專利名稱：在板件上獲得凹區(qū)或凹口圖案的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得凹區(qū)或凹口圖案的方法，在該方法中，由噴嘴對上述板件或?qū)影宓谋砻鎳姵瞿チ戏哿５纳淞?。上述的板件或?qū)影迳细采w有一層掩膜以界定上述磨料粉粒對上述表面沖擊的區(qū)域。本發(fā)明還涉及一種具有上述的凹區(qū)或凹口圖案的脆性材料板，并涉及這種脆性材料板的具體用途。
上一段文字所述的方法本身已在本申請人先前提出的歐洲專利申請0660360中公開過。按照這種噴粉粒法，粉粒在高速下與基板(具體說是玻璃板)相碰撞，經(jīng)過粉粒沖擊后，在基板上形成局部損傷，這就可以從表面上去掉一些小碎片，這種沖擊過程反復進行許多次。因此可看作是蝕刻過程。在一種0.7mm的玻璃板上覆蓋一層金屬掩膜，該掩膜是通過一層膠將其粘結(jié)在板上的，以便防止在噴粉粒過程中發(fā)生局部分層。帶有噴嘴的噴射裝置對準板件的表面，與此同時，根據(jù)壓力或汶杜里原理將從噴嘴向板件或?qū)影宓谋砻鎳姵瞿チ戏哿?例如碳化硅或氧化鋁粉粒)的射流。從而在表面上形成凹區(qū)或凹口。磨料粉粒射流的方向與板件或?qū)影宓谋砻娉?0°角。上述的歐洲專利申請中還提出可設置幾個噴嘴，而板件則例如平行于x軸線反復移動，噴射裝置則平行于y軸線移動，采用彼此相適應的速度在板件上獲得所需要的孔洞或凹區(qū)尤其是槽的圖案。為了獲得更均勻的所需圖案，上述專利申請還提出使用多個噴嘴，其中每個噴嘴移過一部分掩膜。上述方法的缺點在于，其磨粒粉粒射流是垂直于板件表面噴射而在板件或?qū)影迳闲纬梢?guī)定形狀的孔，但是，不能制成平底的大致對稱的凹區(qū)或凹口。而且不可能再現(xiàn)地形成具有大致平直的側(cè)壁的凹區(qū)或孔洞。
因此，本發(fā)明的一個目的是提出一種在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得凹區(qū)或凹口的圖案的方法。上述的凹區(qū)或凹口的特征在于，其底部大致是平的。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得凹區(qū)或凹口的圖案的方法。上述凹區(qū)或凹口具有大致平直的側(cè)壁。
本發(fā)明的再一個目的是提出一種在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得凹區(qū)或凹口的圖案的方法，上述的的凹區(qū)或凹口是互相連接的。
按照本發(fā)明，在本文開頭一段所述的方法的特征在于，至少有兩股磨料粉粒射流分別按各自的角度α1和α2噴射到板件或?qū)影宓谋砻嫔?，上述的兩股射流之間的夾角為(180°-α1-α2)，所形成的凹區(qū)或凹口的形狀不受脆材料板的厚度所限制。
在本文序言和權(quán)利要求書中的部分措詞“至少有兩股磨料粉粒射流”應看作是一種實施例。其中，板件或?qū)影宓谋砻婵偸鞘艿窖匾欢ń嵌鹊姆哿娚渥矒?。因此可將一個噴嘴按α1角設置，然后將同樣的噴嘴按α2角安置，該實施例落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。也可以連續(xù)地或不連續(xù)地改變噴嘴與板件或?qū)影灞砻嬷g的夾角α1，這種實施例也落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。實際上，從制造一技術的觀點來看，可以采用兩個或多個分別呈相應角度α1和α2的獨立的噴嘴。
