TW202227369A - 產生玻璃元件上之凸起結構的方法以及根據該方法所製成的玻璃元件 - Google Patents

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凡尼莎 格拉瑟
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烏爾里奇 普查特
延斯 烏爾里奇 湯瑪斯
維爾 波洛耶爾維
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Abstract

本發明係有關於一種板狀玻璃元件(1)，其具有第一表面(2)及與該第一表面(2)相對佈置的第二表面(3)以及至少一個貫穿該等表面(2、3)中的至少一個的空隙(10)，其中，該空隙(10)在縱向(L)及橫向(Q)上延伸，該空隙(10)之縱向(L)橫向於被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)，其中， 被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)具有以下特徵中的至少一個： -該表面(2、3)具有至少部分地環繞該空隙(10)的至少一個凸起(20)，其中，該凸起(20)具有低於5 μm的高度， -該表面(2、3)具有至少一個平台狀凸起(30)，其高度(H1)大於0.5 μm，較佳大於1 μm，較佳大於1.5 μm以及/或者小於6 μm，較佳小於5 μm，較佳小於4 μm， -該表面(2、3)具有平均粗糙度(Ra)，其大於15 nm，較佳大於25 nm，較佳大於40 nm以及/或者小於100 nm，較佳小於80 nm，較佳小於60 nm。

Description

產生玻璃元件上之凸起結構的方法以及根據該方法所製成的玻璃元件
本發明係有關於一種製造結構化之玻璃元件的方法，以及一種板狀玻璃元件，其具有第一表面及與該第一表面相對佈置的第二表面以及至少一個貫穿該等表面中的至少一個的空隙。被該空隙貫穿的表面具有介於15 nm與100 nm間之平均粗糙度(Ra)，或者定義之凸起，其具有低於5 μm或高於0.5 μm的高度。
玻璃的精確結構化在許多應用領域具有重大意義。玻璃基板被用於攝影機成像(特別是3D攝影機成像)、電子光學如微流控L(E)D、光學診斷、感測器技術如壓力感測器技術以及診斷技術等領域。此類應用領域例如關於光感測器、攝影機感測器、壓力感測器、發光二極體及雷射二極體。在此，玻璃基板大多以薄晶圓或玻璃膜之形式作為器件使用。為了能夠在越來越小的技術應用或構件中使用此類玻璃基板，需要幾微米範圍內的精度。其中，對玻璃基板的加工係指開設形成在玻璃基板中或穿過玻璃基板的任意形狀之孔洞、腔穴及通道，以及將基板表面結構化。亦即，不僅需要將幾微米範圍內的結構置入基板，亦需將其設置在基板表面上。
為了實現玻璃基板的廣泛應用，加工操作亦不得在基板之邊緣區域或體積中留下任何損壞、殘留(如分離或去除或分解之材料)或應力。另外，生產此等基板的方法應允許採用儘可能有效之製程。
可用各種方法在玻璃基板內部進行結構化，例如開設開口。除了利用相應遮罩所實施的噴水及噴砂處理之外，超音波加工亦是一種成熟方法。然而，此等方法在尺度方面侷限於小型結構，一般來說，超音波加工約為400 μm，噴砂處理至少為100 μm。由於機械移除作用，噴水及噴砂處理會在玻璃中產生應力，導致孔洞邊緣區域發生剝落。兩種方法原則上皆不能用於薄玻璃之結構化。此等方法亦因其預設之侵蝕方向及粗加工而不適於對玻璃基板表面進行結構化。
