专利名称：使用聚合物蚀刻掩模在灯丝中形成离散微孔隙的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明一般性地涉及用于蚀刻空隙阵列的符合掩模(conformingmask)。更具体地说，本发明涉及为了提高辐射效率而在灯丝(filamentwire)中形成微孔隙的适于大规模生产环境的设备及方法。
背景技术：
生产和购买电力的成本已经逐步上升至全世界的最高记录。这种逐步上升在电力供应有限的不发达国家，以及那些电力需求高的多人口国家是特别真实的。这种需求的驱动不断增加要求生产能量高效且电力使用成本最小的光源。
较有效的光源之一是白炽灯泡。在过去两个世纪中，科学家和发明家已经努力开发有效、实用、长寿命的白炽灯泡。开发长寿命的高温灯丝是设计实用白炽灯泡的关键因素。
已经发现钨灯丝为照明应用提供了许多可取的性质，例如高熔点(3,410℃或6,170°F)、在高温下低的蒸发速率(在2,757℃或4,995°F下为10-4托)，以及大于钢的拉伸强度。这些性质允许灯丝被加热至更高温度下，提供具有良好寿命的更亮光线，这就使钨成为商购白炽灯泡灯丝的优选材料。
白炽灯泡的灯丝在通过足够量的电流时发出可见和不可见的辐射。但是，灯丝以可见光的形式只发出较小部分的能量，典型地为6至10％。剩余大部分发出的能量在光谱的红外区，并且以热的形式损失。结果，通过可见光波长区发射的功率与所有波长内辐射功率的比例测量的典型钨灯丝的辐射效率较低在6％或更低的量级。
增加白炽灯丝发射可见光量的传统技术依赖于通过增加外加电流来增加从灯丝中可获得的能量的量。但是，增加电流浪费更大量的能量。需要一种能够发射增加的可见光但不会增加能量消耗的钨灯丝。
另一个关心是灯丝的使用期限。钨灯丝是非常耐用的。但是，在长时间后，大的电流引起在电子轰击和在灯丝内移动原子时发生的过剩电子风(excess electron wind)。经过一段时间，这种效应会引起灯丝变薄并且最终断裂。
已经观察到通过使灯丝表面具有次微米级的结构可以增加例如钨的灯丝材料的辐射效率。H.Craighead，R.Howard和D.Tennant在“Selectively Emissive Refractory Metal Surface”，38 Applied PhysicsLetters 74(1981)中公开了使用非选择性反应性离子蚀刻技术在钨样品的表面形成次微米特征的方法。Craighead等公开提高的辐射效率源于从钨上可见光发射率的增加。发射率是在给定波长下来自物质(例如钨)表面的辐射通量与相同条件下黑体发射的辐射通量的比例。假设黑体吸收入射到其上面的辐射。
Craighead等公开来自结构化钨表面的可见光发射率是未结构化表面的两倍。作者表明所述增加是结构化钨表面的电磁辐射更有效地耦合入自由空间的结果。Craighead等公开的钨样品结构化的表面在表面上具有凹陷，其由突出灯丝表面大约0.3微米的柱状结构分隔。
在1989年9月10-14日于英格兰约克郡召开的第五届全光源科学与技术(Science and Technology of All Light Sources)国际会议上，J.Waymouth在标题为“Where Will the Next Generation of Lamps ComeFrom？”的论文第22-25页和图20中提出一种通过修饰钨灯丝的表面增加白炽灯效率的另一种方法。Waymouth假设测量为0.35微米跨度和7微米深并且由0.15微米厚的壁分隔的灯丝表面孔眼可以用作波导，偶合钨与自由空间之间在可见光波长的辐射，但是抑制非可见光波长的发射。Waymouth公开灯丝上的孔眼可以通过半导体平版印刷技术来形成，但是这种孔眼的尺寸超过了当时技术的能力。
