NL1031865C2 - Werkwijze en inrichting voor het structuren van een substraat door een straalbehandeling. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het structuren van een substraat door een straalbehandeling

De uitvinding betreft een werkwijze voor het structureren van een substraat door 5 een straalbehandeling, waarbij het substraat wordt afgedekt door een gestructureerde sjabloon, niet door de sjabloon afgedekte gebieden van het substraat worden onderworpen aan een straalbehandeling en aansluitend de sjabloon weer wordt verwijderd.

De uitvinding betreft verder een inrichting voor het structureren van een 10 substraat door een straalbehandeling, die een afdekking van het substraat door een gestructureerde sjabloon mogelijk maakt en waarbij niet door de sjabloon afgedekte gebieden van het substraat aan een straalbehandeling kunnen worden onderworpen.

Door dergelijke straalbehandelingen kunnen de fijnste oppervlaktestructuren in een substraat worden ingebracht, voor zover in de betreffende sjabloon een 15 overeenkomstig fijne structuur is opengelaten, waardoor een straalbehandeling van de niet afgedekte gebieden van het substraat wordt mogelijk gemaakt.

Deze ook onder de aanduiding “Powderblasting” bekende werkwijze is een zeer kosteneffectieve en nauwkeurige mogelijkheid om boringen, verlagingen, leidingen alsmede reliëfachtige structuren met willekeurige vorm in een substraat, zoals 20 bijvoorbeeld glas, te produceren. Wegens het gebruik van een sjabloon kunnen hierbij de fijnste structuren met hoge nauwkeurigheid worden vervaardigd.

In de stand der techniek is het in verband met de vervaardiging van glazen wafels bekend om de wafels door een fotolithografielak af te dekken. Hiertoe wordt allereerst een fotoresistfilm op het substraatoppervlak opgebracht. Daarna wordt een 25 sjabloon met het ontwerp boven deze film in positie gebracht. De film wordt dan met UV-licht door de sjabloon belicht. Belichte gebieden worden van het substraat tijdens de ontwikkeling verwijderd. Aansluitend kunnen gebieden, die niet door de fotoresistlak zijn afgedekt, worden weg geëtst. Het substraat kan nu worden onderworpen aan een straalbehandeling, waarbij de niet afgedekte gebieden van het substraat worden 30 blootgesteld aan de afsluitende straalbehandeling, zodat overeenkomstige verlagingen daaronder ontstaan. Daarentegen worden de door de lak afgedekte gebieden beschermd tegen de aantasting van de straalbehandeling. Op deze wijze kunnen fijngestructureerde verlagingen op het substraat worden geproduceerd.

f031865 -2-

Een andere vervaardigingsmogelijkheid voor het produceren van de meest fijne verlagingen op een substraat bestaat uit het afdekken door stalen maskers (sjablonen), die met behulp van kleefstoffen, wassen, kitten of dergelijke op het te bewerken substraat worden opgebracht. Aansluitend vindt een straalbehandeling plaats, waarbij de 5 niet door het stalen masker afgedekte gebieden van het substraat worden blootgesteld aan de afsluitende aanval van de betreffende deeltjes (b.v. Al203).

De toegepaste kleeflaag moet hierbij zo dun mogelijk en vrij van grote deeltjes zijn. Deeltjes of andere vreemde lichamen beschadigen bij het voegproces van substraat, dragerplaat en stalen masker het oppervlak van het substraat. Elke soort van 10 beschadiging van het oppervlak leidt tot storingen bij een latere verwerking van het substraat.

Als kleefsystemen worden hierbij verschillende wassen toegepast, die door verhitten vloeibaar worden gemaakt en dan als dunne laag tussen dragerplaat, substraat en stalen masker met hoge druk worden geperst. Na de straalstap moet dan de 15 verbinding zeer omslachtig met verschillende media worden opgelost. Aansluitend is een grondige reiniging van het substraat noodzakelijk.