因此，使用雷射源對各種材料進行結構化近年來成為主流。與前述機械方法相比，各種以紅外線波長(例如1064 nm)、綠光波長(532 nm)及紫外線波長(365 nm)或極短波長(例如193 nm、248 nm)工作之固態雷射器能夠在玻璃基板中形成更小的結構。然而，玻璃導熱性低，且又易碎，在製造極精細的結構時，雷射加工亦會使玻璃承受高熱負荷，從而造成臨界應力，甚至導致孔洞邊緣區域出現微裂縫與變形。藉由直徑往往僅為幾微米的細小雷射束亦可在基板表面形成面積更大的結構，但難度極大。因此，該方法僅在有限程度上適用於工業生產表面須經專門結構化處理之基板。
特別是在表面上需要具有特定表面形貌(如用於固設在固定元件上之增強邊緣)的構件或基板，或者具有特定高度的特殊結構，以在兩個構件之間產生距離，如涉及電光轉換器或功能性時之情形。此等構件例如能夠在不同的有源構件與無源構件之間設置明確的距離，或者有助於封閉及保護電磁轉換器/發射器/接收器等。
但此等構件所能提供之距離受生產製程限制，唯有投入大量成本及各種不同製程步驟方能在基板表面上製造數量級為幾微米的精細結構。有鑒於此，通常將在未來之生產步驟中施覆至基板的特殊構件，如由塑膠、陶瓷、金屬或複合材料構成的構件，用作間隔件。但此舉會增大成本並使得構件由不同材料(基板及間隔件)組成。然而，由玻璃構成的一致性構件因其成本低廉及耐化學性而較佳應用於基板及間隔件。
有鑒於此，本發明之目的在於提供一種玻璃基板，其具有定義之表面結構或表面形貌以及穿過基板之體積的精細結構。本發明亦有關於一種以低得多的投入及成本用某種方法生產之構件，該方法在以低尺寸公差產生定義之微結構方面係最佳。
此目的係藉由獨立項之標的而達成。在各附屬項中提供有利的進一步方案。
本發明係有關於一種板狀玻璃元件，其具有第一表面及與該第一表面相對佈置的第二表面以及至少一個貫穿該等表面中的至少一個的空隙。該空隙在縱向及橫向上延伸，該空隙之縱向橫向於被該空隙貫穿的表面。被該空隙貫穿的表面具有以下特徵中的至少一個： -該表面具有至少部分地環繞該空隙的至少一個凸起，其中，該凸起具有低於5 μm的高度， -該表面具有至少一個平台狀凸起，其高度大於0.05 μm，較佳0.5 μm，較佳大於1 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於12 μm， -該表面具有平均粗糙度(Ra)，其大於15 nm，較佳大於25 nm，較佳大於40 nm以及/或者小於100 nm，較佳小於80 nm，較佳小於60 nm。
此等特徵具有多項優點。較佳至少部分地環繞空隙的凸起可用作兩個構件或玻璃元件間的間隔件。該凸起可理解為高於玻璃元件之零平面的凸起，其中，零平面包括第一及/或第二表面的至少51%，較佳至少70%，尤佳至少90%，更佳至少95%。亦即，亦可相對於零平面構建一或數個凹陷，其低於零平面。該凸起較佳可呈環形，即例如作為開口環環形地環繞空隙延伸。凸起之高度低於5 μm時，此種玻璃元件非常適用於微型感測機構且同時亦可用作基板或間隔件。如此，僅需一個構件便能低成本地生產相應之例如電光式的轉換器。
替代地，可透過以下方式來計算零平面：圍繞單項特徵以可選距離在自其圓周線的所有方向上構建一個評價線(類似於伸展)，從而產生形狀類似但面積及周長更大的新線並且沿此評價線測定平均剖面高度/厚度。基準高度/厚度係透過重複與該特徵之初始圓周線的愈來愈大之距離而產生，其係作為較大距離的極限值。
該縱向係指自玻璃元件的一側指向另一側的方向。因此，該縱向亦可被稱為厚度方向或貫穿方向。空隙之延伸度在縱向或厚度方向上被玻璃元件之厚度限制，因而就薄玻璃元件而言，空隙之橫向尺寸通常大於縱向尺寸。
至少一個平台狀凸起的另一優點在於其高度較佳大於1 μm。此種平台狀凸起例如可構建為邊緣，其中，玻璃元件可構建為膜片。透過此種方式便可將該玻璃膜片以該邊緣固設在某個物體上。該膜片透過該邊緣而更加機械穩定，從而減輕固設過程中受損的風險。有鑒於此，該平台狀凸起具有某個高度，其甚至大於玻璃元件之厚度。該高度較佳平行於該厚度。平台狀凸起之高度亦可小於或等於玻璃元件之厚度。
