之不可接受的平均圓度。
實例1
實例1展示根據本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法在玻璃物件中形成孔洞之作用。
首先使用355nm奈秒脈衝雷射在犧牲玻璃覆蓋層中形成通孔,該犧牲玻璃覆蓋層係由Corning,Inc製造之Eagle XG製成且厚度為320μm。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的玻璃物件中形成孔洞。孔洞之間隔為約250μm且孔洞之蝕刻後直徑為約35μm。第16圖展示玻璃物件之俯視圖。左側照片展示蝕刻之前的玻璃物件且右側照片展示蝕刻之後的玻璃物件。第16圖中之插圖展示較高放大率下之孔洞。如第16圖中可見,玻璃物件中形成之孔洞即使在蝕刻過程後仍具有極佳圓形形狀。如由實例1與比較例5之比較中可見,藉由使用犧牲玻璃覆蓋層,玻璃物件中孔洞之圓形度即使在蝕刻後仍得到顯著改良。
實例2
實例2展示根據本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法在玻璃物件中形成盲孔(亦即不貫穿玻璃物件之孔洞)之作用。
首先使用355nm奈秒脈衝雷射在犧牲玻璃覆蓋層中形成通孔,該犧牲玻璃覆蓋層係由Corning,Inc製造之Eagle XG製成且厚度為150μm。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之 表面來在由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成的玻璃物件中形成孔洞。孔洞之直徑為約36μm且孔洞深度為約280μm。第17圖展示蝕刻之後玻璃物件之俯視圖。第18圖展示蝕刻之後孔洞之側視圖。第18圖中之插圖展示較高放大率下之孔洞。如第17圖及第18圖中可見,玻璃物件中形成之盲孔即使在蝕刻過程後仍具有極佳圓形形狀。通過使用犧牲玻璃覆蓋層,玻璃物件中孔洞之圓形度即使在蝕刻後仍得到顯著改良。
實例3
實例3使用直接雷射鑽孔方法及如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法比較焦點位置對孔洞對稱性及品質之作用。
使用355nm奈秒脈衝雷射在玻璃物件中形成孔洞,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成。使用如比較例1中所描述之直接雷射鑽孔方法及如實例1中所描述使用犧牲玻璃覆蓋層之雷射鑽孔方法。自-100μm、0μm、100μm、200μm及250μm調節雷射之焦點位置,其中負數表示高於最高玻璃表面之焦點位置且正數表示低於最高玻璃表面之焦點位置。第19圖展示蝕刻之前玻璃物件之進入孔。上一列照片展示藉由直接雷射鑽孔製備之玻璃物件且下一列照片展示使用犧牲玻璃覆蓋層製備之玻璃物件。如第19圖所示,直接雷射鑽孔方法僅在0μm焦點位置處提供可接受之結果。相比之下,如本文中所描述使用犧牲玻璃覆蓋層之雷射鑽孔方法在幾乎所有焦點位置處均提供可接受之結果。
實例4
實例4展示根據本文中所描述之犧牲聚合物覆蓋層方法在玻璃物件中形成通孔之作用。
藉由狹縫塗佈將呈P-92型Lens Bond形式之50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之625μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/in UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。首先使用355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中形成通孔,該犧牲聚合物覆蓋層係由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成且厚度為150μm。接著,藉由脈衝發送雷射束使該雷射束穿過犧牲聚合物覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。孔洞之直徑為約30μm且孔洞之間隔為約300μm。第20圖展示玻璃物件之俯視圖。第20圖中之左側照片展示蝕刻之前的玻璃物件且右側照片展示蝕刻之後的玻璃物件。第20圖中之插圖展示較高放大率下之孔洞。如第20圖中可見,玻璃物件中形成之孔洞即使在蝕刻過程後仍具有極佳圓形形狀。如由實例4與比較例5之比較可見,藉由使用犧牲聚合物覆蓋層,玻璃物件中孔洞之圓形度即使在蝕刻後仍得到顯著改良。
實例5
實例5展示根據本文中所描述之犧牲聚合物覆蓋層方法在玻璃物件中形成盲孔(亦即不貫穿玻璃物件之孔洞)之作用。