Bij beide in de stand der techniek bekende varianten is een omslachtige reiniging van het betreffende substraat na de straalbehandeling noodzakelijk, als bijvoorbeeld glazen wafels met de meest fijne gatstructuren moeten worden geproduceerd.

20 Uit AT 406245B zijn een werkwijze en een inrichting voor het structureren van een substraat door een straalbehandeling bekend, waarbij het substraat door een gestructureerde sjabloon wordt afgedekt, dat op een oppervlak van het substraat wordt gepositioneerd en gehouden, aansluitend niet door de sjabloon afgedekte gebieden van het substraat worden onderworpen aan een straalbehandeling en tenslotte de sjabloon 25 weer wordt verwijderd.

Het gaat hierbij om een werkwijze en een inrichting, om een straalbehandeling van substraten met grote oppervlakten, in het bijzonder glazen platen, mogelijk te maken. Hiertoe dekte de sjabloon telkens slechts een deel van het substraat af en wordt met een geschikte transportinrichting geleidelijk naar verschillende posities van het 30 substraat gepositioneerd, om de straalbehandeling uit te voeren. Hierbij wordt het substraat tegen een ongeveer verticaal gericht steunoppervlak gezet en de sjabloon, dat -! -3- ! met de straalinrichting is gekoppeld, met behulp van een verrijdinrichting voor het substraat gepositioneerd. De sjabloon is aan een verrijdbare kast, die ook een zandstraaleenheid heeft, met behulp van een sjabloonhouder gehouden en kan tegen het oppervlak van het substraat worden gezet. Voor handhaving van de sjabloon is deze met 5 behulp van aan de kast aanwezige hout- en bevestigingsinrichtingen, b.v. met behulp van een elektromagneet, aan de kast gehouden respectievelijk kan daarvan worden losgemaakt.

Een dergelijke inrichting en een dergelijke werkwijze zijn weliswaar geschikt voor het structureren van substraten met zeer groot oppervlak door een 10 straalbehandeling, maar niet voor fijnstructurering van zeer gevoelige substraten, waarbij het aankomt op een hoge nauwkeurigheid.

Uit JP-A-09295266 is het verder in principe bekend om een substraat middels een straalbehandeling met een gatmasker af te dekken, welke door magneetkracht wordt gehouden. Echter valt hieruit niet op te maken hoe de magneet opgebouwd moet zijn of 15 verkregen moet zijn, om een voldoende precieze en duurzame positionering van het gatmasker op het substraat te verzekeren gedurende de straalbehandeling.

Aan de uitvinding ligt derhalve de opgave ten grondslag, om een werkwijze en een inrichting voor straalbehandeling van substraten te verschaffen, waarmee fijne structuren precies in het substraatoppervlak kunnen worden gevormd, waarbij een zo 20 eenvoudig en economisch mogelijke vervaardiging dient mogelijk te worden gemaakt en dure reinigingsprocessen zoveel mogelijk dienen te worden vermeden.

Deze opgave wordt volgens de uitvinding opgelost door een werkwijze voor het structureren van een substraat door een straalbehandeling, waarbij het substraat door een gestructureerde sjabloon uit een magnetiseerbaar materiaal wordt afgedekt, die op een 25 oppervlak van het substraat wordt gepositioneerd en gehouden, waarbij de sjabloon door de kracht van ten minste één permanente magneet met een houdkracht van tenminste 50 N/cm2 tegen het oppervlak van het substraat wordt geperst, aansluitend niet door de sjabloon afgedekte gebieden van het substraat worden onderworpen aan een straalbehandeling en tenslotte de sjabloon weer wordt verwijderd.

