[發明專利]用于激光加工的原玻璃和用于激光加工的玻璃

無效

• 申請號: 02106738.4
• 申請日: 2002-03-05
• 公開（公告）號: CN1374264A
• 公開（公告）日: 2002-10-16
• 發明（設計）人: 小山正;吉井哲朗;小用廣隆
• 申請（專利權）人: 日本板硝子株式會社
• 主分類號: C03C3/066
• 分類號: C03C3/066;C03C3/093;C03C4/00;B23K26/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李悅

發明領域

本發明涉及通過以激光照射玻璃而對玻璃進行的激光加工，更具體地，本發明涉及適于激光加工的玻璃組合物。

發明背景

硅酸鹽玻璃是透明的和在高溫下可以容易地模塑或變形，并已經發現包括窗玻璃在內的各種用途。將玻璃切割，磨蝕和變形以為了每種特定用途而商業化。在許多用途中，要求將玻璃進行精細加工，作為加工方法，已知使用刻蝕溶液的化學刻蝕法和例如，通過離子輻射進行的物理刻蝕。此外，作為物理化學方式，有反應性離子刻蝕法，該方法已經用于生產光學器件，如微透鏡陣列和衍射光柵。在此方法中，根據平版印刷技術，在玻璃上形成有機材料的精細的掩模圖案，和通過由等離子體或其它物質激發的離子除去在未掩模區域的玻璃，以在玻璃上形成精細結構。然而，此方法涉及的問題是要求許多復雜的步驟，和要求高度真空的容器作為刻蝕設備，導致較高的生產成本。

另一方面，隨著激光技術的發展，已經大量地研究了激光加工。在激光加工中，使用具有各種波長的激光器。例如，作為說明的有紅外激光器，如CO₂激光器；具有通過結合Nd∶YAG激光器和波長轉換器發射的，從近紅外到可見光或UV射線區域的寬范圍波長的激光器，和UV激光器，如受激準分子激光器。激光加工是這樣的技術，其中以這些激光器照射材料以引起物理變化，如加熱、熔融、蒸發或磨蝕，采用物理變化作為對材料的加工。可以通過透鏡，將激光束(激光)聚焦到微米到亞微米級的尺寸，和可以使用反射器容易地進行掃描。這樣的激光加工的優點是它不要求真空容器和允許在大氣中進行，和由于可以通過掃描激光束而直接描繪出圖案，它不要求平版印刷步驟，因此用途更廣。要進行激光加工的材料包括各種材料，如有機材料、金屬和陶瓷。

如上所述，激光加工允許通過合適地聚焦激光束而達到微米級加工，和它希望成為在短時間內，以低成本進行精細加工的方式。如果可以在玻璃，特別是硅酸鹽玻璃表面上形成不均勻的圖案，或可以通過激光加工形成精細孔，激光加工可在用于光通信的器件、用于光通信安裝元件的基材、顯示器玻璃等中找到較寬的用途。

然而，采用激光對具有較寬用途的硅酸鹽玻璃進行精細加工的應用已經幾乎不進步了。這種情況可能是由于玻璃是典型的脆性材料和不能承受加工時的沖擊，因此容易形成裂紋和碎片。此外，不能將加工標志物整理成光滑的，這樣加工的表面常常是粗糙的，并因此難以在精細加工中采用激光加工。這樣的缺點詳細描述在Glastech.Ber.，66卷(1993)，227頁和應用表面科學，86卷(1995)，223頁。

最近，相對經常地進行的嘗試工作是在玻璃中形成精細孔。作為防止裂紋和碎片形成的措施，已知在進行加工的同時加熱用于減輕應力。同樣，已經嘗試在要加工的孔周圍形成金屬如鋁的薄膜，以由此減輕應力。然而，在加熱條件下的加工中，由于熱收縮不能達到微米到亞微米級的精度，此外，加工要求復雜的程序，因此它的用途受到限制。另一方面，使用金屬薄膜的加工涉及的問題是為形成薄膜需要真空過程，而這破壞了激光加工的基本優勢(即激光加工允許在短時間內和以簡單的方式進行)，并破壞了作為玻璃的特性的透明性和電絕緣性能。因此，非常難以按良好的精度對玻璃進行激光加工。

如在日本專利未決公開No.217237/1999中所示的那樣，本發明人以前公開過通過離子交換將銀引入到玻璃中從而提供這樣的一種玻璃的技術：該玻璃具有降低的激光加工閾值和它難以形成裂紋。通過該技術可以降低包含各種堿金屬的玻璃的閾值。

然而，盡管通過銀離子交換技術，可以將銀離子引入到許多包含堿金屬的玻璃中，會產生在玻璃表面的鄰近區域銀離子降低并因此阻止銀離子擴散到玻璃的內部的現象。因此，有效的激光加工區域限制在玻璃表面的鄰近區域，和仍然難以進行到玻璃內部的加工，如在玻璃板中穿孔(形成通孔)的加工。此外還有一個問題是離子交換速率太慢，使得難以允許離子穩定地到達玻璃的內部。

發明概述

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種適于激光加工的原玻璃(mother?glass)，其中銀離子容易擴散，并且它可以通過離子交換，以高濃度引入銀組分。

本發明適于激光加工的原玻璃包含作為主要組分的硅酸鹽玻璃；和至少一種基本相同(摩爾)量的鋁和堿金屬。

原玻璃優選包含數量為30mol％到65mol％，更優選35mol％到65mol％的二氧化硅(SiO₂)。

原玻璃優選包含數量為1mol％到30mol％，更優選10mol％到30mol％的每種鋁和至少一種堿金屬。