藉由狹縫塗佈將呈P-92型Lens Bond形式之50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之700μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。蝕刻之後,孔洞之直徑為約25μm且孔洞深度為約200μm。第21圖展示蝕刻之後玻璃物件之俯視圖。第21圖之照片對應於第6A及6B圖之直方圖,且展示所製造之具有超過50,000個孔洞之玻璃物件中孔洞之例示性影像。孔洞均未呈現任何入口缺陷。
實例6
實例6展示在使用本文中所描述之犧牲聚合物覆蓋層方法的情況下犧牲聚合物覆蓋層厚度對通孔對稱性及品質之作用。
藉由狹縫塗佈將呈P-92型Lens Bond形式之犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之625μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。犧牲聚合物覆蓋層之厚度為150μm、125μm、100μm、 75μm、50μm及0μm(無犧牲聚合物覆蓋層)。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中(或在玻璃物件上不塗覆犧牲聚合物覆蓋層之情況下,在玻璃物件中)形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。蝕刻之後孔洞之直徑為約35μm。第22圖展示蝕刻之後玻璃物件之俯視圖。如第22圖所示,對於所有厚度之所使用之犧牲聚合物覆蓋層,進入孔中之裂紋及碎裂均消除,而在0μm(無犧牲聚合物覆蓋層)下之相同雷射過程條件出現顯著進入孔裂紋。亦對出口孔進行檢驗,該等出口孔在所有情況下均保持圓形。
實例7
實例7展示在使用本文中所描述之犧牲聚合物覆蓋層方法的情況下孔洞間距對通孔對稱性及品質之作用。
藉由狹縫塗佈將呈50μm厚的P-92型Lens Bond形式之犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之625μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中以50μm、100μm、200μm及300μm之間距形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。蝕刻之後孔洞之直徑為約 50μm。第23圖展示蝕刻之後玻璃物件之俯視圖。如第23圖所示,對於所有情況,進入孔之裂紋及碎裂均消除。
實例8
實例8比較在使用直接雷射鑽孔方法與如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法的情況下焦點位置對孔洞對稱性及品質之作用。
藉由狹縫塗佈將呈50μm厚的P-92型Lens Bond形式之犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之625μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。使用355nm奈秒脈衝雷射在玻璃物件中形成孔洞,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之Eagle XG製成。使用如比較例1中所描述之直接雷射鑽孔方法及如實例4中所描述使用犧牲聚合物覆蓋層之雷射鑽孔方法。自-50μm、-30μm、-10μm、+10μm、+30μm及+50μm調節雷射之焦點位置,其中負數表示高於最高玻璃表面之焦點位置且正數表示低於最高玻璃表面之焦點位置。第24圖展示蝕刻之前玻璃物件之進入孔。上一列照片展示藉由直接雷射鑽孔製備之玻璃物件且下一列照片展示使用犧牲聚合物覆蓋層製備之玻璃物件。如第24圖所示,直接雷射鑽孔方法在任何評估之焦點位置均不提供可接受之結果。相比之下,如本文中所描述之使用犧牲玻璃覆蓋層之雷射鑽孔方法在幾乎所有焦點位置處均提供可接受之結果。
實例9
實例9展示根據如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法,在蝕刻過程期間保留50μm厚的P-92型Lens Bond犧牲聚合物覆蓋層之作用。
藉由狹縫塗佈將呈P-92型Lens Bond形式之50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之500μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。將犧牲聚合物覆蓋層及玻璃物件在23℃溫度下浸沒於HF蝕刻劑中約6分鐘。在蝕刻程序後,在不損壞玻璃物件情況下移除犧牲聚合物覆蓋層。孔洞之直徑在頂面(亦即具有犧牲聚合物覆蓋層之表面)上為約30μm且在底面上為約15μm。第25圖展示在蝕刻及移除犧牲聚合物覆蓋層後,玻璃物件之俯視圖(左圖)及底視圖(右圖)。
實例10
實例10展示根據如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法,在蝕刻過程期間保留50μm厚的UV可固化、HF抗性犧牲聚合物覆蓋層之作用。
