(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の個別のウィンドウを形成するための材料を含む、研磨されたサファイア・ウェハを取得するステップと、
前記研磨されたサファイア・ウェハに装飾を施すステップと、
前記装飾を施した後に、前記一組の個別のウィンドウのそれぞれにおける前記装飾を実質的に維持しながら、前記研磨されたサファイア・ウェハを前記一組の個別のウィンドウにレーザ切断を用いて切断するステップと、
を備えるサファイア・ウィンドウの製造方法。
【請求項２】
前記サファイア・ウェハに装飾を施すステップが、前記研磨されたサファイア・ウェハの第１の側の上にインクを印刷するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研磨されたサファイア・ウェハの第２の側に、撥油性コーティングを施すステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記インクが、前記個別のウィンドウのそれぞれのための境界を画定する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記インクが、前記切断ステップ中に切断される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記インクが、前記切断ステップ中に切断されない、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザ切断は、レーザをパルス化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記サファイア・ウェハは、切断されて、前記個別のウィンドウに角度付端部を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ウェハに撥油性コーティングを施すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウェハにＩＲコーティングを施すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記個別のウィンドウの少なくとも１つの端部に鈍角を付けるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
サファイア・ブールを成長させるステップと、
サファイア・コアを形成するために、前記サファイア・ブールをコアリングするステップと、
前記サファイア・コアをウェハにスライスするステップと、
前記サファイア・ウェハをラッピングするステップと、
前記研磨されたサファイア・ウェハを提供するために、前記サファイア・ウェハを研磨するステップと、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記サファイア・コアをウェハにスライスするステップは、レーザを使用して前記サファイア・コアをスライスするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
特許協力条約に基づく本出願は、２０１２年７月２７日出願の米国非暫定特許第１３／５６０，７９１号、「Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｗｉｎｄｏｗ」の出願に対する優先権を主張するものであり、その内容は本明細書に参照によりすべて組み込まれている。
【０００２】
本出願は、一般にはカメラ・ウィンドウ、詳細にはサファイア・カメラ・ウィンドウに関する。
【背景技術】
【０００３】
今日の社会においては、モバイル電子デバイスは、どこにいても自在に使用することができる。セル電話からタブレット・コンピュータまで、ポケット、財布、及び書類かばんのどこにでも入れることができて、私用及び仕事で使うことができる。一般にこれらのデバイスは、視覚表示出力を含む。場合によっては、ディスプレイは視覚出力の提供すること及びタッチ入力の受け取ることによる２つの仕事をすることができる。これらのデバイスが、カメラ及び他の入力デバイスを含むことはよくある。ディスプレイの画面及びカメラカバーは両方とも、一般的にはガラスでできている。
【０００４】
カメラカバー又はディスプレイの画面として使用するためにガラスを加工する場合には、大型のガラスのシートを、最初にスクライブ・プロセス及びブレイク・プロセスにより正方形に切断してから、切断した正方形のそれぞれを所望の形状に研削する。個々のガラス片に面取りを施すことができ、化学的な強化プロセスによりガラス片の強化を支援することができる。続いてそれぞれの個々のガラス片をラッピングし、研磨して装飾を施し、ガラスカバー又は画面に仕上げる。このプロセスは長大であり、ステップも多く含まれるが、その大半はバッチ処理ではなく、個別ベースで行われる。その加工全てを行っても、ガラスは損傷及び引っかきに弱く、ガラスの欠け及び割れにより、デバイスが意図した目的を果たす能力を損なうことになる。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態は、サファイア・ウィンドウの製造方法の形態をとることができる。この方法は、研磨されたサファイア・ウェハを取得するステップと、そのサファイア・ウェハに装飾を施すステップと、を含む。この方法はまた、サファイア・ウェハを個別のウィンドウに切断するステップも含む。一部の実施形態では、この切断するステップは、サファイアのレーザ切断を含む。
