CN109311725B - 从透明基材激光切割及移除轮廓形状 - Google Patents

Abstract

用于在薄基材中切割、分离及移除内部轮廓形状的方法，所述基材特别是玻璃基材。所述方法涉及利用超短脉冲激光在基材中形成缺陷线，随后可以使用第二激光束以有助于隔离由内部轮廓限定的零件。

Description

从透明基材激光切割及移除轮廓形状

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2016年6月16日提交的系列号为62/350,978的美国临时申请和2016年5月6日提交的系列号为62/332,618的美国临时申请的优先权权益，本文以这些临时申请的内容为基础，并将其全文以引用方式并入本文中，就如同在下文完整陈述这些临时申请。

技术领域

本公开一般涉及用于切割透明基材的设备和方法，更具体地，涉及用于从玻璃片切割及移除内部部分的设备和方法。

背景技术

从薄透明材料基材(例如玻璃)切割制品可利用聚焦激光束完成，聚焦激光束沿预定轮廓烧蚀基材材料，其中利用多次通过激光来移除一层又一层材料，直到轮廓限定的零件不再附接外部基材件。这种烧蚀工艺的问题在于需要激光束通过多次来逐层移除材料，产生了大量碎屑而可能污染制品的主表面，沿制品的分离边缘表面产生了明显的亚表面损伤及造成表面污染。这种损伤可能需要大规模研磨或抛光来移除，以致增加了制造工艺的复杂度及提高了制造成本。这种损伤也可能特别不利于制造要求无缺陷边缘和表面的制品的工艺，例如硬盘驱动器(HDD)的盘片、数字编码器、显示装置(例如显示面板)或显示器盖玻璃等。

发明内容

本文所述实施方式涉及从包含玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或选定矿物(例如蓝宝石)的薄透明基材切割制品的非烧蚀方法(所述薄透明基材例如等于或小于约10毫米，例如在约0.01毫米至约10毫米的范围内、在约0.05毫米至约5毫米的范围内、在约0.05毫米至约1毫米的范围内或在约0.05毫米至约0.7毫米的范围内)。

所述切割是基于将足够强度的激光束引导至基材，以在待处理的材料中诱导非线性吸收，其中基材对较小强度的激光束来说基本上是透明的。优选地，所述激光束是脉冲激光束。所述切割包括在透明基材内产生线性焦线，以沿焦线造成破坏，从而形成缺陷线。不同于激光成丝(filamentation)工艺依赖于克尔(Kerr)效应引发自聚焦，在本文所述的实施方式中，激光和相关光学器件形成线焦点且不依赖基材的存在。本发明的方法在基材内沿线焦点产生诱导吸收，以于基材内沿激光束焦线产生缺陷，优选地，该缺陷通过整个基材厚度，而不需激光成丝。所得到的缺陷可含有囊或空隙，但通常不是无阻碍地延伸贯穿整个基材厚度的穿孔。

因此，公开了一种从基材切割制品的方法，所述方法包括：使脉冲激光束聚焦成激光束焦线，所述激光束焦线基本上垂直于基材的主表面延伸；在沿第一预定路径的第一多个位置处将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收而在所述第一多个位置的每个位置处沿激光束焦线在基材中产生缺陷线，其中，所述第一预定路径是封闭路径；沿第一预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第一多个位置的每个缺陷线，从而隔离内部塞物(plug)与基材；及在隔离后，加热内部塞物，以从基材中移除塞物。基材在脉冲激光束的波长下呈透明。第一预定路径例如可以为圆形路径。基材可包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或蓝宝石。

在一些实施方式中，缺陷线延伸通过整个基材厚度。

在一些实施方式中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中激光束焦线延伸通过基材堆叠体中的每个基材，从而形成延伸通过基材堆叠体中的每个基材的缺陷线。

所述方法可以进一步包括在沿第二预定路径的第二多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，所述第二预定路径不与第一预定路径相交，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，而在所述第二多个位置中的每个位置处，在基材内沿激光束焦线产生缺陷线。

所述方法可以进一步包括沿第二预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第二多个位置的每个缺陷线。第二预定路径例如可以为与第一预定圆形路径同心的圆形路径。第二预定路径的半径可大于第一预定路径的半径，使得第一预定路径和第二预定路径限定在它们之间的环形。

所述方法可以进一步包括在沿第三预定路径的第三多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收而在所述第三多个位置中的每个位置处，在基材内沿激光束焦线产生缺陷线，第三预定路径从基材边缘延伸到第二预定路径。

所述方法可以进一步包括沿第三预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第二多个位置的每个缺陷线。沿第一预定路径加热基材可以包括使第二激光束(例如散焦激光束)在第一预定路径上通过。第二激光束可为连续波激光束。第二激光束可为CO₂激光束或CO激光束，例如连续波CO₂激光或连续波CO激光。

隔离后加热塞物可以包括用热源加热塞物，所述热源选自第三激光束、红外LED、红外灯和电阻加热器。第三激光束可由与第二激光束相同的激光产生。热源可以只加热塞物的中心区域。

第三激光束可在塞物上通过与第一预定路径间隔开的多个封闭路径。在加热塞物期间，塞物可变形。在一些实施方式中，在加热塞物期间或之后，塞物可从基材中脱落下来而不需施加外力。

可以将至少一部分的塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度。

所述方法可以进一步包括把基材放置到支承基材的第一主表面上，支承基材的第一主表面包含定位在塞物下方的凹部。

可以将基材限制在支承基材上，以防止基材移动。例如，在一些实施方式中，支承基材可以包含从支承基材的第一主表面延伸到支承基材的第二主表面的多个通道，其中，所述限制包括向所述多个通道施加真空。

凹部可以进一步包含从凹部延伸到支承基材的第二主表面的通道，其中，所述方法进一步包括：经由从凹部的底部延伸到第二主表面的通道来降低凹部内的压力，真空可经由该通道来施加。凹部的深度可以大于塞物的厚度。

所述方法可以进一步包括在加热塞物后，冷却内部塞物。在一些实施方式中，内部塞物在冷却后即从基材中脱落下来，而不需对内部塞物施加机械外力。

在另一实施方式中，描述了通过前述任一个方面制造的玻璃制品。

在另一实施方式中，公开了一种从基材切割制品的方法，所述方法包括：使脉冲激光束聚焦成激光束焦线，所述激光束焦线基本上垂直于基材的主表面延伸；在沿第一预定路径的第一多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，该诱导吸收在所述第一多个位置中的每个位置处沿激光束焦线在基材内产生缺陷线，其中第一预定路径是封闭路径；沿第一预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第一多个位置的每个缺陷线，从而隔离内部塞物与基材；及在隔离后，冷却内部塞物，以从基材移除塞物。

在一些实施例中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中激光束焦线延伸通过基材堆叠体中的每个基材，例如延伸通过整个堆叠体厚度，从而形成延伸通过基材堆叠体中的每个基材的缺陷线。

所述方法可以进一步包括在冷却前加热塞物。

加热塞物可以包括将第二激光束引导至塞物的中心区域。第二激光束可以例如为CO₂激光束或CO激光束。

加热塞物可以包括将至少一部分的塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度。

在一些实施方式中，冷却塞物可以包括对着塞物引导冷却流体(例如液氮)。

在一些实施方式中，加热塞物可以包括加热整个基材。

在另一实施方式中，描述了一种玻璃制品，其包含：第一主表面；相对第一主表面的第二主表面；圆形内围；与内围同心的圆形外围，内围和外围限定了在它们之间的环形；在第一主表面与第二主表面之间延伸且等于或小于约1毫米的厚度；第一边缘表面和第二边缘表面，所述第一边缘表面在第一主表面与第二主表面之间并围绕内围延伸，所述第二边缘表面在第一主表面与第二主表面之间并围绕外围延伸，第一或第二边缘表面的至少一者包含在第一和第二主表面之间垂直延伸的多个缺陷线；并且其中，各缺陷线的直径小于或等于约5微米。第一和第二主表面可无任何涂层。第一和第二主表面可未研磨及未抛光。第一和第二边缘表面可未研磨及未抛光。

在另一实施方式中，公开了一种玻璃制品，其包含：第一主表面；相对第一主表面的第二主表面；圆形内围；与内围同心的圆形外围，内围和外围限定了它们之间的环形；在第一主表面与第二主表面之间延伸且等于或小于约1毫米的厚度；在第一主表面与第二主表面之间并围绕内围延伸的第一未研磨且未抛光的边缘表面，以及在第一主表面与第二主表面之间并围绕外围延伸的第二未研磨且未抛光的边缘表面；并且其中，第一或第二边缘表面的至少一者的表面粗糙度R_a等于或小于约0.5微米。

第一或第二边缘表面的至少一者包含在第一主表面与第二主表面之间垂直延伸的多个缺陷线，其中各缺陷线的直径小于或等于约5微米。

沿第一或第二边缘表面任一者的亚表面损伤深度可等于或小于约75微米，例如等于或小于约25微米。玻璃制品的翘曲可等于或小于约50微米，例如等于或小于约15微米。

玻璃制品的退火点可等于或高于约700℃，例如等于或高于约800℃。

玻璃制品在暴露于600℃的温度中30分钟并冷却至23℃的温度后的压实度(compaction)可等于或小于约35ppm，例如等于或小于约20ppm。

玻璃制品可包含等于或小于约5MPa的内部残余应力。

在一些实施方式中，玻璃制品可以是化学强化玻璃，例如离子交换玻璃。

第一或第二主表面任一者的平均粗糙度R_a可等于或小于约1纳米，例如等于或小于约0.5纳米。

玻璃制品可包含等于或小于约0.5重量％的SnO₂，例如等于或小于约0.15重量％的SnO₂。

多个缺陷线的相邻缺陷线之间的距离可等于或小于约7微米，例如等于或小于约5微米，例如等于或小于约3微米，例如等于或小于约1微米。

玻璃制品可包含小于或等于0.1％的碱金属氧化物。

在一些实施方式中，第一和第二主表面可以是未研磨及未抛光的。第一和第二主表面可以无任何涂层。

在一些实施方式中，圆形外围的直径与预定标称圆形外直径相差±15微米以内，例如与预定标称圆形外直径相差±10微米以内。

在一些实施方式中，圆形内围的直径与预定标称圆形内直径相差±25微米以内，例如与预定标称圆形内直径相差±10微米以内。

在一些实施方式中，圆形内围的中心和圆形外围的中心彼此移位不超过约10微米，例如不超过约5微米。

在另一实施方式中，描述了一种从透明玻璃基材切割玻璃制品的方法，所述方法包括：沿第一封闭路径形成第一多个缺陷，所述第一多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材；使裂纹扩展通过所述第一多个缺陷的各缺陷，从而隔离塞物与基材；在隔离后，加热塞物；其中在停止加热后，塞物在不施加外力情况下从基材中脱落下来。

所述方法可以进一步包括沿与第一封闭路径同心的第二封闭路径形成第二多个缺陷，所述第二多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材，其中第二封闭路径的半径大于第一封闭路径的半径。

所述方法可以进一步包括沿从玻璃基材边缘到第二封闭路径的第三路径形成第三多个缺陷，所述第三多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材中。