30 Met betrekking tot de inrichting wordt de opgave van de uitvinding verder opgelost door een inrichting voor het structureren van een substraat door een -4- straalbehandeling, met een grondplaat, waarop ten minste één magneet met een vlak oppervlak wordt gehouden, met een op het oppervlak van de ten minste één permanente magneet met een houdkracht van tenminste 50 N/cm2 positioneerbare beschermingsplaat, waarop het substraat kan worden gepositioneerd, met een 5 gestructureerde sjabloon uit een magnetiseeibaar materiaal voor gedeeltelijke afdekking van het substraat, en met een straalinrichting voor straalbehandeling van niet door de sjabloon afgedekte gebieden van het substraat.

De opgave van de uitvinding wordt op deze wijze volkomen opgelost.

Door positionering van de sjabloon op het oppervlak van het substraat met 10 behulp van magneetkracht kan een precieze positionering van de sjabloon op het substraat worden gewaarborgd en gegarandeerd, dat de sjabloon zonder spleet op het substraat ligt. Omdat geen enkele lak of kleefstof wordt toegepast, wordt de vervaardigingswerkwijze duidelijk eenvoudiger en economischer vormgegeven. Een aanvankelijke maskering of vastplakken alsmede ook latere reinigingsstappen voor het 15 verwijderen van maskeringstoffen of kleefstoffen vallen weg.

De gestructureerde sjabloon kan willekeurige structuren bevatten, die als doorlatingen in de sjabloon zijn gevormd. Hierbij kan het bijvoorbeeld gaan om boringen, sleuven of willekeurige andere doorlatingen met willekeurige vorm en grootte in de sjabloon.

20 Ook kunnen door de straalbehandeling willekeurige structuren in het substraat worden geproduceerd, die door de sjabloon zijn voorgegeven.

Zo kan door de straalbehandeling in het substraat bijvoorbeeld een gatstructuur worden geproduceerd, die het substraat geheel of gedeeltelijk doorloopt.

Volgens een verdere ontwikkeling van de uitvinding wordt als sjabloon een 25 stalen sjabloon toegepast.

Dit heeft het voordeel, dat een stalen sjabloon (uit ferritisch staal) op eenvoudige en economische wijze kan worden geproduceerd (b.v. door laserbewerking), magnetiseerbaar is en het noodzakelijke weerstandsvermogen heeft om de straalbehandeling (b.v. door Korund) te weerstaan. In principe kan de sjabloon echter 30 ook uit ander magnetiseerbaar materiaal bestaan. Het gaat echter bij (ferritisch) staal om een voor het genoemde doel bijzonder economisch materiaal.

-5-

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een sjabloon met een dikte van ten minste 0,05 mm, bij voorkeur van ten minste 0,1 mm, bij voorkeur van ten minste 0,15 mm toegepast. Hierbij heeft de sjabloon verder bij voorkeur een dikte van ten hoogste 1,0 mm, bij voorkeur van ten hoogste 0,5 mm, met bijzondere voorkeur 5 van 0,3 mm.

Hoe groter de dikte van de sjabloon, des te sterker is deze ten opzichte van de straalbehandeling. Anderzijds kan een sjabloon met geringere dikte beter aan het oppervlak van het substraat aanliggen, zonder dat hierbij spleten ontstaan. Een te grote dikte van de sjabloon leidt er verder toe, dat bij de straalbehandeling de randen van de 10 uitsparingen in de sjabloon niet precies genoeg op het substraatoppervlak worden afgebeeld. Ook stijgt bij grotere sterkte van de sjabloon de kosten bij de vervaardiging (b.v. door lasersnijden). In het genoemde diktetraject ontstaat een bijzonder goed compromis.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de magneetkracht 15 door ten minste één permanente magneet opgewekt.

Deze maatregel heeft het voordeel, dat met een permanente magneet zonder grote kosten een relatief grote houdkracht kan worden opgewekt. Alternatief is natuurlijk in principe ook de toepassing van elektromagneten denkbaar.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt als substraat glas, 20 keramiek, een kunststof of een ander overwegend bros materiaal toegepast.

