TW201505501A - 藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之方法 - Google Patents

Abstract

一種方法，其特徵在於：其係於玻璃基板上形成貫通孔之方法，且包括如下步驟：(a)對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部；及(b)於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部，相對於上述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大。

Description

藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之方法

本發明係關於一種於玻璃基板上形成貫通孔之方法，尤其關於一種藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之方法。

自先前以來，已知有一種藉雷射光照射於玻璃基板之所期望位置上形成1個或2個以上之微細之貫通孔(通孔)之技術(例如專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]美國專利第5493096號說明書

至此，作為藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之技術，提出有各種方法。

然而，利用先前之方法所形成之貫通孔通常於雷射光入射側之開口附近具有被稱為「狹窄部」之突出部分。於此種貫通孔內之狹窄部，相比於與該狹窄部鄰接之位置，相對於貫通孔之延伸軸垂直之剖面之開口尺寸變小。

於使用具有貫通孔之玻璃基板作為例如帶貫通電極之內插器等之情形等時，此種狹窄部可能會成為問題。即，於自具有貫通孔之玻璃基板製造內插器之情形時，必須向貫通孔內填充導電性物質。然 而，於貫通孔內存在狹窄部之情形時，若欲向貫通孔內填充導電性物質，則因狹窄部之存在而可能會產生阻礙填充物質向內部之移動而難以將填充物質充分填充於貫通孔整體之問題。

又，此種問題並不限定於製造帶貫通電極之內插器時，於欲向玻璃基板之貫通孔內填充所需填充物質時，可能會產生同樣之問題。

因此，於藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔時，要求不易形成狹窄部、或可充分抑制狹窄部之突出的貫通孔形成技術。

本發明係鑒於此種問題而完成者，本發明之目的在於提供一種於藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔時於貫通孔不易產生如先前般之較大之狹窄部的方法。

本發明提供一種方法，該方法之特徵在於：其係於玻璃基板上形成貫通孔之方法，且包括如下步驟：(a)對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部；及(b)於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部中，相對於上述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大。

此處，於本發明之方法中，上述(b)步驟亦可於上述(a)步驟後至多500μ秒以內實施。

又，本發明之方法亦可於上述(a)步驟與上述(b)步驟之間具有如下步驟：(c)於上述玻璃基板之第1表面與第2表面之間施加高頻高電壓。

本發明可提供一種於藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔時於貫通孔不易產生如先前般之較大之狹窄部的方法。

50‧‧‧玻璃基板

52‧‧‧第1表面

54‧‧‧第2表面

70‧‧‧貫通孔

72‧‧‧第1開口

74‧‧‧第2開口

80‧‧‧狹窄部

150‧‧‧玻璃基板

152‧‧‧第1表面

154‧‧‧第2表面

170‧‧‧貫通孔

172‧‧‧第1開口

174‧‧‧第2開口

180‧‧‧狹窄部

400‧‧‧裝置

410‧‧‧雷射光源

415‧‧‧雷射光

420‧‧‧透鏡

425‧‧‧收斂雷射光

450‧‧‧玻璃基板

452‧‧‧第1表面

454‧‧‧第2表面

460‧‧‧照射區域

470A、470B‧‧‧貫通孔

472A、472B‧‧‧第1開口

474A、474B‧‧‧第2開口

480A、480B‧‧‧狹窄部

500‧‧‧裝置

530A、530B‧‧‧電極

C‧‧‧貫通孔70之延伸軸

D1‧‧‧剖面之開口尺寸

D2‧‧‧剖面之開口尺寸

S110‧‧‧步驟

S120‧‧‧步驟

S210‧‧‧步驟

S220‧‧‧步驟

S230‧‧‧步驟

圖1係模式性地表示藉由先前之於玻璃基板上形成貫通孔之方法而形成之貫通孔的相對於延伸軸平行之方向之剖面之一例的圖。

圖2係模式性地表示藉由本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法而形成之貫通孔的相對於延伸軸平行之方向之剖面之一例的圖。

圖3係模式性地表示本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法之概略性流程的圖。

圖4係模式性地表示圖3所示之本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法之一步驟中可使用之裝置之一構成例的圖。

圖5係模式性地表示圖3所示之本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法之一步驟中可使用之裝置之一構成例的圖。