在一些实施方式中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中激光束焦线延伸通过基材堆叠体中的各基材，从而形成延伸通过基材堆叠体中的各基材的缺陷线。

所述方法可以进一步包括沿第二封闭路径加热玻璃基材，从而驱使裂纹沿第二封闭路径开裂。

所述方法可以进一步包含沿第三路径加热玻璃基材，从而驱使裂纹沿第三路径开裂。

在另一实施方式中，公开了一种从玻璃基材切割玻璃制品的方法，所述方法包括：沿第一封闭路径形成第一多个缺陷，所述第一多个缺陷从第一主表面延伸到相对的第二主表面而进入玻璃基材中，多个缺陷线垂直于第一和第二主表面；使裂纹扩展通过第一多个缺陷线的各缺陷线，从而隔离塞物与基材；在隔离后，加热塞物；其中在停止加热后，塞物从基材中脱落下来。

在一些实施方式中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中激光束焦线延伸通过基材堆叠体中的各基材，从而形成延伸通过基材堆叠体中的各基材的缺陷线。

所述方法可以进一步包括把玻璃基材放置在支承基材上，支承基材包含定位在第一封闭路径下方的凹部，其中凹部的半径大于第一封闭路径的半径。

所述方法可以进一步包括在加热期间或之后，向凹部施加真空。

在一些实施方式中，所述形成包括使脉冲第一激光束聚焦成激光束焦线，激光束焦线在玻璃基材的第一与第二主表面之间基本上垂直延伸通过整个玻璃基材厚度，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，该诱导吸收沿激光束焦线在基材内形成缺陷。

在一些实施方式中，使裂纹扩展可以包括沿着或毗邻第一封闭路径，用第二激光加热玻璃基材。第二激光可以是例如CO₂或CO激光。

在另一实施方式中，描述了一种玻璃制品，其包含：玻璃片，所述玻璃片包括第一主表面、与第一主表面相对且基本上平行的第二主表面，及在第一与第二主表面之间的厚度；第一多个圆形裂线(fault line)，第一多个裂线中的每个圆形裂线包含多个缺陷线，所述缺陷线延伸通过玻璃片厚度并垂直于第一和第二主表面，第一多个圆形裂线的每个圆形裂线中的多个缺陷线间隔约2微米至约20微米范围内的距离，第一多个圆形裂线中的每个圆形裂线包括中心；并且其中，第一多个圆形裂线中的每个圆形裂线的中心从第一多个圆形裂线的相邻圆形裂线移位。

所述玻璃片可以进一步包含第二多个圆形裂线，第二多个裂线中的每个圆形裂线包含多个缺陷线，所述缺陷线延伸通过玻璃片厚度并垂直于第一和第二主表面，第二多个圆形裂线的每个圆形裂线中的缺陷线间隔约2微米至约20微米范围内的距离，并且其中，第一多个圆形裂线的各圆形裂线由第二多个圆形裂线中的圆形裂线限定(circumscribe)。

在一些实施方式中，第一多个圆形裂线的各圆形裂线是内部裂线，而第二多个裂线的各圆形裂线是外部裂线，第二多个圆形裂线的各外部裂线与第一多个圆形裂线的相应内部裂线同心。

玻璃片包含长度L和垂直于L的宽度W，每一外部裂线限定半径为r的圆盘，在一些实施方式中，((L·W)-nπr²)/(L·W)大于0.66，其中n代表在玻璃片上限定的圆盘总数。在一些实施方式中，L·W大于671,600mm²，并且n等于或大于70。

玻璃片的厚度可以在约50微米至约3毫米的范围内，例如在约0.6毫米至约0.7毫米的范围内。

在一些实施方式中，玻璃片的第一和第二主表面可以是未研磨及未抛光的。

在另一实施方式中，公开了一种从玻璃基材切割玻璃制品的方法，所述方法包括：沿第一封闭路径形成第一多个缺陷线，所述第一多个缺陷线从第一主表面延伸到相对的第二主表面而进入玻璃基材中，多个缺陷线垂直于第一和第二主表面；使裂纹扩展通过第一多个缺陷的各缺陷，从而隔离塞物与基材，塞物包含限定在第一外围内的第一主表面、限定在第二外围内的第二主表面和在第一与第二主表面之间延伸的厚度P_厚度，并且边缘表面在第一与第二主表面之间延伸，其中边缘表面与第一主表面的相交处限定了第一边缘，并且边缘表面与第二主表面的相交处限定了第二边缘；以及改变塞物和/或玻璃基材的温度，使D_初始>√(D_最终 ²+P_厚度 ²)，其中D_初始代表塞物的初始直径，D_最终代表改变温度后塞物的最终直径。

在一些实施方式中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中多个缺陷线延伸通过基材堆叠体中的各基材。

在一些实施方式中，改变温度可以包括加热整个基材，接着用冷却剂冷却塞物。

在一些实施方式中，改变温度可以包括用冷却剂冷却塞物。

本文公开的实施方式的附加特征和优点将在下文的具体实施方式中进行阐述，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都旨在提供用于理解本公开的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的各个实施方式，并与说明书一起用来解释本公开的原理和操作。

附图说明

本文包括的下述示例性实施方式的更为具体的描述将使前述内容更为清楚，在所示附图中，对于所有不同视图，同样的附图标记表示相同的部件。附图不一定是成比例的，而是将重点放在说明本公开的实施方式上。

图1是一种制品的示意图，所述制品包括待从起始母料基材切割出来的外部与内部轮廓，外部轮廓限定制品界线，内部轮廓限定待从制品中移除的塞物界线；

图2是示出了一种用于在基材内产生焦线的示例性光学配置的示意图；

图3是示出了在玻璃基材中形成的缺陷线顶视图的扫描电子显微镜图，该图显示了初始孔以及有明显喷出物的孔周缘；

图4是玻璃基材的截面图的扫描电子显微镜图，该图示出了在玻璃基材中形成的多个缺陷线；

图5是定位在基材支承件上的基材示意图，其中一束或更多束激光用于在基材中形成缺陷线和后续形成裂线；

图6是包含多个裂线的基材顶视图，所述多个裂线限定了待从基材中移除的多个零件；

图7是基材的顶视图，其示出了沿着路径形成的多个缺陷线；

图8是示出了裂纹延伸到待从基材中移除的零件内的示意图；

图9A-9D是因为沿裂线发生分离的顺序而造成不同情况的示意图；

图10是示出了用于驱使裂纹沿裂线开裂的激光的截面图；

图11是定位在支承基材上的图8的玻璃基材的截面图，其中形成于玻璃基材中的一部分塞物被加热到或高于塞物软化温度的温度；

图12是定位在支承基材上的图11的玻璃基材的截面图，其中真空经由支承基材中的凹部被施加至隔离塞物，从而促使塞物上方的空气压力驱使塞物脱离玻璃基材；

图13例示了各零件更密集排列在基材上(例如六方密堆积)；

图14A是示出了基材原始翘曲中的翘曲的图，环形由翘曲产生；以及

图14B是示出了由图14A的基材所形成的环形的翘曲的图。

具体实施方式

本文公开了从薄易碎材料基材(例如薄的透明材料)中切割及移除一个或更多个制品的方法。所述材料例如可以为透明玻璃材料、透明玻璃陶瓷材料或透明陶瓷材料。所述方法特别有用于从薄的透明玻璃基材中切割及移除内部轮廓形状。所述方法利用超短脉冲激光束和附随的光学器件，沿基材中的焦线于基材中形成缺陷。焦线和所得缺陷线可延伸通过整个基材厚度，但在另外的实施方式中，焦线和所得的缺陷线可以只延伸通过部分基材厚度。可沿预定路径形成多个缺陷线，从而形成裂线。预定路径可为封闭路径，以使预定路径限定待移除零件的界限，但在另外的实施方式中，预定路径可以为非封闭路径。在一些实施方式中，在裂线形成后，可以使用激光束，例如CO₂激光束，所述激光束沿着所述路径通过，以通过沿裂线加热基材来促使零件沿裂线完全分离(隔离)。下述激光过程可在各种玻璃中产生整体(full body)切口且具有低的亚表面损伤(延伸小于约75微米)和良好的平均表面粗糙度(其中裂开的边缘表面的平均表面粗糙度R_a等于或小于约0.5微米)。平均表面粗糙度是对线性轮廓或面积的相对粗糙度的定量计算，且以单一数值参数(R_a)表示。平均表面粗糙度例如可使用光学轮廓仪(例如白光或激光干涉)或利用接触法(通常采用金刚石尖端)来测量。适合的仪器可购自如

和尼康(Nikon)。

如本文中所使用的，亚表面损伤(SSD)定义为裂纹或“裂缝”垂直于基材的切割边缘的程度。在一些实施方式中，视基材类型而定，基材分离可在单次脉冲激光中完成。这些裂纹延伸到基材中的距离量值可决定后续研磨及抛光操作需移除的材料量，所述研磨和抛光操作用于移除边缘缺陷及改善边缘强度。可利用如共聚焦显微镜或荧光模具观察从任何可能存在的裂纹散射出来的光，以及确定裂纹在给定切割边缘上延伸到基材和/或制品的主体中的最大距离，来测量SSD。或者，露出边缘可重复抛光，同时使用共聚焦显微镜检查边缘。抛光掉材料时，裂纹量明显减少。最后，当去掉所有缺陷时，移除的材料深度被记为亚表面破坏。

尽管以下描述是关于玻璃基材(例如玻璃片)的，但应了解，本公开的实施方式可应用到各种透明材料，例如玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或选定矿物(如蓝宝石)。

本文中的范围可表示成从“约”一特定值和/或到“约”另一特定值。当表示这样的范围时，另一实施方式包括从一特定值到另一特定值。同样地，数值以先行词“约”表示成近似值时，应当理解，特定值构成了另一实施方式。还应理解，各范围的各端点在与另一端点相关以及独立于另一端点时都是有意义的。

本文中可以使用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部——仅参考附图使用而无意暗示绝对取向。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、部件的顺序或部件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

如本文所用，透明意指用于形成缺陷线的入射激光束在线性吸收情况下在基材内损失不超过冲击能量的10％/每毫米传播距离。

如本文所用，术语缺陷是指裂纹，包括微裂纹和基材的分子结构的其他断键损坏。缺陷可包括机械损坏，例如由基材与机械物体接触引起，或者损坏可能是因材料与电磁场(例如激光束)交互作用所致。

如本文所用，缺陷线是指线性缺陷(单个长缺陷或排成行的一系列缺陷)，通常，但不限于在基材的厚度方向上(垂直于基材的主表面)延伸。

如本文所用，轮廓或路径是指基材上的虚拟二维形状。因此，尽管路径本身是虚拟形状，但是路径例如可通过裂线或裂纹来近似。封闭路径是形成连续环路的路径，该环路限定及界定内部区域的界线。路径可例如通过冲击在基材表面上的激光束来跟踪。

如本文所用，裂线是指沿路径定位的一系列紧密间隔的缺陷线。类似地，释放线通常是从基材边缘延伸到裂线而限定内部形状的裂线，或在两个裂线之间延伸而限定内部形状的裂线。因此，尽管释放线为裂线，但如本文中所使用的，术语裂线将用于描述玻璃基材内部(不与基材边缘相交)的形状，而释放线将表示从基材边缘延伸到内部裂线，或从一个内部裂线延伸到另一个内部裂线的裂线。

