用于在基材中开设凹部的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于通过局部地降低材料厚度在基材(2)中开设作为凹处的凹部的方法。在此，通过激光射束的沿着射束轴线(4)的空间上的射束成型在基材(2)中产生改性部(5)，从而接着通过腐蚀性介质的作用产生凹部。为此沿着平行的射束轴线(4)将多个改性部(5)开设到基材(2)中，所述改性部在第一外表面(6)和基材(2)内的与对置于第一外表面(6)的第二外表面(7)间隔距离(a)的位置(P)之间具有延伸尺寸(T)。彼此相邻的改性部(5)以相应的射束轴线(4)为参照具有侧向距离(S)，该侧向距离设计为与基材(2)中的长度或者深度成反比，以便由此产生凹部的几乎平坦的表面。产生凹部的几乎平坦的表面。产生凹部的几乎平坦的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在基材中开设凹部的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于在尤其是板状的基材中开设至少一个不连续的凹部作为不具有贯通部的盲孔或者用于降低基材的材料厚度以作为材料薄弱部的方法，在所述方法中，激光射束的焦点沿着激光射束的射束轴线进行空间上的射束成型，并且在所述方法中，借助激光射束沿着射束轴线在基材中产生缺陷位置，而不会在此由于激光射束产生基材的材料去除，其中，一个或者多个缺陷位置在基材中构成至少一个改性部，从而接着通过腐蚀性介质的作用并且通过由各向异性的材料去除产生的逐渐的腐蚀在基材中的改性部的相应的区域中产生凹部或材料薄弱部。
[0002]通过激光诱导深度蚀刻对玻璃进行精密加工的按本专利技术的方法已经以 LIDE(Laser Induced Deep Etching)的名称被熟知。LIDE方法能够以最高的速度开设极精确的孔和结构并且因此为在微系统技术中更多地使用玻璃作为材料创造了条件。
[0003]对于例如由专利文献WO 2014/161534 A2和WO 2016/004144 A1已知的激光诱导深度蚀刻，借助激光脉冲或者脉冲序列在长条状的区域上沿着射束轴线通常在透明材料的整个厚度上对该透明材料、例如玻璃板进行改性，从而在接下来的湿化学的蚀刻浴中各向异性地对改性部进行蚀刻。
[0004]由专利文献WO 2016/041544 A1已知一种借助激光射束在板状的基材中开设凹部、例如盲孔的方法，其中，通过腐蚀性介质的作用由于逐渐的蚀刻在基材的改性的区域中产生各向异性的材料去除。
[0005]然而在激光诱导蚀刻工艺中被证实为不利的是，例如用于制造盲孔或者其它单侧的凹部的单侧的蚀刻然而需要附加的措施来保护基材的相对置的外表面，并且在相对置的侧面之间贯穿的改性部也会在远离凹部的一侧上改变基材的材料特性。
[0006]专利文献EP 2 503 859 A1描述了一种选择性激光蚀刻工艺，在该工艺中，玻璃基材被聚焦在玻璃基材内的期望的位置上的焦点上的激光照射。通过将玻璃基材浸入蚀刻溶液中，从玻璃基材上去除改性的区域，能够在玻璃或盲孔中产生复杂的三维结构。蚀刻去除需要对例如大小为10
×
10
×
10μm3的各个单独的体积进行改性，为此必须相应地重新定向玻璃基材中的焦点。虽然以这种方式改性的体积可以任意地组合，但这需要大量的时间耗费和控制耗费。
[0007]专利文献DE 10 2018 110 211 A1描述了一种方法，在该方法中，可以控制基材中的焦点位置和深度，以产生丝状的损伤作为基材中不同长度的非常精细的盲孔。这种丝状的损伤通过随后的各向同性的蚀刻扩大其直径，从而通过连接至少两个相互相邻的丝状结构，形成具有复杂的几何形状的空腔。
[0008]专利文献DE 10 2011 111 998 A1涉及一种对表面进行结构化的方法，其中，该表面被激光照射并且区域性地、例如在表面以下的区域中进行改性。在蚀刻过程中，改性的区域中的表面会产生或扩大凹处。通过激光照射引起材料的变化，所述变化导致蚀刻剂的效果产生变化。材料的变化可以是微位移、微裂纹、微孔、微凹部或者相变，其中，通过激光照射例如可以实现结构变化或者熔化。
[0009]专利文献EP 2 600 411 A1描述了用激光照射基材以在基材内形成多个改性的区
域，并对表面进行各向异性蚀刻，使得在基材的表面形成凹部和突起。通过用激光多次照射基底，同时改变基底表面和激光会聚点之间的距离，从形成改性的区域。
[0010]此外还由专利文献US 2012/0 295 066A1已知各向异性的蚀刻。
[0011]此外，专利文献DE 10 2014 109 792 A1涉及一种工艺，在该方法中，在由玻璃构成的元件表面沿着分隔线至少区段性地产生突伸到元件中的点状的表面损伤。为此借助激光射束在元件的表面上形成激光入射处，从而产生盲孔或者多个点状的盲孔或者线状的激光痕迹。线状的表面损伤可以通过并排连接的长孔产生，所述长孔在其开口的区域中相互邻接或者特别有利地搭接。
[0012]本专利技术所要解决的技术问题在于，大大地降低用于通过激光诱导蚀刻在基材中制造凹部的耗费。
[0013]按照本专利技术，所述技术问题通过根据权利要求1的特征的方法解决。由从属权利要求能够得出本专利技术的其它设计方案。
