CN118420237A - 表面结构化的玻璃元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是使由于通过材料移除方法嵌入到玻璃中的标记引起的强度降低保持得尽可能低。对此，提供一种具有表面结构化部(9)的玻璃元件(1)，该表面结构化部包括玻璃表面(2)的至少一个结构化区域(90)，至少一个结构化区域通过玻璃移除具有比玻璃表面(2)的邻接的非结构化区域(91)更高的粗糙度，并且结构化区域(90)具有尤其能借助应力双折射测量的机械应力特征曲线，其中：‑结构化区域(90)在玻璃表面(2)处具有压应力，压应力的数值大于邻接的非结构化区域(91)中的应力，并且其中所述结构化区域(90)还具有以下特性中的至少一项：‑压应力的数值随深度的增加而变小并且转变成拉应力，其中最大拉应力的数值小于玻璃表面(2)处的压应力，‑压应力在表面处的数值具有小于5Mpa的值并且压应力的数值随着深度的增加而变小。

Description

表面结构化的玻璃元件及其制造方法
技术领域
本发明总体上地涉及玻璃的结构化。尤其是，本发明涉及具有高的且能设定的强度的表面结构化部。
背景技术
激光烧蚀已知是用于对玻璃进行表面结构化的技术。在该过程中，使用脉冲的密集激光束以点-点方式使得玻璃的表面上的材料升华。借助一系列这种烧蚀点和/或激光束在表面点上的多重作用能产生有针对性的结构化部。尤其借此也能够为表面设置编码，例如二维(QR)码。这例如在需要单独地标识各个玻璃元件时是有用的。但是，在这种情况下的一个问题是，这种标记表现为表面损伤，该表面损伤通常也引起强度降低。为了降低该不期望的效果，由EP 3 815 916A1已知一种方法，其中为了确定待标记物体的应力参数而执行有限元计算并且在应力参数低于特定阈值的部位处加入标记。
EP 3 815 915 A1还公开了使用激光烧蚀加入的标记、例如QR码的位在其可读性方面能通过烧蚀区域的深度与粗糙度之比被优化。但是，没有考虑可能存在的强度降低。
但是，激光结构化通常在玻璃表面中引入应力。这由此产生微裂纹。因此，迄今为止，通常需要热或化学的后处理。另一方面，这伴随有附加的工艺步骤，从而可能使得盘片变形和通过热处理产生表面缺陷的风险。尤其微裂纹导致明显降低的强度，而这继而会导致昂贵且复杂制造的玻璃基底断裂。
发明内容
因此,本发明的目的是，使由于通过材料移除方法嵌入到玻璃中的标记引起的强度降低保持得尽可能低。另一目的是，除了将玻璃元件的降低的强度提高到合适的且面向应用的水平之外，使得标记的、例如QR编码的机器可读性没有显著变差。
该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利实施例在相应的从属权利要求中给出。
因此，本发明提供一种具有表面结构化部的玻璃元件，所述表面结构化部包括玻璃表面的至少一个结构化区域，该至少一个结构化区域通过玻璃移除具有比玻璃表面的邻接的非结构化区域更高的粗糙度，其中结构化区域具有尤其能借助应力双折射进行测量的机械应力特征曲线，该应力特征曲线具有以下特性：
-结构化区域在玻璃表面处具有压应力，压应力的数值大于邻接的非结构化区域中的应力，
-压应力的数值随深度的增加而变小并且转变成拉应力，其中最大拉应力的数值小于玻璃表面处的压应力。
在此玻璃表面的结构化区域尤其可以具有烧蚀结构化的表面或借助激光烧蚀通过玻璃移除产生的结构。
相比于没有这种应力特征曲线或具有不同应力特征曲线的玻璃元件，具有上述特性的应力特征曲线使得玻璃元件在结构化区域的区域中具有显著更好的断裂强度，尽管该断裂强度仍可能低于非结构化区域处的断裂强度。因此，令人惊奇地，虽然将应力引入到玻璃中，但是断裂强度得到改进。