【０００６】
別の実施形態は、サファイア・ブールを成長させるステップ、サファイア・コアを形成するためにサファイア・ブールをコアリングするステップ、及びサファイア・コアをウェハにスライスするステップを含む、サファイア・ウィンドウの製造方法の形態をとることができる。更にこの方法は、サファイア・ウェハをラッピングするステップと、研磨されたサファイア・ウェハを提供するためにサファイア・ウェハを研磨するステップと、サファイア・ウェハを、レーザを使用して個別のウィンドウにダイシングするステップを含む。この方法はまた、個別のウィンドウにインクマスクを施すステップも含む。
【０００７】
更に別の実施形態は、サファイア部材を押し出すステップと、サファイア部材の端部を研削するステップを含む、サファイア・ウィンドウの製造方法の形態をとることができる。更にこの方法は、ウィンドウを形成するために、レーザを使用してサファイア部材をスライスするステップと、ウィンドウを研磨するステップを含む。
【０００８】
複数の実施形態が開示されているが、以下の詳細な説明から当業者には本発明の更に別の実施形態が明らかになるであろう。理解されるであろうように、諸実施形態は、全て諸実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく、種々の側面において変更が可能である。したがって、図面及び詳細な説明は本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされてはならない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】サファイア・カバーを有する電子デバイス例の正面を示す図である。
【００１０】
【図１Ｂ】図１Ａの電子デバイス例の裏面を示す図である。
【００１１】
【図２】図１Ａ及び図１Ｂの電子デバイスに使用するサファイア・ウィンドウを加工するための方法例のフローチャートである。
【００１２】
【図３Ａ】図１Ａ及び図１Ｂの電子デバイスに使用するサファイア・ウィンドウを加工するための別の方法例のフローチャートである。
【００１３】
【図３Ｂ】個別のウィンドウを画定するインクマスクを備えたサファイア・ウェハを示す図である。
【００１４】
【図３Ｃ】インクマスクを示す、サファイア・ウェハから切断した個別のウィンドウの拡大図である。
【００１５】
【図３Ｄ】個別のカバー・ウィンドウを画定するインクマスクを備えた、別のサファイア・ウェハを示す図である。
【００１６】
【図４Ａ】個別のカバー・ウィンドウを生成するために、サファイア・ウェハになされた切断を示す、図３ＤのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【００１７】
【図４Ｂ】垂直端部を持つカバー・ウィンドウの側面図である。
【００１８】
【図４Ｃ】角度付端部を持つウィンドウの側面図である。
【００１９】
【図４Ｄ】完全に面取りされた端部を備えたウィンドウを示す図である。
【００２０】
【図５Ａ】デバイスの筐体内でウィンドウを固定するためのガスケットを示す、図１ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【００２１】
【図５Ｂ】設置のときにガスケットを圧縮するウィンドウを示す、図１ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【００２２】
【図５Ｃ】デバイスの筐体内でウィンドウを固定するための、熱活性化フィルムを示す、図１ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【００２３】
【図６】図１Ａ及び図１Ｂの電子デバイスに使用するサファイア・ウィンドウを加工するための、更に別の方法例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
従来サファイアは、電子デバイスのガラス又はプラスチックの表面の、有望な代替物ではなかった。その理由の１つは、サファイアは入手費用がかかり、加工が難しいためである。特に、サファイアは比較的希少かつ高価である。更に、サファイアは硬いため、従来のプロセスは効果的でないか又は工具の摩耗が早く、加工時間も格段に増える可能性がある。本明細書で説明するサファイア・ウィンドウの生成方法は、加工効率を上げて、電子デバイスのガラス又はプラスチック部材を部分的に置き換えができるようにするものであり、これまでは、置き換えようにも少なくとも高価すぎてできなかった。一般的には、サファイア・ウィンドウはＣ面サファイアでよいが、他の方位でも同様に実装することができる。Ｃ面であれば、普通は市販品が入手しやすく、良好なレベルの硬さを提供することができる。