圖6係模式性地表示本發明之另一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法之概略性流程的圖。

圖7係表示於比較例1中形成於玻璃基板之貫通孔之剖面形狀之一例的圖。

圖8係表示於實施例1中形成於玻璃基板之貫通孔之剖面形狀之一例的圖。

以下，參照圖式，對本發明進行說明。

如上所述，利用先前之方法形成於玻璃基板之貫通孔通常於雷射光之入射側之開口附近具有被稱為「狹窄部」且與其他鄰接部分相比開口之剖面尺寸大幅度減少之部分。

於圖1中模式性地表示具有此種狹窄部之貫通孔之剖面。

如圖1所示，於玻璃基板50，設置有自第1表面52貫通至第2表面54之貫通孔70。換言之，貫通孔70於玻璃基板之第1表面52側具有第1 開口72，於玻璃基板之第2表面54側具有第2開口74。

再者，通常於藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之情形時，貫通孔之剖面係除下述狹窄部外，成為如圖1所示之大致錐狀之形狀。即，貫通孔70係除狹窄部外，具有直徑自雷射光之入射側(第1開口72)朝向雷射光之非入射側(第2開口74)變小之形狀。然而，由於玻璃基板50之厚度變得越薄，錐形之傾斜角越輕微，故而亦存在於極薄之玻璃基板、例如具有未達0.1mm左右之厚度之玻璃基板中無法明確識別出錐形狀之情形。

此處，如圖1所示，於貫通孔70，於第1開口72之附近(自第1開口72沿深度方向進入僅z之位置)形成有狹窄部80。於狹窄部80之位置上，相比於與該狹窄部80鄰接之位置，相對於貫通孔70之延伸軸C垂直之剖面之開口尺寸(D1)變小。

於使用具有貫通孔70之玻璃基板50作為例如帶貫通電極內插器等之情形等時，此種狹窄部80可能會成為問題。即，於自具有貫通孔70之玻璃基板50製造內插器之情形時，必須向貫通孔70內填充導電性物質。然而，於貫通孔70內存在狹窄部80之情形時，若欲向貫通孔70內填充導電性物質，則因狹窄部80之存在而可能會產生阻礙填充物質向內部之移動而難以將填充物質充分填充於貫通孔70整體之問題。

進而，此種問題並不限定於製造內插器時，於欲將填充物質填充至玻璃基板50之貫通孔70內之情形時，亦可能會產生同樣之問題。

對此，本發明提供一種方法，該方法之特徵在於：其係於玻璃基板上形成貫通孔之方法，且包括如下步驟：對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部；及於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部，相對於上 述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大。

於本發明之於玻璃基板上形成貫通孔之方法中，如以下所詳細說明般，於所形成之貫通孔不易產生較大之狹窄部，或可有意地抑制狹窄部之突出之程度。

於圖2中模式性地表示藉由本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法而形成之貫通孔的相對於延伸軸之平行方向之剖面之一例。

如圖2所示，於玻璃基板150，形成有自第1表面152貫通至第2表面154之貫通孔170。

此處，貫通孔170具有雷射光之入射側之第1開口172、及雷射光之非入射側之第2開口174。又，貫通孔170與上述之先前之貫通孔70同樣，除狹窄部外，具有大致錐狀之剖面形狀。

然而，必須注意的是，由圖2明確可知，貫通孔170與圖1所示之貫通孔70相比，狹窄部180之突出之程度得以減輕。(於圖2中，於貫通孔170內由虛線所示之部分與圖1所示之狹窄部70之形狀相對應)即，於狹窄部180中，相對於貫通孔270之延伸軸C垂直之剖面之開口尺寸D2大於圖1所示之狹窄部80之開口尺寸D1。

如此，於本發明之於玻璃基板上形成貫通孔之方法中，可有意地抑制狹窄部之突出之程度，且可擴大狹窄部之開口尺寸D2。

又，因此，於藉由本發明之方法所製造之帶貫通孔之玻璃基板中，將填充物質填充至貫通孔內變得相對較容易，且可利用填充物質適當地填充於貫通孔內。

(關於本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法)

以下，參照圖3~圖5，對本發明之一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法(以下稱為「第1貫通孔形成方法」)進行詳細說明。