具有特定的热特性的玻璃特别适用于引入根据本公开的应力特征曲线。尤其是，转变温度与热膨胀系数相结合可以影响通过烧蚀引入到元件中的应力。不限于特定的玻璃，有利的是在20℃至300℃的范围中，玻璃元件的玻璃的平均线性热膨胀系数α(20-300℃)小于9·10-6K-1、优选地小于6·10-6K-1。更优选地，线性热膨胀系数α(20-300℃)小于5·10-6K-1、或者甚至小于4·10-6K-1。玻璃的用于避免在激光烧蚀时冻结高应力的另一有利特性是低的玻璃转变温度。通常优选的是，玻璃元件的玻璃具有小于600℃、优选小于570℃的玻璃转变温度。下面更具体地根据附图描述本发明。在此相同的附图标记分别指代相同的或相应的元件。
附图说明
图1示出了具有激光标记的玻璃元件。
图2和图3示出了玻璃元件上的标记的显微图像。
图4示出了用于测量玻璃元件的断裂强度的测试装置。
图5示出了具有用于不同玻璃元件的断裂强度的测量值的图表。
图6示出了用于不同的激光加工试样的单元对比度的测量值。
图7至图10示出了玻璃元件中的机械应力与距玻璃表面的间距相关的图表。
图11示出了具有分离出来的试样条的玻璃元件。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的玻璃元件1的立体图。如图所示，玻璃元件1可以是盘片形状的并且因此具有两个相对的侧表面3、5以及边缘表面7。玻璃元件1的外部边缘由边缘表面7形成。在玻璃元件1的表面上还施加有标记9，在一个实施例中并且在所示的示例中，该标记9呈矩阵编码10的形式。矩阵编码的各个编码元素显示为黑色区和白色区。在此黑色区可表示结构化区域90并且白色区可表示非结构化区域。由于结构化区域90相比于非结构化区域91具有更高的粗糙度，因此它们在视觉上能彼此区分，从而光学识别装置能够读取矩阵编码10。
图2和图3中更详细地示出了表面结构化部9。两个图以不同的放大程度示出了呈矩阵编码形式的表面结构化部9的局部的光学显微镜图像。表面结构化部9利用超短脉冲激光通过烧蚀而制成。如根据这两个图可以看出，标记9被细分成结构化区域90和非结构化区域91。通过激光烧蚀产生的结构化区域90在图中比非结构化区域91看起来更亮。这是由于结构化区域90中更高的粗糙度以及与之伴随的光散射引起的。为了分析玻璃元件1的强度，对玻璃元件1进行断裂测试。在该测试中，使玻璃元件1经受弯曲应力，直至玻璃元件1断裂。在此产生的裂纹在图3的图像中清晰可见。
图4示出了用于借助环叠环测试(Ring-on-Ring-Tests)测量玻璃元件1的断裂强度的测试装置20。测试装置20包括第一环21以及较小的第二环22，待测试的玻璃元件1放置到第一环21上。第二环22与第一环21同心地布置，并且两个环通过用箭头象征性表示的力F彼此挤压在一起，使得在环21、22之间布置的玻璃元件1上施加弯曲应力。增大力F，直至玻璃元件1撕裂。记录发生这种情况时的力或由该力计算出的弯曲应力。
可以看出，根据本公开，表面结构化的玻璃元件1在结构化区域中比通常借助激光烧蚀结构化的玻璃元件具有明显更高的强度。
图5示出了具有用于不同的板状玻璃元件的断裂强度的测量值的图表。断裂强度的平均值显示为菱形中的十字架。标识为“Ref.”的测量值是在没有结构化的试样上测量到的值。试样“V1”、“V2”和“V3”是通常借助激光烧蚀进行结构化的试样。测量值“V4”、“V5”和“V6”在结构化区域中具有出根据本公开的应力特征曲线的试样上测得，即：其中玻璃表面2上的矩阵编码的结构化区域具有压应力，该压应力在数值上比邻接的非结构化区域91中的应力更高，其中压应力随着深度的增加而降低并且转变为拉应力，其中最大拉应力在数值上小于玻璃表面2上的压应力。为了测量，使用由硼硅酸盐玻璃制成的试样、特别是由以商品名33进行售卖的玻璃制成的试样，下面也称为“玻璃1”，该玻璃具有3.25·10-6K-1的热膨胀系数。该玻璃是根据加工的玻璃元件的一个实施例的热膨胀系数小于3.9·10-6K-1的一种硼硅酸盐玻璃的示例，或者是根据本公开的合适的玻璃的示例。不限于在此讨论的示例，由硼硅酸盐玻璃制成的玻璃元件是特别优选的，因为借助该玻璃，在激光烧蚀中能简单地通过合适的工艺参数设定期望的应力特征曲线。试样系列“V4”至“V6”在激光烧蚀中的参数方面分别不同。
