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玻璃的加工方法

阅读：1038发布：2020-11-20

IPRDB可以提供玻璃的加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种玻璃的加工方法，其含有：利用激光在玻璃基板(10)上形成贯穿孔(11)的工序；和使用蚀刻液(34)对贯穿孔(11)进行湿法蚀刻的工序。蚀刻液(34)含有氢氟酸和第一液体，该第一液体是由分子尺寸比氢氟酸大的酸形成。氢氟酸的浓度为4重量％以下。第一液体的浓度比氢氟酸的浓度高。，下面是玻璃的加工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种玻璃的加工方法，其具备：利用激光在玻璃基板上形成贯穿孔的工序；和使用蚀刻液对所述贯穿孔进行湿法蚀刻的工序，其中，所述蚀刻液含有氢氟酸和第一液体，该第一液体由分子尺寸比所述氢氟酸大的酸形成，所述氢氟酸的浓度为4重量％以下，所述第一液体的浓度比所述氢氟酸的浓度高。

2.根据权利要求1所述的玻璃的加工方法，其中，所述第一液体的粘度比所述氢氟酸的粘度高。

3.根据权利要求1所述的玻璃的加工方法，其中，所述第一液体为硫酸。

4.根据权利要求1所述的玻璃的加工方法，其中，所述第一液体的浓度为10重量％～90重量％。

5.根据权利要求1所述的玻璃的加工方法，其中，所述蚀刻液的pH小于1。

6.根据权利要求1所述的玻璃的加工方法，其还具备对所述蚀刻液施加超声波的工序。

7.根据权利要求6所述的玻璃的加工方法，其中，所述超声波的频率为28kHz以上。

说明书全文

玻璃的加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种使用了激光的玻璃的加工方法。

背景技术

[0002] 具有多个微小贯穿孔的玻璃基板被利用于例如喷墨方式的打印头用基板或者双面布线基板等。贯穿孔通常利用激光来形成(日本特开2000-61667号公报、日本专利第4672689号公报)。

[0003] 激光与玻璃接触的部分(变质层)在加工中发热，通过由热应力导致的变形而产生了裂纹(微裂纹)。因此，玻璃基板的特性(功能)降低、玻璃基板变得容易开裂。

发明内容

[0004] 发明所要解决的课题

[0005] 本发明提供一种能够使具有贯穿孔的玻璃基板的特性提高的玻璃的加工方法。

[0006] 用于解决课题的手段

[0007] 本发明的一个方案的玻璃的加工方法具备以下工序：利用激光在玻璃基板上形成贯穿孔的工序；和使用蚀刻液对所述贯穿孔进行湿法蚀刻的工序。所述蚀刻液含有氢氟酸和第一液体，该第一液体是由分子尺寸比所述氢氟酸大的酸形成。所述氢氟酸的浓度为4重量％以下。所述第一液体的浓度比所述氢氟酸的浓度高。

[0008] 发明效果

[0009] 根据本发明，可以提供能够使具有贯穿孔的玻璃基板的特性提高的玻璃的加工方法。

附图说明

[0010] 图1是对实施方式的玻璃基板的加工方法进行说明的流程图。

[0011] 图2是显示激光加工装置的一个例子的示意图。

[0012] 图3是对形成有多个贯穿孔的玻璃基板进行说明的图。

[0013] 图4是在湿法蚀刻工序中所使用的湿法蚀刻装置的示意图。

[0014] 图5是显示湿法蚀刻后的贯穿孔的一个例子的截面图。

[0015] 图6是显示湿法蚀刻前的贯穿孔的一个例子的照片。

[0016] 图7是显示湿法蚀刻后的贯穿孔的一个例子的照片。

[0017] 图8是对实施方式的湿法蚀刻的原理进行说明的示意图。

[0018] 图9是对本实施方式的湿法蚀刻的蚀刻速率进行说明的图形。

[0019] 图10是对由超声波产生的气泡进行说明的图形。

[0020] 图11是对比较例的湿法蚀刻的原理进行说明的示意图。

[0021] 图12是显示比较例的湿法蚀刻后的贯穿孔的一个例子的照片。

具体实施方式

[0022] 以下参照附图对实施方式进行说明。需要注意的是，附图是示意性或者概念性的图示，各附图的尺寸以及比率等不一定与实际的相同。另外，即使在附图的相互之间表示同一部分的情况下，相互的尺寸关系和比率有时也会不同地显示。特别是，以下所示的几个实施方式是例示出用于将本发明的技术构思具体化的装置及方法，而不是通过组成部件的形状、结构、配置等来特别限定本发明的技术构思。另外，在以下的说明中，对具有同一功能和结构的要素标记相同符号，并且仅在必要时才重复说明。