【００２５】
１つの実施形態は、レーザを使用してサファイアを切断するステップを含む方法の形態をとることができる。つまり、レーザは、サファイアを縦断するのに十分なパワーを持つことができる。この点については、市販のレーザはパワーが十分ないということが主な理由となり、この作業を十分効率良く行うことはできなかった。具体的には、レーザは５０ワット又はその近くで動作させることができるが、一部の実施形態は、それより大きい又は小さいパワーのレーザを利用することができる。更に、一部の実施形態では、レーザのパワーを動的に調整して特定の目的に叶うようにすることができる。更に、レーザは電磁スペクトルのＩＲバンド内又はその近くで動作することも、ピコ秒のタイム・フレーム内又はその近くでパルス化することもできる。他の実施形態では、ミリ秒からフェムト秒迄の範囲のパルス長で、レーザが動作可能であってもよい。レーザを使用すれば、ガラスに使用されるＣＮＣ研削のような従来技術よりも高速な切断を提供するだけでなく、十分にきれいな端部にすることもできる。更に、レーザは精度良く切断することができるので、従来技術を用いてガラスのウェハを切断する場合よりも、１枚のサファイアのウェハからより類似の寸法のウィンドウを得ることができる。
【００２６】
サファイア・ウェハは、事前に研磨しておいてもよい。レーザ切断は、研磨された表面を阻害しない。それ故、インクのパターニングのような装飾を、ウィンドウの切断後よりはむしろ、サファイア・ウェハに施すことができる。更に切断前に、撥油性層を塗布するというような別の処理を、サファイア・ウェハに施すこともできる。このようなステップを、個別のサファイア・ウィンドウ上ではなく、サファイア・ウェハ上で行えば、加工のステップ数が少なくなり、かつウィンドウの取り扱いも減るので、スループットを高速化し、かつ高効率を上げることができる。
【００２７】
一部の実施形態では、しかしながらウィンドウの切断後に更なる加工を実行することがある。例えば、レーザを使用してウィンドウの端部を更に形成することができる。一実施形態では、ウィンドウの端部に面取りを施したり、又はレーザで鈍角を付けたりすることができる。また、一部の実施形態では、ウィンドウの切断後に、撥油性層又は他の層を施すことができる。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、電子デバイス例１００が示されている。特に、図１Ａは電子デバイス１００の正面１０２を示し、図１Ｂは電子デバイスの裏面１０４を示す。正面１０２は、サファイアのカバー・ウィンドウ１０８を備えたディスプレイ１０６を含むことができる。一部の実施形態では、ウィンドウ１０８がサファイア・シート、ガラス積層層を備えたサファイア・シート、又はそれを介してデバイス１００の視覚出力がなされる好適な材料の形態をとることができる。更に、ウィンドウ１０８は、容量センサのようなセンサを介して、ユーザからの入力を受け付けるように構成されてもよい。電子デバイス１００の裏面１０４は、カバー・ウィンドウ１１２を備えたカメラ１１０を含む。正面１０２のウィンドウ１０８と同様に、カバー・ウィンドウ１１２はサファイアのような任意の好適な形態をとることができる。
【００２９】
図示した電子デバイス１００は、Ａｐｐｌｅ，Ｉｎｃ．製ｉＰｈｏｎｅ（商標登録）のようなスマートフォンである。しかしながら、本技術を、メディアプレイヤー、タブレット・コンピュータ、カメラ、携帯電話等を含むがこれらに限定しない様々な異なったデバイスの製造に実施することができることを認識すべきである。それ故、現在の議論、及び添付の図面は限定しない例であることを理解すべきである。更に、本例はサファイアについて議論しているが、本技術をサファイア以外の材料に実施することもできることを認識すべきである。更に、本明細書で使用する「ウィンドウ」という用語は、可視光線がサファイアを通過する応用に限定すべきでない。実際、ウィンドウとは、アンテナのための無線（ＲＦ）透過性のような、可視及び不可視電磁放射線の透明性のことを示すとしてもよい。
【００３０】
デバイス１００で使用するウィンドウを形成する加工ステップは、簡素化して、サファイアをウィンドウ材料として使用する場合の費用を低減することができるように、効率化を図ることができる。特に、図２はサファイア・ウィンドウを加工するための方法例１２０を示すフローチャートである。最初にサファイア・ブールを成長させ、ブールをコアリングする（ブロック１２２及びブロック１２４）。ブールは、現代のサファイア成長技術にしたがって成長させることができる。サファイア・ブールをコアリングすると、細長いサファイア部材になる。サファイア・コアをウェハにスライスする（ブロック１２６）。ウェハをラッピング（ブロック１２８）及び研磨してから（ブロック１３０）、個別のウィンドウを形成するためにレーザでダイシングする（ブロック１３２）。その後、ウィンドウは個別にコーティング及びマスキングすることができる（ブロック１３４）。コーティング及びマスキングするステップは、例えば撥油性コーティング及びインクマスクを提供するステップを含んでもよい。