於圖3中模式性地表示第1貫通孔形成方法之概略性流程。又， 於圖4及圖5中模式性地表示於第1貫通孔形成方法之各步驟中可使用之裝置之一構成例。

如圖3所示，第1貫通孔形成方法包括如下步驟：對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部(步驟S110)；及於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部，相對於上述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大(步驟S120)。

以下，對各步驟進行詳細說明。

(步驟S110)

首先，對玻璃基板照射雷射光，於玻璃基板之照射區域形成貫通孔。

於圖4中表示於此種步驟中可使用之裝置之一構成例。

如圖4所示，該裝置400包含雷射光源410及透鏡420。

雷射光源410朝向透鏡420放射雷射光415。雷射光源410之種類，較佳為可利用熱加工貫通孔之雷射，例如雷射光源410亦可為CO₂雷射。

透鏡420將雷射光415收斂，而形成要照射至玻璃基板450之收斂雷射光425。再者，透鏡420並非必要構件，亦可省略。於此情形時，雷射光415不經收斂而直接照射至玻璃基板450。

被加工對象之玻璃基板450具有第1表面452及第2表面454。玻璃基板450之第1表面452側成為雷射光照射面。

再者，玻璃基板450之組成並無特別限定，玻璃基板450可為例如鹼石灰玻璃、或無鹼玻璃等。又，玻璃基板450之厚度無特別限 定，可為例如0.05mm~0.70mm之範圍。

於使用此種裝置400而於玻璃基板450上形成貫通孔之情形時，首先自雷射光源410照射雷射光415。雷射光415藉由透鏡420而被收斂，成為收斂雷射光425。該收斂雷射光425照射至玻璃基板450之照射區域460。

收斂雷射光425之點徑並無特別限定。於收斂雷射光425之照射區域460之點徑可為例如10μm~300μm之範圍。

藉由收斂雷射光425之照射，玻璃基板450之照射區域460之溫度上升。藉此，玻璃基板450之照射區域460被昇華去除，而於其正下方形成貫通孔470A。

於該階段中所形成之貫通孔470A具有與例如圖1所示之貫通孔70同樣之剖面形狀。於圖4之右側之圓框內，模式性地表示該階段中之貫通孔470A之剖面形狀。

如該圖所示，貫通孔470A具有形成於玻璃基板450之第1表面452側之第1開口472A、及形成於玻璃基板450之第2表面454側之第2開口474A。又，於貫通孔470A之第1開口472A之附近形成有相對較大之狹窄部480A。

(步驟S120)

在藉由步驟S110於玻璃基板150上形成貫通孔470A後，於玻璃基板450之第1表面452及第2表面454之間施加直流放電電壓。藉此，產生經由貫通孔470A之放電，貫通孔470A內之狹窄部480A之突出之程度得以減輕。即，狹窄部480A之開口尺寸變大。

於圖5中表示於此種步驟中可使用之裝置之一構成例。

如圖5所示，該裝置500包含與直流高壓電源(未圖示)電性連接之一組電極530A、530B。

兩電極530A、530B以介隔玻璃基板450之貫通孔470A對向之方 式配置。更具體而言，第1電極530A配置於玻璃基板450之第1表面452之側之貫通孔470A之附近，第2電極530B配置於玻璃基板450之第2表面454之側之貫通孔470A之附近。

於此種配置狀態下，若於兩電極530A及530B之間施加直流放電電壓，則於第1電極530A~貫通孔470A~第2電極530B之間產生放電。

再者，該放電時所施加之直流放電電壓例如為3000V~10000V之範圍。

於經由玻璃基板450而產生此種直流放電之情形時，存在於貫通孔470A之狹窄部480A之前端部分被去除。其結果為，貫通孔470A變化為上述之如圖2所示之剖面形狀。

圖5之右側之圓框內模式性地表示直流放電後之階段中貫通孔470B之剖面形狀。

如該圓框內所示，可知，於貫通孔470B中，相比於圖4所示之貫通孔470A，狹窄部480B之突出之程度得以減輕。換言之，於狹窄部480B中，相對於貫通孔470B之延伸軸C垂直之剖面之開口尺寸大於圖4所示之於狹窄部480A中之開口尺寸。

於在玻璃基板450上形成此種形狀之貫通孔470B之情形時，於以後之步驟中，將填充物質填充至貫通孔470B內變得相對較容易，且可利用填充物質適當地填充於貫通孔470B內。