另一种降低白炽光源红外发射的方法在授予Jaffe等的美国专利第5,955,839号中描述。如该专利所述，灯丝中存在微孔隙提供了发射方向性的更大控制并且增加了给定带度中的发射效率。这种光源举例来说具有直径为1微米至10微米的微孔隙。尽管使用微电子加工技术可以在一些材料中形成具有这种尺寸的特征结构，但是难于在金属，例如通常用于白炽灯丝的钨中形成这些结构。
再另一种降低白炽光源红外发射的方法在授予Liu等的标题为“Method and Apparatus Using Laser Pulses to Make an Array ofMicrocavity Hoies”的美国专利第6,433,303号中描述。所公开的方法使用激光束在金属薄膜中形成每个微孔隙。光掩模将激光束分成多个光束，并且透镜系统将多个光束汇聚到金属薄膜并且形成微孔隙。在我们自己的研究中，本发明人已经使用飞秒激光脉冲在平坦的钨表面上钻孔。这种激光钻孔足以提供研究样品，但是激光钻孔因为钻孔过程高的成本而不适合大规模生产。另外，弯曲，而非平坦的表面的钻孔出现另外的问题。
仍另一种方法在授予Bigio等的美国专利第5,389,853号中公开。Bigo等描述了具有提高的可见光发射的灯丝。通过在钨灯丝的表面上沉积一层次微米到微米级的晶粒提高了其发射率。晶粒由钨或者达到1％的钍及达到10％的铼、钽或铌至少一种的钨合金来形成。
尽管这些传统的方法形成微孔隙并提高了光发射率，但是它们是复杂且昂贵的。没有哪种方法适于成本和效率是重要因素的大规模生产环境。因此，需要一种适于大规模生产环境的在灯丝中制造微孔隙的方法。
发明内容
为了满足这种和其它需求，并且鉴于这种目的，本发明提供了一种用于在金属丝(wire)(尤其是钨灯丝)中制造微孔隙的微孔隙形成系统。所述系统具有从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的涂层站。掩模形成站从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。蚀刻站从掩模涂层站接收用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。剥离站从蚀刻站接收金属丝并且从金属丝中除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。
本发明还提供了一种在金属丝中形成微孔隙的方法。所述方法包括从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的步骤。然后，在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。最后，从金属丝中除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。
本发明还进一步提供了一种制造具有孔洞阵列的蚀刻掩模的方法。所述掩模基本上能符合任何表面，包括任意弯曲的表面。所述方法包括下述步骤(a)提供待蚀刻的表面；(b)向所述表面涂布聚合物涂层；及(c)在聚合物涂布的表面上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。
应当理解本发明前述一般性的说明和下面详细的说明老师示例性而非限制性的。