如本文所用，术语分离是指材料破裂(例如损坏)，例如裂纹或其他缺陷(通常为开裂)，由此形成两个相对表面。因此分离应解释成开裂未导致由开裂界定的基材的一个部分与毗邻的基材另一部分完全隔离。反之，隔离是指开裂沿预定路径完全延伸通过基材，以致由开裂界定的基材的第一部分与毗邻该第一部分的基材另一部分完全隔离，从而使得第一部分可相对于毗邻部分独立移动。造成隔离的开裂例如可完全围绕基材中的封闭路径(即，封闭轮廓)延伸并进一步完全延伸通过基材厚度。这种开裂限定了材料的内部部分与封闭路径外的材料部分完全隔离，使得内部部分能独立于外部的周围部分移动。然而，应注意，隔离未必需要在封闭路径附近开裂。

本文所述的实施方式涉及利用切割、隔离及移除过程来将透明材料切割成一个或更多个具有特定的预定轮廓形状的制品的方法，所述制品暴露出由上述过程产生的高品质边缘，且隔离及移除过程不会破坏制品。图1例示了母料玻璃基材10。在图1中还示出了第一内部预定路径12和第二外部(相对于内部路径12)预定路径14，其中第一和第二路径均代表封闭路径。在例示的实施方式中，第一和第二路径12、14为圆形路径，其中第二路径14与第一路径12同心，但在另外的实施方式中，第一和第二路径不需要为圆形。根据图1的实施方式，第一路径12限定了包含第一半径r1的第一圆盘(在下文中称为塞物16)，第二路径14限定了包含第二半径r2的第二圆盘18。第一路径12和第二路径14在它们之间限定了环形20。也就是说，待获得的制品——环形20，其是从基材10的周围材料移除的第二圆盘18且塞物16从第二圆盘18移除。因此，环形20必须从基材10的周围部分释放，且塞物16需从第二圆盘18的周围材料中移除出来。从基材10释放(移除)出环形20可利用围绕第二路径14的切口和沿路径22的额外切口(释放线)来实现，所述额外切口使移除环形的过程变容易。然而，就基材10的内部部分(例如塞物16)而言，可不制作切口，因为这种切口会破坏周围的环形，在本实例中，所述环形为关注的商业零件。此外，本文所述的各过程可制造基本无锯口(kerf)的切口。因此，尽管塞物16可与周围材料隔离从而能够独立地移动，但是塞物仍留存在环形内。可迫使塞物从环形中出来，但极可能会破坏环形。

尽管本公开详述了从第二圆盘18移除塞物16以随后在第二圆盘18中形成圆形孔，以及从玻璃基材移除环形20，但本文所述的方法可用于移除具有任意形状的各种制品，包括但不限于规则的几何形状，例如圆形、三角形、矩形或槽形。从基材移除的制品可具有圆角，或者角部可呈尖锐(例如各边缘以一定角度相交)特征。

在玻璃基材中形成内部封闭切口并移除所得的内部部分以形成开口(例如内存磁盘基材中的中心主轴孔)的困难在于，即使沿封闭的预定路径形成适当紧密间隔的缺陷线从而形成裂线，并且裂纹在与缺陷线相交的路径周围扩展而使内部零件与周围材料隔离，切割过程仍然是基本为零锯口的过程。也就是说，由所述过程形成的典型缺陷线的直径为约1微米，并且介于各缺陷线之间的中间裂纹处的表面到表面的间隔基本为零。因此，即便内部零件可移除，但是如果试图移除，则会碰到周围材料的边缘并导致零件、周围材料或两者碎裂。因此，当从第二圆盘18移除塞物16以形成环形20时，移除塞物可能损坏环形。自动化分离及移除过程的困难在于包含使被隔离的内部零件从周围材料中脱落下来而不破坏周围材料的步骤。就圆盘18而言，从第二圆盘的中心移除塞物以及移除环形部分自射皆是如此。也就是说，当从圆盘18移除塞物16以及当从周围基材材料移除环形20时，均应避免破坏环形20。无论待切割的材料展现出高的内部应力且容易在例如化学强化玻璃基材(例如

玻璃)中形成裂纹，还是材料为低应力(例如适于形成显示面板的玻璃基材，例如Eagle

玻璃、康宁Lotus^TM、Lotus^TM XT和/或Lotus^TM NXT玻璃)，这一问题皆存在。如本文中所使用的，高应力玻璃是中心张力(在玻璃的厚度方向上)等于或大于约24兆帕(MPa)的玻璃。低应力玻璃的中心张力通常小于约24MPa。虽然本文具体提及了

玻璃、Eagle

玻璃、康宁Lotus^TM、Lotus^TM XT和/或Lotus^TM NXT玻璃，但是本文所附的权利要求书不应限于此，因为示例性过程和方法可适用于其他玻璃，例如碱土硼铝硅酸盐玻璃(具有少量碱金属或无碱金属)、铝硅酸盐玻璃、含碱土玻璃等。

如上所述，本公开一般涉及用于切割及移除部分玻璃基材的方法和设备。然而，在特定的实施方式中，本公开涉及以可控的方式从玻璃基材中精确切割出、隔离及移除任意形状的制品的激光方法和设备，并具有忽略不计的碎屑且对切割边缘的破坏最小，从而保持制品强度。所得的制品可以只需最少的边缘精整(研磨和/或抛光)或者甚至不用边缘精整(研磨和/或抛光)，在某些实施方式中，可涉及对制品的主表面进行最小程度的精整，或者不用精整制品的主表面。所述方法依赖于基材材料在激光波长下的透明度和线性光学吸收，所述激光用于以低激光束强度形成缺陷线，这能维持干净又原始的表面品质，及依赖于高激光束强度沿激光焦线诱导的非线性吸收。该过程的可行关键要素为超短脉冲激光束所产生的缺陷的高纵横比，其允许形成在待切割材料的主表面之间延伸的缺陷线。原则上，缺陷线可利用单激光脉冲形成。然而，若有需要，附加脉冲可用于增大受影响区域的尺寸(例如深度和宽度)。

使用短脉冲皮秒激光和伴随的光学器件沿激光束纵轴(即，光束传播方向)产生焦线，可沿预定路径或轮廓于基材上紧密间隔地形成一系列缺陷线，所述缺陷线延伸通过基材(例如玻璃片)的至少一部分厚度。缺陷线的直径通常小于几微米。沿着路径的一系列缺陷线称作裂线，并且该缺陷线可由一系列缺陷线间的裂纹连结，裂纹由基材中存在的应力自形成，或者是由于随后暴露于热源(例如第二激光束)所诱导的应力形成，从而使一部分基材与另一部分基材隔离。

形成线焦点的光学方法可采取多种形式，例如利用环状激光束与球面透镜、轴棱锥透镜、衍射元件或其他方法来形成高强度的线性区。激光类型(皮秒、飞秒等)和波长(IR、绿光、UV等)也可很多样，只要能达到足以使基材材料崩解的光学强度即可。激光波长通常选择为使基材(例如玻璃片)对辐射高度透明。就玻璃而言，1064纳米的光通常是优选波长，其中可利用如使用Nd:YVO₄作为增益介质的高强度脉冲激光。当激光脉冲通过这些光学器件时，光能形成可延伸通过整个基材厚度的高强度线性区。更大体而言，选定波长可在约2微米至约11微米的范围内，例如约10.6微米、5.32微米、3.55微米或2.66微米，但视材料而定，其他波长也可以是合适的。

在一些实施方式中，各个脉冲的脉冲持续时间可以在约0.1皮秒至约100皮秒的范围内，例如在约5皮秒至约20皮秒的范围内，并且各个脉冲的重复率可以在约1kHz至约4MHz的范围内，例如在约10kHz至约650kHz的范围内。随着频率增加，所述过程可操作的速度也可提高。然而，随着频率增加，每脉冲能量减小。

激光形成了穿透玻璃基材的缺陷线。缺陷线可包括微裂纹，但也可包括内部开口或空隙，例如直径约1微米的内部开口或空隙。这些缺陷线通常间隔约1至约20微米，例如在约0.5至约15微米的范围内、在约0.5微米至约3微米的范围内或在约3至约10微米的范围内。例如，在一些实施方式中，相邻缺陷线之间的周期性可以在0.5微米至1.0微米之间。缺陷线例如可延伸通过整个玻璃基材厚度，且一般垂直于基材的(平坦)主表面，但在另外的实施方式中，缺陷线可以只延伸通过部分基材厚度。另外，在一些实施方式中，可以形成与基材主表面成某一角度的缺陷线，例如，如果需要在环形20上有斜切边缘时。

除了在上述各脉冲重复率下进行单脉冲操作外，还可在二个或更多个脉冲(例如3个脉冲、4个脉冲、5个脉冲、10个脉冲、15个脉冲、20个脉冲或更多个脉冲)的脉冲串(burst)内产生脉冲，脉冲的脉冲串内的各脉冲间隔约1纳秒至约50纳秒范围内的时间，例如间隔在约10纳秒至约50纳秒的范围内，在约10纳秒至约30纳秒的范围内，例如约20纳秒，脉冲串的重复频率可以在约1千赫至约4Mhz(兆赫)的范围内。就给定的激光而言，脉冲串内的相邻脉冲的时间间隔T_p(脉冲与脉冲的间隔)相对较均匀(例如相差±10％)。例如，就产生约20纳秒脉冲间隔T_p的激光而言，脉冲串内的脉冲与脉冲间隔T_p可维持在相差约±10％以内或相差约±2纳秒。各脉冲的“脉冲串”间的时间(即，脉冲串之间的时间间隔T_b)将显著更长(例如0.25≤T_b≤1000微秒，例如在约1微秒至约10微秒的范围内，或在约3微秒至约8微秒的范围内)。在示例性实施方式中，就脉冲串重复率(或脉冲串重复频率)为约200kHz的激光而言，时间间隔T_b可以为约5微秒。激光脉冲串重复率与某一脉冲串内的第一脉冲和后一脉冲串内的第一脉冲之间的时间T_b有关(激光脉冲串重复率＝1/T_b)。

在一些实施方式中，激光脉冲串重复率可以在约1kHz至约650kHz的范围内。例如，激光脉冲串重复率可以例如在约1kHz至约300kHz的范围内。各脉冲串内的第一脉冲与后续脉冲串内的第一脉冲之间的时间T_b可以在约0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)至约1000微秒(1kHz脉冲串重复率)的范围内，例如在约0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)至约40微秒(25kHz脉冲串重复率)的范围内，或在约2微秒(500kHz脉冲串重复率)至约20微秒(50kHz脉冲串重复率)的范围内。各个脉冲的脉冲持续时间T_d可高达100皮秒(例如，0.1皮秒、5皮秒、10皮秒、15皮秒、18皮秒、20皮秒、22皮秒、25皮秒、30皮秒、50皮秒、75皮秒，包括其间所有范围与子范围)。在脉冲串内的各脉冲的能量或强度可以不等于脉冲串内的其他脉冲的能量或强度，在一些实施方式中，受控于激光设计，脉冲串内的多个脉冲的强度分布通常可随时间呈指数衰减，但在其他实施方式中，衰减可能并不明显。确切时序、脉冲持续时间和脉冲串重复率可因激光设计而异，但已显示出高强度短脉冲(T_d<20皮秒，优选地，T_d≤15皮秒)特别有效。

