皮肤处理片材和皮肤处理装置的制作方法

皮肤处理片材和皮肤处理装置
1.本发明涉及一种皮肤处理片材，所述皮肤处理片材包括具有多个孔的衬底，其中所述片材具有第一表面和相对的第二表面
。
所述孔具有第一和第二内周边以及沿所述第一内周边的至少一部分的切割刃
。
所述皮肤处理片材具有稳定度
st
，所述稳定度为平均衬底横截面积
ax
与总孔面积
a1
之比
。
此外，本发明还涉及一种包括该皮肤处理片材的皮肤处理装置
。
2.传统湿剃剃刀使用线性钢刀片从皮肤上去除毛发，例如从
de 10 2004052 068a1
已知的
。
这些湿剃剃刀产生非常紧密的剃刮，其中在多刀片剃刀的情况下，毛发被切割至皮肤水平或低于皮肤水平
。
然而，将暴露的刀刃放置到皮肤上可能导致对皮肤的损伤，并且因此导致刺激，特别是如果皮肤凸起到刀片之间的间隙中的话
。
3.在电动剃刮装置中，箔充当切割元件与皮肤之间的屏障
。
这些装置通常对皮肤更安全，但产生不太紧密的剃刮
。
4.皮肤处理片材旨在通过将刀刃平行于皮肤放置和通过沿多个孔的内周边形成切割刃而减少皮肤凸起来进行紧密剃刮和无刺激剃刮，所述多个孔被皮肤支撑衬底包围
。
5.为了提供坚固且安全的产品
(
其可承受剃刮中涉及的力和制造或掉落中涉及的力
)
，重要的是考虑皮肤处理片材的稳定度
。
稳定度由皮肤处理片材上最弱点的尺寸与总开口孔面积之比确定，所述最弱点由分隔和支撑每对相邻切割孔的最小实心区域限定
。
6.为了提供结构上坚固的皮肤处理片材，必须具有高稳定度，因此期望在切割孔之间具有大的实心支撑区域，然而这不利于提供有效的剃刮
。
为了提供有效的剃刮，优选具有足够大的孔以有利于有效的毛发喂送，并且优选具有大量的孔以便使皮肤处理片材上的切割刃的总量最大化
。
因此，既结构上坚固又能有效地从使用者皮肤上去除毛发的皮肤处理片材需要有效地平衡产品设计的这两个方面
。
7.包括多个封闭切割刃的毛发去除装置已在本领域中公开
。
在大多数现有技术中，没有考虑毛发去除效率和剃刮表面稳定度之间的平衡
。
在
gb 2580088a
中，剃刮表面具有由厚金属片材提供的高稳定度，然而孔的尺寸不足以允许毛发被有效地喂送到孔中
。
在其它技术中，例如
us 7,124,511b2
和
de 20 2019 100 514 u1
，结构刚性和紧密填充切割孔的能力受到用于产生刀刃的工艺的限制
。
在
us 7,124,511 b2
和
de 20 2019 100 514 u1
的情况下，其中使用蚀刻工艺来产生刀刃并且增加结构刚性，必须增加衬底材料的厚度或者增加孔之间的间距
。
然而，增加材料的厚度具有增加孔之间的距离的非预期结果，这是由于蚀刻过程和需要产生适当的刀片楔角以实现舒适和有效的剃刮
。
在这种情况下，可以在给定的处理片材面积内产生的孔的数目减少，从而导致总切割长度的减小和毛发去除效率的降低
。
8.由使用包含多个封闭切割刃的皮肤处理片材得到的皮肤安全性和毛发去除效率由封闭切割刃
(
本文中称为孔
)
的尺寸
、
由衬底材料提供的皮肤支撑的量和处理片材的总体尺寸确定
。
9.毛发去除效率由皮肤处理片材的总切割长度确定，所述总切割长度可以通过将处理片材上的所有孔的切割长度相加来确定
。
该总切割长度应该被最大化以增加切割效率
。
10.剃刮的安全性由皮肤与皮肤处理片材的衬底之间的接触面积确定
。
为了安全的剃刮，皮肤与皮肤处理片材的衬底之间的接触面积应最大化
。
11.然而，总切割长度的最大化和衬底的最大化是相反的特征，对于这些特征之间的令人满意的折衷至今还没有发现
。