结合附图阅读时，从下面详细的说明中将最能理解本发明。注意根据惯例，图中各个结构没有按比例描绘。相反，为了清晰起见，各个结构的尺寸被任意放大或者缩小。附图中包括下面的图表图1是根据本发明在钨灯丝中制造微孔隙的系统的示意图；图2是突出图1系统涂层站的示意图，其中根据本发明一个实施方案实施浸涂；图2A是根据本发明一个实施方案在图2说明的涂布步骤后，聚合物涂布的钨丝的剖视图；图3是突出图1系统掩模形成站的示意图，其中根据本发明一个实施方案在钨丝上形成聚合物蚀刻掩模；图3A是表示自组装的聚合物结构中气泡的图；图3B是根据本发明一个实施方案，在图3说明的掩模形成步骤后钨丝的透视图；图4是突出图1系统蚀刻站的示意图，其中根据本发明一个实施方案通过聚合物掩模蚀刻钨丝；图5是突出图1系统剥离站的示意图，其中根据本发明一个实施方案从钨丝上剥离聚合物掩模；及图6是根据本发明一个实施方案，在图5说明的剥离步骤后钨丝的透视图。
现在参照图表说明本发明实施方案的优选特征。应当领会本发明没有局限于这些用于举例说明的实施方案。而是，认为在本发明的范围内，可以修改任何下面说明的结构和材料。
具体实施例方式
本发明源于旨向改进型钨(W)白炽照发光元件的研究，其中在钨丝中制造次微米级的孔洞阵列(称作微孔隙阵列)。微孔隙阵列的目的是抑制或降低红外区的光发射，从而降低热产生并且增加发光效率。发射截止波长与孔洞的直径成正比。
本研究面临的一个障碍是寻找在钨丝中大规模生产微孔隙阵列的方法。研究者将在抗蚀剂上成像具有孔洞的掩模的平版印刷术看作一种可能的方法。抗蚀剂被显影，并且孔洞通过图案化的抗蚀剂被蚀刻入钨中。但是，传统的使用掩模的平版印刷仅对平面表面能工作，并且不能用于图案化钨丝的圆柱形表面。另外，传统的平版印刷对于大规模生产微孔隙钨丝太昂贵。传统平版印刷术更详细的说明如下。
掩模是含有开放图案的金属、聚合物或者其它材料的薄片或层。掩模用来在沉积或蚀刻过程中屏蔽衬底，例如半导体或者其它表面的所选部分。在平版印刷工艺中使用称作抗蚀剂的一种特殊类型掩模。
称作光刻的一种特殊类型的平版印刷是向衬底转移图案的光学方法。其基本上是在平版印刷中使用的相同方法。图案首先被转移到可成像的光刻胶层上。光刻胶是沉积在衬底上的薄膜，用所需的图案曝光，并且显影成用于随后加工的选择性放置的层。
使用传统途径，通常难于使用具有均匀厚度的抗蚀剂层。因为使用抗蚀剂来图案化等制造的器件的具体特征(例如半导体芯片、伺服写入头等)，所以形成均匀的抗蚀剂层是特别重要的考虑。抗蚀剂厚度的不均匀性直接且不利地影响图案的质量，尤其是那些具有微小尺寸和紧密几何公差的图案。更具体地说，对弯曲的表面涂布均匀的厚度是特别困难的。典型地，在平版印刷过程中必须补偿表面的弯曲。授予Beck等的美国专利第6,647,613号讨论了在制造写磁头期间向弯曲表面涂布抗蚀剂层前后的这种补偿。
因此，仍需要基本上具有均匀厚度并能够符合弯曲衬底表面的改进掩模。相关需求是在沉积或者蚀刻工艺步骤期间使用这种掩模来改进制造工艺。这种改进的掩模将在制造白炽灯泡灯丝的工艺中具有特殊的应用，这种应用日益受到关注。
参照图1，本发明示例性的钨灯丝制造系统10包括钨丝14的源12，涂层站20、掩模形成站40、蚀刻站60、剥离站80，以及缠绕设备100。实施中，钨丝14从源12向涂层站20行进。钨丝14在涂层站20用例如聚合物22的材料涂布。接着，钨丝14行进到掩模形成站40，在那里向涂布的钨丝14上面吹湿空气“A”(在所示方向上)，从而在聚合物22中形成气泡。在掩模形成站40加工后，钨丝14上的聚合物涂层16中具有能使聚合物涂层16起着掩模作用的孔洞。然后，钨丝14行进到蚀刻站60，在其中通过聚合物涂层16的孔洞蚀刻钨丝14，在钨丝14中形成微孔隙阵列。在剥离站80，从钨丝14上除去聚合物涂层16。最终，举例来说通过使用缠绕设备100将具有微孔隙阵列的钨丝14包装并运输。下面将更详细地讨论系统10的每个阶段或站。
