本发明专利技术公开了一种用于在金属丝（尤其是钨灯丝）中制造微孔隙的微孔隙形成系统。所述系统具有从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的涂层站。掩模形成站从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。蚀刻站接收来自掩模涂层站的用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。剥离站从蚀刻站接收金属丝并且由金属丝除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。本发明专利技术提供了一种在钨丝中形成微孔隙及，更一般地说制造具有孔洞阵列并能基本上符合任何表面、包括任意弯曲表面的掩模的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般性地涉及用于蚀刻空隙阵列的符合掩模(conformingmask)。更具体地说，本专利技术涉及为了提高辐射效率而在灯丝(filamentwire)中形成微孔隙的适于大规模生产环境的设备及方法。
技术介绍
生产和购买电力的成本已经逐步上升至全世界的最高记录。这种逐步上升在电力供应有限的不发达国家，以及那些电力需求高的多人口国家是特别真实的。这种需求的驱动不断增加要求生产能量高效且电力使用成本最小的光源。较有效的光源之一是白炽灯泡。在过去两个世纪中，科学家和专利技术家已经努力开发有效、实用、长寿命的白炽灯泡。开发长寿命的高温灯丝是设计实用白炽灯泡的关键因素。已经发现钨灯丝为照明应用提供了许多可取的性质，例如高熔点(3,410℃或6,170°F)、在高温下低的蒸发速率(在2,757℃或4,995°F下为10-4托)，以及大于钢的拉伸强度。这些性质允许灯丝被加热至更高温度下，提供具有良好寿命的更亮光线，这就使钨成为商购白炽灯泡灯丝的优选材料。白炽灯泡的灯丝在通过足够量的电流时发出可见和不可见的辐射。但是，灯丝以可见光的形式只发出较小部分的能量，典型地为6至10％。剩余大部分发出的能量在光谱的红外区，并且以热的形式损失。结果，通过可见光波长区发射的功率与所有波长内辐射功率的比例测量的典型钨灯丝的辐射效率较低在6％或更低的量级。增加白炽灯丝发射可见光量的传统技术依赖于通过增加外加电流来增加从灯丝中可获得的能量的量。但是，增加电流浪费更大量的能量。需要一种能够发射增加的可见光但不会增加能量消耗的钨灯丝。另一个关心是灯丝的使用期限。钨灯丝是非常耐用的。但是，在长时间后，大的电流引起在电子轰击和在灯丝内移动原子时发生的过剩电子风(excess electron wind)。经过一段时间，这种效应会引起灯丝变薄并且最终断裂。已经观察到通过使灯丝表面具有次微米级的结构可以增加例如钨的灯丝材料的辐射效率。H.Craighead，R.Howard和D.Tennant在“Selectively Emissive Refractory Metal Surface”，38 Applied PhysicsLetters 74(1981)中公开了使用非选择性反应性离子蚀刻技术在钨样品的表面形成次微米特征的方法。Craighead等公开提高的辐射效率源于从钨上可见光发射率的增加。发射率是在给定波长下来自物质(例如钨)表面的辐射通量与相同条件下黑体发射的辐射通量的比例。假设黑体吸收入射到其上面的辐射。Craighead等公开来自结构化钨表面的可见光发射率是未结构化表面的两倍。作者表明所述增加是结构化钨表面的电磁辐射更有效地耦合入自由空间的结果。Craighead等公开的钨样品结构化的表面在表面上具有凹陷，其由突出灯丝表面大约0.3微米的柱状结构分隔。在1989年9月10-14日于英格兰约克郡召开的第五届全光源科学与技术(Science and Technology of All Light Sources)国际会议上，J.Waymouth在标题为“Where Will the Next Generation of Lamps ComeFrom？”的论文第22-25页和图20中提出一种通过修饰钨灯丝的表面增加白炽灯效率的另一种方法。Waymouth假设测量为0.35微米跨度和7微米深并且由0.15微米厚的壁分隔的灯丝表面孔眼可以用作波导，偶合钨与自由空间之间在可见光波长的辐射，但是抑制非可见光波长的发射。Waymouth公开灯丝上的孔眼可以通过半导体平版印刷技术来形成，但是这种孔眼的尺寸超过了当时技术的能力。另一种降低白炽光源红外发射的方法在授予Jaffe等的美国专利第5,955,839号中描述。如该专利所述，灯丝中存在微孔隙提供了发射方向性的更大控制并且增加了给定带度中的发射效率。这种光源举例来说具有直径为1微米至10微米的微孔隙。尽管使用微电子加工技术可以在一些材料中形成具有这种尺寸的特征结构，但是难于在金属，例如通常用于白炽灯丝的钨中形成这些结构。再另一种降低白炽光源红外发射的方法在授予Liu等的标题为“Method and Apparatus Using Laser Pulses to Make an Array ofMicrocavity Hoies”的美国专利第6,433,303号中描述。所公开的方法使用激光束在金属薄膜中形成每个微孔隙。光掩模将激光束分成多个光束，并且透镜系统将多个光束汇聚到金属薄膜并且形成微孔隙。在我们自己的研究中，本专利技术人已经使用飞秒激光脉冲在平坦的钨表面上钻孔。这种激光钻孔足以提供研究样品，但是激光钻孔因为钻孔过程高的成本而不适合大规模生产。另外，弯曲，而非平坦的表面的钻孔出现另外的问题。仍另一种方法在授予Bigio等的美国专利第5,389,853号中公开。Bigo等描述了具有提高的可见光发射的灯丝。通过在钨灯丝的表面上沉积一层次微米到微米级的晶粒提高了其发射率。晶粒由钨或者达到1％的钍及达到10％的铼、钽或铌至少一种的钨合金来形成。尽管这些传统的方法形成微孔隙并提高了光发射率，但是它们是复杂且昂贵的。没有哪种方法适于成本和效率是重要因素的大规模生产环境。因此，需要一种适于大规模生产环境的在灯丝中制造微孔隙的方法。