在现有技术中，公开了具有多个封闭切割刃的皮肤处理片材中的切割孔的尺寸，然而现有技术没有公开如何充分地平衡对安全性和毛发去除效率的需要
。
在
gb 2580088 a
和
de 20 2019 100 514u1
的情况下，公开了封闭切割刃的尺寸，但是虽然在封闭切割刃的周边内形成的开口面积将提供安全的剃刮，但是开口面积太小而不允许毛发有效地喂送到孔中，因此导致差的切割效率
。
12.此外，为了确保安全剃刮，刀刃必须不对皮肤施加高压力
。
13.这通常在使用线性钢刀片的剃刮装置中通过将刀片安装到弹簧上来实现，使得当刀片上的压力增加时刀片偏转远离使用者的皮肤
。
然而，这具有以下缺点：切割刃相对于皮肤的几何布置
(
例如，刀片斜面相对于皮肤接触表面的角度
)
在偏转期间远离最佳几何形状，从而导致较低效率的毛发切割
。
14.当使用由薄金属形成的具有孔的皮肤处理片材时，皮肤上的压力的减小可以通过将处理片材嵌入可变形衬底中来实现，如
ep 0 276 066 a1
中所公开的，或者如
us 4,984,365
和
wo1992/002342
中所公开的皮肤处理片材能够在使用者将剃刮装置压靠在皮肤上时在整个表面上变形
。
然而，柔性金属处理片材的柔性改变了切割刃相对于皮肤的几何布置，从而导致较低效率的毛发切割，并且因此迄今为止没有柔性处理片材可用于毛发去除
。
15.当使用柔性处理片材时，需要提供额外的刚性以避免剃刮期间的变形
。
如
us 4,984,365
中所公开的，这可以通过将支撑结构整合在装置组件中的皮肤处理片材周围来实现，以防止当使用者将剃刮装置压靠在皮肤上时处理片材的不期望弯曲
。
然而，这些额外的支撑部件增加了剃刮装置的复杂性，并且提供了碎屑可以聚集到其上的额外区域，并且导致装置更难以清洁
。
16.因此，本发明的目的是提供一种皮肤处理片材，所述皮肤处理片材具有高毛发去除效率与良好的机械稳定度
(
即刚性，其允许装置的长耐久性
)
之间的良好平衡
。
此外，一个目的是提供一种处理片材，所述处理片材是刚性的并且在使用中不变形，以在整个剃刮期间提供一致的刀片几何形状并且确保容易且有效地清洁该装置以去除剃刮碎屑
。
17.该目的通过具有权利要求1的特征的皮肤处理片材以及权利要求
20
的皮肤处理装置来实现
。
另外的从属权利要求涉及本发明的优选实施方案
。
18.本技术的权利要求书和说明书中的术语“包括”具有不排除其他部件的意思
。
在本发明的范围内，术语“由
…
组成”应该理解为术语“包括”的优选实施方案
。
如果定义组“包括”至少特定数目的部件，则这也应该理解为所公开的组优选“由”这些部件“组成”。
19.使用以下定义来描述本发明：
20.孔面积
a1
21.皮肤处理片材的第一表面上的孔的面积
a1
被定义为由孔周边
r1
包围的开口面积
。
22.总孔面积
a1
23.处理片材包括数目n个孔，每个孔在第一表面上具有孔面积
a1i(i
＝1至
n)。
所有n个孔的所有孔面积
a1i的总和得到了根据以下公式计算的总孔面积
a1
：
24.i
＝1至n25.孔切割长度
l1
26.孔具有沿第一内周边的至少一部分的切割刃
。
皮肤处理片材的第一表面上的孔的切割长度
l1i(i
＝1至
n)
被定义为沿在孔内设置有切割刃的内周边
r1
的部分的长度
。
27.总切割长度
l1
28.皮肤处理片材包括数目n个孔，每个孔具有孔切割长度
l1。
所有n个孔的所有切割长度
l1的总和得到了根据以下公式计算的总切割长度
l1
：
29.i
＝1至n30.总片材面积s31.皮肤处理片材具有外处理片材周边