在本文引言和權(quán)利要求書中的術語“脆性材料”應認為是可通過對其噴射粉粒而形成凹區(qū)或凹口的材料。其中，特別是玻璃、陶瓷材料、硅和脆性的合成材料是合適的基礎材料。
在本文引言和權(quán)利要求書中提到的部分措詞“不受脆性材料板厚度的限制”的意思應理解為本發(fā)明方法適合于在任何脆性材料或者由一種或多種脆性材料組合而成的材料板上形成孔洞或者說凹區(qū)，在這些材料中所形成的孔洞或凹區(qū)部分地或全部地穿過所用的板件或組合板件的厚度。所形成的孔洞或者凹區(qū)的形狀不受可能出現(xiàn)的材料性能的變化(如同下面要說到的日本專利申請No.08222129中的情況那樣)的限制，因此，不需要設置作為止動層的硬而脆的材料。
雖然1996年8月30日提出的日本專利申請No.08222129公開了用磨料粉粒射流在脆性材料板上形成凹區(qū)的方法，但是，該專利申請?zhí)岢龅姆椒ㄖ兴玫拇嘈圆牧蠈嵸|(zhì)上必須由兩種不同的材料即一種較軟的脆性材料和一種硬的脆性材料組成。上述較軟的脆性材料上覆蓋一層隨后要經(jīng)受噴粉粒處理的掩膜，所以未受掩膜保護的軟的脆性材料就被粉粒磨掉。因此僅在軟的脆性材料中形成凹區(qū)，而從較軟脆性材料向硬的脆性材料的過渡便起到一種止動層的作用。所形成的凹區(qū)具有由未被磨料粉粒射流去除的硬的脆性材料形成的平底部。此外，上述的日本專利申請未提供有關磨料粉粒射流相對于要形成凹區(qū)或凹口圖案的板件或?qū)影灞砻娴木唧w角度的信息。采用搪瓷玻璃料作為較軟的脆性材料，采用玻璃作為硬的脆性材料。上述方法的缺點在于，必須在硬的脆性材料板上總是要設置一層搪瓷玻璃料的上層，這就要提高成本，而且必須清除松脫的搪瓷玻璃料。
本發(fā)明方法中所用的角度α1和α2優(yōu)選30°～80°，最好是45°～65°。
采用上述的角度α1和α2，使所獲得的凹區(qū)或凹口具有大致平的底部。如果角度α1和α2小于30°，蝕刻速度就慢，這在實際實用中是不希望的。反之，若角度α1和α2大于80°，在下側(cè)形成的凹槽將會與按90°角噴射粉粒的方法一樣難以擴寬，這不利于獲得具有大致平的底部和大致為平直的側(cè)壁的對稱的凹區(qū)或凹口。但是，必須明白，本發(fā)明并不僅限于獲得具有平的底部和/或平直側(cè)壁的凹區(qū)或凹口。按照本發(fā)明的方法，還可以形成在表面之下互相連接的孔洞。而且，按照本發(fā)明，還可以形成穿過脆性材料板的整個厚度的凹區(qū)或凹口。
如果必須在脆性材料板件或者層板上形成通道或者說凹槽或窄縫，在本發(fā)明的方法中最好使磨料粉粒射流與板件或?qū)影逯g發(fā)生相對移動。為了通過噴嘴精確而且可再現(xiàn)地噴出粉粒射流，最好將噴嘴安置在固定位置。
為了防止兩股磨料粉粒射流之間的干擾而造成的功能損失，最好是逐步地制出凹區(qū)或凹口的圖案，也就是使兩股磨料粉粒射流依序地一個接一個地噴射到板件或者層板的表面上。這種連續(xù)作業(yè)還必須包括在形成凹區(qū)或凹口時快速交替兩股射流的操作。按照這種快速交替兩股粉粒射流的方法就可以得到形狀對稱的凹區(qū)或凹口。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，最好還使兩股磨料粉粒射流噴到板件或?qū)影迳系牟煌恢蒙?，從而滿意地提高噴粉粒作業(yè)的效率。
試驗證明，最好將兩股粉粒射流的噴嘴的幾何形狀或尺寸做成大致相同，以便在脆性材料的板件或?qū)影迳汐@得大致對稱的凹區(qū)或凹口。而且，為了獲得上述這種對稱的具有平的底部的凹區(qū)或凹口，最好是使兩股粉粒射流的取決于粉粒的粒度和速度的動能大致相同，同時要注意到最好使角度α1與α2相等。另外，在該實施例中，最好使兩股粉粒射流的粉粒的量即粉粒流量大致相同。