技术实现思路
为了满足这种和其它需求，并且鉴于这种目的，本专利技术提供了一种用于在金属丝(wire)(尤其是钨灯丝)中制造微孔隙的微孔隙形成系统。所述系统具有从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的涂层站。掩模形成站从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。蚀刻站从掩模涂层站接收用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。剥离站从蚀刻站接收金属丝并且从金属丝中除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。本专利技术还提供了一种在金属丝中形成微孔隙的方法。所述方法包括从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的步骤。然后，在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。最后，从金属丝中除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。本专利技术还进一步提供了一种制造具有孔洞阵列的蚀刻掩模的方法。所述掩模基本上能符合任何表面，包括任意弯曲的表面。所述方法包括下述步骤(a)提供待蚀刻的表面；(b)向所述表面涂布聚合物涂层；及(c)在聚合物涂布的表面上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。应当理解本专利技术前述一般性的说明和下面详细的说明老师示例性而非限制性的。附图说明结合附图阅读时，从下面详细的说明中将最能理解本专利技术。注意根据惯例，图中各个结构没有按比例描绘。相反，为了清晰起见，各个结构的尺寸被任意放大或者缩小。附图中包括下面的图表图1是根据本专利技术在钨灯丝中制造微孔隙的系统的示意图；图2是突出图1系统涂层站的示意图，其中根据本专利技术一个实施方案实施浸涂；图2A是根据本专利技术一个实施方案在图2说明的涂布步骤后，聚合物涂布的钨丝的剖视图；图3是突出图1系统掩模形成站的示意图，其中根据本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在金属丝中制造微孔隙的微孔隙形成系统，其包括：涂层站，从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层；掩模形成站，从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡， 从而产生掩模；蚀刻站，接收来自掩模涂层站的用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙；以及剥离站，从蚀刻站接收金属丝并且由金属丝除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。
【技术特征摘要】
US 2004-3-19 10/804,4311.一种用于在金属丝中制造微孔隙的微孔隙形成系统，其包括涂层站，从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层；掩模形成站，从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模；蚀刻站，接收来自掩模涂层站的用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙；以及剥离站，从蚀刻站接收金属丝并且由金属丝除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。2.权利要求1的系统，其中所述金属丝是钨。3.权利要求2的系统，其中所述涂层站包括用于装载溶解在快速蒸发溶剂中的聚合物的溶液的储罐。4.权利要求3的系统，其中所述溶液包含0.1至10重量％的聚合物。5.权利要求3的系统，其中所述聚合物是聚苯乙烯并且所述溶剂选自苯、甲苯和二硫化碳。6.权利要求5的系统，其中所述溶剂是二硫化碳。7.权利要求2的系统，其中所述掩模形成站包括限定控制气氛的室，金属丝由该控制气氛的室通过。8.权利要求7的系统，其中所述气氛具有至少30％的湿度。9.权利要求2的系统，其中所述蚀刻站包括保持蚀刻浴的容器。10.权利要求9的系统，其中所述蚀刻浴是过氧化氢。11.权利要求2的系统，其中所述剥离站包括含有溶剂浴的附件。12.一种在金属丝中形成微孔隙的方法，其包括下述步骤(a)从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层；(b)在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模；(c)通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙；(d)从金属丝上除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。13.权利要求12的方法，其中金属丝是钨。14.权利要求13的方法，其中所述聚合物作为聚合物在快速蒸发溶剂中的溶液来使用。15.权利要求14的方法，其中所述溶液包含0.1至10重量％的聚合物。16.权利要求15的方法，其中所述聚合物是聚苯乙烯并且所述溶剂选自苯、甲苯和二硫化碳。17.权利要求16的方法，其中所述溶剂是二硫化碳。18.权利要求12的方法，其中步骤(a)包...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛冰，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。