r。
由该外周边包围的面积是总片材面积
s。
32.最近相邻孔距离
b1i33.皮肤处理片材包括数目n个孔
。
对于每个孔i，可以找到最近相邻孔
。
可以绘制直线
x'
‑”
，其开始于位于第一孔的内周边上的任一点
p'
，并且结束于位于第二孔的内周边上的任一点
p”。
孔i和最近相邻孔之间的最短孔间隔
b1i被定义为可以在这两个最近相邻孔之间以此类方式绘制的最短线
x'
‑”
的长度
。
34.衬底横截面积
axi35.沿线
b1i垂直于第一表面穿过皮肤处理片材截取的竖直横截面确定由以下界定的面积
axi：
b1i、
皮肤处理片材的第二表面上的对应最小孔距离
b2i、
以及将第一表面上的内周边与第二表面上的内周边连接的两个斜面
。
皮肤处理片材的平均衬底横截面积
ax
是在整个皮肤处理片材上测量的所有n个单独的衬底横截面积
ax
i-的平均值：
36.i
＝1至n37.透明度
t
38.处理片材的透明度
t
被定义为总孔面积
a1
除以总处理片材面积s之比
。
39.边沿宽度
w1
40.处理片材包括数目n个孔
。
边沿宽度
w1
是可以从外周边r至与外周边r相邻的任何孔的内周边
r1
测量的最短距离
。
41.稳定度
st
42.处理片材的稳定度
st
被定义为平均衬底横截面积
ax
与总孔面积
a1
之比
。
43.根据本发明，提供了一种皮肤处理片材，所述皮肤处理片材包括具有n多个孔的衬底，其中
44.·
所述片材具有第一表面和相对的第二表面，
45.·
所述孔具有在所述第一表面处的第一内周边以及在所述相对的第二表面处的第二内周边，
46.·
至少两个孔具有沿所述第一内周边的至少一部分的切割刃，
47.·
每个孔具有由所述第一表面上的最短距离线
b1i与沿所述距离线
b1i的竖直衬底横截面积
axi连接的最近相邻孔，
48.·
所述处理片材具有被定义为所有衬底横截面积
axi的平均值的平均衬底横截面积
ax
，
49.·
所述皮肤处理片材具有由平均衬底横截面积
ax
与总孔面积
a1
之比定义的稳定
度
st
，
50.·
所述皮肤处理片材具有总切割长度
l1
，
51.其中稳定度和总切割长度的乘积
st
×
l1
在
0.01
至
10mm
的范围内
。
52.皮肤接触表面
53.皮肤接触表面是由皮肤处理片材的第一表面限定的连续表面
。
54.末端半径
tr
55.在图
11
中，示出了可以如何确定切割刃的末端半径
tr。
通过首先绘制将切割刃1的第一斜面的横截面图像一分为二的线
60
来确定末端半径
tr。
在线
60
平分第一斜面的地方绘制点
65。
在距离点
65 110nm
处垂直于线
60
绘制第二条线
61。
在线
61
平分第一斜面的地方绘制另外两个点
66
和
67。
根据点
65、66
和
67
构建圆圈
62。
圆圈
62
的半径是切割刃的末端半径
tr。
根据图
11
确定末端半径的定义
。
56.优选的是，n个孔的至少一半，更优选n个孔的
80
％，并且甚至更优选所有孔具有沿第一内周边的至少一部分的切割刃
。
57.优选的是，稳定度和总切割长度的乘积
st
×
l1
为
0.05mm
至
5mm
，更优选
0.1mm
至
2mm。
58.已经令人惊讶地发现，所选择的稳定度
st
和总切割长度
l1
的乘积允许紧密剃刮与稳定的皮肤处理片材之间的良好平衡
。
59.进一步优选的是，稳定度
st
在以下范围内：1×
10-4
至1×
10-1
，优选2×
10-4
至5×
10-2
，并且更优选1×
10-3
至2×
10-2
。