較佳地，該平台狀凸起具有某個高度，其大於20 μm，較佳大於100 μm，較佳大於150 μm以及/或者小於300 μm，較佳小於250 μm，較佳小於200 μm。因此，透過不同高度之平台狀凸起便能將玻璃元件應用於不同領域。
有利地，該平台狀凸起的平台亦可具有某個結構。該平台之結構例如可與固定元件之形狀互補，如此便能使得固定元件與平台之結構完美匹配，從而將玻璃元件最好地保持在固定元件中。根據一種改良方案，該/該等平台狀凸起之邊沿可具有圓頂形凹陷。該等圓頂形凹陷能夠防止平台狀凸起之邊沿發生裂縫形成或將其降至最低，因為不平整的邊沿表面會大幅減輕裂縫形成。
與玻璃元件之表面相比，平台狀凸起之平台可具有較大或較小的粗糙度或者較大或較小的平均粗糙度(Ra)。如此便能更好地將平台固設在固定元件中，同時，玻璃元件之表面可實現另一功能，因其粗糙度極小，因而流體阻力更小，從而為流體提供更佳之流動特性。
該表面之平均粗糙度(Ra)為15 nm至100 nm時特別有利，因為玻璃元件如此便可具有適用於特定場合的暗淡表面，或者特別平滑，從而例如將其他構件或材料(如流體)的摩擦阻力降至最低。
一或數個平台狀凸起可在玻璃元件之表面上形成對稱或不對稱之表面形貌。如此，透過該平台狀凸起在玻璃元件之表面上形成的特殊結構便能實現特殊用途，例如應用於微流控領域的特殊成形之通道，或者可供另一構件壓入的特殊結構，使得該構件不會相對於玻璃元件發生滑動。從而例如防止剪力所引起的摩擦負荷。
有利者係數個凸起及/或平台狀凸起具有相當的高度，或者較佳地，數個平台狀凸起及/或數個凸起之高度差為小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於10 μm。從而確保玻璃元件與另一構件的距離是一致的。
較佳地，該凸起具有以下特徵中的至少一個： -該凸起完全包圍該空隙， -該凸起構建為該空隙之壁部的延長部， -該凸起之內表面與該凸起之外表面形成銳角，其中，該內表面朝向該空隙，該外表面背離該空隙， -該外表面與被該/該等空隙貫穿的第一表面形成鈍角， -該凸起構建為圍繞該空隙的脊線， -該凸起具有橫向尺寸，其大於5 μm，較佳大於8 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於5 mm，較佳小於3 mm，較佳小於1 mm。
在理想情況下，凸起完全包圍空隙以及/或者構建為環繞空隙的脊線。脊線可在空隙製造過程中簡單地產生，最好在空隙製造期間直接產生，如此便毋需更多投入來產生凸起，從而降低生產成本。該凸起有利者係構建為該空隙之壁部的延長部，從而由空隙及凸起形成一致的壁部。該凸起之內表面可與該凸起之外表面形成銳角，其中，該內表面朝向該空隙，該外表面背離該空隙。透過此種方式，玻璃元件在構建有空隙之處，特別是在玻璃元件之機械性能存在潛在削弱之處，非常穩定。如此，該等凸起較佳不僅用作間隔件，而且針對機械應力起穩定化作用。
可透過以下方式來進一步提高此種機械穩定性：外表面與被該/該等空隙貫穿的第一表面形成鈍角。透過此種方式來提高凸起針對例如因兩個構件間之橫向運動而產生之剪應力的穩定性。此外，藉由鈍角亦可在該表面上形成倒圓結構，如通流通道，從而改善流體流過此等通道的流動性。
在一有利的具體例中，該玻璃元件具有厚度，其大於10 μm，較佳大於15 μm，較佳大於20 μm以及/或者小於4 mm，較佳小於2 mm，較佳小於1 mm。此種厚度能夠使得數個玻璃元件上下堆疊而毋需佔用很多空間。此外，玻璃元件由於厚度小而可採用可撓性設計，從而可彎曲。由於厚度小，其他結合力往往起著重要作用，因此玻璃元件可進一步被設計成具有較高之機械穩定性，以抵抗來自外部之機械負荷。此等優點使得玻璃元件例如可用於積體電路殼體、生物晶片、感測器(如壓力感測器)、攝影機成像模組及診斷技術設備。