在基材材料测得的每脉冲串的平均激光能量可大于40微焦耳/毫米材料厚度，例如在约40微焦耳/毫米至约2500微焦耳/毫米的范围内，例如约200微焦耳/毫米至约800微焦耳/毫米。换言之，每脉冲串的能量通常在约25微焦耳至约750微焦耳的范围内，例如在约50微焦耳至约500微焦耳的范围内，或在约50微焦耳至约250微焦耳的范围内，包括其间所有范围与子范围。在一些实施方式中，每脉冲串的能量可以在约100微焦耳至约250微焦耳的范围内。例如，就厚度在约0.5毫米至约0.7毫米范围内的康宁2320非离子交换玻璃而言，200微焦耳的脉冲串可用于切割及分离玻璃，这提供了约285微焦耳/毫米至约400微焦耳/毫米的示例性范围。基材与激光束之间的相对移动则可用于形成包含一系列缺陷线的裂线，缺陷线描绘任何预定零件(例如塞物)的形状轨迹。

特别是就碱土硼铝硅酸盐玻璃(具少量碱金属或无碱金属)而言，体积能量密度在约0.005微焦耳/微米³或更高以内可确保缺陷线形成。然而，所述能量密度应保持小于约0.100微焦耳/微米³，以使玻璃遭到最少破坏，例如所述能量密度在约0.005微焦耳/微米³至约0.100微焦耳/微米³的范围内。

脉冲串内的各个脉冲能量将比前述小，各个激光的确切脉冲能取决于脉冲串内的脉冲数量和激光脉冲随时间的衰减率(若有)(例如指数衰减率)。例如，就恒定的每脉冲串的能量而言，若脉冲串含有10个单独的激光脉冲，则各单独的激光脉冲所含的能量比相同脉冲串仅具有2个单独的激光脉冲时小。

使用能产生这种脉冲串的激光有利于切割或改造透明材料，例如玻璃。相对于使用在时间上由单脉冲激光重复率隔开的单脉冲，使用脉冲串序列，并且该脉冲串序列将激光能量散布遍及脉冲串内的快速脉冲序列)比起使用单脉冲激光能获取高强度与基材材料交互作用的更大的时间标度。尽管可在时间上扩展单脉冲，但脉冲内的强度需下降成大约在脉宽内的强度。因此，如果将10皮秒单脉冲扩展成10纳秒脉冲，则强度将下降约三个数量级。这种下降会使光学强度降低到非线性吸收不再显著且光-材料交互作用不再足以允许进行切割的程度。反之，利用脉冲串激光时，在脉冲串内的各脉冲期间的强度可维持得很高，例如间隔时间约10纳秒的三个10皮秒脉冲仍可使各脉冲内的强度比单一10皮秒脉冲高约3倍。因此，激光可允许在现已大三个数量级的时间标度内与基材交互作用。调整脉冲串内的多个脉冲可操纵激光-材料交互作用的时间标度，以助于增加或减少光与预先存在的等离子体羽流交互作用、在原子和分子由初始或先前的激光脉冲预激发的情况下增加或减少光-材料交互作用，以及增加或减少材料内的加热影响以助于控制微裂纹生长。改造材料所需的脉冲串能量取决于基材材料的组成以及用于与基材交互作用的线焦点的特性。交互作用区越长，能量散布得越多，且需要越高的脉冲串能量。当单个脉冲串基本上撞击在基材上的同一位置时，在基材中形成缺陷线。也就是说，单个脉冲串内的多个激光脉冲对应于基材中的单一缺陷线。当然，由于基材平移(例如利用恒定移动平台)或光束相对于基材移动，脉冲串内的各个脉冲不会在基材上的完全相同的位置处。然而，各个脉冲彼此相差在1微米内，即，它们在基本相同的位置处撞击基材。例如，各个脉冲可以彼此按间距sp撞击基材，其中0<sp≤500纳米。例如，当基材位置受20个脉冲的脉冲串冲击时，脉冲串内的各个脉冲在彼此相差250纳米内撞击基材。因此，在一些实施方式中，间距sp可以在约1纳米至约250纳米的范围内，例如在约1纳米至约100纳米的范围内。

在一些实施方式中，超短(例如10皮秒)脉冲串所脉冲的激光可用于以一致、可控制及可重复的方式形成高纵横比缺陷线。可用于形成合适的缺陷线的示例性光学设置细节描述于下文以及2013年1月15日提交的第61/752,489号美国专利申请中，该申请的内容以引用的方式全文并入本文中。这一概念的本质是在光学透镜组件中使用轴棱锥透镜元件，以利用超短(皮秒或飞秒时间)贝塞尔(Bessel)光束形成高纵横比的无锥度缺陷线。换言之，轴棱锥和其他相关光学部件将激光束聚集成大致呈圆柱形且纵横比高(长度长且直径小)的区域中。由于在聚集激光束内产生高强度，因此发生激光电磁场与基材材料的非线性交互作用，并将激光能传递给基材。然而，在激光量强度不够高的区域中(例如玻璃表面、围绕中心会聚线的玻璃体积)，基材无任何反应，因为在这些位置中的激光强度小于线性阈值和非线性阈值。

如图2所示，激光(未示出)在光学组件32的光束入射侧发射激光30。光学组件32将激光束30转换成沿激光束轴在光学组件32的输出侧上，在限定距离内延伸的激光束焦线34。本领域技术人员明白，焦线34的长度可以因折射率变化而改变，例如在空气传播与基材传播之间改变。将基材10置于光束路径中，其在光学组件32之后，与激光束焦线34至少部分重叠。光学组件32例如可以包括轴棱锥36、准直透镜37和聚焦透镜38。附图标记40表示面向光学组件32的基材主表面，而附图标记42表示基材10的相对主表面，其通常与主表面40平行。基材厚度(垂直于表面40和42测量)标记为d。

光学组件32形成了所谓的准非衍射光束，比起常规高斯(Gaussian)激光束，该准非衍射光束是衍射或散布不那么快速的光束。这些光学器件最常用于形成所谓的高斯-贝塞尔光束，其是非衍射光束的一种形式，且可在比传统高斯光束长100倍或甚至1000倍的长度内维持密集聚焦。

在激光束焦线34与基材10重叠的区域中，激光束焦线34在基材材料中产生(假设沿着激光束焦线34具有适当的激光强度)诱导吸收(非线性吸收)，该诱导吸收在基材材料中产生缺陷线。缺陷形成不仅局限于焦线区域，还发生在基材10内的整个焦线长度内。激光束焦线34的平均直径例如可以在约0.1微米至约5微米的范围内，例如在约0.1微米至约4微米的范围内，例如在约0.1微米至约3微米的范围内，例如在约0.1微米至约2微米的范围内，例如在约0.1微米至约1微米的范围内，同时聚焦区域延伸数毫米的长度(例如延伸约0.5至约10毫米范围内的长度)。

如前所示，在激光束30的波长λ下为透明的基材材料因沿焦线34的非线性诱导吸收而被加热，从而形成了缺陷线。上述过程产生了包含垂直条纹的极特性化边缘的部件。每一条纹是单激光脉冲或激光脉冲的单个脉冲串的标记，并代表缺陷线的一部分。如同缺陷线，这些条纹可以每隔约1至50微米周期性间隔开，例如每隔1至20微米间隔开，例如每隔约5至约15微米间隔开。条纹代表基材材料被聚焦激光能改造，这造成平行激光束轴的长线性损坏轨迹(缺陷线)。该区域中的基材材料可受到致密化改或化学改变。缺陷线通常包括因其出现的裂纹，该裂纹可径向延伸到基材内约5至10微米，或在一些情况下为高达25微米，并且裂纹尺寸通常与沉积在材料中的激光能的量成正比。缺陷线可具开放区域，但通常不是穿过基材厚度的连续孔。在缺陷线的顶部和底部常有开放的孔。孔的开放区域通常具有小于1微米的直径，但在一些条件下可做得更大，例如直径高达5微米。孔通常具有凸起区域或由喷射及熔化材料围绕的“火口周缘”，其直径通常在约3微米至约8微米的范围内。图3是在玻璃基材表面上见到的典型缺陷线的扫描电子显微镜图，该图示出了周缘和喷出物。图4是在玻璃基材截面中见到的玻璃基材的扫描电子显微镜图，该图示出了沿着至少一部分长度的缺陷线。

使用缺陷线来限定零件边缘使所得制品具有高的尺寸质量。由于隔离制品的裂纹由缺陷线引导，因此短脉冲激光束的空间精度和准确度将决定裂纹扩展方向，在环形实例中，可使内外半径达微米级准确度，例如小于25微米，例如小于约15微米，通常约±5微米，但无疑为公差。对比机械过程，机械过程无法引导裂纹围绕此半径。还对比其他激光过程(例如CO₂激光切割)，在其他激光过程中裂纹由CO₂激光束形成的热点来引导进行热扩展，但不受形成于基材中的任何预先限定的缺陷引导。缺少引导缺陷会造成裂纹游移，这意味着无法达到如此严密(微米级)的准确度。其他激光过程，例如高斯聚焦UV或可见激光烧蚀以在基材顶部处形成沟槽或裂纹，也受制于尺寸控制不佳，因为它们往往只控制玻璃的一个表面处的裂纹。

尽管有表面条纹，但是因分离基材而得到的裂纹面应具高质量(就断裂强度、几何精度、粗糙度及避免再进行机械加工的要求而言)。表面粗糙度特别是因焦线34的光斑尺寸或光斑直径所致。为获得小的光斑尺寸，例如在给定激光波长λ的情况下，光斑尺寸为0.5微米至2微米，通常会对输入光束直径和光学组件32的数值孔径作出某些要求。

为获得所需的数值孔径，光学组件一方面应根据已知的Abbé公式(N.A.＝nsin(θ)，其中n代表玻璃的折射率，θ代表孔径半角，并且θ＝arctan(D/2f)；其中D代表孔径直径，f代表焦距)具备给定焦距的所需开口。另一方面，激光束需照射光学组件达所需数值孔径，这通常利用扩束实现，例如在激光与聚焦光学器件之间使用扩束望远镜。

为达到沿焦线均匀交互作用的目的，光斑尺寸不应变化太大。确保方式可例如为仅在小圆形区域中照射聚焦光学器件，以使光束打开并且因此数值孔径百分比仅略微变化。符合这些需求且可应用于产生焦线34的适合光学组件32包括可购自康宁激光技术公司(Corning Laser Technologies)的激光处理装置CLT 45G。

应注意，焦线34可形成及布置成使焦线34完全位于基材10内、仅穿越一个主表面，或穿越基材的两个主表面。可充分改变光学器件的聚焦位置，使得只有一部分基材深度遭损坏。在此情况下，条纹可从基材顶部延伸到基材中间某处，或从基材底部延伸到基材内部某处。在焦线34可以完全位于基材本体内的情况中，应理解，表面阈值不同于本体阈值，因此，通常入口孔和出口孔仍由入射光束形成于基材中，接着为无损坏区域，随后为缺陷线。也就是说，尽管焦线34可完全位在基材内，但是表面破坏仍可存在。在此情况下，仍可使零件与基材分离，但对裂纹方向或分离轮廓的完全控制可能不利。使用延伸到两个主表面40、42中的焦线34可获得最佳结果，因为这可提高了隔离关注零件的能力及使边缘强度变化最小化。因此，实际上可获得理想的切割，同时避免在基材表面处发生倾斜情况(feathering)及产生大颗粒。