1.涂层站20图2是突出图1系统10的涂层站20的示意图。如图2所示，在涂层站20用例如聚合物22的材料涂布钨丝14。在所示的实例中，聚合物22作为包含在罐24中的溶液来提供。适当的溶液包含圈状(coil-like)聚合物，例如聚苯乙烯(优选重均分子量为50,000)溶解在快速蒸发的溶剂，例如苯(C6H6)、甲苯(CH3C6H5)，或者二硫化碳(CS2)中。所述溶液优选包含稀的聚合物(0.1至10重量％，且更优选0.1至5重量％)。
研究者迄今已经发现三种不同类型的聚合物和几种溶剂是可接受的。在某些情况中，钨丝14的表面是疏水的(即表面对水是对抗的、脱落，或者趋向于不与水结合)，这就使特定聚合物溶液的使用更加困难。通过用表面活性剂涂布钨丝14的表面，增加聚合物溶液与钨丝14之间的附着力可以克服这种困难。必须小心控制聚合物涂层16的厚度。优选控制涂布溶液，产生干燥时约0.05至1微米厚度的聚合物涂层。
尽管可以按浸涂工艺中所述，但对于涂层站20可以使用其它的工艺。喷涂或刷涂是适于向钨丝14上应用聚合物涂层16的两种其它的实例。但是，这些工艺比较麻烦，并且对于次微米几何公差是不够精制。还可以通过旋涂来涂布涂层，但是因为钨丝16的长宽比远远不一致，所以这种方法也是困难的。
图2A是根据本发明一个实施方案在图2所述的涂布步骤后聚合物涂布的钨丝的剖视图。
2.掩模形成站40图3是突出图1系统10的掩模形成站40的示意图。在掩模形成站40中，根据本发明一个实施方案，在钨丝14上形成聚合物蚀刻掩模。根据M.Srinivasarao等在“Three-Dimensionally Ordered Array ofAir Bubbles in a Polymer Film”，292Science79(2001年4月6日)讨论的原理完成在掩模形成站40中的加工步骤。
概括地说，作者教导了通过基于热致毛细对流作用的模板机理在聚合物薄膜中形成单分散孔径的气泡的三维有序阵列。在湿空气流过表面的情况下产生简单圈状聚合物在挥发性溶剂中的稀溶液。蒸发冷却导致单层或多层六方堆积的水滴的形成，其作为球形气泡保留在最终的固体聚合物薄膜中。这些气泡的尺寸可以简单地通过改变穿过表面的空气流的速度来控制。
更具体地说，如图3所示，掩模形成站40包括在具有聚合物溶剂溶液涂层16的钨丝1周围产生控制气氛的室42。钨丝14在箭头“B”方向上通过室42牵拉，而钨丝14也转到箭头“C”的方向上。湿空气A在箭头所示的方向上吹入室42中，并且吹到涂布的钨丝14上方。为了实现所需的结构，仔细控制吹出湿空气A的温度、含湿量和速度(如下讨论)。
在湿空气A穿过钨丝14后的几秒种内，溶剂(例如甲苯、苯或二硫化碳)蒸发。溶剂高的蒸气压和空气A穿过表面的速度驱使溶剂蒸发，快速地冷却表面。这种溶剂的快速蒸发冷却降低溶液的温度至室温以下25℃，导致近0℃的蒸发聚合物表面。
较温暖空气A的湿气在溶液较冷的表面上冷凝，通过核化和生长形成像台球一样紧密堆积在一起的均匀尺寸的水滴或“呼气形状(breath figures)”(当冷固体或液体表面与湿空气接触时呼气形状形成)层。水滴生长是时间的函数。溶液的表面因为蒸发冷却而较冷，而水滴因为冷凝潜热而较暖。这种大的温度差异导致热致毛细对流，并且稳定了在聚合物溶液表面上或表面处的冷凝水滴。穿过溶液表面的空气流与溶液表面上蒸发形成的对流气流结合，驱使水滴有序化或堆积成六方堆积阵列。