如根据图表所见，以常规方式结构化的试样的断裂强度相比于未经处理的玻璃板明显降低。特别地，能够看出，以常规方式结构化的试样的强度比非结构化的参考试样的强度降低约80％。以常规方式结构化的试样在此理解为是这样的试样：在该试样中，激光束在直接相邻的路径中依次扫描待结构化的区域。如还可以看出的，对于根据本公开的所有结构化的试样表现为强度的明显增加。在用“V6”表示的试样的情况下，结构化区域90中的强度已经与非结构化试样的强度相当并且比系列“V1”、“V2”和“V3”的常规结构化的试样强度高5倍。
示例“Ref.”、“V1”、“V4”、“V5”和“V6”的以MPa为单位的断裂强度的统计值在下面的表1中给出。
表1：
图6示出了矩阵编码的单元对比度的单因子分析。对四个不同的试样进行分析。用“Ref.”表示的试样是与图5中的试样“V1”、“V2”、“V3”对应的、以常规方式结构化的试样。如根据图6可见，对于根据本公开结构化的试样，对比度相当于根据AIM DPM-1-2006的参数“单元对比度”并且为高于0.7的值。对比度可以根据ISO I/IEC TR 29158或AIM DPM-1-2006在漫射照明下、例如借助90°圆顶照明装置或借助从四个方向分别以45°入射角照射到玻璃元件上的光源来记录。如可以看出的，在所有示例中单元对比度为至少0.72。不限于特殊的示例，对此在改进方案中设置成，至少一个结构化区域90是能光学检测的标记9、尤其矩阵编码10的组成部分，其中标记9具有至少0.7的单元对比度。
图7示出了玻璃元件1中的机械应力与深度或距玻璃表面的间距z相关的图表。在根据本公开结构化的试样“V4”、“V5”、“V6”上进行测量，对于这些试样，在图5和图6中也显示出平均断裂强度和单元对比度。为了对比，示出了用“Ref.”表示的非结构化参考试样的应力走向(Spannungsverlauf)。为了测量，如在图11中所示，由玻璃元件制备1mm宽的试样条(长度约25mm)，试样条延伸通过QR矩阵编码或结构化区域90的中心。对切割面进行抛光，并且在垂直于切割面的z方向上，在距玻璃表面2为1.4mm间距处测量应力双折射。为了测量而使用Hinds Instruments Exicor Microimager作为测量仪器。
利用关系式d＝1mm/SOK将应力双折射的测量值d换算成应力。对于玻璃1，使用4.01 1/Tpa的值作为所分析玻璃的应力光学系数SOK。对于下面参照图8至图10描述的玻璃的示例“玻璃2”、“玻璃3”和“玻璃4”，还使用以下的应力光学系数：对于玻璃2使用3.60 1/Tpa的值；对于玻璃3使用3.101/Tpa的值；并且对于玻璃4使用2.79 1/Tpa的值。分别在四个随机选择的位置处进行测量。附加地，对于每个试样条100，测量结构化区域100之外的一个位置。在测量结果中，玻璃在z＝0处开始。QR矩阵编码或结构化区域位于z＜0处，因为通过烧蚀已经去除表面上的材料。
在图7的测量结果中，拉应力始终显示为正值，压应力显示为负值。参考试样在表面上以及在表面附近的区域中没有明显的应力。与此相反，根据本公开的结构化的试样显示出以下表征性应力走向，其中：在玻璃表面2上存在压应力，该压应力在更大的深度中降低并且转变为拉应力。在所有情况下，拉应力的值小于玻璃表面2处的最大压应力。