60.优选的是，相邻孔由第二表面上的最短距离线
b2i连接，并且
b1i:b2i之比在以下范围内：
1.0
至
10.0
，优选
1.3
至
5.0
，更优选
1.4
至
4.0
，并且甚至更优选
1.5
至
3.2。
61.根据一个优选实施方案，第一表面上的最短距离
b1i在以下范围内：
0.1
至
3.5mm
，优选
0.2
至
2.0mm
，更优选
0.5
至
1.5mm
，并且甚至更优选
0.7
至
1.2mm。
通过确保
b1i的值处于该范围内，皮肤处理片材可以进行有效且安全的剃刮
。
62.根据本发明的皮肤处理片材优选地具有在以下范围内的衬底横截面积
axi：
0.01
至
1mm2，优选
0.03
至
0.55mm2，并且更优选
0.1
至
0.3mm2。
63.已经发现，处理片材的总体尺寸对于保持剃刮大面积
(
诸如脸颊或腿部
)
和剃刮更精确的区域
(
诸如上唇
)
之间的平衡是关键的
。
总皮肤处理片材面积s优选地在以下范围内：
100
至
800mm2，更优选
200
至
600mm2，并且甚至更优选
250
至
480mm2。
64.优选的是，总孔面积
a1
为
10
至
400mm2，更优选
20
至
200mm2，并且甚至更优选
40
至
120mm2。
65.此外，已经发现，剃刮的安全性受到皮肤处理片材的透明度的影响，所述透明度被定义为皮肤处理片材的开口面积的总量相对于实心材料的量
。
皮肤处理片材的实心衬底在使用期间与皮肤保持接触，并且防止过多的皮肤凸起到孔中，这可能导致皮肤损伤和刺激
。
当皮肤处理片材的透明度高时，皮肤不能被充分地支撑并且能够凸起到孔中，从而导致皮肤损伤和刺激
。
因此，片材的透明度优选地在以下范围内：5％至
60
％，更优选
10
％至
50
％，并且甚至更优选
15
％至
30
％
。
66.根据一个优选实施方案，总切割刃长度
l
在以下范围内：
20mm
至
600mm
，更优选
30mm
至
400mm
，并且甚至更优选
45mm
至
120mm。
67.优选的是，皮肤处理片材具有外周边r，所述外周边具有边沿宽度
w1
，其中边沿宽度
w1
优选地在以下范围内：
0.1mm
至
5.0mm
，优选
0.5mm
至
3.0mm
，更优选
1.0mm
至
2.0mm。
68.根据一个优选实施方案，第一内周边小于第二内周边
。
这允许改善碎屑
(
如毛发或死皮
)
的冲洗或清除
。
对于孔的圆形二维形状，这导致圆锥形三维孔，其不太容易被毛发或死皮堵塞孔
。
69.皮肤处理片材优选地具有以下厚度：
20
μm至
1000
μm，更优选
30
μm至
500
μm，并且甚至更优选
50
μm至
300
μ
m。
70.衬底优选地具有5至
200
个孔，更优选
10
至
120
个孔，并且甚至更优选
15
至
80
个孔，这对应于数目n，即，n在以下范围内：优选5至
200
，更优选
10
至
120
，并且甚至更优选
15
至
80。
71.根据切割元件的一个优选实施方案，衬底包括第一材料，更优选基本上由第一材料组成或由第一材料组成
。
72.根据另一个优选实施方案，衬底包括第一材料和与第一材料相邻布置的第二材料
。
更优选地，衬底基本上由第一和第二材料组成或由第一和第二材料组成
。
第二材料可以至少在第一材料的区域中沉积为涂层，即第二材料可以是第一材料的包封涂层或者沉积在第一面上的第一材料上的涂层
。
73.为了最佳剃刮，必须具有刚性的刀片以经受剃刮期间的变形，以及坚固的刀刃以经受毛发切割中涉及的力
。