在另一具體例中，玻璃元件之橫向尺寸大於5 mm，較佳大於50 mm，較佳大於100 mm以及/或者小於1000 mm，較佳小於650 mm，較佳小於500 mm。此等尺寸使得玻璃元件可作為微技術組件得到最佳使用。在具有平台狀凸起的一具體例中，該等平台狀凸起亦可具有與玻璃元件相對應的橫向尺寸。如此，平台狀凸起亦可構建為圍繞玻璃元件之用於固設在固定元件上的增強邊緣，較佳同時用作針對玻璃元件之邊緣之機械負荷的穩定部。
有利地，該空隙構建為通道，該通道穿過該玻璃元件自該第一表面延伸至該第二表面並且貫穿該二表面。穿過玻璃元件之空隙帶來以下優點：所有結構或數個空隙可穿過玻璃元件。較佳地，數個空隙或通道緊密地並排佈置，從而形成一個較大的空隙，其大小至少由各並排佈置之空隙的大小之和規定。根據一較佳具體例，該壁部具有圓頂形凹陷。
該較大空隙的大小亦可大於該等並排佈置之空隙之和。該等空隙的寬度或橫向延伸度可平行於第一及/或第二表面，該等空隙的縱向或深度可垂直於玻璃元件的第一及/或第二表面。透過此種方式，玻璃元件可具有任意數目特別是任意大小的空隙，該玻璃元件的橫向延伸度較佳垂直於該等空隙的深度。透過插入通道或連貫空隙，便能在其被製成並排的情況下，使得玻璃元件具有穿孔，以便特別是玻璃元件之部分被移除或截除。
透過數個穿過玻璃元件自第一表面延伸至第二表面並且直接鄰接的通孔而形成一個棱邊。該棱邊成形該玻璃元件之至少部分包圍該玻璃元件的外棱，或者該玻璃元件之至少部分包圍該空隙的內棱。該棱邊另具數個圓頂形凹陷。較佳地，該等凹陷之深度橫向於該空隙之深度及/或該玻璃元件之厚度。該棱邊之高度亦可與該玻璃元件之厚度相對應。在理想情況下，該等圓頂形凹陷形成該棱邊之可帶來多項優點的特殊結構。舉例而言，倒圓結構或圓頂是一種非常有利的形狀，以便將出現在棱邊表面上的拉應力降低至棱邊表面之最低點，即圓頂的最低點。從而有效抑制棱邊表面之缺陷處的裂縫形成。
較佳地，該棱邊中之凸形區域的面積比例小於5%，較佳小於2%。如此便在理想情況下，凹形區域(即具有圓頂形凹陷之區域)的面積比例大於棱邊表面的95%，較佳大於98%。凹形係指朝玻璃元件方向的拱形，凸形係指背離玻璃元件方向(即朝空隙方向)的拱形。圓頂形凹陷的深度通常小於5 μm，理想情況下橫向尺寸較佳為5-20 μm。
該棱邊亦可與該空隙之壁部相對應。因此，特別是作為空隙之壁部的延長部的該凸起之內表面亦可具有圓頂形凹陷。較佳地，該凸起之外表面具有圓頂形凹陷。從而進一步保護凸起免受裂縫形成的影響。
有利地，該等空隙具有10 μm，較佳20 μm，較佳50 μm，較佳100 μm之橫向尺寸。但該空隙之橫向尺寸亦可至少大於150 μm，較佳大於500 μm，或者甚至達到50 mm，使得例如其他組件(如電子導體或壓電構件)亦可安裝在空隙中。此類尺寸特別是在微型感測機構之應用領域非常有利，特別是在該等凸起環形地環繞該/該等空隙構建並且較佳具有大於10 μm，較佳大於20 μm，較佳大於50 μm，較佳大於100 μm的橫向尺寸的情況下。但該等凸起之橫向尺寸亦可大於至少150 μm，較佳大於200 μm，甚至達到300 μm。此點特別是適用於凸起之內表面間的距離或者凸起之一個內表面的直徑。透過此種方式便能特別是在該/該等空隙之區域內確保玻璃元件與佈置於其上之組件的距離。
該/該等凸起可具有某個高度，該高度平行於該/該等凸起之縱向並且特別是橫向於該第一及/或第二表面。透過此種方式，該等凸起相對於玻璃元件之第一及/或第二表面突出並且特別是形成拱起，或者相對於玻璃元件之第一及/或第二表面的脊線。由此，該等凸起可用作間隔件，其可保持或建立佈置在玻璃元件上之組件與第一及/或第二表面間的距離。
此外，該等凸起及/或該等平台狀凸起之寬度可大於該等圓頂形凹陷之深度。較佳地，該等凸起及/或平台狀凸起之寬度平行於第一及/或第二表面。如此，該等凸起以及該等平台狀凸起在其相應之邊沿或者壁部、內表面或外表面上皆可具有圓頂形凹陷及/或凹形形狀。