[0023] 图1是对本实施方式的玻璃基板的加工方法进行说明的流程图。首先，准备玻璃基板10。玻璃基板10的厚度为例如0.1～1.5mm左右。在本说明书中，表示数值范围的“～”是指包含其前后的数值在内的范围的意思。

[0024] 接着，如图1所示，利用激光在玻璃基板10上形成一个或者多个贯穿孔(步骤S100)。图2是显示激光加工装置20的一个例子的示意图。激光加工装置20具备激光振荡器21、光学系统22(包含镜面23和聚光透镜24)和工作台25等。

[0025] 工作台25保持玻璃基板10。工作台25吸附固定或者粘接固定玻璃基板10。作为吸附固定，例如可以使用真空吸附或者静电吸附。工作台25可以具有使玻璃基板10水平移动的功能，例如，可以由X-Y工作台来构成。此时，工作台(X-Y工作台)25能够通过使用了马达的双轴的移动机构(未图示)来进行广范围的移动。

[0026] 激光振荡器21射出激光26。作为激光器，采用超短脉冲(例如纳秒脉冲)的UV(紫外)激光器。作为UV激光器，采用准分子激光器或者固体激光器。作为固体激光器，例如可以列举出：使用了在钇-铝-石榴石晶体中掺杂有Nd(钕)的介质的YAG激光器(Nd：YAG激光)。

[0027] 镜面23将来自于激光振荡器21的激光26反射至玻璃基板10侧。聚光透镜24接收来自镜面23的激光26。然后，聚光透镜24对保持于工作台25上的玻璃基板10聚焦照射激光26。聚光透镜24可以由多个透镜构成。激光26的聚光位置例如为玻璃基板10的激光光源侧的主面或者其附近。通过该激光26使玻璃基板10被局部加热，加热部分被除去后便在玻璃基板
10上形成贯穿孔11。贯穿孔11也被称为玻璃通孔(TGV：Through Glass Via)。

[0028] 图3是对形成有多个贯穿孔11的玻璃基板10进行说明的图。例如，如图3所示，对玻璃基板10实施多次贯穿孔形成工序，在玻璃基板10上形成有多个贯穿孔11。贯穿孔11的直径D1例如为10～50μm左右。本说明书中所述的贯穿孔的直径例如是玻璃基板的上表面处的尺寸。图3的玻璃基板10是以下基板的例子：可用于喷墨方式的打印头用基板、双面布线基板、将多个IC芯片集成于一个封装的多芯片模块(MCM)、或者通过一个封装就能实现系统级的功能的系统级封装(SiP)等的玻璃中介层(中继基板)。

[0029] 其中，在使用了激光的贯穿孔的形成工序中，在玻璃基板10的上表面侧和底面侧并且在贯穿孔11附近，产生有多个裂纹(微裂纹)12。即，由于使用了UV激光的贯穿孔的形成工序是热加工，因此在遍及于加工部分的周边的广范围内产生有由热应变导致的裂纹。

[0030] 接着，如图1所示，一边施加超声波振动一边进行湿法蚀刻(步骤S101)。湿法蚀刻工序例如进行20分钟左右。图4是在湿法蚀刻工序中所使用的湿法蚀刻装置30的示意图。

[0031] 湿法蚀刻装置30具备蚀刻处理槽31、超声波发生装置32以及保持机构33。蚀刻处理槽31内被供给蚀刻液34。保持机构33为可动式，能够保持例如多个玻璃基板10。保持机构33被配置于能够将玻璃基板10浸于蚀刻液34的位置。作为玻璃基板10的固定方法，例如，可以将玻璃基板10粘接于保持机构33上，保持机构33也可以具有夹持玻璃基板10的机构。

[0032] 在蚀刻处理槽31内，以浸于蚀刻液34的方式设置超声波发生装置32。超声波发生装置32产生超声波，使得在蚀刻液34中引起超声波震动。通过该超声波振动，蚀刻液34中产生了多个气泡，使得在蚀刻液34中引起汽蚀。由此，玻璃基板10的贯穿孔11被蚀刻。