74.常规钢刀片由薄条材料制成，以形成具有小角度的刀片斜面，以使切割毛发的力最小化
。
然而，这种刀片是非常柔韧的，并且必须通过添加作为刚性框架的刀片支撑件来提供刚性，薄刀刃安装到该刚性框架上
。
在没有这种支撑件的情况下，由薄金属条形成的常规钢刀片将不具有足够的刚性
。
这同样适用于如
us 4,984,365
和
wo1992/002342
中所公开的由薄金属片材制成的处理片材
。
75.然而，使用薄金属切割刃具有需要复杂组装以确保刀片的刚性的缺点
。
76.由诸如硅的材料形成的皮肤处理片材是足够刚性的并且使得能够更简单地组装
。
然而，具有小斜角以在低力下切割毛发的硅刀刃非常脆，并且刀刃将在切割毛发所需的力下断裂，因此迄今为止没有硅剃刀刀片或由硅制成的处理片材可用于毛发去除
。
77.令人惊讶地发现，第一材料和第二材料的组合允许分别提供切割刀片和处理片材，其是刚性的以在剃刮期间经受变形而不需要任何支撑结构
。
此外，切割刀片和处理片材分别具有刀刃，所述刀刃是坚固的以承受在毛发切割中涉及的力
。
78.优选的是，第一材料不同于第二材料，更优选地，第二材料具有比第一材料更高的硬度和
/
或更高的弹性模量和
/
或更高的断裂应力
。
79.第一材料的材料通常不限于任何特定材料，只要可以将此材料斜切即可
。
80.然而，根据另选的实施方案，刀片主体仅包括第一材料或仅由第一材料组成，即未涂覆的第一材料
。
在这种情况下，第一材料优选是具有各向同性结构的材料，即在所有方向上具有相同的特性值
。
这种各向同性材料通常更适合成形，与成形技术无关
。
81.第一材料优选地包含选自由以下项组成的组的材料或由该材料组成：
82.·
金属，优选钛
、
镍
、
铬
、
铌
、
钨
、
钽
、
钼
、
钒
、
铂
、
锗
、
铁和它们的合金，特别是钢，
83.·
陶瓷，所述陶瓷包含选自由以下项组成的组的至少一种元素：碳
、
氮
、
硼
、
氧或它们的组合，优选碳化硅
、
氧化锆
、
氧化铝
、
氮化硅
、
氮化硼
、
氮化钽
、altin、ticn、tialsin、tin
modulus
下
。
104.第二材料的横向断裂应力
σ0优选为至少
1gpa
，更优选至少
2.5gpa
，并且甚至更优选至少
5gpa。
105.关于横向断裂应力
σ0的定义，请参考以下参考文献：
106.·
r.morrell
等人，
int.journal of refractory metals&hard materials
，
28(2010)
，第
508
至
515
页；
107.·
r.danzer
等人，在以下文献中：由
j.kriegesmann,hvb press,ellerau
出版的“technische keramische werkstoffe”，
isbn 978-3-938595-00-8
，第
6.2.3.1
章“der 4-kugelversuch zur ermittlung derbiaxialen biegefestigkeitwerkstoffe”。
108.因此，横向断裂应力
σ0通过断裂试验的统计评估来测定，例如在根据上述文献细节的
b3b
载荷试验中
。
因此，它被定义为断裂概率为
63
％时的断裂应力
。
109.由于第二材料的极高横向断裂应力，几乎完全抑制了单个微晶从硬涂层
(
特别是从切割刃
)
的分离
。
因此，即使长期使用，切割刀片也能保持其原有的锋利度
。
110.第二材料的优选为至少
20gpa。
硬度通过纳米压痕法
(yeon-gil jung
等人，
j.mater.res.