当表面由水滴完全覆盖时，表面与水滴之间的温度差异逐渐消失，并且水滴因为比溶剂密度大而沉入溶液中。一旦溶液表面自由了，重复蒸发冷却、水滴冷凝及随后有序化的整个过程。因此，因为水比溶剂密度大，水滴层沉入聚合物溶剂中，允许在其上面快速形成另一层。溶剂必须比沉入溶液中的水滴密度小。重复所述过程1至2分钟，直至所有溶液蒸发，产生保留在聚合物薄膜中的密堆积水滴的三维图案。然后，水逐层蒸发，留下想到连接的气泡网络。图3A是表示自组装聚合物结构46中气泡44的图像。30至40微米厚的聚合物结构46可以包含多达15层气泡44。
当溶剂比所用的水密度小时，例如苯或甲苯，六方阵列通过聚合物薄膜增长。有序的三维结构导致每层有序结构与下一层不同。相反，在从比水密度大的溶剂，例如二硫化碳中产生的样品中，仅形成单层气泡，不会产生三维阵列。单层气泡对于在灯丝中形成微孔隙的特殊应用是优选的。
当所有溶剂已经蒸发时，聚合物薄膜肯定返回室温，在室温下，水滴蒸发，并且在固体聚合物表面上留下基本上尺寸均匀的孔洞有序阵列。通过简单地改变流过溶液表面的空气流的速度，可以容易地裁剪并动力学控制这些孔洞的尺寸在0.2至20微米的范围内(更优选在0.2和1微米之间)。除了等待水滴蒸发外，举例来说使用表面活性剂除去水滴也是可取的。适当的表面活性剂吸水而不吸溶剂。
尽管过程简单，但是其取决于如下不寻常的现象微小的水滴倾向于保持分离而不合并形成更大的水滴。尽管100多年前英国物理学家Lord Rayleigh已经观察到这种现象，并且同时代的科学家建议了一种解释，但是这种现象的原因还不完全清楚。在呼气形状生长过程的初期，水滴作为分离的物体生长，而水滴之间没有相互作用。暖湿空气A和冷溶液表面之间的温度差异引起水滴旋转，快速推动空气。空气保持这些微小的水滴分离，阻止它们合并成更大的水滴。由蒸发溶剂引起的大的温度降低可以将水滴转化成微小的冰球。研究者相信这种技术也能用于水以外的材料蒸气。
水滴的直径与流过聚合物溶液上方的空气A的速度有关。当空气流速从每分钟30米增加至每分钟300米时，水滴尺寸从6微米降低至0.2微米。更高的速度产生小达50纳米的多孔结构。另一个重要的条件是湿度，要生产微小的水滴，湿度必须至少为30％。
图3B是根据本发明一个实施方案，在图3所述的掩模形成步骤后钨丝14的透视图。钨丝14具有基本上均匀的聚合物涂层16，所述聚合物涂层16具有直径为0.2至1微米的规则官堆积孔洞18。聚合物涂层16提供了蚀刻钨丝14所需的掩模。当然，聚合物涂层16还可以用作除了在钨丝14中形成微孔隙以外的大量应用的掩模。
3.蚀刻站60图4是突出图1系统10的蚀刻粘60的示意图。在蚀刻站60中，根据本发明一个实施方案，通过掩模或聚合物涂层16蚀刻钨丝14。在所示的实例中，在蚀刻浴62，例如过氧化氢(优选30％过氧化氢)中，借助湿蚀刻来进行蚀刻过程。蚀刻浴62被保持在容器64中。蚀刻浴62通过聚合物涂层16的孔洞18，在钨丝14中产生微孔隙90(参阅图6)。许多其它可能的蚀刻方法也适于通过聚合物涂层16在钨丝14中产生微孔隙90。这些方法都在本领域技术人员的知识之内，举例来说包括在例如过氧化氢蒸气的适当环境中气相化学蚀刻。
在某些情况中，尤其是仅形成单层气泡时，在掩模功聚合物涂层16的形成期间气泡不会按需要完全通过聚合物薄膜延伸是可能的。在这种情况下，蚀刻站60包括预或初步蚀刻聚合物涂层16，保证气泡产生的孔洞能够完全通过聚合物涂层16。在实施钨丝14的蚀刻之前，停止掩模的初步蚀刻。
另外，聚合物涂层16的孔洞中残留的气泡可能会阻止蚀刻剂渗入这些孔洞内。因此，可能需要从这些孔洞内抽空气泡的附加步骤。这种步骤将在蚀刻步骤开始前实施。