[0014]按照本专利技术规定了一种方法，在所述方法中，沿着尤其是平行地相间隔的射束轴线将多个改性部开设到基材中，其中，所述射束轴线彼此之间具有介于最小值和最大值之间的侧向间距，使得每个改性部从基材的第一外表面朝向基材的相对置的第二外表面的方向延伸直至所述外表面之间的与相对置的外表面间隔距离的位置。本专利技术的基本思想是基于这样的想法，即产生一种改性部，所述改性部并不在基材的整个材料厚度上延伸，而只是从外表面延伸到位于外表面之间的区域。由此能够在没有覆盖物、例如抗蚀涂层的情况下通过浸泡在蚀刻浴中来开设单侧的凹部，其中，基材在改性的区域内被各向异性地蚀刻并且在其余区域内被各向同性地蚀刻。由于改性部不延伸至相对置的外表面，因此基材在该外表面处的特性保持不变，从而开辟了之前仅能在有限范围内实现的大量的应用可能性。此外，业已表明，通过空间上的射束成型和由此产生的从外表面到基材内的预定的位置的统一的、连续的并且不间断的改性部，能够比沿射束轴线依次地开设具有相应改变的焦点位置的多个体积的工艺实现明显更均匀的蚀刻去除。此外，通过在加工过程中将激光束仅平行于基材的表面移动，即仅须移过期望的轮廓，而无需改变聚焦，能够大大减少过程持续时间和控制耗费。激光射束的能量输入在此用于激发或触发反应，并且用于产生缺陷位置，所述缺陷位置总体地或者分别地产生改性部，所述改性部的效果在随后的加工步骤中通过腐蚀性介质的作用才导致或者被用于产生期望的材料去除。
[0015]按照本专利技术，通过激光射束在基材上产生缺陷位置，并且在基材上形成至少一个然而并不导致材料本身去除的改性部。接着、即在没有之前进行材料去除的情况下，通过腐蚀性介质的作用在基材中的改性部的相应的区域中通过各向异性的材料去除产生凹部或材料薄弱部。因此，材料去除仅由于腐蚀性介质的蚀刻作用产生而不是直接在激光射束的作用下产生。
[0016]按照本专利技术，由此产生特别有利的效果，即所产生的凹部在其端侧的优选与外表面平行地延伸的边界面的区域中具有非常低的粗糙度或波度。能够以此方式制造的突伸结构由此具有迄今未实现的均匀的材料厚度。
[0017]按照本专利技术，如果要保护个别区域不受不期望的蚀刻去除的影响，自然也并非一定舍弃使用覆盖物、尤其是抗蚀涂层。仅单侧的蚀刻的效果也可以顺利地实现，这也是本专利技术的技术方案。
[0018]特别实用的是，将基材浸泡在蚀刻浴中、即尤其是在没有覆盖物或者抗蚀涂层的情况下进行蚀刻，从而通过蚀刻作用在第一外表面产生各向异性的材料去除并且在第二外表面产生各向同性的材料去除。由此例如也可以将相对置的凹部开设在仅通过薄的膜隔开的外表面中，其中，薄的膜的平面自然也可以偏离外表面之间的中心平面。这种结构无法由之前的工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在尤其是板状的基材(2)中开设至少一个凹部(1)或者用于降低所述基材(2)的材料厚度(3)的方法，在所述方法中，激光射束的焦点沿着所述激光射束的射束轴线(4)进行空间上的射束成型，并且在所述方法中，借助激光射束沿着所述射束轴线(4)在所述基材(2)中产生缺陷位置，而不会在此由于激光射束产生所述基材的材料去除，其中，一个或者多个缺陷位置在所述基材(2)中构成至少一个改性部(5)，从而接着由于腐蚀性介质的作用通过各向异性的材料去除在所述基材(2)中的改性部(5)的相应的区域中产生凹部和/或材料薄弱部，其特征在于，沿着尤其是平行地相间隔的射束轴线(4)将多个改性部(5)开设到所述基材(2)中，所述改性部在第一外表面(6)和所述基材(2)内的与对置于所述第一外表面(6)的第二外表面(7)间隔距离(a)的位置(P)之间具有延伸尺寸(T)，使得每个改性部(5)从所述基材的外表面(6、7)朝向所述基材的相对置的外表面(6、7)的方向延伸直至所述基体(2)内的与相对置的外表面(6、7)间隔距离(a)的位置(P)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述基材(2)浸入蚀刻浴中，从而通过蚀刻作用在所述第一外表面(6)上产生各向异性的材料去除并且在所述第二外表面(7)上产生各向同性的材料去除。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基材(2)内的缺陷位置通过一系列的脉冲或者通过单脉冲产生。4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述改性部(5)由多个具有相同的射束轴线(4)的脉冲开设。5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述射束轴线(4)的侧向距离(S)调节为，使得所开设的改性部(5)不相互重叠。6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，相邻的射束轴线(4)的侧向距离(S)调节为，使得通过各向异性的材料去除在所述改性部(5)的区域中产生的凹部(1)相互搭接。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：N安布罗修斯，R奥斯托尔特，D邓克，M多格，K黑尔，AM沃格特，
申请(专利权)人：LPKF激光电子股份公司，
类型：发明
国别省市：