，第
19
卷，第
10
期，第
3076
页
)
测定
。
111.第二材料的表面粗糙度rrms
优选地小于
100nm
，更优选地小于
50nm
，并且甚至更优选地小于
20nm
，该表面粗糙度根据以下公式计算得出：
[0112][0113]a＝评估区域
[0114]
z(x,y)
＝局部粗糙度分布
[0115]
表面粗糙度rrms
根据
din en iso 25178
确定
。
上述表面粗糙度使得对生长的第二材料的额外机械抛光变得多余
。
[0116]
在一个优选实施方案中，第二材料的纳晶金刚石的平均晶粒尺寸d50
为1至
100nm
，优选5至
90nm
，更优选7至
30nm
，并且甚至更优选
10
至
20nm。
平均晶粒尺寸d50
是
50
％的第二材料由较小颗粒组成时的直径
。
平均晶粒尺寸d50
可以使用
x
射线衍射或透射电子显微镜和晶粒计数来确定
。
[0117]
根据一个优选实施方案，第一材料和
/
或第二材料至少在区域中涂覆有低摩擦材料，该低摩擦材料优选地选自由以下项组成的组：含氟聚合物材料如
ptfe、
聚对二甲苯
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
聚乙烯
、
聚丙烯
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
石墨
、
类金刚石碳
(dlc)
和它们的组合
。
[0118]
此外，孔具有选自由以下项组成的组的形状：圆形
、
椭圆形
、
正方形
、
三角形
、
矩形
、
梯形
、
六边形
、
八边形或它们的组合
。
[0119]
皮肤处理片材的第一表面上的孔的面积
a1i被定义为由周边包围的开口面积
。
孔面积
a1i在以下范围内：优选
0.2mm2至
25mm2，更优选
1mm2至
15mm2，并且甚至更优选
2mm2至
12mm2。
[0120]
切割刃理想地具有圆形构型，这提高了切割元件的稳定度
。
切割刃优选地具有以下末端半径
tr
：小于
200nm
，更优选1至
200nm
，更优选
10
至
100nm
，并且甚至更优选
20
至
50nm。
[0121]
为了有效地切割毛发，切割刃的末端必须在毛发上施加高压力
。
[0122]
这在使用线性钢刀片的剃刮装置中通过如下方式实现：使刀片斜面相对于产品的
皮肤接触表面以一定角度取向，从而产生突出超过皮肤接触表面并且在皮肤接触表面上方朝向使用者皮肤暴露的切割刃
。
这同样适用于如
wo1992/002342
中所公开的由薄金属形成的处理片材，其中刀刃相对于皮肤接触表面成角度并且突出超过皮肤接触表面并且在皮肤接触表面上方朝向使用者的皮肤暴露
。
然而，这种布置也会切割皮肤并导致皮肤刺激和不适，因此它不是安全的剃刮装置，因此迄今为止没有具有这些刀片布置的处理片材可用于毛发去除
。
[0123]
为了在皮肤上安全，刀片斜面的面向皮肤侧必须与装置的皮肤接触表面共面，即，刃必须不暴露于皮肤接触平面之上
。
此外，切割刃的末端必须尽可能靠近皮肤，即，其应当位于皮肤接触表面内，即，其应当与皮肤接触表面重合
。
然而，这降低了对毛发的末端压力并因此降低了切割效率，因此迄今没有可用的具有由金属材料
(leonard)
制成的不突出刀刃的处理片材
。
[0124]
末端压力可以通过使刀片“更尖锐”(
即，通过减小末端半径
)
来增加
。
这种处理片材可以例如用硅形成，然而硅是非常脆的并且锋利刃将在切割毛发所需的力的作用下断裂，并且因此迄今为止没有硅处理片材可供使用
。
[0125]
令人惊讶地发现，根据本发明提供了耐用的切割刃，其与皮肤接触表面共面并且具有小于
200nm
的小末端半径
。
[0126]
优选的是，末端半径
tr
与硬涂层的平均晶粒尺寸d50
相关
。
因此，特别是如果在切割刃处的第二材料的末端半径
tr
与纳晶金刚石硬涂层的平均晶粒尺寸d50
之比
tr/d
50
为
0.03
至
20
，优选
0.05
至
15
，并且特别优选
0.5
至
10
，则是有利的
。
[0127]
根据本发明的皮肤处理片材可用于毛发或皮肤去除领域，例如剃刮
、
去角质
、
胼胝皮肤去除
。
[0128]
此外，根据本发明，提供了一种皮肤处理装置，所述皮肤处理装置包括如上定义的皮肤处理片材
。
[0129]
下面的附图进一步说明了本发明，这些附图示出了根据本发明的具体实施方案