藉由狹縫塗佈將呈UV可固化、HF抗性且可剝離聚 合物材料形式之50μm厚的犧牲聚合物覆蓋層塗覆於玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之500μm厚的Eagle XG玻璃製成。藉由單通道Fusion UV系統(254mm,以100%功率操作之23.622W/mm UV-d燈)以2.1336公尺/分鐘對犧牲聚合物覆蓋層進行UV固化。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在犧牲聚合物覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲玻璃覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。將犧牲聚合物覆蓋層及玻璃物件在20℃溫度下浸沒於HF蝕刻劑中3.5分鐘。在蝕刻程序後,在不損壞玻璃物件情況下移除犧牲聚合物覆蓋層。孔洞之直徑在頂面(亦即具有犧牲聚合物覆蓋層之表面)上為約30μm且在底面上為約21μm。第26圖展示在蝕刻之後且在移除犧牲聚合物覆蓋層之前,玻璃物件之俯視圖(左圖)及底視圖(右圖)。
實例11
實例11展示根據如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法,在蝕刻過程期間保留10μm厚的白色及黑色顏料犧牲覆蓋層之作用。
將呈白色及黑色CRAYOLA Tempura油漆形式之10μm厚的犧牲覆蓋層塗佈至玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之625μm厚的Eagle XG玻璃製成。將顏料犧牲覆蓋層噴塗至玻璃物件之表面。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在顏料犧牲覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲覆 蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。將犧牲覆蓋層及玻璃物件在20℃溫度下浸沒於HF蝕刻劑中3.5分鐘。在蝕刻程序後,在不損壞玻璃物件情況下移除犧牲覆蓋層。孔洞之直徑在頂面(亦即具有犧牲覆蓋層之表面)上為約30μm。第27A圖展示在蝕刻之後,用黑色顏料犧牲覆蓋層製成之玻璃物件之俯視圖(頂部影像)及底視圖(底部影像)。第27B圖展示在蝕刻之後,用白色顏料犧牲覆蓋層製成之玻璃物件之俯視圖(頂部影像)及底視圖(底部影像)。如第27A及27B圖中所示,玻璃物件中形成之孔洞為均勻的且存在極少碎裂或不存在碎裂。
實例12
實例12展示根據如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法,在蝕刻過程期間保留黑色顏料犧牲覆蓋層之作用。
將呈黑色CARTER永久性標記形式之犧牲聚合物覆蓋層塗佈至玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之700μm厚的Eagle XG玻璃製成。將顏料犧牲覆蓋層手工塗覆於玻璃物件之表面。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在顏料犧牲覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。使用IPA擦拭物移除犧牲覆蓋層。孔洞之直徑在頂面(亦即具有犧牲覆蓋層之表面)上為約18μm。第28A圖展示具有藉由直接鑽孔形成之孔洞之玻璃基板,且第28B圖展示具有使用顏料犧牲覆蓋層形成之孔洞之玻璃物件。如第28A及 28B圖中所示,玻璃物件中使用顏料犧牲覆蓋層形成之孔洞為均勻的且存在極少碎裂或不存在碎裂。
實例13
實例13展示根據如本文中所描述之犧牲玻璃覆蓋層方法,在蝕刻過程期間保留丙烯酸瓷漆犧牲覆蓋層之作用。
將呈KRYLON TOUGH COAT丙烯酸瓷漆形式之犧牲聚合物覆蓋層塗佈至玻璃物件之表面,該玻璃物件係由Corning,Inc.製造之300μm厚的Eagle XG玻璃製成。將犧牲覆蓋層噴塗至玻璃物件之表面。首先使用如上文關於實例4所描述來操作之355nm奈秒脈衝雷射在顏料犧牲覆蓋層中形成通孔。接著,藉由脈衝發送雷射使該雷射穿過犧牲覆蓋層中形成之通孔且到達玻璃物件之表面來在玻璃物件中形成孔洞。使用IPA擦拭物移除犧牲覆蓋層。接著,將玻璃物件在20℃溫度下浸沒於HF蝕刻劑中3.5分鐘。孔洞之直徑在頂面(亦即具有犧牲覆蓋層之表面)上為約18μm。第29A圖展示在蝕刻之前且移除犧牲覆蓋層之玻璃物件,且第29B圖展示在蝕刻之後且移除犧牲覆蓋層之具有所形成之孔洞之玻璃物件。如第29A及29B圖中所示,玻璃物件中使用顏料犧牲覆蓋層形成之孔洞為均勻的且存在極少碎裂或不存在碎裂。