該目的亦藉由一種改質板狀玻璃元件之表面的方法而達成，根據該方法，該玻璃元件具有第一表面及與該第一表面相對佈置的第二表面，以及至少一個貫穿該等表面中的至少一個的空隙。其中，該空隙在縱向及橫向上延伸，該空隙之縱向橫向於被該空隙貫穿的表面。較佳地，該空隙之壁部具有數個圓頂形凹陷，其中，在該方法中： -提供該玻璃元件， -由超短脈衝雷射器之雷射束在該玻璃元件中產生至少一個絲狀通道，並且該通道之縱向橫向於該玻璃元件之表面， -將該玻璃元件之被該通道貫穿的表面曝露於蝕刻介質，該蝕刻介質以一定的去除率去除該玻璃元件之玻璃，其中，該通道被該蝕刻介質拓寬，從而形成空隙， -其中，用該蝕刻來產生被該空隙貫穿的表面的以下特徵中的至少一個： 該表面具有至少部分地環繞該空隙的至少一個凸起，其中，該凸起具有低於5 μm的高度， 該表面具有平台狀凸起，其高度大於0.05 μm，較佳大於0.5 μm，較佳大於1 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於該蝕刻去除量的100%，較佳小於95%，較佳小於該蝕刻去除量的90%， 該表面具有平均粗糙度(Ra)，其大於15 nm，較佳大於25 nm，較佳大於40 nm以及/或者小於100 nm，較佳小於80 nm，較佳小於60 nm。
該方法亦可用於製造符合上述實施之玻璃元件，從而能實現上述優點。在第一方法步驟中，提供至少一個玻璃元件，特別是沒有空隙的玻璃元件。在進一步的、特別是第二步驟中，在該玻璃元件中產生至少一個但較佳數個尤佳大量損傷，以便在理想情況下能夠藉由損傷形成玻璃元件之穿孔。為此，較佳並排地產生數個損傷，使一排空隙形成一個更大的結構。此等損傷特別是構建為絲狀通道且其縱向橫向於玻璃元件之第一及/或第二表面。該通道至少自某個表面延伸，特別是垂直於該表面地伸入玻璃元件並且至少貫穿該表面。較佳地，該通道自第一表面延伸至第二表面並且貫穿該二表面。
藉由超短脈衝雷射器之雷射束在玻璃元件中產生該/該等空隙。藉由雷射來產生空隙，較佳基於下述步驟中之數者： -將該超短脈衝雷射器之雷射束對準該玻璃元件之該等表面中的一個，並藉由聚焦光學器件將其集中在該玻璃元件中形成拉長的焦點，其中 -透過該雷射束之入射能量在該玻璃元件之體積中產生至少一個絲狀損傷，並且 -該超短脈衝雷射器向該玻璃元件發射一個脈衝或具有至少兩個或數個連續雷射脈衝的脈衝群，並且較佳在插入該絲狀損傷後，將該絲狀損傷拓寬成通道。 -以此方式產生大量通道，其中，如此選擇通道，特別是其在玻璃元件上或在玻璃元件中的佈置方式，使得許多並排佈置的通道形成一個待產生之空隙的輪廓。該等通道可佈置成相隔一定距離，該距離大於2 μm，較佳大於3 μm，較佳大於5 μm以及/或者小於100 μm，較佳小於50 μm，較佳小於15 μm。同時，該等通道之直徑可為10 μm至100 μm。
在下一步驟中，將被至少一個通道貫穿的表面曝露於蝕刻介質。較佳將整個玻璃元件，特別是該第一及第二表面，曝露於此蝕刻介質。有利者係將蝕刻介質填入容器如箱體、罐體或盆體中，而後將特別是一或數個玻璃元件至少部分地保持或浸泡在容器或蝕刻介質中。該容器較佳由實質上能耐受蝕刻介質之材料構成。
該蝕刻介質可呈氣態，但較佳為蝕刻液。因此，根據此具體例，蝕刻係以濕化學方式進行。此點有利於在蝕刻過程中自通道內表面或者損傷之表面及/或玻璃元件之表面(如第一及/或第二表面)移除玻璃組分。當然亦可在玻璃元件的棱邊上用蝕刻介質來分離玻璃組分。
為此，可使用酸性或鹼性溶液。合適的酸性蝕刻介質具體包括HF、HCl、H 2SO 4、二氟化銨、HNO 3溶液或此等酸之混合物。作為鹼性蝕刻介質，例如考慮使用KOH鹼液或NaOH鹼液。理想情況係根據待蝕刻之玻璃元件的玻璃來選擇要使用的蝕刻介質。