4.剥离站80图5是突出图1系统10的剥离站80的示意图。在剥离站80中，根据本发明一个实施方案，从钨丝14中剥离在蚀刻过程期间完全起着掩模作用的聚合物涂层16。在所示的实例中，使用能溶解聚合物涂层16的溶剂浴82来进行剥离过程。许多其它可能的剥离方法也适于从钨丝14上除去聚合物涂层16。这些方法都在本领域技术人员的知识之内，并且举例来说包括烧掉聚合物涂层16。
5.终产品一旦从钨丝16中已经除去掩模或聚合物涂层16，就已经得到终产品。图6是根据本发明一个实施方案，在图5所述的剥离步骤后钨丝14的透视图。如图6所示，钨丝14具有大量尺寸均匀且精确分布的微孔隙90。
本发明提供了对在灯丝14中形成微孔隙90的传统方法的改进本发明适于成本和效率是重要因素的大规模生产制造环境。本发明不需要复杂且昂贵的设备；反而本发明使用简单的机械部件来形成微孔隙90。本发明还可以在对传统灯丝制造生产线进行最小改变的情况下实现。换句话说，本发明的方法可以被工厂中现有的钨丝制造工艺采用。
本发明结合了在特定聚合物中自组装孔洞形成的独特性质。本发明的方法还是制造具有孔洞阵列的符合掩模(在任意弯曲表面上)的通用方法。本发明方法可以在任何表面上形成次微米至微米级孔洞阵列的掩模，并且不仅局限于平面表面。因此，与例如激光钻孔或传统光刻的其它方法相比，本发明方法有望是廉价的。
尽管参照一定的具体实施方案和实施例举例说明并如上所述了本发明，但本发明并不打算局限于所示的细节。而是，可以在权利要求等价的领域和范围内详细地做出各种修改而不会背离本发明的精神。
权利要求
1.一种用于在金属丝中制造微孔隙的微孔隙形成系统，其包括涂层站，从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层；掩模形成站，从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模；蚀刻站，接收来自掩模涂层站的用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙；以及剥离站，从蚀刻站接收金属丝并且由金属丝除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。
2.权利要求1的系统，其中所述金属丝是钨。
3.权利要求2的系统，其中所述涂层站包括用于装载溶解在快速蒸发溶剂中的聚合物的溶液的储罐。
4.权利要求3的系统，其中所述溶液包含0.1至10重量％的聚合物。
5.权利要求3的系统，其中所述聚合物是聚苯乙烯并且所述溶剂选自苯、甲苯和二硫化碳。
6.权利要求5的系统，其中所述溶剂是二硫化碳。
7.权利要求2的系统，其中所述掩模形成站包括限定控制气氛的室，金属丝由该控制气氛的室通过。
8.权利要求7的系统，其中所述气氛具有至少30％的湿度。
9.权利要求2的系统，其中所述蚀刻站包括保持蚀刻浴的容器。
10.权利要求9的系统，其中所述蚀刻浴是过氧化氢。
11.权利要求2的系统，其中所述剥离站包括含有溶剂浴的附件。
12.一种在金属丝中形成微孔隙的方法，其包括下述步骤(a)从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层；(b)在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模；(c)通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙；(d)从金属丝上除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。
13.权利要求12的方法，其中金属丝是钨。