视材料性质(光学吸收、热膨胀系数(CTE)、应力、组成等)和选择用于处理选定基材材料的激光参数而定，单独形成裂线足以引发分离，在一些情况下可隔离制品。自分离和/或自隔离可以如自发事件发生，而无需增加机械外力。具有显著(即，等于或大于约24MPa)的内部或中心张力(CT)的大多数强化玻璃(切割前已经离子交换)皆是如此。在此情况下，通常不需二次过程来促进隔离(但不移除塞物)，所述二次过程例如机械施加张力(例如弯曲力)或加热(例如使用激光束加热)。

尽管如上所述，但是在一些情况下，预先存在的应力或在裂线产生期间形成的应力可能不足以自动隔离内部零件。形成裂线本身不足以引发隔离通常是残任务应力不足的非强化玻璃的情况，例如显示型玻璃，例如Eagle

Lotus^TM、Lotus^TM XT和/或Lotus^TMNXT或在任何离子交换步骤前切割的可离子交换玻璃。因此，二次过程的步骤可以是促成隔离所需。例如，可以通过下述来实现隔离：在形成裂线后通过施加机械力，或在形成裂线期间使用红外激光束(例如CO₂或CO激光束)重新追踪先前跟踪的路径，以沿路径局部加热基材及产生足够热应力，而无需烧蚀，从而迫使零件隔离。也就是说，沿裂线形成一个或更多个整体(full-body)裂纹，接着隔离内部零件。另一选择为仅使激光来开始分离，例如使激光仅部分通过预定路径，其中隔离是手动进行，例如通过弯曲或通过其他施力。任选的激光分离可使用发射波长约9微米至约11微米范围内(例如10.6微米)的散焦连续波CO₂激光进行，并且通过控制激光工作周期来调整功率，但在另外的实施方式中，可使用其他波长和激光介质(例如CO激光)。聚焦变化(即，散焦程度)可用于通过改变基材表面上的激光束光斑尺寸来改变诱导热应力，其中光斑尺寸定义为波峰强度的1/e²。产生裂线后，通常采用在基材表面约40瓦至400瓦范围内的功率、光斑尺寸约2毫米至约12毫米范围内，激光束沿裂线的通过速率在约50毫米/秒至约3000毫米/秒范围内，例如约80毫米/秒至约500毫米/秒范围内来实现激光诱导分离及隔离。若光斑尺寸太小(即，小于约1毫米)或激光功率太大(大于约400瓦)或扫描速度太慢(小于约1毫米/秒)，则基材可能过热、产生烧蚀、熔化或形成热产生的裂纹，这是不期望的，因为它们可降低分离零件的边缘强度。优选地，激光束扫描速度为大于约50毫米/秒，以引发有效且可靠的零件分离。然而，若激光产生的光斑尺寸太大(大于约20毫米)，或激光功率太小(小于约10瓦，或在一些情况下为小于约30瓦)，或扫描速度太快(大于约500毫米/秒)，则可出现加热不够充分，这可导致热应力太低而无法引发可靠的零件分离。

在一些实施方式中，可使用以200瓦功率操作的CO₂激光，并且玻璃表面的光斑直径为约6毫米，扫描速度为约250毫米/秒，以引发0.7毫米厚的康宁Eagle

玻璃发生零件分离，所述玻璃已用上述皮秒激光改造。较厚的基材比较薄的基材每单位时间可需要更多的激光热能来分离，或者具有低CTE的基材比具有高CTE的基材可以需要更多CO₂激光热能来分离。在激光光斑通过给定位置之前或之后，可极快速地(例如约1秒以内)发生沿裂线的分离，例如在100毫秒以内、50毫秒以内或甚至25毫秒以内。

然而，即使基材在形成裂线后具有足够的内部应力来开始自分离或自隔离，但是零件的几何形状可阻碍零件轻易地从周围基材材料移除。当待移除零件为另一零件的内部部分(例如塞物16)时尤其如是。因此，由于塞物与周围基材材料间缺少足够空隙(间隙)，因此塞物可保持就位。裂纹可以在使塞物隔离的各缺陷线之间扩展，但塞物与周围基材材料间没有空间让塞物在不破坏周围材料的情况下从母料基材材料移除。释放线只破坏关注的周围零件。

现在参考图5和6，现将描述从玻璃基材10切割及移除制品的方法，但是应理解，所述方法可应用到其他基材材料。所述方法可以包括把母料玻璃基材10定位在平面支承基材100上的步骤。玻璃基材厚度d可以在约50微米至约3毫米的范围内，例如在约100微米至约2毫米的范围内，例如在约300微米至约1毫米的范围内。例如，在一些实施方式中，玻璃基材的厚度可以在约0.5毫米至约0.7毫米的范围内。优选地，玻璃基材10是熔合成形的玻璃基材，其中在玻璃基材中形成缺陷线前，未研磨或抛光第一和第二主表面40、42，但在另外的实施方式中，玻璃基材可以包括已研磨和/或抛光的第一和第二主表面，并且在另外的实施方式中，玻璃基材10可由其他成形工艺来形成，包括但不限于浮法和狭缝成形工艺。当玻璃处于高温时，通过熔合工艺来成形的玻璃基材的两个表面通常不接触机械处理表面。这能形成具有原始表面的大型玻璃片，而不需要抛光来移除表面污染或其他缺陷。熔合成形的玻璃基材的表面不具抛光痕迹，且玻璃边缘附近没有Sn浓缩物。熔合成形片的表面粗糙度通常小于1纳米Ra，但常常小于约0.5纳米Ra。

对照之下，使用常规浮法工艺制造的玻璃在成形过程期间使一侧暴露于熔融锡(Sn)。尽管浮法玻璃工艺通常可以比熔合拉制工艺更低的成本来制造玻璃，但具有许多缺点。锡的存在会在玻璃片内产生污染或化学特征。另外，浮法工艺无法使玻璃像熔合拉制工艺般光滑。这意味着Sn侧需进行抛光以符合最终的粗糙度标准，并且还需移除Sn污染物自身。基于至少上述原因，优选采用熔合成形的玻璃片。

在一些实施方式中，玻璃基材10在约0℃至约300℃的温度范围内可包含约30×10^-7/℃至约40×10^-7/℃范围内的热膨胀系数，例如约30×10^-7/℃至约40×10^-7/℃范围内，例如在约30×10^-7/℃至约36×10^-7/℃的范围内，包括其间所有范围与子范围。玻璃基材的退火点可等于或高于约700℃，例如等于或高于约800℃。在一些实施方式中，玻璃基材的退火点在约700℃至约820℃的范围内，例如在约710℃至约730℃的范围内，但是在其他实施方式中，玻璃基材的退火点可以在约800℃至约810℃的范围内。退火点可利用如ASTM C336(纤维伸长)或ASTM C598(射束弯曲)来测量。在实施方式中，玻璃基材在经受600℃的温度30分钟并冷却至室温(23℃)后包含等于或小于约35ppm的压实度，例如小于约20ppm。压实度可通过将多个基准标记物放在基材上，以及使基材经热循环处理，接着测量各基准标记物之间的相对位置变化或收缩量来测量。

在一些实施方式中，玻璃基材(主表面)的平均表面粗糙度(Ra)经任何研磨或抛光前为等于或小于约0.5nm。玻璃基材可包含锡，以氧化物(SnO₂)计，其含量为等于或小于约0.5重量％，例如等于或小于约0.3重量％，例如等于或小于约0.2重量％。在一些实施方式中，玻璃基材可以包含小于约0.15重量％的SnO₂，但在另外的实施方式中，玻璃基材可以基本不含SnO₂。在一些实施方式中，玻璃基材可以包含等于或大于约25克/cm³的密度，杨氏模量在约75GPa至约90Gpa的范围内，例如在约80GPa至约85GP的范围内，例如在约82GPa至约84Gpa的范围内，包括其间所有范围与子范围。玻璃密度可使用计算数字密度计测量。杨氏模量可利用ASTM E111测量，例如利用E111-04(2010)。玻璃基材可包含约900℃至约1100℃范围内的软化温度，例如约950℃至约1050℃范围内，例如约970℃至约1050℃范围内，例如约1025℃至约1050℃范围内，例如约1040℃至约1050℃范围内。在一些实施方式中，玻璃基材可以包含约1040℃至约1050℃范围内的软化温度，包括其间所有范围与子范围。软化温度例如可利用ASTM C338测量。

玻璃优选地不含碱金属氧化物，因为碱金属随着时间以及因暴露于高温而迁移，从而造成系统中的其他层(例如硬盘的磁性层)发生化学污染及中毒。例如，在一些实施方式中，玻璃是无碱金属氧化物的铝硼硅酸盐玻璃。本文所用的无碱金属氧化物意指碱金属氧化物等于或小于约0.1重量％。玻璃优选地基本上不含As₂O₃(氧化砷)，其中短语“基本上不含As₂O₃”意指不含有除了作为杂质源自原料等之外的As₂O₃，玻璃组合物中的As₂O₃含量为0.1重量％或更低(优选为50ppm或更低)。优选地，玻璃基本上不含Sb₂O₃(氧化锑)，其中短语“基本上不含Sb₂O₃”意指不含除了作为杂质源自原料等之外的Sb₂O₃，玻璃组合物中的Sb₂O₃含量为0.1重量％或更低(优选为50ppm或更低)。

支承基材100包含第一主表面106和第二主表面108，其中玻璃基材10的第二主表面104定位在支承基材100的第一主表面106上。仅是为了清楚起见，在图5、10、11及12中，支承基材100显示为与玻璃基材10分开，但实际上，玻璃基材可以直接定位在支承基材的顶部上。支承基材100可在表面106中包括一个或更多个凹部110，以使得当母料玻璃基材10置于支承基材100上时，位于母料玻璃基材10上的内部预定轮廓位置被定位在相应的凹部上方。也就是说，凹部110可定位在母料玻璃基材10待形成内部裂线的各位置下方。每个凹部110可起到多种作用。第一，凹部110可在玻璃基材10于后续处理时受到加热的各部分之间提供间隙。在一些实施方式中，支承基材100可以包含合适的聚合物材料，以免污损及损坏玻璃基材。聚合物材料可包括低熔化温度，因此易受热损坏。或者，聚合物材料可包括高熔化温度以使聚合物不受加热影响。

第二，当从玻璃基材释放塞物时，凹部110提供可捕获由内部裂线限定的塞物16的区域。此外，每个凹部110可任选地包括通道112，其从凹部底或底部延伸到支承基材的相对表面，例如表面108。通道112可与真空源(未示出)流体连通，从而可向凹部施加真空，以有助于从玻璃基材10移除塞物16。再者，支承基材100可包括定位在凹部110外侧的附加通道114。附加通道114也可以被设置成与真空源(未示出)流体连通，当向附加通道114施加真空时，所述真空有助于将玻璃基材10牢固或以其他方式固定于支承基材100。当待从支承基材100移除玻璃基材10时，可中断真空。然而，在其他实施方式中，可以其他固定方式将玻璃基材10固定于支承基材100，例如但不限于通过夹紧或粘合、或本领域已知的任何其他合适的固定方法。例如，在一些实施方式中，支承基材100可通过静电保持在适当位置。