De werkwijze volgens de uitvinding is bijvoorbeeld geschikt voor vervaardiging van glazen wafels met gaten door zandstralen. De werkwijze volgens de uitvinding is echter evenzo voor straalbehandeling van keramische materialen of ook kunststoffen of andere materialen geschikt. Deze dienen bij voorkeur een bepaalde brosheid te hebben, 25 opdat de afslijpende aanval van de straalbehandeling tot een overeenkomstig materiaalverlies leidt.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt voor positionering van de sjabloon ten minste één magneet met een houdkracht van ten minste 50 N/cm2, bij voorkeur van ten minste 100 N/cm2, met bijzondere voorkeur van ten minste 150 30 N/cm2 toegepast.

Daarbij wordt bij voorkeur over het totale oppervlak van de sjabloon een -6- dergelijke houdkracht bereikt.

Met een dergelijke houdkracht wordt een betrouwbare positionering van de sjabloon op het substraat gegarandeerd en gewaarborgd, omdat de sjabloon tijdens de straalbehandeling niet van het substraat loskomt. Als dit namelijk zou plaatsvinden, dan 5 zou dit kunnen leiden tot een verschuiving van de structurering van de sjabloon op het substraat, zodat de bereikte structuur niet meer zou overeenkomen met de specificatie. Of het substraat zou van onderen bestraald kunnen worden, hetgeen tot een beschadiging van het substraat zou kunnen leiden. Ook zou anders een te veel bestralen van de buitenkant kunnen optreden.

10 Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt tussen de van de sjabloon afgewende zijde van het substraat en de ten minste één magneet een beschermingsplaat geplaatst.

Deze beschermingsplaat kan bijvoorbeeld uit hetzelfde of een vergelijkbaar materiaal als het substraat bestaan.

15 Door een dergelijke beschermingsplaat wordt gegarandeerd, dat de op het substraat bij de straalbehandeling volgens de structurering van de sjabloon geproduceerde structuur aan de randzijden niet uitrafelt. Bovendien wordt de magneet door de beschermingsplaat voor beschadigingen beschermd.

De beschermingsplaat heeft bij voorkeur een dikte van ten minste 0,5 mm, met 20 meer voorkeur van ten minste 1,5 mm. Daarbij bedraagt de dikte bij voorkeur ten hoogste 5,0 mm met meer voorkeur ten hoogste 3,0 mm.

Omdat de houdkracht van de magneet zeer sterk afhankelijk is van de afstand tussen magneet en sjabloon, wordt de dikte van het substraat en de beschermingsplaat zo gering mogelijk gehouden, om een bijzonder goede hechting van de sjabloon op het 25 substraat te bereiken.

Met de aangegeven dimensionering van de beschermingsplaat ontstaat een toereikende houdkracht bij gelijktijdig toereikende dikte, om een bescherming van de magneet en een precieze vorming van de door de sjabloon voorgegeven structuur tijdens de straalbehandeling te bereiken.

30 Het is vanzelfsprekend, dat de hiervoor genoemde en de hierna nog uiteen te zetten kenmerken van de uitvinding niet in de telkens aangegeven combinatie maar ook -7- in andere combinaties en afzonderlijk toepasbaar zijn zonder het kader van de uitvinding te verlaten.

Verdere kenmerken en voordelen van de uitvinding blijken uit de navolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening.

5 In de tekening toont de enige

Fig. 1 een inrichting volgens de uitvinding in vereenvoudigde, schematische voorstelling.

10 In Fig. 1 is een inrichting volgens de uitvinding in totaal met het cijfer 10 aangeduid. Op een grondplaat 12 is een magneet 14 in de vorm van een permanente magneet aangebracht. Bij de hier toegepaste permanente magneet gaat het om een “ Hardferriet-magneet”.

In Fig. 1 zijn om redenen van de betere herkenbaarheid de grootteverhoudingen 15 afwijkend van de daadwerkelijke grootteverhoudingen afgebeeld. In het bijzonder komen de diktes van de over elkaar geplaatste lagen niet overeen met de daadwerkelijke grootteverhoudingen.