因而在一具體例中，可透過選擇玻璃組成與蝕刻介質(200)之組成的組合來調節去除率。例如在涉及鈣含量較高的玻璃時，較佳選擇酸性蝕刻介質，而涉及鈣含量較低的玻璃時，較佳使用鹼性蝕刻介質，因為透過蝕刻而自玻璃分離的過高鈣含量可能會使鹼性、特別是含鹼蝕刻介質迅速過飽和，遂使蝕刻介質之蝕刻能力過快下降。另一方面，採用酸性蝕刻介質及矽酸鹽比例較高之玻璃時的去除率即蝕刻率遠高於鹼性蝕刻介質，但酸性蝕刻介質更快地被已溶解物質中和，使得蝕刻介質耗盡或被玻璃飽和。
因此，根據玻璃組成，可選擇酸性蝕刻介質以設定快速去除率，或者選擇鹼性、特別是含鹼蝕刻介質來設定緩慢的去除率。一般而言，鹼含量較低之矽質玻璃非常適合於用本發明之方式改質玻璃表面。如前所述，過高的鹼含量會增大蝕刻難度。因而根據本發明的一種改良方案，該玻璃元件之玻璃為鹼金屬氧化物含量小於17重量百分比的矽酸鹽玻璃，理想情況下為硼矽玻璃。
為了更好地控制去除，較佳採用緩慢的去除率或鹼性蝕刻介質。如此便能達到小於7 μm/h，較佳小於5 μm/h，較佳小於4 μm/h，較佳小於3 μm/h以及/或者大於0.3 μm/h，較佳大於0.5 μm/h，較佳大於1 μm/h，較佳大於1.5 μm/h，特別是介於2 μm/h與2.5 μm/h之間的去除率。此種去除率有利於留下足夠多的時間以便在蝕刻過程中對蝕刻介質或蝕刻過程施加影響。
在一具體例中，亦可透過添加劑來調節去除率。例如可單獨或組合地使用以下群組的物質：界面活性劑、絡合物或者配位化合物、基、金屬及/或醇。添加劑能夠更精確地控制蝕刻介質之蝕刻能力，特別是對特定玻璃或特定玻璃組成進行針對性控制。
較佳在高於40℃，較佳高於50℃，較佳高於60℃及/或低於150℃，較佳低於130℃，較佳低於110℃，且特別是最高為100℃之溫度下進行蝕刻。此溫度使得玻璃元件之玻璃的離子或組分具有足夠的流動性，以自玻璃基質中溶解出來。
另一個因素為時間。例如，若玻璃元件曝露於蝕刻介質數小時，特別是超過30小時，則一般可達到較高之去除量。另一方面，若玻璃元件曝露於蝕刻介質之時間少於30小時，例如僅10小時，則可限制去除量。一般而言，透過形成損傷及通道，以及根據溫度、蝕刻介質之組成、蝕刻持續時間及玻璃元件之玻璃的組成來調節去除率或蝕刻介質，從而產生玻璃元件之前述特徵中的至少一個。例如可透過設定較高的去除率，特別是每小時高於2 μm的去除率，來實現介於15 nm與100 nm之間的平均粗糙度(Ra)。去除率約為每小時2 μm時，可產生高度大於0.5 μm的凸起及/或平台狀凸起。
此外亦可將玻璃元件之定義區域與蝕刻介質隔絕。此點例如可透過使用特殊支架來實現，該支架用來將玻璃元件保持在蝕刻介質之體積中。此外亦可採用特殊成型元件，其在玻璃元件曝露於蝕刻介質前佈置在該玻璃元件上。亦可在玻璃元件曝露於蝕刻介質前往該玻璃元件施覆保護層，如聚合物層。可將保護層整面地施覆至第一及/或第二表面。隨後，在保護層在結構化過程前便已藉由雷射而被施覆的情況下，例如可透過雷射將保護層至少部分地重新去除，從而特別是在空隙之區域內將保護層移除。從而用支架、成型元件及/或保護層來遮蓋玻璃元件的定義區域，透過此種方式將玻璃元件與蝕刻介質隔絕。因而較佳地，此等支架、成型元件及/或保護層具有能耐受蝕刻介質之材料。透過此種方式，支架、成型元件及/或保護層不會被蝕刻介質侵蝕。
根據另一有利方案，該等支架、成型元件及/或保護層具有某種形狀或結構，其在蝕刻過程完畢後應具有待產生之凸起及/或平台狀凸起。如此，該等凸起及/或平台狀凸起便能在蝕刻過程完畢後具有某種形狀或結構，其與該等支架、成型元件及/或保護層的形狀及/或結構相對應及/或彼此互補。舉例而言，如此便能產生某種平台狀凸起，其至少部分地環繞玻璃元件從而形成增強邊緣。