如根据该图可见，在压应力和拉应力之间的转变点15尽可能接近玻璃表面2时对于强度较好。另一标准是在玻璃表面2处低的最大压应力。因此，断裂强度从试样“V4”经由试样“V5”至试样“V6”增大，其中转变点同时接近玻璃表面并且最大压应力降低。因此，不限于示出的示例，有利的是，在结构化区域90中，压应力转变为拉应力所在的转变点的深度z与最大压应力、即通常为玻璃表面处的压应力的乘积具有小于0.05mm×45MPa、优选小于0.05mm×20MPa、即小于2.25MPa mm、优选小于1MPa mm的值。优选的是，该乘积具有不超过0.1MPa mm的值。在强度最高的试样“V6”中，转变点15的深度z与最大压应力的乘积仅具有0.025MPa mm的值。转变点的深度参数和最大压应力对于玻璃元件1在结构化区域处的断裂强度也是重要的。因此，根据替代的或额外的实施例，在结构化区域90中在压应力和拉应力之间的转变点15位于最大0.05mm的深度处。最后，有利的是，在结构化区域90中的最大压应力、尤其在玻璃表面2处的压应力至多为20MPa。
玻璃元件1在标记的区域中的应力特征曲线以及由此获得的强度因此也特别有利，因为能够省略退火、即借助例如达至略低于Tg的温度的后续温度处理消除内应力。在扁平的玻璃元件1中出现的翘曲也更小。
下面描述用于制造根据上述示例“V1”至“V6”的结构化玻璃元件1的工艺参数。对于示例“V1”至“V6”分别使用由33类型的硼硅酸盐玻璃构成的玻璃元件1作为试样。另外，分析表示为“玻璃2”、“玻璃3”和“玻璃4”的具有上面规定的应力光学系数的玻璃试样。在此试样“W1”和“W2”是由玻璃2制成的玻璃元件，试样“W3”和“W4”是由玻璃3制成的玻璃元件，并且试样“W5”和“W6”是由玻璃4制成的玻璃元件。玻璃2是呈硼硅酸盐玻璃的形式的、线性热膨胀系数α(20-300℃)在3.9·10-6K-1至6·10-6K-1范围内的实施例的示例。玻璃3是根据合适玻璃的另一实施例的、线性热膨胀系数α(20-300℃)在＞6·10-6K-1至9·10-6K-1范围内的一种硼硅酸盐玻璃中的玻璃。最后，玻璃4是锂铝硅酸盐玻璃(LAS玻璃)组中的玻璃，尤其是作为LAS玻璃的子类的锂铝硼硅酸盐玻璃(LABS玻璃)的示例。这些玻璃的特点尤其是高强度。除了硼硅酸盐玻璃以外，锂铝硅酸盐玻璃以及尤其锂铝硼硅酸盐玻璃也是用于借助根据本公开的方法进行加工的优选玻璃。玻璃1至玻璃4的这些玻璃的一些特性在下面的表3中给出。玻璃元件1的尺寸为100×100mm，其中玻璃厚度为1.8mm。借助激光，在每个玻璃元件的中间嵌入矩阵编码10、特别是尺寸为10×10mm的数据矩阵编码。在优选的实施例中并且通常不限于特定示例，激光源产生波长至少为900nm、优选在900nm至3μm范围内、优选在1000-1100nm范围内的激光脉冲。在下面描述的示例中，使用波长为1030nm的激光。脉冲持续时间一般优选小于1纳秒。优选地，脉冲持续时间在100fs至10ps的范围内、特别地大约为1ps。激光束在玻璃表面上的光斑直径达到大约d＝15μm，其中脉冲能量最大可相当于烧蚀阈值的三倍、通常为2倍。
激光参数更详细地在下表2中列出。
表2：
时间脉冲分频器提供实际输出了多少由脉冲频率f给出的脉冲。对于根据此处描述的方法结构化的试样“V4”“V5”和“V6”，设置至少两个脉冲分频器，从而沿着一条穿过线存在较低的脉冲密度或较低的烧蚀点密度。每次穿过的脉冲密度用k1描述并且表示每微米路径长度的脉冲数量。总脉冲密度由N*k1得出，其中N是穿过的次数。
所分析的玻璃的不同特性在下表3中列出。
表3：
玻璃 玻璃1 玻璃2 玻璃3 玻璃4
CTE ppm/K 3.25 4.15 7.20 5.31
Tg ℃ 530 589 557 577