放電結束後之貫通孔470B之第1開口472B之尺寸例如為20μm~300μm之範圍，第2開口474B之尺寸例如為10μm~300μm之範圍。

再者，於對玻璃基板450形成複數個貫通孔470B之情形時，重複上述之步驟S110~步驟S120之步驟。

此處，上述之步驟S110與步驟S120之間之時間，即自對玻璃基板450照射收斂雷射光425而於玻璃基板450上形成貫通孔470A後至對 玻璃基板450施加直流放電電壓而產生放電之前之時間(以下稱為「第1放電等待時間」)並無特別限定。但是，若第1放電等待時間變得極長，則可能會產生如下問題：於步驟S110中經加熱之玻璃基板450會冷卻，而於步驟S120中不產生放電。

第1放電等待時間較佳為例如0μ秒~500μ秒之範圍，更佳為0μ秒~200μ秒之範圍。

(關於本發明之另一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法)

其次，參照圖6，對本發明之另一實施例之於玻璃基板上形成貫通孔之方法(以下稱為「第2貫通孔形成方法」)進行說明。

於圖6中模式性地表示第2貫通孔形成方法之概略性流程。

如圖6所示，第2貫通孔形成方法包括如下步驟：對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部(步驟S210)；對上述玻璃基板施加高頻高電壓(步驟S220)；及於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部，相對於上述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大(步驟S230)。

此處，圖6所示之第2貫通孔形成方法中之步驟S210及步驟S230分別與上述第1貫通孔形成方法中之步驟S110及步驟S120實質上相同。因此，此處僅對步驟S220之步驟進行詳細說明。再者，於以下說明中，對於與第1貫通孔形成方法所使用之構件相同之構件，使用於圖4及圖5中所使用之參照符號。

(步驟S220)

於第2貫通孔形成方法中，步驟S210之後，即對玻璃基板450照 射收斂雷射光425而於玻璃基板450之照射區域460上形成貫通孔470A後，對玻璃基板450施加高頻高電壓。

於施加高頻高電壓時，例如亦可使用如圖5所示之一組電極530A、530B。於此情形時，如圖5所示，第1電極530A配置於玻璃基板450之第1表面452之側之貫通孔470A之附近，第2電極530B配置於玻璃基板450之第2表面454之側之貫通孔470A之附近。

所施加之高頻高電壓之頻率可為例如100kHz~100MHz之範圍。又，所施加之高頻高電壓之電壓可為例如100V~10000V之範圍。

產生基於高頻高電壓之電漿放電，並使其貫通玻璃基板450之孔470A，藉此，孔470A之孔壁面被加熱。

藉由對玻璃基板450施加此種高頻高電壓，包含如貫通孔470A之玻璃基板450內之低電阻部分之區域被局部性加熱。

該步驟S220之目的在於：在對具有貫通孔470A之玻璃基板450實施以後之步驟S230之前的期間，抑制玻璃基板450之貫通孔470A之部分及其附近之溫度降低，即確實地維持藉由收斂雷射光425之照射而被加熱之玻璃基板450之貫通孔470A之部分之高溫狀態直至開始以後之步驟S230。

藉由實施步驟S220，於其後之步驟S230中，可確實地實施基於直流電壓施加之放電現象。即，於步驟S230中，可有意地抑制因玻璃基板450之溫度降低而無法經由玻璃基板450產生充分之放電之問題。

再者，步驟S210與步驟S220之實施之時間，即自對玻璃基板450照射收斂雷射光425而於玻璃基板450上形成貫通孔470A後至對玻璃基板450施加高頻高電壓之間之時間並無特別限定。但是，若兩者之間之時間變得過長，則無法維持藉由雷射光照射之玻璃基板之溫度上升之效果。因此，步驟S210與步驟S220之間之時間較佳為儘可能短。 又，例如對玻璃基板450施加高頻高電壓之步驟亦可與藉由收斂雷射光425之照射步驟重疊實施。

同樣地，步驟S220與步驟S230之間之時間，即自對玻璃基板450之高頻高電壓之施加結束之後至對玻璃基板450施加直流電壓而產生放電之時間(以下稱為「第2放電等待時間」)並無特別限定。但是，與上述第1放電等待時間同樣地，若第2放電等待時間變得極長，則可能會產生於步驟S220中經加熱之玻璃基板450冷卻而於步驟S230中無法產生放電之問題。