【００３１】
再度ステップ１２２を参照すると、従来のサファイア成長プロセスには、例えばエッジ・デファインド・フィルムフェッド・グロース（edge defined film-fed growth）プロセス、キロプロス法、バーティカリ・ダイレクテット・クリスタリゼーション法（vertically directed crystallization method）、又は他の好適な方法を挙げることができる。コアをスライスしてウェハにする前に、ブールを任意の好適な方法でトリミングすることにより、一般的に円筒状のコアの形状をとることができるようにブールを成形してもよい。一部の実施形態では、コアの成形及びスライスをハイパワーレーザで実施することができ、他の実施形態では、従来の工具をコアの成形、及び／又はコアをウェハにスライスするために使用することができる。コアをウェハに切断するためにレーザを利用することにより、従来の切断工具を使用する場合に比べ、より早い加工時間、又はより費用効率の良いプロセスを提供することができる。ウェハは両面又は単面ラッピング技術及び研磨技術を使用して、ラッピング及び研磨することができる。つまり、ウェハの片面又は両面は、別々に又は同時にラッピング及び研磨して相対する滑らかな表面を提供することができる。
【００３２】
ラッピングし、研磨したサファイア・ウェハを、レーザを使用して切断すれば、従来の切断技術よりも歩留りの高いウィンドウが得られる。これは、１つにはレーザが高精度であり、精密切断ができるからである。更に、レーザ切断は、ウェハの表面又はウィンドウを損傷したり又は傷を付けたりすることがないので、ダイシング前の研磨を唯一の研磨ステップにすることができる。従来の加工によれば、一般的にダイシングの後で研磨ステップが行われている。
【００３３】
個々のウィンドウに対して次に行う処理は、撥油性層をウィンドウの第１の側に及びインクマスクを第２の側に塗布するステップを含んでもよい。ウィンドウの第１の側は、通常デバイス１００のユーザに露出し、かつアクセスできるウィンドウの側になるであろう。したがって、一般的に第２の側はユーザに露出されず、かつアクセスできないが、ある実施形態において、レーザ切断の方法により、逆も実行可能で、望ましいものにすることができる。インクマスクは、暗色インク又は黒色インクでもよく、ウィンドウの周囲を取り囲むか、又は境界線を提供する。一部の実施形態では、カバー・ウィンドウ１１２のＩＲコーティングのような追加処理を施すことができる。
【００３４】
図３Ａは、サファイアを加工してウィンドウを生成するための、別の方法１４０を示すフローチャートである。図２の方法と同様に、サファイア・ブールを成長させることができ、コアをブールから切断することができる（ブロック１４２及び１４４）。コアをウェハにスライスすることができ（ブロック１４６）、上記のようにラッピング及び研磨することができる（ブロック１４８及び１５０）。しかしながら、図２の方法とは対照的に、ウェハをダイシングする前に、装飾し、処理することができる（ブロック１５２）。その後、レーザを使用して、ウェハをダイシングすることができる（ブロック１５４）。
【００３５】
ウェハレベルで装飾及び処理すれば、図２に示す方法に対して、加工費用及び加工時間を大幅に節約することができることを認識することができるであろう。特に、まだウェハの一部になっている状態でも、ウィンドウの全てを装飾して処理することもできる。したがって、ウィンドウ全てに一度に装飾を施すことができる。個別に処理及び／又は装飾するために、それぞれのウィンドウを個別に収集、方向付け、及び固定する必要がなくなる。一部の実施形態では、ウェハからウィンドウをダイシングする場合には、レーザが装飾を縦断するように構成することができる。装飾を施しても、レーザにより縦断されることによる損傷を、殆ど、又は全く無くすることができる。他の実施形態では、レーザで切断されないようにウェハに装飾を施すことができる。
【００３６】
図３Ｂは、サファイア・ウェハ１６０の例を示す。サファイア・ウェハ１６０は、例えばカメラ・ウィンドウとして、ウェハ１６０から切断されてデバイス１００内で使用することができる、個別のウィンドウ１６２を画定するインクマスクで、マスキングされている。一般的に、ウィンドウ１６２を、ウェハ１６０の上に隙間なく詰めることができる。つまり、各ウィンドウ１６２間の距離を小さくすることができる。この小さい距離は、ウェハ１６０を個別のウィンドウにダイシングするのに使用するレーザによる、切断可能な幅によってのみ、制約される。図３Ｃは、ウェハ１６０から切断した個別のウィンドウ１６２の拡大図であり、インクマスク１６３を示す。図３Ｄは、マスクして、ウェハ１６４から切断することができる個別のカバー・ウィンドウ１６６を画定する、別のウェハ１６４を示す。一般的に、インクマスク１６５は、カバー・ウィンドウ１６６の周辺端部に限定してもよいが、いくつかの実施形態では、そうではないことを認識すべきである。図３Ｂのウェハ１６０と同様に、カバー・ウィンドウ１６６は、隙間なく詰められている。
【００３７】