[0033] 接下来，对在湿法蚀刻工序中使用的蚀刻液34进行说明。蚀刻液34含有氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)以及水(H2O)。氢氟酸(HF)的浓度大于0重量％且为4重量％以下。氢氟酸的浓度更优选为1.5重量％以下。硫酸的浓度比氢氟酸的浓度高，为10重量％～90重量％。硫酸的浓度更优选为40重量％～60重量％。具体地说，蚀刻液34含有0.5重量％左右的氢氟酸、60.0重量％左右的硫酸以及39.5重量％左右的水。

[0034] 玻璃基板10的主要成分为SiO2(40～70％)，第二多的成分为Al2O3(5～20％)。

[0035] 对于玻璃基板10，蚀刻液34中所含的氢氟酸(HF)产生以下所示的(1)～(3)这3种的反应。

[0036] SiO2+4HF→SiF4+2H2O (1)

[0037] SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O (2)

[0038] Al2O3+6HF→2AlF3+3H2O (3)

[0039] 图5是显示湿法蚀刻后的贯穿孔11的一个例子的截面图。通过湿法蚀刻工序，裂纹被蚀刻，能够形成几乎没有裂纹的贯穿孔11。湿法蚀刻后的贯穿孔11的直径D2为例如50～150μm左右。

[0040] 图6是显示湿法蚀刻前的贯穿孔11的一个例子的照片。图6的照片是使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscopy：SEM)拍摄的。图6的贯穿孔11的周围形成有多个裂纹。图6的贯穿孔11的直径为100μm左右。

[0041] 图7是显示湿法蚀刻后的贯穿孔11的一个例子的照片。图7的贯穿孔11的周围几乎没有裂纹，即，通过进行本实施方式的湿法蚀刻，裂纹被完全除去了。

[0042] 图8是对本实施方式的湿法蚀刻的原理进行说明的示意图。图8的左侧为湿法蚀刻前的平面图，图8的右侧为湿法蚀刻后的平面图。

[0043] 氢氟酸(HF)的粘度(粘性系数)小，表面张力小，而且分子尺寸小，因此容易侵入到裂纹内。另一方面，硫酸(H2SO4)与氢氟酸相比，其粘度大，表面张力大，而且分子尺寸大，因此不易侵入到裂纹内。需要说明的是，与氢氟酸混合的酸不限于硫酸，可以使用具有比氢氟酸粘度大、表面张力大和/或分子尺寸大的特性的酸。作为满足这样条件的酸，可列举出醋酸、磷酸或硝酸等。此外，还可以使用满足上述条件且为酸以外的液体，例如甘油等。

[0044] 在本实施方式的蚀刻液34中，硫酸的浓度比氢氟酸的浓度高，蚀刻液34的粘度高。因此，蚀刻液34变得不易侵入到裂纹内，从而可以抑制裂纹内的蚀刻进行。

[0045] 作为蚀刻的原理，氢氟酸发生电离(离子化)，氟(F)离子成为溶解玻璃基板的主体。但是，为了使玻璃基板的溶解得以进行，需要氢(H)离子的辅助。氢离子通过降低蚀刻液的pH(potential of hydrogen)来辅助玻璃基板的溶解。

[0046] 在本实施方式中，降低了氢氟酸的浓度(例如0.5重量％)。在这种情况下，仅靠氢氟酸的话，用于辅助玻璃基板的溶解的氢离子较少，因此玻璃基板的蚀刻难以进行。但是，在本实施方式中，蚀刻液含有硫酸，通过硫酸中所含的氢离子来降低蚀刻液的pH，由此能够辅助玻璃基板的溶解。

[0047] 通过这样的原理，如图8所示，裂纹12内的裂纹没有被促进，贯穿孔11整体被均匀地蚀刻。由此，在裂纹12没有被扩大的前提下进行贯穿孔11的蚀刻，蚀刻以贯穿孔11整体地扩大的方式进行。其结果是，湿法蚀刻前的裂缝12几乎被除去。需要说明的是，如果氢氟酸的浓度为4重量％以上的话，则即便在蚀刻液里添加氢氟酸以外的成分的情况下，也会在裂纹内进行蚀刻。因此，在本实施方式中，氢氟酸的浓度被设定为4重量％以下。