。
然而，这些具体实施方案不应被解释为以任何方式限制关于如权利要求书和说明书一般部分中描述的本发明
。
[0130]
图
1a
至图
1b
是根据本发明的皮肤处理片材的透视图
[0131]
图
2a
至图
2c
是根据本发明的皮肤处理片材的第一表面的顶视图
[0132]
图3是根据本发明的切割元件的第二表面的顶视图
[0133]
图
4a
是根据本发明的另选皮肤处理片材的第一表面的顶视图
[0134]
图
4b
是根据本发明的另一皮肤处理片材的第一表面的顶视图
[0135]
图5是根据本发明的具有直斜面的两个切割孔的横截面图
[0136]
图6是根据本发明的具有第一和第二材料的两个切割孔的横截面图
[0137]
图
7a
至图
7d
示出了根据本发明的具有不同形状的另选切割孔的第二表面的顶视图
[0138]
图
8a
至图
8e
示出了根据本发明的具有不同形状的另选处理片材的第二表面的顶视图
[0139]
图
9a
至图
9d
示出了根据本发明的具有不同形状的另外处理片材的顶视图
[0140]
图
10
是用于制造皮肤处理片材的过程的流程图
[0141]
图
11
是切割刃的横截面图，示出了末端半径的确定
[0142]
附图标记列表
[0143]
4、4'、4”、4”'
切割刃
[0144]
18
第一材料
[0145]
19
第二材料
[0146]
22
衬底
[0147]
40
皮肤处理片材
[0148]
41
第一表面
[0149]
42
第二表面
[0150]
60
二等分线
[0151]
61
垂直线
[0152]
62
圆圈
[0153]
65
构造点
[0154]
66
构造点
[0155]
67
构造点
[0156]
101
硅晶片
[0157]
102
氮化硅层
[0158]
103
光致抗蚀剂层
[0159]
104
金刚石层
[0160]
430、430'、430”、430”'
孔
[0161]
431、431'、431”、431”'
第一表面处的内孔周边
[0162]
432、432'
第二表面处的内周边
[0163]r皮肤处理片材的外周边
[0164]s片材面积
[0165]
a1i、a1
，孔面积
[0166]
r1i,r1
，内孔周边
[0167]
x'
‑”
相邻孔之间的直线
[0168]
p'
第一孔处的直线的起点
[0169]
p”与第一孔相邻的第二孔处的直线的起点
[0170]
w1
边沿宽度
[0171]
l1i孔的切割长度
[0172]
l1
总切割长度
[0173]
b1i第一表面上的最短孔间隔
[0174]
b2i第二表面上的最短孔间隔
[0175]
图
1a
以向第一表面
41
上看的透视图示出了本发明的处理片材
40。
处理片材
40
包括具有孔
430
的衬底
22
，所述孔具有外周边
r。
[0176]
图
1b
以向与第一表面
41
相对的第二表面
42
上看的透视图示出了本发明的处理片材
40。
处理片材
40
包括具有孔
430
的衬底
22
，所述孔具有外周边
r。
可以看出，切割刃沿位于第一表面
41
处的内周边
431
成形，从而产生圆形切割刃
。
第一表面
41
处的内周边
431
小于第
的内周边
431”上的任一点
p”。
孔
430
和最近相邻孔
430'
之间的最短孔间隔
b1i被定义为可以在这两个最近相邻孔之间以此类方式绘制的最短线的长度
。
[0190]
两个最近相邻孔
430
和
430'
之间的最短距离是
b11。
[0191]
图5示出了皮肤处理片材
40
的与第一表面
41
的平面垂直的横截面
。
皮肤处理片材由衬底
22
形成并且包含多个孔
430
，其具有在第一表面
41
上的孔
431
的内周边
。
[0192]
第一表面
41
上的两个最近相邻孔之间的最短距离是
b1i。
第二表面
42
上的两个最近相邻孔之间的最短距离是
b2i。
[0193]
沿线
b1i(
例如在图
2a
中示出
)
垂直于第一表面
41
和第二表面
42
的平面穿过处理片材
40
截取的竖直横截面表征了由以下界定的面积
axi：
b1i、
处理片材
40
的第二表面
42
上的对应最短孔距离
b2i、
以及将第一表面
41
上的内周边
431
和
431'
分别连接到第二表面
42
上的内周边
432
和
432'
的两个切割斜面
。
[0194]
图6示出了皮肤处理片材