図４Ａは、図３Ｃのウェハ１６４のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。一般的に、ウェハ１６４は、様々な技術の１つを使用してレーザにより切断でき、特定の用途のために所望の端部を提供することができる。例えば、特にウェハ１６４を切断して、カバー・ウィンドウのための垂直端部１６８を提供することができる。あるいは、カメラ・ウィンドウとして使用するために、ウェハ１６４を切断して、角度付端部１６９にすることもできる。垂直又は直線端部１６８を得るために、レーザ切断プロセスではパルス長の異なるレーザを利用することができる。一方では、角度付端部１６９を得るために、ウェハを縦断する際に、レーザをパルス化し、反復させて移動し、一度に１層の材料を除去することもできる。
【００３８】
図４Ｂは、切断後のカバー・ウィンドウ１６６の側面図を示す。角の端部を、丸い又は面取りされた角を提供するため、更に加工することができることを認識されたい。図４Ｃは、ウェハから切断後のカメラ・ウィンドウ１６２を示す。角度付端部１６９は、破線１７０に沿って垂直に切断することにより鈍角を付けることができる。この鈍角を付ける加工は、レーザ又は他の従来の機械加工工具により行うことができる。図４Ｄに示すように、端部１６９を更に切断し、完全に面取りされた端部１６２を提供することができる。レーザ切断により、垂直側壁を生成することもできることを認識すべきである。具体的には、例えば、ウェハからウィンドウへの最初の切断で、更なる加工無しに垂直側壁を得ることができる。
【００３９】
ウィンドウ１６２及び１６６を、任意の好適な方法により、デバイス１００の筐体１７４内に固定することができる。図５Ａは、ゴム製ガスケット１７６を使用してデバイス１００の筐体１７４内に固定されるウィンドウ１６２を示す。具体的には、図５Ｂに示すように、ウィンドウ１６２は筐体１７４内に押し込まれ、ガスケット１７６を圧縮する。こうして、ゴム製ガスケット１７６はウィンドウ１６２を固定し、並びにウィンドウに対するクッションを提供する。また、ガスケット１７６は、開口部内又は筐体内でウィンドウ１６２を中心に置くのを助けることもできる。他の実施形態では、ウィンドウを固定するために、熱活性化フィルム又は感圧接着剤を使用することができる。図５Ｃは、フィルム１７８に圧入されたウィンドウ１６２を示す。熱活性化フィルム１７８が、筐体１７４及びウィンドウ１６２の両方を接着して、筐体１７４内又は筐体１７４にウィンドウ１６２を固定する。
【００４０】
図６は、サファイアを加工してウィンドウを生成するための、更に別の方法１８０を示すフローチャートである。方法１８０では、サファイアを形成するためにＥＦＧプロセスが実施されている。具体的には、サファイアをニア・ネット・シェイプの結晶ロッドに成長させる（ブロック１８２）。次いでこのロッドを、所望の大きさ及び形状に輪郭研削することができる（ブロック１８４）。ウィンドウを形成するために、このロッドをスライスする（ブロック１８６）。ウィンドウをラッピング（ブロック１８８）、及び研磨して（ブロック１９０）から、ウィンドウをコーティング及びマスキングする（ブロック１９２）。コーティング及びマスキングするステップは、前に議論したＩＲコーティング、撥油性コーティング、及びインク装飾を施すというようなステップを含んでもよい。サファイアのロッドを押し出して所望のウィンドウの形状に近づけることができるので、他の方法に対していくつかのステップを省略することができる。具体的には、コアリング及びウェハのダイシングがない。そのため、加工費用及び加工時間を低減することができる。
【００４１】
前述は、サファイア・ウィンドウ、及びサファイア・ウィンドウの加工の、いくつかの実施形態の例を説明したものである。上述の説明は特定の実施形態を提示しているが、当業者は、実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び細部において変更がなされてもよいことを認識するであろう。特に、一実施形態に関して上述された一部のプロセス及び／又は処理は他の実施形態で実施されてもよい。したがって、本明細書に記載されている特定の実施形態は例であり、その範囲を限定するものではないと理解されるべきである。
【図１Ａ】
0006397408.tif 000002
【図１Ｂ】
0006397408.tif 000003
【図２】
0006397408.tif 000004
【図３Ａ】
0006397408.tif 000005
【図３Ｂ】
0006397408.tif 000006
【図３Ｃ】
0006397408.tif 000007
【図３Ｄ】
0006397408.tif 000008
【図４Ａ】
0006397408.tif 000009
【図４Ｂ】
0006397408.tif 000010
【図４Ｃ】
0006397408.tif 000011
【図４Ｄ】
0006397408.tif 000012
【図５Ａ】
0006397408.tif 000013
【図５Ｂ】
0006397408.tif 000014
【図５Ｃ】
0006397408.tif 000015
【図６】
0006397408.tif 000016