因此，第2放電等待時間較佳為例如0μ秒~500μ秒之範圍，更佳為0μ秒~200μ秒之範圍。

即便於如圖6所示之第2貫通孔形成方法中，亦與第1貫通孔形成方法同樣地，可有意地擴大貫通孔470B內之狹窄部480B中之相對於貫通孔470B之延伸軸C垂直之剖面之開口尺寸。因此，於具有藉由該第2貫通孔形成方法所形成之貫通孔470B之玻璃基板450中，將填充物質填充至貫通孔470B內變得相對較簡單，且可利用填充物質適當地填充於貫通孔470B內。

[實施例]

其次，對本發明之實施例進行說明。

(比較例1)

使用如圖4所示之裝置100，藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔，並評價貫通孔內之狹窄部之狀態。

使用厚度為0.3mm之無鹼玻璃作為玻璃基板。

又，雷射光源使用波長為9.3μm之CO₂雷射光源。雷射輸出係設為50W，照射雷射光係設為CW波形(接通時間約800μ秒)。

照射區域中之收斂雷射光之點直徑係設為約70μm。

藉此，於玻璃基板，形成有第1開口(雷射光照射側之開口)約為 70μm、第2開口(雷射光非照射側之開口)約為50μm之大致錐狀之貫通孔。

於圖7中表示藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之剖面形狀之一例。於圖7中，玻璃基板之上側相當於雷射光照射側。

自圖7觀察到，於貫通孔內，於距第1開口約20μm~30μm之深度位置上形成有較大之狹窄部。可知於狹窄部之位置上，於相對於貫通孔之延伸軸大致垂直之方向上之剖面之開口尺寸未達40μm，因狹窄部之存在而使開口尺寸大幅度減小。

(實施例1)

藉由如上述圖3所示之第1貫通孔形成方法於玻璃基板上形成貫通孔，並評價貫通孔內之狹窄部之狀態。

此處，於步驟S110中之照射雷射光之步驟中，使用如圖4所示之裝置100，於與比較例1相同之條件下對玻璃基板照射雷射光。又，於步驟S120中之藉由直流放電電壓施加之放電步驟中，於設置於玻璃基板之兩側之電極間施加5000V之電壓。

再者，自藉由對玻璃基板之收斂雷射光而使孔貫通至放電產生之時間，即第1放電等待時間係設為200μ秒。

藉此，於玻璃基板，形成有第1開口(雷射光照射側之開口)約為70μm、第2開口(雷射光非照射側之開口)約為50μm之大致錐狀之貫通孔。

於圖8中表示於處理後形成於玻璃基板之貫通孔之剖面形狀之一例。於圖8中，玻璃基板之上側相當於雷射光照射側。

由圖8可知，於貫通孔內幾乎未形成狹窄部。

如此，確認到，於本發明之一實施例中，可有意地抑制於貫通孔內形成較大狹窄部。

[產業上之可利用性]

本發明可利用於藉雷射光照射於玻璃基板上形成貫通孔之方法等。

本申請案係基於在2013年4月24日申請之日本專利申請案2013-091153號而主張優先權者，該日本申請案之全部內容作為本申請案之參照而引用。

S110‧‧‧步驟

S120‧‧‧步驟

Claims (3)

1. 一種方法，其特徵在於：其係於玻璃基板上形成貫通孔之方法，且包括如下步驟：(a)對玻璃基板照射雷射光，藉此，於上述玻璃基板之照射區域形成自第1表面至第2表面之貫通孔，且該貫通孔具有狹窄部；及(b)於上述玻璃基板之第1表面及第2表面之間施加直流電壓，而產生經由上述貫通孔之放電，藉此，於上述貫通孔之狹窄部，相對於上述貫通孔之延伸軸大致垂直之方向之剖面的開口尺寸擴大。
2. 如請求項1之方法，其中上述(b)步驟於上述(a)步驟後至多500μ秒以內實施。
3. 如請求項1或2之方法，其中於上述(a)步驟與上述(b)步驟之間具有如下步驟：(c)於上述玻璃基板之第1表面與第2表面之間施加高頻高電壓。