所述方法可进一步包括利用上述一种或多种方法，就拟定的玻璃制品(例如环形20)形成裂线，其中脉冲激光束用于通过产生延伸通过玻璃基材厚度d的焦线，以沿预定路径形成一连串缺陷线。例如，参考图5，产生脉冲激光束118的激光116可以用于沿预定路径形成一连串缺陷线120从而形成多个裂线，在图6中用虚线表示。如前所述，缺陷线120可以彼此相隔约1微米至约20微米的距离p(参见图7)。裂线与预定路径重合。

在图5和6所示的实施方式中，裂线包括第一内部圆形裂线122和第二外部圆形裂线124，所述第一内部圆形裂线122与第一内部路径12(参见图1)重合且包含第一半径，所述第二外部圆形裂线124与第二外部路径14(参见图1)重合且与内部裂线122同心并进一步包括大于第一半径的第二半径，内部和外部裂线之间近似为环形20。在一些实施方式中，第一半径可以在约33毫米至约34毫米的范围内，并且第二半径可以在约9毫米至约11毫米的范围内。在其他实施方式中，第一半径可以在约47毫米至约48毫米的范围内，并且第二半径可以在约12毫米至约13毫米的范围内，但在另外的实施方式中，第一和第二半径可大于或小于上述距离。

所述多个裂线可进一步包括释放线126。释放线126有助于从母料玻璃基材10移除环形20。例如，一些释放线可从玻璃基材10的边缘128a-128d延伸到外部裂线122。在一些实施方式中，先形成内部和外部裂线122、124，再形成释放线126。在图6所示的实施方式中，释放线126以约90度接近外部裂线124，但在另外的实施方式中，释放线126可以其他角度接近外部裂线124。例如，在一些实施方式中，释放线126可以较小的角度接近外部裂线124，使得各个释放线大致与外部裂线相切。在释放线大致垂直接近外部裂线的情况下，应先形成外部裂线124，再形成所接近的释放线。

为说明为何裂线形成顺序很重要，考虑了以下实例。当激光试图形成与另一个缺陷线紧邻的缺陷线时会有交互作用。激光束的线焦点能量应一直聚焦通过玻璃基材厚度。然而，若附近存在缺陷线(通常为数百微米内)，则缺陷线将截断形成线焦点的一些线锥，并且缺陷线将散射或阻挡部分激光能，所述部分激光能原本会在玻璃深处聚焦并形成新的缺陷线(交互作用的程度取决于所截断的线锥的立体角)。此可能造成通过玻璃基材厚度的缺陷线不完整，在一些情况下可能阻止了缺陷线的形成。当分离玻璃零件时，不完整的缺陷线或缺少缺陷线可能导致裂纹游移。通常，这种游移被称为“遮蔽”，其不仅可能发生在预先存在的缺陷线附近，还可能在玻璃基材边缘附近。遮蔽效应很重要的确切接近度取决于许多事情，例如光学器件的数值孔径、玻璃基材的厚度、所用的激光能量、玻璃组成等。因此，优选先完成所需制品的裂线(例如内部和外部裂线122、124)，以使遮蔽效应不影响就所需制品形成明确限定的裂线的能力。

一旦形成裂线122、124和释放线126，则需要产生相交裂纹，所述相交裂纹沿裂线将各缺陷线与相邻缺陷线结合，以实现内部零件的隔离。这通常是低残余应力玻璃基材的情况，例如非强化玻璃基材，例如非离子交换或非热回火玻璃基材，其中存在的残余应力不足以自引发的裂纹形成。因此，热源可用于使裂纹在相邻缺陷线之间扩展，所述热源例如红外热源，例如红外激光(例如CO₂或CO激光)。至于前述的内部和外部裂线122、124，热源可在裂线上通过而在玻璃基材内诱导足够的热应力，从而使裂纹在各缺陷线间开裂。例如，来自CO₂激光的激光束可沿用于形成特定裂线的相同路径通过，以使激光束沿裂线入射，但在另外的实施方式中，可使用其他激光类型。通过保持玻璃基材静止而使激光束通过，或者通过保持激光束静止而移动玻璃基材，或是通过同时移动玻璃基材和激光束，可以使玻璃基材与激光束相对移动，以沿裂线进行激光加热。例如，可将激光器定位在能至少二维(例如与玻璃基材10平面平行的平面)移动的台架上，但在另外的实施方式中，台架还能使激光器在第三维度上移动，即，垂直于玻璃基材主表面移动。在一些实施方式中，当有许多待加热裂线时，可以使用多个激光器加热裂线，从而缩短处理时间。在一些实施方式中，可以采用单个激光器，其中来自单个激光器的激光束被引导到分束头，分束头将激光束分成多个可单独控制的激光束。分裂激光束可缩短处理时间，但也会降低各个单独的激光束的功率，因而需要单个激光源输出更多。在其他实施方式中，楞以将玻璃基材10放置在加热烘箱内，以热冲击玻璃基材及形成相交裂纹。这也可缩短处理时间，但可增加处理难度，特别是对于大的玻璃基材而言。

然而应注意，就像形成裂线和释放线一样，应考虑驱动裂纹通过裂线和释放线(即，分离)的顺序。

为说明为何驱动裂纹开裂的顺序很重要，考虑了该第二实例。若先在释放线内驱动裂纹开裂，则当裂纹到达相邻裂线旁的释放线边缘时，没有什么可以阻挡裂纹。因此，裂纹可继续扩展到零件内而产生缺陷零件。

图8示出了包含环形20的玻璃基材10，如虚线所示，环形20被限定在第一内部裂线122与第二外部裂线124之间。第一裂线122和第二裂线124均未被沿相邻缺陷线之间的裂线延伸的裂纹增强(consolidate)。图7进一步图示了四个释放线126a-126d，其中已经利用合适的热源(例如红外激光束)驱使了裂纹沿裂线126a开裂。因此，释放线126a以实线表示。当裂纹沿释放线126a扩展时，如箭头128所示，其遇到第二裂线124。由于第二裂线124处没有裂纹，因此沿释放线126a扩展的裂纹可自由延伸超过第二裂线124，并在过程中形成进入到所需零件(即，环形20)中的裂纹，如裂纹部分130所示。通过例如使释放线在离所需零件边缘更远处终止，可减少这种情况。然而，适合的距离取决于诸如玻璃组成、厚度、激光功率、速度、湿度等因素。因此，优选地，在驱使裂纹沿释放线开裂前，增强沿限定所需零件的裂线所产生的裂纹。在此情况下，这意味着在驱使裂纹沿释放线126a开裂前，驱使裂纹绕着第二裂线124开裂。

尽管前述论述主要涉及释放线与裂线间垂直(或近乎垂直)交叉，但是如上所述，释放线也可正切接近裂线。例如参见图9A-9D，图9A-9D例示了部分裂线124，在此情况下为部分圆形裂线，正切释放线126与裂线重叠。首先应注意，随着沿释放线126扩展的裂纹(以实线132表示)接近裂线，可能发生遮蔽。再者，如图9A所示，若沿裂线分离前，裂纹从释放线开始扩展(分离)，则如箭头134所示，扩展的裂纹可从释放线跳位到裂线及继续围绕裂线124(如实线136所示)。另一方面，若在释放线前先分离裂线，则如第7B图所示，可能发生相反情况，其中如箭头140所示，扩展的裂纹从裂线跳位到释放线。尽管玻璃142的附接“折角(dog ear)”通常很小且可利用如研磨移除，但可能需进行原本所需的更多的研磨及可能需额外检查。同样地，裂纹可从裂线跳位到释放线，如图7C所示，这将造成零件不完全分离。如图7D所示，例如，如果释放线在到达裂线前终止，以使释放线126的终止端与裂线124之间存在间隙G，则可减轻正切释放线相关问题。在图7D所示的实施方式中，可沿裂线124进行分离，且无扩展的裂纹跳位到任一释放线126的风险。一旦完成沿裂线124的分离，即可沿释放线126分离。

还应注意，当形成释放线的缺陷线而非裂线的缺陷线时，可采用不同激光条件。例如，更多加“激进”的激光条件(例如更大脉冲能量)可用于释放线，这是因为对于限定所需零件的边缘的裂线而言，较少关注边缘质量。

图10是定位在支承基材100上的玻璃基材10的截面图，该图示出了塞物16。在图10所示的视图中，缺陷线已根据例如但不限于本文所述方法产生。如图所示，塞物16定位在凹部110上方。

在缺陷线形成所产生的应力不足以通过自引发分离来使塞物16与周围基材隔离的情况下，可进行任选的步骤，如图10所示，其中热源——例如产生激光束146的红外激光144(例如CO₂或CO激光)——用于使激光束在形成缺陷线时产生的裂线和释放线上通过，以有助于分离。也就是说，驱使裂纹沿裂线和释放线开裂。

在一些实施方式中，可以使用多个激光来缩短形成时间。例如，如果基材10缺少促成自隔离的必要中心张力，则该任选的步骤可以是必要的。应强调的是，加热裂线是在选择以不发生玻璃基材烧蚀、熔化或汽化的条件下进行。为此，如上所详述，可令激光束146散焦，以防止玻璃基材过热。

一旦完成分离和/或隔离，无论是通过自隔离(针对高中心张力基材而言)或通过加热裂线与释放线而引发隔离，在后续步骤中，可加热塞物16。例如，在一些实施方式中，可以采用产生激光束152(如第11图所示)的激光器150(例如CO₂激光器)。任选地，激光可和先前任选的分离步骤所用激光一样，即激光146。根据本公开的实施方式，对塞物16进行加热，使得只将各塞物的一部分加热到例如等于或高于塞物材料(例如玻璃)的软化温度的温度。可使用多种加热技术。例如，在一实施方式中，激光束152被引导至塞物中心，其只将塞物中心部分加热到例如等于或高于塞物的软化温度的温度。在另一实施方式中，激光束152可以沿形状基本上和预定路径12一样的路径在塞物上通过，所述预定路径12限定塞物，但与所述路径间隔开。例如，若预定路径12是圆形路径，则激光束152可沿与路径12间隔开且在路径12内部的圆形路径通过塞物。激光束可沿路径仅通过一次，或在其他实施例中，激光束可在路径上通过多次。在一些实施方式中，激光束114可在多个路径上通过，例如多个不同直径的圆形路径，所述多个路径彼此隔开。在其他实施方式中，激光束152可以沿与第一路径12间隔开且在第一路径12内部的螺旋路径在塞物16上通过。应注意，不像使用CO₂激光加热裂线的情况，无论直接在裂线上通过或靠近裂线通过，在该情况中，塞物加热是在离限定塞物的预定轮廓较远处进行。此外，虽然之前激光束为散焦激光束，以免塞物过热，但在本情况中则期望过热。