弹性模量 Gpa 63 69 73 81
μ 0.2 0.194 0.21 0.26
导热性 W/K/m(100℃) 1.2 1.2
通常，不限于上面表2和表3中所列出的示例，对此提出一种用于制造具有表面结构化部9的玻璃元件1的方法，该表面结构化部9包括玻璃表面2的至少一个结构化区域90，至少一个结构化区域90具有比玻璃表面2的邻接的非结构化区域91更高的粗糙度，其中至少一个结构化区域90通过如下方式制造，即：将脉冲激光束对准玻璃表面2，激光束的激光脉冲通过烧蚀从玻璃表面2移除玻璃，并且其中将烧蚀点彼此紧邻地嵌入，使得：
-玻璃表面(2)中的结构化区域90具有压应力，该压应力的值高于邻接的非结构化区域91中的应力，并且
-压应力的值随着深度的增加而变小并且转变为拉应力，其中最大拉应力的值小于玻璃表面2处的压应力。
特别是，激光束可以在相邻路径中多次横穿具有待形成的结构化区域90的区，以沿着这些路径通过烧蚀移除玻璃，其中激光束的脉冲频率和激光束在玻璃表面2上的引导速度设定为使得沿着一路径以每微米路径长度k1≤5个脉冲、优选每微米路径长度k1≤2.5个脉冲的脉冲密度加工该区，或者在穿过该区期间脉冲密度为每微米至多5个、优选至多2.5个脉冲。特别优选的是，每微米至多1.25的脉冲密度。但是，总脉冲密度仍然可以显著更高，例如如在示例V5和V6中多次穿过或扫描该区。多次穿过理解为是指对该区进行扫描，该扫描至少重复一次。在表中示出的示例“V4”、“V5”和“V6”中，分别在一个部位处输出五个激光脉冲。相比于对比例“V1”和“V2”，相邻路径之间的间距更低，为0.7*d。不限于示出的示例，对此在该方法的改进方案中，通过激光束在相邻路径中穿过具有待形成的结构化区域90的区，使得这些路径具有至多为d或小于d的间距。替代地或额外地能设置成，该间距至多为12μm。因此，在该方法的改进方案中，设置两种实施例，根据这两种实施例：
–通过激光束在相邻路径中穿过具有待形成的结构化区域90的区，使得这些路径具有至多12微米的间距，和/或其中
–通过激光束在相邻路径中穿过具有待形成的结构化区域90的区，使得这些路径具有至多与激光束在玻璃表面上的直径一样大的间距。对于结构化区域90内的应力特征曲线还重要的是沿一路径产生相邻烧结点的依次相继的激光脉冲之间的时间间隔。根据该方法的一个实施例，依次相继的激光点之间的时间间隔为至少1.5微秒。由根据表格的工艺参数与根据图5的强度的比较中也可看出，通过将k1保持得较低，能够达到特别高的强度。
为了确保矩阵编码的一致对比度，借助激光束多次地、即至少两次地以叠置的路径通过待形成的结构化区域90，使得总脉冲密度k“保持不变”或尽可能高。在此穿过的路径也可以是彼此横向的、尤其是彼此垂直的。由此，在第一穿过中，可以以一组平行路径穿过具有待结构化的区域90的区，并且在另一穿过中，以另一组平行的、但是与第一穿过的路径横向、尤其垂直于第一穿过的路径的路径穿过具有待结构化的区域的区。
类似于图7，图8至图10示出了对于其他玻璃类型根据应力双折射测量在玻璃元件1上的应力走向。用“Ref.”表示的曲线是对于由硼硅酸盐玻璃制成的参考试样玻璃1已经在图7中示出的应力走向。图8示出了根据上面表格对于由硼硅酸盐玻璃制成的试样W1和W2玻璃2的走向。试样W2相对于试样W1具有在结构化玻璃表面上的明显较低的应力。如在玻璃1中，这种降低是由于每次穿过的脉冲密度较低引起的，这在试样W2中通过时间脉冲八分频器或八倍减小的脉冲频率以及减小2倍的脉冲密度实现(参见表2)。