40
的横截面，该横截面垂直于第一表面
41
的平面并且沿线
b1i截取，该线代表第一表面
41
上的两个最近相邻孔之间的最短孔间隔
。
皮肤处理片材由衬底
22
形成并且包含多个孔
430
，其具有在第一表面
41
上的孔
431
的内周边
。
衬底
22
包括第一材料
18(
例如硅
)
和第二材料
19(
例如金刚石层
)
，其中切割刃沿周边
431
并且在第二材料
19
中成形
。
[0195]
图
7a
至图
7d
示出了根据本发明的具有不同形状的另选切割孔的第二表面
42
的顶视图
。
孔可以是圆形
(
图
7a)、
正方形
(
图
7b)、
八边形
(
图
7c)
或六边形
(
图
7d)
或它们的组合
。
[0196]
图
8a
至图
8e
示出了根据本发明的皮肤处理片材的第二表面
42
的顶视图，所述皮肤处理片材具有另选数目和布置的圆形孔
。
处理片材
40
的透明度
t
被定义为总孔面积
a1
除以总处理片材面积s之比
。
下表给出了以图
8a
至图
8e
所示的皮肤处理片材的百分比表示的透明度
t。
[0197]
图透明度，
t
图
8a21
％图
8b9
％图
8c28
％图
8d25
％图
8e25
％
[0198]
图
9a
至图
9d
示出了根据本发明的皮肤处理片材的第一表面
41
的顶视图，所述皮肤处理片材具有另选的几何形状，即不同的孔形状
。
[0199]
在图
10
中，示出了本发明过程的流程图
。
在第一步骤1中，通过
pe-cvd
或热处理
(
低压
cvd)
用氮化硅
(si3n4)
层
102
涂覆硅晶片
101
作为硅的保护层
。
必须仔细选择层厚度和沉积程序，以保证足够的化学稳定性来承受随后的蚀刻步骤
。
在步骤2中，将光致抗蚀剂
103
沉积在
si3n4涂覆的衬底上，随后通过光刻进行图案化
。
然后，使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模，通过例如
cf4等离子体反应离子蚀刻
(rie)
来构造
(si3n4)
层
。
在图案化之后，在步骤3中通过有机溶剂剥离光致抗蚀剂
103。
剩余的图案化
si3n4层
102
用作硅晶片
101
的后续预结构化步骤4的掩模，例如通过在
koh
中的各向异性湿法化学蚀刻
。
当第二表面
42
上的结构已经达到预定深度并且保留连续的硅第一表面
41
时，蚀刻工艺结束
。
其他湿法和干法化学工艺可能是合适的，例如在
hf/hno3溶液中的各向同性湿法化学蚀刻或含氟等离子体的应用
。
在
接下来的步骤5中，通过例如氢氟酸
(hf)
或氟等离子体处理去除剩余的
si3n4。
在步骤6中，预结构化的
si
衬底被涂覆大约
10
μm薄的金刚石层
104
，例如纳晶金刚石
。
金刚石层
104
可以沉积在硅晶片
101
的预结构化的第二表面3和连续的第一表面
41
上
(
如步骤6所示
)
，或者仅沉积在硅晶片的连续的第一表面
41
上
(
此处未示出
)。
在双面涂覆的情况下，结构化的第二表面3上的金刚石层
104
必须在切割刀片的后续刀刃形成步骤9之前的另一步骤7中被去除
。
例如通过使用
ar/o2等离子体
(
例如
rie
或
icp
模式
)
来执行金刚石层
104
的选择性去除，这显示了对硅衬底的高选择性
。
在步骤8中，硅晶片
101
被减薄，使得金刚石层
104
在没有衬底材料的情况下部分自立，并且在剩余区域中实现期望的衬底厚度
。
此步骤可以通过在
koh
或
hf/hno3蚀刻剂中的湿法化学蚀刻来执行，或者优选通过在
rie
或
icp
模式下在包含
cf4、sf6或
chf3的等离子体中的等离子体蚀刻来执行
。
将
o2添加到等离子体工艺将产生金刚石膜的切割刃形成
(
如步骤9所示
)。
例如在
de 198 59 905a1
中公开了工艺细节
。
[0200]
在图
11
中，示出了可以如何确定切割刃的末端半径
tr。
通过首先绘制将切割刃1的第一斜面的横截面图像一分为二的线
60
来确定末端半径
tr。
在线
60
平分第一斜面的地方绘制点
65。
在距离点
65 110nm
处垂直于线
60
绘制第二条线
61。
在线
61
平分第一斜面的地方绘制另外两个点
66
和
67。
然后根据点
65、66
和
67
构建圆圈
62。
圆圈
62
的半径是切割刃的末端半径
tr。