為了能夠檢測粉粒的動能，必需精確地測定粉粒的粒度和它們的射出速度。在給定的實施例中，磨料粉粒的粒度最好為10～50μm。
為了在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得深度達85～200μm的凹區(qū)或凹口的圖案，最好使掩膜的厚度為30～100μm。
本發(fā)明還涉及一種具有凹區(qū)或凹口的圖案的脆性材料板，該脆性材料板的特征在于，它們是按本發(fā)明的上述方法制成的。
按本發(fā)明的方法制成的脆性材料板特別適用于等離子顯示板(PDP)、等離子編址液晶顯示屬(PALC)以及微機電系統(tǒng)例如傳感器、致動器和測微裝置中的部件。
從下面參看附圖結(jié)合實施例的說明將會明白本發(fā)明的上述的和其他方法的內(nèi)容，附圖中
圖1簡單示出本發(fā)明的方法；圖2是在現(xiàn)有技術的噴粉粒試驗中通過光學顯微鏡得到的凹區(qū)圖案的剖視圖；圖3是按本發(fā)明的噴粉粒試驗中通過光學顯微鏡得到的凹區(qū)圖案的剖視圖；圖4是在本發(fā)明的噴粉粒試驗中通過光學顯微鏡得到的凹區(qū)圖案的剖視圖；圖5是在本發(fā)明的噴粉粒試驗中通過掃描電子顯微鏡(SEM)得到的凹區(qū)圖案的剖視圖；和圖6是在現(xiàn)有技術的噴粉粒試驗中通過掃描電子顯微鏡(SEM)得到的凹區(qū)圖案的剖視圖。
應當注意，上述這些僅用來說明本發(fā)明的具體實施例并不限制本發(fā)明。
圖1以獨立的分圖1A～1C的形式簡單示出本發(fā)明的方法。標號1表示脆性材料的板板或?qū)影澹谶@種脆性材料板上覆蓋上一層掩膜3用于界定磨料粉粒4對脆性材料板1的表面沖擊的區(qū)域。從噴嘴2噴出的磨料粉粒射流4呈一定角度α1噴到板件或?qū)影?的表面上，由于磨料粉粒射流4動能的作用，在脆性材料板1上形成凹區(qū)或凹口5的圖案，而在特定的實施例中還可希望磨料粉粒射流與脆性材料板1之間有相對移動。
在圖1B示出的實施例中，噴嘴2的方向與脆性材料板件或?qū)影?的表面間呈角度α2。磨料粉粒的射流4噴到脆性材料的板件或者層板1的表面上而在脆性材料板1上形成凹區(qū)或凹口5的圖案。顯然，圖1A和1B的方法所用的噴嘴2在具體實施例中可以是相同的噴嘴，所以通過改變角度α1和α2，可在脆性材料板1上得到凹區(qū)或凹口5的圖案。而且可以逐步地得到凹區(qū)或凹口5的圖案。而且可以逐步地得到凹區(qū)或凹口5的圖案。即從噴嘴2依序地向板件或者層板1的表面噴出兩股磨料粉粒射流。
在圖1C簡單示出的實施例中，由兩個獨立的噴嘴2對脆性材料板1的表面噴出磨料粉粒射流4，從而在脆性材料板1上形成凹區(qū)或孔洞5。這個圖的意思也說明兩個角度α1、α2不必相等。而且，在所示的實施例中，兩股磨料粉粒射流4最好是噴在脆性材料板件或?qū)影?的不同位置5上。因此，本發(fā)明實質(zhì)上是基于這樣的原則磨料粉粒射流噴在板件或?qū)影迳系娜肷浣切∮诂F(xiàn)有技術中公知的90°角。
圖2是通過光學顯微鏡觀察到的9種圖形的示意圖。在脆性材料-玻璃板上覆蓋一層0rdyl BF410型掩膜。該膜的厚度為100μm，其孔間寬度為370μm，用平均粒度為23μm的Al2O3粉粒作為磨料粉粒，以每秒133米的平均速度噴在脆性材料板上。這一現(xiàn)有技術的噴粉粒試驗是按90°的入射角進行的，也就是垂直噴射到脆性材料板上。圖2A～2I共9個圖形示出所得到的孔洞形狀與粉粒壓力的關系。圖2A對應于粉粒壓力為17g/cm2，圖2I對應于粉粒壓力為150g/cm2。即從圖2A至圖2I每個圖形的粉粒壓力提高約17g/cm2，這些圖形清楚地表明，所獲得的孔洞的形狀沒有平直側(cè)壁和/或平的底部。而且，孔洞側(cè)壁的幾何形狀從圖2D起便出現(xiàn)清晰可見的彎折。