图9示出了玻璃3上的相应测量值，玻璃3同样是硼硅酸盐玻璃、但是具有更高的热膨胀系数。试样W4以与试样W2相同的方式、以相比于试样W3减小8倍的脉冲频率和减小二倍的脉冲密度加工。如在其他玻璃中，每微米路径长度上的小于八个激光脉冲的低脉冲密度引起结构化玻璃表面上的数值明显更低的应力，该应力随着深度的增加数值继续减小。但是与其他示例不同，压应力没有转变成拉应力，而是接近零线或无应力状态。甚至在约0.02毫米深度处，应力呈现中间最小值。
图10示出了对玻璃类型玻璃4、锂铝硼硅酸盐玻璃的玻璃元件1的试样上的相应测量。不同于图8和图9中的示例，试样W6的脉冲频率相比于试样W5仅降低4倍，并且穿过的次数从1提高到4。由此空间脉冲密度或每μm的脉冲数量相比于试样W5保持不变。在此，较低的脉冲频率和多次穿过也引起在表面上时间依次连续的烧蚀之间的局部间距变大。在该另一玻璃类型的情况下，与试样W5相比，试样W6中脉冲频率的降低导致数值更低的应力、尤其在加工区域中的玻璃表面上的压应力的数值较低。但是，类似于图9中的示例，压应力随着深度的增加未转变成拉应力，而是接近无应力状态。在图10的示例中，这也适用于以更高脉冲密度加工的试样W5。
对于根据此处描述方法处理的试样W2、W4和W6以及以每微米路径长度少于八个脉冲进行烧蚀的V6的玻璃元件，共同之处在于，在借助烧蚀加工的玻璃表面处的压应力小于-5MPa，其中压应力随着在玻璃中的深度的增加而减小，这是因为压应力转变为拉应力，或者因为压应力在数值上接近无应力状态。因此，根据替代的或附加的实施例，通常设置具有表面结构化部9的玻璃元件1，该玻璃元件1包括玻璃表面2的至少一个结构化区域90，至少一个结构化区域90通过玻璃移除具有比玻璃表面2的邻接的非结构化区域91更高的粗糙度，并且其中结构化区域90或其应力特征曲线还具有至少一个以下特性：
-结构化区域90在玻璃表面(2)处具有压应力，压应力的数值大于邻接的非结构化区域91中的应力，
-压应力在表面处具有数值小于5MPa的值并且压应力的数值随着深度的增加而减小。
如从图7至图10可见，借助本文描述的方法加工的玻璃元件1的共同之处还在于，在小深度内表面中的压应力减小。通常，在本发明的不限于特定示例的实施例中规定，压应力从玻璃表面2处的值下降到在小于0.03mm的深度内数值小于3MPa的压应力。
表2的最后一列示出了不同的矩阵编码被嵌入到玻璃中。激光烧蚀在此提供巨大优势，即能够进行简单的单独标识。因此，在该方法的进一步改进中规定，提供一批多个玻璃元件，其中这些玻璃元件设置有优选呈矩阵编码10的形式的表面结构化部9，其中表面结构化部9彼此不同，使得玻璃元件1基于表面标记能够区分并且能辨别。因为可以省略后续的冷却过程，因此在此还提供标记温度敏感产品的可能性。在此尤其想到呈预填充玻璃容器的形式的玻璃元件1的标识。例如，可以对填充有药物的药物容器单独地标识。
此处描述的玻璃元件1及其制造方法通常能够用于单独地标识玻璃产品。特别是，除了玻璃容器以外，也可标记玻璃晶片和例如透镜或棱镜的光学元件。因此，在一个实施例中，提供一批尤其呈玻璃容器、玻璃晶片或光学元件的形式的多个玻璃元件，其具有呈单独的、不同编码形式的表面结构化部9。另一应用是微流体装置、尤其是微流体芯片。这种装置通常具有用于容纳流体和传导流体的三维结构化部。这种装置以及其他玻璃元件也可具有多个层。因此，作为进一步的应用，通常设置具有至少两个连接的玻璃部件的复合玻璃元件。复合玻璃元件尤其也可如在作为微流体装置的应用中一样被结构化。另一应用是用作优选用于光电结构部件的壳体元件的玻璃元件。例如，能够将与半导体晶片连接以便在晶片级封装结构部件的玻璃晶片单独地标识。