激光束的通过可用例如检流计(galvometer)来完成，但在另外的实施方式中，轴棱锥可用于产生环状激光束，因而在一些实施方式中，不需激光束越过。在一些实施方式中，激光束可以安装在台架上，台架能在平行于玻璃基材的平面上至少二维移动。在另外的实施方式中，台架能三维移动及包括垂直于玻璃基材平面移动。在其他实施方式中，通过移动基材并使激光组件保持静止可提供相对移动。

尽管不期局限于理论，但认为加热塞物16会导致塞物变形，例如受本身重量作用致使塞物坍陷。因此，一旦完成塞物16加热，便可让塞物冷却足以使塞物从玻璃基材脱落的时间。合适的冷却时间通常在约10秒至40秒的范围内，例如约20秒至约40秒范围内，例如约25秒至约35秒范围内。认为，塞物加热会造成塞物稍微坍陷，而冷却使塞物16收缩，从而在塞物与周围玻璃基材间产生足够间隙，以有助于移除塞物。在此情况下，在塞物“顶”表面(加热塞物的表面，例如加热激光束冲击的表面)处的塞物直径在加热及随后冷却后为小于在加热前的顶表面直径。此外，底表面(与加热表面相对的表面)的直径在加热及随后冷却后也类似地小于在加热前的底表面直径。两个直径(顶部与底部)相差一个量级。在本实施方式中，顶表面和底表面的直径相等或基本上相等(在量测精度内)。然而，在加热及随后冷却塞物中心区域后，塞物上表面的直径小于塞物下表面的直径。可在加热后强制(主动)冷却塞物，但通常不需要，在一些情况下可能产生不均匀冷却，因为加热及冷却应均匀，以防止不对称应力和不均匀形状，即，期望在塞物周围形成一致的间隙，以免塞物与周围基材接触而造成碎屑。实际上，发现在大多数情况下，被动冷却后，塞物通常可通过自身重量从基材脱落，而不需额外施力。

在图12所示的任选步骤中，若有需要，可向通道104施加真空4，如箭头160所示，以降低凹部110内的压力。如此，箭头162指示的塞物16上方的空气压力可用于协助塞物16从玻璃基材10抽出并进入凹部102。或者，可将机械力施向塞物16，例如利用推杆或管。

从玻璃基材10移除塞物16后，可移除基材10的其他零件，包括释放线126结合的周边(废料)部件，以便移除环形20。

本文所述的过程可用于由单个基材快速制造多个制品，例如多个环形。制品可紧密定位在基材上，以最大程度地利用材料。例如，图13例示了如何可利用六方密堆积来最大程度地利用玻璃基材10。在一些实施方式中，可以堆叠基材，其中彼此叠置的多个基材可具有同时在堆叠基材中产生的缺陷线，只要焦线够长。然而，同时在多个基材中形成缺陷线仍可需要沿缺陷线激光依循的路径加热，以促使裂纹如在未受应力的单个基材中扩展。因此，多个基材可包括将堆叠的基材分离成单个基材的附加步骤，以进行后续加热步骤。

在其他实施方式中，可以使用其他方法来移除塞物16。更大体而言，塞物16的外直径与环形20的内直径间的间隙应依据以下方程增加：

D_初始>√(D_最终 ²+P_厚度 ²)，

(1)

其中D_初始代表塞物16的初始直径，D_最终代表塞物的最终直径，并且P_厚度是塞物的厚度(应相当于玻璃基材的厚度Th)。换言之，当从塞物的上边缘延伸到塞物的下边缘的最大对角线长度小于塞物的初始直径时，塞物将从玻璃基材脱落，所述对角线处在和塞物直径相同的平面(该平面垂直于塞物的主表面，并且塞物的直径位于同一平面中)。例如，就初始直径D_初始为25毫米且厚度P_厚度为0.7毫米的塞物而言，塞物所需收缩量为大于392ppm。除了先前所述塞物变形外，也有其他减小塞物最终直径或减少所围绕的玻璃(例如环形20)内直径的方法。这些方法可包括主动冷却塞物。在此情况下，不加热塞物中心部分，再冷却或被动冷却塞物，而是主动快速冷却塞物，例如通过将液氮或类似流体的喷雾或流引导至塞物，从而促使塞物收缩及在塞物与周围材料间形成足够大的间隙供塞物移除，而不会破坏周围材料。在其他实施方式中，例如可在烘箱中加热整个玻璃基材(包括隔离零件)，随后可冷却塞物。例如，可将玻璃基材加热到适当高的温度，例如基于约3.5ppm的CTE为约112℃，随后再次使用液氮或其他足够冷的流体，使塞物冷却至约0℃。

本文所述方法提供可以下益处，这些益处可描述为：加强激光处理能力及节省成本，从而降低制造成本。本文所述的切割过程使被切割的内部轮廓完全分离(隔离)。本文所述的方法能在玻璃零件经化学强化之前或之后，以干净且可控的方式从可离子交换玻璃(例如

玻璃、康宁玻璃编号2318、2319、2320等)中的母料基材完全移除塞物，所述玻璃可通过熔合拉制工艺或其他玻璃成形工艺生产。本文所述的方法还提供了减少的亚表面缺陷和优异的边缘质量。由于激光与材料间的超短脉冲交互作用，几乎没有热交互作用，因此，最大程度地减小了可在裂线外产生不期望的应力和微裂纹的热作用区域。此外，将激光束聚集到玻璃中的光学器件所形成的缺陷线在零件表面上的直径通常在约2微米至约5微米的范围内。缺陷线可周期性间隔，其中间距可在约1微米至约50微米的范围内，例如在约1微米至约20微米的范围内，例如在约5微米至约15微米的范围内。移除零件后，亚表面损伤通常小于约75微米，且可依需求调整成小于约25微米。分离的表面(或切割边缘)的粗糙度可由焦线的光斑尺寸或光斑直径控制。分离的(切割)边缘表面的粗糙度例如可以在约0.1至约1微米的范围内，或例如在约0.25至约1微米的范围内，且可以通过Ra表面粗糙度统计量(样品表面高度的绝对值的算术平均，所述高度包括焦线光斑直径产生的凸起高度)来表征。该过程产生的表面粗糙度通常小于约0.5微米(Ra)，并可小至0.1微米(Ra)，然而意外发现边缘表面粗糙度和边缘强度仅相关性较弱。此外，若诸如研磨及抛光等机械精整过程随后用于改造边缘形状，则具较少亚表面损伤的零件需移除的材料量将更少。这减少或免除了精整步骤及降低了零件成本。本文所述的塞物释放过程充分利用这种线焦点式皮秒激光切割过程形成的高质量边缘，从而以沿裂线干净释放玻璃的方式完成内部玻璃材料移除，并且在所需的零件边缘几乎没有产生烧蚀损坏、微裂纹或其他缺陷。

不同于使用聚焦激光沿给定路径单纯烧蚀材料的过程，本文公开的激光过程可在单次内形成裂线。本文所述的皮秒激光过程可以约50毫米/秒至约3000毫米/秒范围内的速度形成裂线，这视所涉及的平台的加速能力而定。这与烧蚀钻孔(ablative drilling)法大不相同，在烧蚀钻孔法中，材料是“逐层”移除，每个激光束位置需要通过多次或长的停留时间。

本文所述的方法能以干净且可控的方式切割及分离玻璃或其他透明易碎材料。使用常规烧蚀或热激光过程非常具有挑战性，因为这些过程易触发诱导微裂纹及使玻璃碎成多个小碎片的热作用区域。激光脉冲的特性及与公开方法的材料的诱导交互作用避免了这些问题，因为缺陷形成是在很短的时间标度内发生，并且材料对用于形成缺陷线的激光束透明最大程度地减小了诱导热作用。由于缺陷线形成于基材内，因此实际上在切割步骤期间消除了碎屑和附着颗粒的存在。若有因形成的缺陷线所产生的任何颗粒，则零件分离前皆能妥善包容在内。

本文所述的方法能依循许多形式和形状来切割及分离玻璃和其他基材，这是其他竞争技术的局限。可切割小半径(例如小于约2毫米)以形成小孔和狭槽(例如手机应用中扬声器及/或话筒所需的小孔和狭槽)。

在一些实施方式中，可以堆叠多个基材，例如两个基材、三个基材或更多基材，其中激光束焦线延伸通过基材堆叠体中的各基材，从而形成线延伸通过基材堆叠体中的各基材的多个缺陷线。

由进料玻璃面板制造成最终尺寸与形状的玻璃板的过程可涉及多个步骤，包括切割面板、按尺寸切割、精整及边缘成形、将零件薄化成目标厚度、抛光，在一些情况下甚至要化学强化。免除这些步骤中的任一步骤就处理时间和资本支出而论皆能改善制造成本。本文所述的方法可减少步骤数量，例如减少碎屑和边缘缺陷产生，可免除洗涤与干燥工位，以及将样品直接切割成最终尺寸、形状和厚度，从而可不需要精整线。

因此，根据一些实施方式，玻璃制品具有至少一个内部轮廓，其中多个缺陷线(或部分缺陷线)垂直于玻璃片的面延伸至少250微米，各缺陷线的直径为小于或等于约5微米。在一些实施方式中，玻璃制品包含延伸整个基材厚度的缺陷线。各缺陷线之间的距离可以例如为小于或等于约7微米。在一些实施方式中，内部轮廓边缘所限定的内部轮廓的最小尺度或宽度可以小于约5毫米，例如宽度(或直径)可以为0.1毫米至3毫米，例如约0.5毫米至约2毫米范围内，但在另外的实施方式中，内部轮廓边缘可以具有较大尺度，例如直径为约10毫米至约100毫米范围内，例如约20毫米至约50毫米范围内。根据一些实施方式，玻璃制品包含离子交换后玻璃。根据一些实施方式，缺陷线延伸所述至少一个内部轮廓边缘的整个厚度。根据至少一些实施方式，所述至少一个边缘表面在从基材10移除零件后具有小于约0.5微米的Ra表面粗糙度。根据至少一些实施方式，所述至少一个边缘的亚表面损伤最高到小于或等于约75微米的深度。

前述过程产生了一致的边缘。这将使边缘强度具有紧密分布，所述边缘强度根据4点弯曲测试测量。就非化学强化玻璃而言，例如康宁Eagle

所得的边缘强度可具大于约90MPa的平均值，标准偏差通常小于约15兆帕。另外，由于缺陷线通常对称通过基材整体，因此无论零件的顶或底表面在强度测试期间是否受到张力，边缘强度通常接近相等(10％以内)。从一个主表面到相对主表面的强度分布间的差异(取决于弯曲方向)为小于平均强度分布的10％。沿内外边缘表面的整个周长检查500微米宽的区域，边缘表面在横向范围内未显现尺寸大于约50微米的破片。

如可从图14中见到的，前述过程制造的制品展现低翘曲。图14示出了取自遍及熔合拉制玻璃基材的不同横向点的95毫米外直径环形(内直径26毫米)的翘曲(平坦度)数据。从100×100毫米的基材区段切割环形，及在激光切割成环形前测量平坦度(图14A)。激光切割成环形后，重新测量各圆盘的平坦度(图14B)。图14B的数据表明各最终环形的平坦度随熔合拉制片材的原始空间位置变化而变化。这些数据表明激光切割的环形维持平坦度为等于或小于约15微米。与原始平坦度数据比较还表明各环形的平坦度与100×100毫米切割正方形的平坦度十分相符。通过本文公开的方法制造的制品具有等于或小于约10微米的总厚度变化(最大与最小厚度间的差异)。平坦度(翘曲)是利用购自