圖3用光學顯微鏡圖形3A～3C簡單示出按本發(fā)明方法進行的噴粉粒試驗的結(jié)果。所用的脆性材料是玻璃，其表面覆蓋一層抗噴膜，該膜厚度為100μm，膜上的孔間寬度為360μm，以平均粒度為23μm的Al2O3粉粒和平均速度為每秒100米的粉粒射流對上述表面進行噴射，在本試驗中所用的入射角α1、α2皆為75°。從光學顯微鏡圖形3A～3c可清楚看出，所得到的孔洞的形狀與圖2所示的入射角為90°的孔洞形狀有明顯差別。圖3A對應于粉粒壓力為42g/cm2，圖3B對應于粉粒壓力為52g/cm2，而圖3C對應于粉粒壓力為72g/cm2。而且從圖3C可看到，已形成了平直的側(cè)壁，而且，與圖2所示圖形相比孔洞明顯加寬。
圖4示出按本發(fā)明方法進行的噴粉試驗所得到的SEM(掃描電鏡)圖形。試驗中用玻璃作為脆性材料，玻璃板表面覆蓋一層厚度為100μm的LF55G1型掩膜，膜上的孔間寬度為360μm。用平均粒度為23μm的Al2O3粉粒以平均速度為每秒100米的粉粒射流噴射上述表面。在本試驗中所用的入射角α1、α2都是60°。圖4A的圖形相應于粉粒壓力為22g/cm2，從該圖形中可清楚看到在玻璃板上形成了形狀對稱的孔洞。在圖4B所示的粉粒壓力增大到32g/cm2的圖形中，可清楚看到在脆性材料板上對稱地形成的孔洞具有平的底和大致平直的側(cè)壁。在圖4C中，粉粒壓力進一步增大到44g/cm2，可看出孔洞的平底形狀有所變化，而其側(cè)壁也略被潛控，再增加粉粒壓力到例如88g/cm2(見圖4H)，可清楚看出，采用兩股入射角為60°的磨料粉粒射流可明顯影響所形成的孔洞的幾何形狀，再進一步增大粉粒壓力，將會使相鄰的孔洞互相接觸，從而得到在表面之下互相連接的、被稱為地道的孔洞。
圖5示出按圖4的方法進行的試驗的另一種SEM圖形。從圖5A可清楚看到所形成的孔洞具有對稱的形狀，在圖5D中，孔洞的平底變成稍為凸起的形狀，這是如同圖4H那樣由于進一步增大粉粒壓力后而受到明顯影響所致。
最后，圖6簡單示出按現(xiàn)有技術所得到的凹槽的形狀，這些凹槽是在玻璃板上按90°的入射角所得到的。從圖6可清楚看出，所得到的凹槽的形狀與圖2所示的圖形相當，請注意，孔洞既沒有平底也沒有平直側(cè)壁。
權(quán)利要求
1.一種在脆性材料板件或?qū)影迳汐@得凹區(qū)或凹口圖案的方法，在該方法中，由噴嘴對上述板件或?qū)影宓谋砻鎳姵瞿チ戏哿５纳淞?，上述的板件或?qū)影迳细采w有一層掩膜以界定上述磨料粉粒對上述表面沖擊的區(qū)域，其特征在于，至少有兩股磨料粉粒射流分別按各自的入射角α1和α2噴到上述板件或?qū)影宓谋砻嫔?，上述的兩股射流相互間呈(180-α1-α2)的夾角，因此，所得到的凹區(qū)或凹口的形狀不受脆性材料的厚度的限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述的角度α1和α2為30°～80°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1～2的方法，其特征在于，上述的角度α1和α2為45°～65°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，在上述的磨料粉粒射流與上述的板件或?qū)影逯g有相對運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，上述的板件或?qū)影逑鄬τ谏鲜龅哪チ戏哿Ｉ淞鞫苿印?br>