如根据具有激光参数的表格可见，不仅能在标记的区域中提高断裂强度，而且能有针对性地设定所述断裂强度。为此，也可想到，借助表面结构化部嵌入预定的断裂部位。因此，在本公开的另一方面中，通常设置如下的玻璃元件1，所述玻璃元件1具有表面结构化部9，该表面结构化部9包括玻璃表面2的至少一个结构化区域90，至少一个结构化区域90通过玻璃移除具有比玻璃表面2的邻接的非结构化区域91更高的粗糙度，并且其中结构化区域90具有尤其能借助应力双折射测量的机械应力特征曲线，其中结构化区域在玻璃表面处具有压应力，该压应力的值高于邻接的非结构化区域91中的应力，其中应力的差异使玻璃元件在结构化区域处的强度降低，使得表面结构化部9形成预定的断裂部位。对于这种预定的断裂部位也能够满足如下特征：压应力随着深度增加而数值变小并且转变成拉应力，其中最大拉应力的值小于玻璃表面2处的压应力。
在玻璃元件中具有增大的断裂强度的表面结构化部也能与尤其用作预定的断裂部位的另一表面结构化部相结合。例如，能想到一种玻璃晶片，其通过预定的断裂部位被分成单独的能分离的模具、部件或板。晶片因此可以具有呈通过激光烧蚀形成的编码、尤其矩阵编码的形式的、具有增大的强度的表征的表面结构化部。部件或盘也可以具有相应的编码。因此，在另一实施例中，能够想到玻璃元件1尤其除了表面结构化部9以外还具有烧蚀结构化的表面结构化部，其形成预定的断裂部位。为此，另一表面结构化部可以具有比表面结构化部9更低的断裂强度。
附图标记列表
1 玻璃元件
2 玻璃表面
3、5 玻璃元件1的侧表面
7 玻璃元件1的边缘表面
9 表面结构化部
10 矩阵编码
12 裂纹
15 压应力和拉应力之间的转变点
20 环叠环测试装置
21 第一环
22 第二环
90 结构化区域
91 非结构化区域
100 试样条。

Claims (13)

1.一种具有表面结构化部(9)的玻璃元件(1)，所述表面结构化部(9)包括玻璃表面(2)的至少一个结构化区域(90)，所述结构化区域(90)通过玻璃移除具有比所述玻璃表面(2)的邻接的非结构化区域(91)更高的粗糙度，并且其中，所述结构化区域(90)具有尤其能借助应力双折射进行测量的机械应力特征曲线，其中：
-所述结构化区域(90)在所述玻璃表面(2)处具有压应力，所述压应力的数值大于所述邻接的非结构化区域(91)中的应力，并且其中，所述结构化区域(90)还具有以下特性中的至少一项：
-所述压应力的数值随深度的增加而变小并且转变成拉应力，其中，最大拉应力的数值小于所述玻璃表面(2)处的压应力，
-所述压应力在所述表面处具有数值小于5MPa的值并且所述压应力的数值随着深度的增加而变小。
2.根据权利要求1所述的玻璃元件(1)，其特征在于，所述玻璃元件具有以下特征中的至少一项：
-所述最大压应力与在所述结构化区域(90)中所述压应力转变成拉应力所在的转变点(15)的深度的乘积的数值小于1MPa*mm，
-在所述结构化区域(90)中在压应力和拉应力之间的转变点(15)位于不超过0.05mm的深度处，
-在所述结构化区域(90)中的最大压应力的数值至多为20MPa，
-所述压应力从所述玻璃表面(2)处的值下降到在小于0.03mm的深度内数值小于3MPa的压应力。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的玻璃元件(1)，其特征在于，所述玻璃表面(2)的所述结构化区域(90)具有烧蚀结构化的表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的玻璃元件(1)，其特征在于，至少一个结构化区域(90)是能光学检测的标记(9)、尤其矩阵编码(10)的组成部分，
优选地，所述标记(9)具有至少0.7的根据ISO I/IEC TR 29158的单元对比度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃元件(1)，其特征在于，所述玻璃元件(1)由硼硅酸盐玻璃或锂铝硅酸盐玻璃制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的玻璃元件(1)，其特征在于，所述玻璃元件(1)的玻璃具有以下特征中的至少一项：