De inrichting 10 volgens de uitvinding is bijvoorbeeld geschikt voor behandeling van glazen wafels met een grootte van 14,16 mm tot 20,32 mm (4-8 duim) in ronde of 20 rechthoekige uitvoering. Vanzelfsprekend kunnen ook grotere afmetingen worden bewerkt, voor zover dit gewenst is.

In het voorliggende geval heeft de toegepaste permanente magneet 14 een grootte van 320 * 170 mm, zodat daarop bijvoorbeeld gelijktijdig twee substraten 18 ongeveer in de vorm van glazen wafels kunnen worden bewerkt. Het oppervlak van de 25 permanente magneet 14 steekt iets uit boven de grondplaat 12 en is vlak gevormd. Voor behandeling van een substraat 18 wordt allereerst, zoals in de figuur getoond, een beschermingsplaat 16 op het oppervlak van de magneet 14 gelegd, voordat daarop een of meerdere substraten 18 worden geplaatst en tenslotte daarop een of meerdere sjablonen 20 worden geplaatst.

30 In de sjabloon 20 is de door een straalbehandeling in het oppervlak van het substraat 18 te produceren structuur in de vorm van een of meerdere doorbreuken van -8- willekeurige vorm en grootte voorgegeven.

In het afgebeelde voorbeeld kan de sjabloon 20 bijvoorbeeld als gatenplaat met een aantal gaten zijn gevormd, waardoor bij de straalbehandeling een overeenkomstig gatenpatroon op het oppervlak van het substraat 18 wordt geproduceerd.

5 Voor uitvoeren van de straalbehandeling is een geschikte straalinrichting voorzien, die een gelijkmatige bestraling van het totale substraatoppervlak waarborgt.

Hiertoe kan bijvoorbeeld aan een leiding 30 een sleuf 28 werkbaar zijn opgenomen, waaraan een loodrecht naar onder uitstekende arm 26 is voorzien. Aan het ondereinde van de arm 26 is een straalkop 24 voorzien. Doelmatig is bovendien nog een 10 verwerkmogelijkheid in een daarop loodrechte horizontale richting voorzien, zodat het totale oppervlak van het daaronder geplaatste substraat 18 gelijkmatig automatisch kan worden afgesleten.

Voor straalbehandeling kunnen verschillende media worden toegepast, waarbij in de regel Korund (A1203) als economisch medium toereikend is. Er kunnen echter voor 15 bijzondere toepassingen ook andere straalmedia worden toegepast, zoals bijvoorbeeld boorcarbide, diamant en dergelijke.

In het onderhavige geval bestaat de beschermingsplaat 16 bijvoorbeeld uit glas met een dikte van 2,0 mm. Bij het te behandelen substraat 18 kan het bijvoorbeeld gaan om een glasschijf met een dikte van 0,9 mm. Het daarboven te plaatsen sjabloon 20 kan 20 bijvoorbeeld een stalen sjabloon met een dikte van 0,2 mm zijn, waarin de door straalbehandeling te produceren structuur is gevormd.

Bij de straalbehandeling kan in het substraat bijvoorbeeld een gatenpatroon worden geproduceerd, dat het substraat doorboort.

De structurering van de sjabloon 20 kan worden geproduceerd met in de stand 25 der techniek bekende werkwijzen, bijvoorbeeld door lasersnijden, door eroderen of eventueel door etsbewerken onder toepassing van geschikte maskeringtechnieken met behulp van lichtgevoelige lakken.

Bij de aangegeven dimensionering van beschermingsplaat 16, substraat 18 en sjabloon 20 kan met de toegepaste permanente magneet een houdkracht van 180 N/cm2 30 over het totale oppervlak van het substraat worden geproduceerd.

Voorwaarde voor een voldoende goede houdkracht is een vlak oppervlak van de -9- magneet, de toegepaste beschermingslaag 16, het te behandelen substraat 18 en de sjabloon 20.