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的方法，其特征在于，上述的凹區(qū)或凹口圖案是逐步獲得的，其中，兩股磨料粉粒射流是依序地一個接一個地噴到上述板件或?qū)影宓谋砻嫔系摹?br>
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的方法，其特征在于，上述的兩股磨料粉粒射流噴到上述板件或?qū)影宓姆指粑恢蒙稀?br>
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的方法，其特征在于，上述的噴出兩股粉粒射流的噴嘴具有大致相同的幾何形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8的方法，其特征在于，上述兩股射流中的粉粒具有大致相同的平均動能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9的方法，其特征在于，上述的兩股粉粒射流具有大致相同的粉粒流量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10的方法，其特征在于，上述的角度α1與上述的角度α2相等。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11的方法，其特征在于，上述的磨料粉粒的粒度為10～50μm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12的方法，其特征在于，上述的掩膜的厚度為30～100μm。
14.一種具有凹區(qū)或凹口圖案的脆性材料板，其特征在于，上述的凹區(qū)或凹口是按上述權(quán)利要求1～13所規(guī)定的方法形成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的脆性材料板，其特征在于，上述的凹區(qū)或凹口具有基本上平的底部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14～15的脆性材料板，其特征在于，上述的凹區(qū)或凹口具有大致平直的側(cè)壁。
17.根據(jù)權(quán)利要求14～16的脆性材料板，其特征在于，上述的凹區(qū)或凹口在上述板件或?qū)影宓谋砻嬷禄ハ噙B接。
18.一種用權(quán)利要求14～17規(guī)定的脆性材料板構(gòu)成的等離子顯示板(PDP)。
19.一種用權(quán)利要求14～17規(guī)定的脆性材料板構(gòu)成的微機電系統(tǒng)的零件。
20.一種用權(quán)利要求14～17的規(guī)定的脆性材料板構(gòu)成的等離子編址液晶顯示屏(PALC)。
全文摘要
一種在脆性材料板件或?qū)影?1)上獲得凹區(qū)或凹口(5)的圖案的方法,在該方法中,由噴嘴(2)向上述板件或?qū)影宓谋砻鎳姵瞿チ戏哿Ｉ淞?4),上述的板件或?qū)影迳细采w有一層掩膜(3)以界定磨料粉粒對表面的沖擊區(qū)域。本發(fā)明還涉及一種具有上述的凹區(qū)或凹口的圖案的脆性材料板,并涉及這種脆性材料板的具體用途。
文檔編號G02F1/1333GK1327405SQ00802249
公開日2001年12月19日 申請日期2000年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月18日
發(fā)明者P·C·P·鮑登, P·J·斯利科維爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司