-在20℃至300℃的范围中，所述玻璃的平均线性热膨胀系数α(20-300℃)小于9·10- 6K-1、优选地小于6·10-6K-1、特别优选地小于4.5·10-6K-1，
-所述玻璃具有小于600℃、优选小于570℃的玻璃转变温度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的玻璃元件(1)，除了表面结构化部(9)以外，所述玻璃元件(1)还具有烧蚀结构化的表面结构化部，其中，所述表面结构化部形成预定的断裂部位。
8.一种用于制造玻璃元件(1)的方法，所述玻璃元件尤其是根据权利要求1至7中任一项所述的玻璃元件，所述玻璃元件具有表面结构化部(9)，所述表面结构化部(9)包括玻璃表面(2)的至少一个结构化区域(90)，所述至少一个结构化区域(90)具有比所述玻璃表面(2)的邻接的非结构化区域(91)更高的粗糙度，其中，通过将脉冲激光束对准在所述玻璃表面(2)上来制造所述至少一个结构化区域(90)，所述激光束的激光脉冲通过烧蚀将玻璃从所述玻璃表面(2)移除，并且其中，将烧蚀点彼此紧邻地嵌入，使得：
-所述玻璃表面(2)处的结构化区域(90)具有压应力，所述压应力的值高于邻接的非结构化区域(91)中的应力，并且
-所述压应力的数值随着深度的增加而变小并且转变为拉应力，其中最大拉应力的数值小于所述玻璃表面(2)处的压应力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法具有以下特征中的至少一项：
-对准所述玻璃表面(2)的激光束的脉冲具有在100fs至10fs范围中的脉冲持续时间，
-对准所述玻璃表面(2)的激光束的脉冲具有至少900nm、优选在900nm至3μm范围内的波长。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述激光束在相邻路径中多次横穿具有待形成的结构化区域(90)的区，以沿着这些路径通过烧蚀移除玻璃，其中，所述激光束的脉冲频率和所述激光束在所述玻璃表面(2)上引导的速度设定为使得沿着一路径在穿过所述区期间的脉冲密度为每微米至多5个脉冲、优选至多2.5个脉冲。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，该方法具有以下特征中的至少一项：
-通过所述激光束在相邻路径中穿过具有待形成的结构化区域(90)的区，使得所述路径具有至多12微米的间距，
-通过所述激光束在相邻路径中穿过具有待形成的结构化区域(90)的区，使得所述路径具有的间距至多与所述激光束在所述玻璃表面上的直径一样大，
-依次相继的激光点之间的时间间隔为至少1.5微秒，
-通过所述激光束在相邻路径中多次穿过具有待形成的结构化区域(90)的区。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，呈预填充的玻璃容器的形式的一批多个玻璃元件(1)具有表面结构化部(9)，所述表面结构化部(9)尤其呈矩阵编码(10)的形式，所述表面结构化部(9)彼此不同，从而所述玻璃元件(1)能够基于所述表面结构化部(9)彼此区分和辨别。
13.一批多个根据权利要求1至7中任一项所述的或借助根据权利要求8至11中任一项所述的方法制造的玻璃元件(1)，所述玻璃元件优选呈玻璃容器、玻璃晶片、微流体装置、复合玻璃元件、壳体元件或光学元件的形式，所述玻璃元件具有呈单独的、不同编码形式的表面结构化部(9)。
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