14.权利要求13的方法，其中所述聚合物作为聚合物在快速蒸发溶剂中的溶液来使用。
15.权利要求14的方法，其中所述溶液包含0.1至10重量％的聚合物。
16.权利要求15的方法，其中所述聚合物是聚苯乙烯并且所述溶剂选自苯、甲苯和二硫化碳。
17.权利要求16的方法，其中所述溶剂是二硫化碳。
18.权利要求12的方法，其中步骤(a)包括控制向金属丝涂布的聚合物涂层的厚度，使聚合物涂层的厚度在干燥时约为0.05至1微米。
19.权利要求12的方法，其还包括控制吹在聚合物涂布的金属丝上方的湿空气的温度、含湿量和速度的步骤。
20.权利要求19的方法，其中所述吹在聚合物涂布的金属丝上方的湿空气的速度介于每分钟30至300米之间。
21.权利要求12的方法，其中在牵拉金属丝通过控制气氛时实施步骤(b)。
22.权利要求21的系统，其中所述气氛具有至少30％的湿度。
23.权利要求13的方法，其中步骤(c)包括使聚合物涂布的金属丝通过过氧化氢蚀刻浴。
24.权利要求12的方法，其中在步骤(c)之前，所述方法包括预蚀刻聚合物掩模，保证气泡产生的孔洞能够完全贯穿聚合物掩膜而延伸。
25.权利要求12的方法，其中步骤(b)包括从孔洞中抽空气泡。
26.一种制造具有孔洞阵列并符合基本上任何表面、包括任意弯曲表面的蚀刻掩模的方法，所述方法包括(a)提供待蚀刻的表面；(b)向所述表面涂布聚合物涂层；及(c)在聚合物涂布的表面上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。
27.权利要求26的方法，其中所述孔洞是次微米至微米级。
28.权利要求26的方法，其中所述聚合物作为聚合物在快速蒸发溶剂中的溶液来使用。
29.权利要求28的方法，其中所述溶液包含0.1至10重量％的聚合物。
30.权利要求28的方法，其中所述聚合物是聚苯乙烯并且所述溶剂选自苯、甲苯和二硫化碳。
31.权利要求26的方法，其中步骤(b)包括控制向金属丝涂布的聚合物涂层的厚度，使聚合物涂层的厚度在干燥时约为0.05至1微米。
32.权利要求26的方法，其还包括控制吹在聚合物涂布的金属丝上方的湿空气的温度、含湿量和速度的步骤。
33.权利要求26的方法，其中所述吹在聚合物涂布的金属丝上方的湿空气的速度介于每分钟30至300米之间。
34.权利要求26的方法，其中在控制围绕着表面及湿空气吹入其中的气氛时实施步骤(c)。
35.权利要求34的方法，其中所述气氛具有至少30％的湿度。
36.权利要求26的方法，其还包括蚀刻聚合物掩模，保证气泡产生的孔洞能够完全通过聚合物涂层延伸。
37.权利要求26的方法，其中步骤(c)包括从孔洞中抽空气泡。
全文摘要
本发明公开了一种用于在金属丝(尤其是钨灯丝)中制造微孔隙的微孔隙形成系统。所述系统具有从金属丝源接收金属丝并且向金属丝涂布聚合物涂层的涂层站。掩模形成站从涂层站接收聚合物涂布的金属丝，并且在聚合物涂布的金属丝上吹湿空气，形成在聚合物涂层中产生孔洞的气泡，从而产生掩模。蚀刻站接收来自掩模涂层站的用聚合物掩模涂布的金属丝，并且通过聚合物掩模中的孔洞蚀刻金属丝，从而在金属丝中形成微孔隙。剥离站从蚀刻站接收金属丝并且由金属丝除去聚合物掩模，留下带有微孔隙的金属丝。本发明提供了一种在钨丝中形成微孔隙及，更一般地说制造具有孔洞阵列并能基本上符合任何表面、包括任意弯曲表面的掩模的方法。
文档编号C23F1/02GK1681076SQ200510059150
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年3月19日
发明者刘辛冰 申请人:松下电器产业株式会社