在最好的情況下，該等支架、成型元件及/或保護層具有屏蔽空隙，其可構建為特殊結構。透過此種方式，甚至能在平台狀凸起上產生某種結構。亦可藉由支架、成型元件及/或保護層來屏蔽玻璃元件的整個第一及/或第二表面，並且僅將用來產生空隙或者用雷射來產生損傷或通道的區域空出來。透過此種方式，第一及/或第二表面可構建為基本上無凸起，從而特別是產生小於40 nm，較佳小於25 nm的平均粗糙度(Ra)，因而產生非常平滑的表面。因而較佳地，該玻璃元件具有以下特徵中的至少一個： -該玻璃元件之內棱具有數個圓頂形凹陷，並且該玻璃元件之第一及第二表面構建為無圓頂， -該玻璃元件之內棱具有高於該玻璃元件之第一及第二表面的平均粗糙度(Ra)。
亦即，玻璃元件之表面可具有不同於空隙之內棱的粗糙度。有利地，可將玻璃元件之第一及第二表面調節至某個粗糙度，其不同於空隙之內棱的粗糙度。如此便能針對不同用途對玻璃元件之表面及空隙之內棱進行最佳化。較佳地，在一個共同的方法步驟中，特別是蝕刻步驟中，調節第一及第二表面之粗糙度與空隙之內棱的粗糙度。
亦可使得該等表面中的一個與蝕刻介質完全隔絕，而另一表面完全或至少部分地曝露於蝕刻介質。舉例而言，可在一個表面上產生凸起結構，其中，特別是該等凸起及/或平台狀凸起形成該凸起結構。換言之，玻璃元件在其中僅在一個表面上具有凸起及/或平台狀凸起，而另一表面則無凸起。當然，另一方案在於第一及第二表面皆被屏蔽，唯有損傷及/或通道曝露於蝕刻介質。如此便能使得該二表面皆呈平滑狀
在一有利的具體例中，透過該蝕刻介質或該蝕刻過程來自玻璃元件去除一定量的材料以使並排佈置之通道或損傷合併，從而產生空隙。在此過程中，較佳用蝕刻介質來去除通道或損傷之間的壁部，從而形成連續式棱邊。此外，此棱邊在理想情況下具有圓頂形凹陷。該棱邊例如可成形為該玻璃元件之至少部分包圍該玻璃元件的外棱，或者該玻璃元件之至少部分包圍該空隙的內棱。透過此種方式便能分離玻璃元件之在蝕刻過程前被並排佈置之形式為結構之通道包圍的大部分部件。
此外亦可在棱邊上產生肋部，其可具備機械支撐功能或可用作防裂縫件。該等肋部較佳分別佈置在兩個通道中心之間。亦可透過針對性地調節去除率來改變圓頂的深度及大小或者尺寸。例如可在去除率較高時形成更為扁平且更寬的圓頂，從而使得玻璃元件的表面或棱邊更為平滑。本發明之方法的整體優點在於：不僅能產生具有任意形狀及尺寸的空隙，而且還能在同一方法步驟中處理或加工玻璃元件之表面。如此便能在產生空隙的同時製造具有較高平均粗糙度的暗淡表面或具有較小平均粗糙度的平滑表面。由此，該方法避免了玻璃之後加工所造成的方法步驟及大量額外成本。
本發明亦使得蝕刻介質發生運動，從而透過蝕刻介質之運動來加快或降低去除率。蝕刻介質之運動係影響特別是控制去除率的另一可能性。透過運動例如就能將耗盡或飽和之蝕刻介質或者蝕刻殘餘物自玻璃元件之蝕刻中的區域針對性地運走，並且較佳用未消耗過之新鮮蝕刻介質取而代之。如此便能大幅加快去除率或蝕刻速度。另一方面，例如亦可透過容器中之間壁來針對性地避免蝕刻介質之運動。從而不再將被耗盡的蝕刻介質運走，進而大幅降低去除率。但較佳係使得蝕刻介質發生運動從而提高去除率。較佳可機械地引發運動。亦可透過其他物理途徑來使得蝕刻介質發生運動。實施本發明之方法時較佳選擇以下方案中的至少一個： -透過音波，特別是超音波來產生該運動。音波源可佈置在容置蝕刻介質及玻璃元件之容器下方及/或側邊。一個音波源之優點在於：僅需單獨一個音波源便足以使得蝕刻介質特別是蝕刻液的整個體積發生運動。所產生之音波毋需進一步作用便能在整個溶液體積中傳播，並且較佳僅略微衰減，使得蝕刻介質能夠均勻地發生運動。 -透過較佳佈置在該容器下方之磁性攪拌器或磁場來產生該運動。透過磁場來例如使得磁性攪拌棒發生理想情況下的旋轉運動。在此過程中，磁性攪拌器或磁性攪拌棒位於蝕刻介質內部，因而可透過其旋轉運動來使得蝕刻介質直接發生運動。 磁性引發或磁性攪拌棒引發之運動的優點在於：旋轉運動的速度及蝕刻介質的運動極易控制。透過此種方式，例如就能將快速或緩慢的攪拌運動傳遞至蝕刻介質。