的NEXIV VMR 3020坐标测量系统来测量，及采用Digital Surf的

分析软件。

前述过程制造的制品可包含等于或小于约5MPa的内部残余应力，在一些实施方式中为等于或小于约0.5MPa的残留应力。

通过本文公开的方法制造的环形可具有等于或小于约15微米的同心度(以环形内外围的中心之间的距离来评估)，例如约0微米至约12微米范围内、约0微米至约10微米范围内、约0微米至约5微米范围内，在一些实施方式中为约2微米至约6微米范围内。环形的外直径与标称直径的差可在±12微米以内。同心度是利用购自

的NEXIV VMR 3020坐标测量系统来测量，及采用Digital Surf的

分析软件。

在制品是硬盘驱动装置的盘片的情况下，例如，制品可以经受额外处理。例如，制品的边缘表面可研磨和/或抛光成驱动装置制造商的规格。环形边缘也可削成斜面。在一些实施方式中，玻璃基材的主表面40、42可以被研磨和/或抛光。在这种情况下，在从周围基材移除制品后，需要从玻璃制品的主表面移除总计不超过约0.1mm的玻璃。此外，如硬盘盘片所常见，可对环形进行涂覆。例如，环形可涂覆有磁性介质涂层。

在一些实施方式中，可能期望对玻璃基材进行离子交换。在此情况下，离子交换过程优选在切割过程前进行。

实施例

将0.7mm厚的康宁Lotus NXT玻璃基材置于聚合物支承基材上，支承基材包含多个凹部，各凹部的直径为30毫米、深度为2毫米。利用聚合物基材中一系列穿孔以及向穿孔施加真空，使基材保持在适当位置。利用以29瓦特操作的相干超快速皮秒激光沿多个第一圆形路径和与第一封闭路径同心的多个第二圆形路径形成多个缺陷，其中脉宽为约9皮秒，脉冲频率为100kHz，并以5脉冲/脉冲串的脉冲串模式操作。线焦点直径为约2微米(FWHM)，长度为1.2毫米。激光以12米/分钟的速度通过，以沿各个第一和第二封闭路径产生间隔4微米的缺陷线。第一封闭路径的半径为25毫米，第二封闭路径的半径为95毫米。第一和第二封闭路径限定了多个环形。多个第一封闭路径限定了多个塞物。

完成缺陷形成阶段后，即使用以170瓦特操作且在玻璃表面散焦成7毫米光束直径的200瓦Synrad CW激光来追踪第一和第二封闭路径，其中激光束以约12米/分钟通过，以沿具裂纹的各个第一和第二路径连接缺陷线，从而使环形与玻璃基材隔离以及使塞物与第二圆形路径限定的圆盘隔离。

接着使用以200瓦操作并调整到在玻璃表面产生6毫米直径散焦激光束的相同的Synrad CW CO₂激光来加热塞物。该激光束在约4秒内追迹直径10毫米的圆形四次。使塞物被动冷却(无主动冷却)，随之在开始冷却(停止加热时)后约25秒内，使塞物从玻璃圆盘中脱落下来。

尽管本文已公开了示例性实施方式，然而本领域技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求书涵盖的本发明范围的情况下，可以对本文进行各种形式与细节的改变。

Claims (42)

1.一种从基材切割制品的方法，所述方法包括：

使脉冲激光束聚焦成激光束焦线；

在沿第一预定路径的第一多个位置处将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述第一多个位置的每个位置处沿激光束焦线在基材中产生缺陷线，其中，所述第一预定路径是封闭路径；

沿第一预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第一多个位置的每个缺陷线，以形成沿第一预定路径完全延伸通过基材的开裂，从而使内部塞物与基材完全隔离；

在隔离后，加热内部塞物，以将至少一部分内部塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度；和

在加热塞物后，冷却内部塞物，以从基材移除塞物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材在脉冲激光束的波长下呈透明，所述透明指用于形成缺陷线的入射激光束在线性吸收情况下在基材内损失不超过冲击能量的10%/每毫米传播距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一预定路径为圆形路径。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，缺陷线延伸通过整个基材厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在沿第二预定路径的第二多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，所述第二预定路径不与第一预定路径相交，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述第二多个位置中的每个位置处，在基材内沿激光束焦线产生缺陷线。

6.根据权利要求5所述的方法，其还包括沿第二预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第二多个位置的每个缺陷线。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一预定路径是圆形路径，并且第二预定路径是与圆形第一预定路径同心的圆形路径。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，第二预定路径的半径大于第一预定路径的半径，第一预定路径和第二预定路径限定了在它们之间的环形。

9.根据权利要求5所述的方法，其还包括在沿第三预定路径的第三多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述第三多个位置中的每个位置处，在基材内沿激光束焦线产生缺陷线，第三预定路径从基材边缘延伸到第二预定路径。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括沿第三预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第二多个位置的每个缺陷线。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，沿第一预定路径加热基材包括使第二激光束在第一预定路径上通过。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，第二激光束为散焦激光束。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，第二激光束为连续波激光束。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，隔离后加热塞物包括用热源加热塞物，所述热源选自第二激光束、红外LED、红外灯和电阻加热器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，热源只加热塞物的中心区域。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，第二激光束在塞物上通过与第一预定路径间隔开的多个封闭路径。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，在加热塞物期间，塞物变形。

18.根据权利要求1所述的方法，其还包括把基材放置到支承基材的第一主表面上，支承基材的第一主表面包含定位在塞物下方的凹部。

19.根据权利要求18所述的方法，其还包括将基材限制在支承基材上以防止基材移动。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，支承基材包含从支承基材的第一主表面延伸到支承基材的第二主表面的多个通道，并且其中，所述限制包括向所述多个通道施加真空。

21.根据权利要求18所述的方法，其还包括降低凹部内的压力。

22.根据权利要求18所述的方法，其中，凹部的深度大于塞物的厚度。

23.根据权利要求1所述的方法，其中，内部塞物在冷却后即从基材中脱落下来，而不需对内部塞物施加机械外力。

24.一种玻璃制品，其由根据权利要求1所述的方法制造。

25.一种从基材中切割出制品的方法，所述方法包括：

使脉冲激光束聚焦成激光束焦线，所述激光束焦线基本上垂直于基材的主表面延伸；

在沿第一预定路径的第一多个位置处，将激光束焦线引导至基材中，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述第一多个位置中的每个位置处沿激光束焦线在基材内产生缺陷线，其中，第一预定路径是封闭路径；

沿第一预定路径加热基材，以使裂纹扩展通过所述第一多个位置的每个缺陷线，以形成沿第一预定路径完全延伸通过基材的开裂，从而使内部塞物与基材完全隔离；

在隔离后，加热内部塞物，以将至少一部分内部塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度；和

在加热塞物后，冷却内部塞物，以从基材移除塞物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，在隔离后，加热塞物包括将第二激光束引导至塞物的中心区域。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，冷却塞物包括对着塞物引导冷却流体。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述冷却流体包括液氮。

29.根据权利要求25所述的方法，其中，加热塞物包括加热整个基材。

30.一种从透明玻璃基材中切割出玻璃制品的方法，所述方法包括：

沿第一封闭路径形成第一多个缺陷，所述第一多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材中；

沿第一预定路径加热基材，使裂纹扩展通过所述第一多个缺陷的各缺陷，以形成沿第一预定路径完全延伸通过基材的开裂，从而使塞物与基材完全隔离；

在隔离后，加热塞物，从而将至少一部分内部塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度；并且

其中，在停止加热后，塞物在不施加外力情况下从基材中脱落下来。

31.根据权利要求30所述的方法，其还包括沿与第一封闭路径同心的第二封闭路径形成第二多个缺陷，所述第二多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材中，其中第二封闭路径的半径大于第一封闭路径的半径。

32.根据权利要求31所述的方法，其还包括沿从玻璃基材边缘到第二封闭路径的第三路径形成第三多个缺陷，所述第三多个缺陷垂直于第一和第二主表面从第一主表面延伸到相对的主表面而进入玻璃基材中。

33.根据权利要求32所述的方法，其还包括沿第二封闭路径加热玻璃基材，从而驱使裂纹沿第二封闭路径开裂。

34.根据权利要求33所述的方法，其还包含沿第三路径加热玻璃基材，从而驱使裂纹沿第三路径开裂。

35.一种从玻璃基材中切割出玻璃制品的方法，所述方法包括：

沿第一封闭路径形成第一多个缺陷线，所述第一多个缺陷线从第一主表面延伸到相对的第二主表面而进入玻璃基材中，多个缺陷线垂直于第一和第二主表面；

沿第一预定路径加热基材，使裂纹扩展通过第一多个缺陷线的各缺陷线，以形成沿第一预定路径完全延伸通过基材的开裂，从而使塞物与基材完全隔离；

在隔离后，加热塞物，以将至少一部分内部塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度；并且

其中，在停止加热后，塞物从基材中脱落下来。

36.根据权利要求35所述的方法，其还包括将玻璃基材放置在支承基材上，支承基材包含定位在第一封闭路径下方的凹部，其中，凹部的半径大于第一封闭路径的半径。

37.根据权利要求35所述的方法，其还包括在加热期间或之后，向凹部施加真空。

38.根据权利要求35所述的方法，其中，所述形成包括使脉冲第一激光束聚焦成激光束焦线，激光束焦线在玻璃基材的第一与第二主表面之间基本上垂直延伸通过整个玻璃基材厚度，激光束焦线在基材内产生诱导吸收，该诱导吸收沿激光束焦线在基材内形成缺陷而没有成丝。

39.根据权利要求35所述的方法，其中，使裂纹扩展包括沿着或毗邻第一封闭路径，用第二激光加热玻璃基材。

40.一种从玻璃基材中切割出玻璃制品的方法，所述方法包括：

沿第一封闭路径形成第一多个缺陷线，所述第一多个缺陷线从第一主表面延伸到相对的第二主表面而进入玻璃基材中，多个缺陷线垂直于第一和第二主表面；

沿第一预定路径加热基材，使裂纹扩展通过第一多个缺陷的各缺陷，以形成沿第一预定路径完全延伸通过基材的开裂，从而完全隔离塞物与基材，塞物包含限定在第一外围内的第一主表面、限定在第二外围内的第二主表面和在第一与第二主表面之间延伸的厚度P_厚度，并且边缘表面在第一与第二主表面之间延伸，其中边缘表面与第一主表面的相交处限定了第一边缘，并且边缘表面与第二主表面的相交处限定了第二边缘；以及

改变塞物和/或玻璃基材的温度，在隔离后，加热内部塞物，以将至少一部分内部塞物加热到等于或高于基材软化温度的温度；和

使D_初始>

，其中D_初始代表塞物的初始直径，并且D_最终代表改变温度后塞物的最终直径。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，改变温度包括加热整个基材，接着用冷却剂冷却塞物。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，改变温度包括用冷却剂冷却塞物。

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