Voor het op elkaar leggen dienen de betreffende lagen voldoende te zijn gereinigd, zodat geen vreemde lichamen tussen de lagen geraken.

5 Na afsluiten van de straalbehandeling kan het betreffende pakket van beschermingsplaat 16, substraat 18 en sjabloon 20 zijdelings van de magneet 14 worden afgeschoven, afgenomen en worden gereinigd.

In principe is ook de productie van gewelfde structuren op gewelfde substraten mogelijk, voorzover de oppervlakken van de magneet 14, de toegepaste 10 beschermingsplaat 16, het substraat 18 en de sjabloon 20 overeenkomstig zijn aangepast.

1 0 3 1 865

Claims (13)

1. Werkwijze voor het structureren van een substraat door een straalbehandeling, waarbij het substraat (18) door een gestructureerde sjabloon (20) van een 5 magnetiseerbaar materiaal wordt afgedekt, die op een oppervlak van het substraat (18) wordt gepositioneerd en gehouden, waarbij de sjabloon (20) door de kracht van ten minste één permanente magneet (14) met een houdkracht van tenminste 50 N/cm2 tegen het oppervlak van het substraat (18) wordt geperst, aansluitend niet door de sjabloon (20) afgedekte gebieden van het substraat (18) worden onderworpen aan een 10 straalbehandeling en tenslotte de sjabloon (20) weer wordt verwijderd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij door de straalbehandeling in het j substraat een gatgatstructuur wordt geproduceerd, die het substraat bij voorkeur i doorboort. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij als sjabloon (20) een stalen plaat wordt toegepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij een sjabloon (20) met een dikte 20 van ten minste 0,5 mm, bij voorkeur van ten minste 0,1 mm, met bijzondere voorkeur van ten minste 0,15 mm wordt toegepast.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een sjabloon (20) van ten hoogste 1 mm, bij voorkeur van ten hoogste 0,5 mm, met bijzondere voorkeur 25 van ten hoogste 0,3 mm wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij als substraat (18) glas, keramiek, een kunststof of een ander overwegend bros materiaal wordt toegepast.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij voor positionering van de sjabloon (20) ten minste één magneet (14) met een houdkracht van ten minste 100 N / cm2, bij voorkeur van ten minste 150 N/cm2 wordt toegepast. 1031865 -11-

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij over het totale oppervlak van de sjabloon (20) een houdkracht van ten minste 50 N/cm2, bij voorkeur van ten minste 100 N/cm2, bij voorkeur van ten minste 150 N/cm2 wordt bereikt. 5

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarbij tussen de tussen de van de sjabloon (20) afgewende zijde van het substraat (18) en de ten minste één magneet (14) een beschermingsplaat (16) wordt geplaatst.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij een beschermingsplaat (16) wordt toegepast, die uit hetzelfde of een vergelijkbaar materiaal als het substraat (18) bestaat.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij een beschermingsplaat (16) met een dikte van ten minste 0,5 mm, bij voorkeur van ten minste 1,5 mm wordt toegepast. 15

12. Werkwijze volgens één der conclusies 9 tot 11, waarbij een beschermingsplaat (16) met een dikte van ten hoogste 5 mm, bij voorkeur van ten hoogste 3 mm.

13. Inrichting voor het structureren van een substraat door een straalbehandeling, 20 met een grondplaat (12), waarop ten minste één magneet (14) met een vlak oppervlak wordt gehouden, met een op het oppervlak van de ten minste ene permanente magneet (14) met een houdkracht van tenminste 50 N/cm2 positioneerbare beschermingsplaat (16), waarop het substraat (18) kan worden gepositioneerd, met een gestructureerde sjabloon (20) uit een magnetiseerbaar materiaal voor gedeeltelijke afdekking van het 25 substraat (18), en met een straalinrichting (22) voor straalbehandeling van niet door de sjabloon (20) afgedekte gebieden van het substraat (18). 1031865