[0048] 另外，通过超声波发生装置32产生超声波，在蚀刻液34中引起汽蚀。由汽蚀所产生的气泡的直径优选比贯穿孔的直径小且比裂纹的宽度大。由此，由汽蚀所产生的气泡会侵入到贯穿孔11内，但难以侵入到裂纹12内。因此，能够在促进贯穿孔11的蚀刻的同时抑制裂纹12内的蚀刻。例如，在贯穿孔11的直径为100μm的情况下，气泡的直径优选为80μm以下。此时的超声波的频率被设定为28kHz以上。

[0049] 图9是对本实施方式的湿法蚀刻的蚀刻速率进行说明的图形。图9的横坐标表示处理时间(分钟)，图9的纵坐标表示蚀刻量(μm)。图9中所使用的蚀刻液含有0.5重量％的氢氟酸、69.3重量％的硫酸以及30.2重量％的水。该蚀刻液的pH小于1。通过本实施方式的湿法蚀刻能够实现高蚀刻速率。

[0050] 图10是对由超声波产生的气泡进行说明的图形。图10的横坐标表示超声波的频率(kHz)，图10的纵坐标表示气泡的直径(μm)。如图10所示，通过将超声波的频率设定为28kHz以上，可以形成具有80μm以下的直径的气泡。由此，能够在促进贯穿孔11的蚀刻的同时抑制裂纹12内的蚀刻。

[0051] (比较例)

[0052] 接下来，对比较例进行说明。图11是对比较例的湿法蚀刻的原理进行说明的示意图。图11的左侧为湿法蚀刻前的平面图，图11的右侧为湿法蚀刻后的平面图。

[0053] 比较例的蚀刻液例如含有4重量％左右的氢氟酸以及96重量％左右的水。即，比较例的蚀刻液中不含有氢氟酸以外的酸。

[0054] 在比较例中，氢氟酸(HF)发生电离(离子化)，氟(F)离子将玻璃溶解。氢(H)离子降低蚀刻液的pH，从而会辅助氟离子对玻璃的溶解。比较例的蚀刻液的粘度以及表面张力低，因此蚀刻液会侵入到裂纹内。由此，贯穿孔和裂纹被各向同性地蚀刻，裂纹被扩大。即，通过比较例的湿法蚀刻工序，无法除去裂纹。

[0055] 图12是显示比较例的湿法蚀刻后的贯穿孔11的一个例子的照片。如图12所示，在比较例中裂纹扩大，导致无法完全除去裂纹。

[0056] 图9中也记载有比较例的图形。图9中所使用的比较例的蚀刻液含有0.5重量％左右的氢氟酸以及99.5重量％左右的水。该蚀刻液的pH为3左右。与本实施方式相比，比较例的蚀刻速率变低。

[0057] (效果)

[0058] 如上所详述的那样，在本实施方式中，首先使用激光26在玻璃基板10上形成贯穿孔11。接着，使用蚀刻液34对贯穿孔11进行湿法蚀刻。蚀刻液34含有氢氟酸、比氢氟酸的分子尺寸大的硫酸以及水。氢氟酸的浓度为4质量％以下。硫酸的浓度比氢氟酸的浓度高，为10重量％～90重量％。

[0059] 因此，通过本实施方式，可以除去或者几乎除去在贯穿孔11的周围形成的裂纹12。由此，可以抑制具有多个贯穿孔11的玻璃基板10的特性(功能)降低。另外，还可以抑制由裂纹12引起玻璃基板10开裂。

[0060] 另外，通过使用本实施方式的蚀刻液34，可以提高蚀刻速率。由此，可以缩短湿法蚀刻工序，因而能够降低生产成本。

[0061] 此外，对蚀刻液34施加超声波，使蚀刻液34产生汽蚀。进而，将超声波的频率设定为28kHz以上以使得由汽蚀产生的气泡不易侵入到裂纹12。由此，能够在促进贯穿孔11的蚀刻的同时抑制裂纹12内的蚀刻。其结果是，变成能够除去裂纹12。另外，通过汽蚀可以使蚀刻速率变得更高。

[0062] 本发明不限于上述实施方式，只要在不脱离其要旨的范围内可以将构成要素进行变形来具体化。另外，上述实施方式包含各种阶段的发明，可通过由一个实施方式中所公开的多个构成要素的适当组合、或者由不同的实施方式中所公开的构成要素的适当组合来构成各种发明。例如，在即使从实施方式中所公开的全部构成要素中删除某些构成要素也仍能解决发明所要解决的问题并得到发明效果的情况下，删除了这些构成要素的实施方式可以被抽取出来作为发明。

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