熟習此項技術者將顯而易知,可在不偏離所主張標的之精神及範疇的情況下對本文中所描述之實施例作出各種修改及變化。因此,說明書意欲涵蓋本文中所描述之各種實施例之修改及變化,限制條件為該等修改及變化屬於隨附申請專利範圍及隨附申請專利範圍之等效物之範疇內。
10‧‧‧組件/雷射鑽孔方法
100‧‧‧犧牲覆蓋層
110‧‧‧犧牲覆蓋層之頂面
112‧‧‧犧牲覆蓋層之表面
120‧‧‧通孔
200‧‧‧玻璃物件
210‧‧‧孔洞
212‧‧‧玻璃物件之表面
300‧‧‧間隙
400‧‧‧雷射束

Claims (22)

  1. 一種藉由鑽孔在一基板中形成複數個精密孔(precision hole)之方法,該方法包含以下步驟:使一犧牲覆蓋層貼附至該基板之一表面;將一雷射束定位在相對於該基板且對應於該等複數個精密孔中之一者之所需位置的一預定位置處;藉由在該預定位置重複脈衝發送該雷射束來在該犧牲覆蓋層中形成一通孔;及在該預定位置將該雷射束脈衝發送至該犧牲覆蓋層中形成之該通孔中,藉此產生該等複數個精密孔中之該一者,其中施用於該基板之脈衝數係由該等複數個精密孔中之該一者之一所需深度來確定。
  2. 如請求項1所述之方法,其中在該基板中形成該等複數個精密孔後移除該犧牲覆蓋層。
  3. 如請求項1所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:用一蝕刻溶液蝕刻該基板。
  4. 如請求項1所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:將一導電材料塗覆於該等複數個精密孔中之一或多個精密孔。
  5. 如請求項1所述之方法,其中該犧牲覆蓋層包含玻璃。
  6. 如請求項5所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:在將該犧牲覆蓋層附著至該基板之該表面之前,將一流體塗覆於該犧牲覆蓋層及該基板之該表面中之至少一者。
  7. 如請求項1所述之方法,其中藉由將一液體聚合物材料塗覆於該基板之該表面來將該犧牲覆蓋層貼附至該基板之該表面。
  8. 如請求項7所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:藉由向該犧牲覆蓋層塗覆一溶劑來自該基板之該表面移除該犧牲覆蓋層。
  9. 如請求項1所述之方法,其中藉由將一聚合物膠帶塗覆於該基板之該表面來將該犧牲覆蓋層貼附至該基板之該表面。
  10. 如請求項1所述之方法,其中藉由凡得瓦爾力(Van der Waals attraction)將該犧牲覆蓋層貼附至該基板之該表面。
  11. 如請求項10所述之方法,其中由該凡得瓦爾力提供之一結合能介於約30mJ/m2至約100mJ/m2之間。
  12. 如請求項10所述之方法,該方法進一步包含以下步驟: 藉由加熱該犧牲覆蓋層及該基板使得該犧牲覆蓋層與該基板分離來自該基板之該表面移除該犧牲覆蓋層。
  13. 如請求項1所述之方法,其中該犧牲覆蓋層包含一薄顏料或基於染料之油墨。
  14. 如請求項13所述之方法,其中藉由噴墨印刷、噴泡印刷、噴塗、旋塗或手工塗覆將該犧牲覆蓋層貼附至該基板之該表面。
  15. 如請求項13所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:藉由向該犧牲覆蓋層塗覆一溶劑來自該基板之該表面移除該犧牲覆蓋層。
  16. 如請求項1所述之方法,該方法進一步包含以下步驟:在將該犧牲覆蓋層貼附至該基板後,將該犧牲覆蓋層及該基板定位於一墊圈(carrier ring)中。
  17. 如請求項1所述之方法,其中該雷射束之一波長為約355nm,該雷射束之脈衝寬度介於約5ns與約75ns之間,該雷射束係以介於約1kHz與約30kHz之間的一重複頻率脈衝發送,且該雷射束之一脈衝能量介於約25μJ與約175μJ之間。
  18. 如請求項1所述之方法,其中該雷射束之一波長為約355 nm,該雷射束之一數值孔徑介於約0.02與約0.4之間,且該雷射束之一焦點位置在該犧牲覆蓋層之一表面之約100μm以內。
  19. 一種具有精密孔之工件,該工件包含:一基板,該基板中具有所形成之該等精密孔,其中各精密孔之一縱軸沿該基板之一厚度方向延伸;及一犧牲覆蓋層,該犧牲覆蓋層以可分離方式貼附至該基板之一表面,使得該犧牲覆蓋層降低該等精密孔之不規則性,其中該犧牲覆蓋層包含通孔,各通孔之一縱軸與一相應精密孔之縱軸對準。
  20. 如請求項19所述之工件,其中該犧牲覆蓋層包含選自由玻璃、聚合物、薄顏料及基於染料之油墨組成之群組的一成分。
  21. 如請求項19所述之工件,其中該犧牲覆蓋層係藉由凡得瓦爾力貼附至該基板。
  22. 如請求項19所述之工件,其中該基板之該表面不具有由雷射引起之自該等複數個精密孔中之一者延伸超過5μm之微裂紋。
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