此外還能對數個磁性攪拌器進行個別控制。若在容器中同時設有數個玻璃元件，可透過對該等磁性攪拌器進行個別控制來實現不同的旋轉速度從而實現因地而異的運動及去除率。透過此種方式，例如就能同時以不同的速度對數個玻璃元件進行蝕刻或處理。當然，該等攪拌棒亦可構建為並非磁性而是特別是機械式運動的攪拌單元。該等攪拌單元亦可自容器開口方向浸入蝕刻介質以進行攪拌。 -透過玻璃元件之支架來產生該運動，亦即，機械地使得將玻璃元件保持在蝕刻介質中的支架發生運動。透過此種方式，玻璃元件在蝕刻介質中來回運動，從而產生類似於前述之效果。 -透過振動台來產生該運動，亦即，例如透過將容器佈置在振動台上，來使得容器連同蝕刻介質及玻璃元件發生運動。從而使得整個容器中的蝕刻介質發生一致的運動。 -透過蝕刻介質之對流來產生該運動。在容器下方或側邊可佈置有熱源。透過單側加熱，加熱後之蝕刻介質上升，冷的蝕刻介質在另一位置上下降，從而產生連續對流。如此便能實現特別緩慢的運動以使去除率降低。 -透過例如經由噴嘴被引入蝕刻介質的流體來引發該運動。此類噴嘴可佈置在容器上。較佳由此來產生使得蝕刻介質發生運動的噴湧。
在一有利的具體例中，使得該蝕刻介質在該玻璃元件之表面上的至少一個定義區域內改質並且使得此區域內的去除率與包圍之區域相比發生變化。亦即，去除率係局部可變。有利地，可在一或數個空隙上針對性地產生凸起。為此，存在局部改變蝕刻介質的多種方案。但在本發明中較佳採用下列解決方案中的一個： -在空隙、棱邊、通道及/或損傷之區域內，在玻璃之材料中存在更多開放鍵合。此外，整體上有更大表面可供與蝕刻介質發生反應。從而較佳地引起短時加快之去除率，亦即，與玻璃元件之平整表面相比在更短時間段內去除更多材料。由此而較佳地，蝕刻介質在空隙、棱邊、通道及/或損傷之區域內相對快速地被耗盡，即其蝕刻能力大幅下降，並且特別是在此等區域內存在蝕刻殘餘物。 因而可在蝕刻時間增大之此等區域內產生凸起，因為與包圍之區域相比，該材料在此較佳不再被去除或者去除速度有所下降。換言之，可在空隙及棱邊之區域內針對性地產生凸起。此外，可透過選擇蝕刻時間，即玻璃元件曝露於蝕刻介質的時間段，來調節凸起之高度。特別是可透過此種方式來產生環形之較佳環繞空隙的凸起。該等凸起未來在理想情況下用作玻璃元件與另一構件的間隔件。 -可進一步利用此種效果(空隙及棱邊上之去除率的暫時變化)，來局部地改變去除率及較佳蝕刻介質，具體方式在於：在其過程中用雷射來針對性地改變損傷、通道、空隙及/或棱邊上的表面。例如可透過選擇具有數個脈衝之脈衝群，如每個脈衝群具有7個或8個或更多脈衝，來引起損傷及/或通道的特別粗糙之表面。從而更快地將蝕刻介質耗盡/中和，並能特別是實現更高的凸起。反之，當然亦可透過每個脈衝群僅具少量脈衝(如2個或3個)來引起損傷及/或通道的平滑表面，使得蝕刻介質更緩慢地被耗盡或中和，並且凸起較佳可具有更小的高度。同時出於以上原因，不僅可局部地在空隙及棱邊之區域內，而且亦可在某些面上，特別是空隙及/或棱邊之內表面上，改變蝕刻介質。 -局部地輸入新鮮蝕刻介質及/或添加劑。亦可將新鮮蝕刻介質或添加劑輸入蝕刻介質，具體方式在於：透過定量單元(如龍頭)將此類物質局部地特別是滴入蝕刻介質。透過此種方式便能既局部地改變蝕刻介質，又使其發生運動。從而進一步地且特別是可控地改變，較佳加快去除率。 -局部地改變蝕刻介質的另一可能性在於玻璃元件或容器之支架的材料。透過熟練地選擇例如容器之材料便能將促進去除之離子(如金屬)或抑制去除之離子(如鹼)釋放至蝕刻介質從而控制去除率。如此便能直接地自玻璃元件或容器之支架的材料釋放促進去除或抑制去除的離子，並且影響蝕刻介質或其蝕刻能力。
有利者係透過產生空間上及/或時間上之溫度梯度來調節去除率。溫度會影響材料組分(特別是在蝕刻過程中自材料分離之組分)的流動性，因而有利者亦可透過改變溫度來改變去除率或者玻璃元件與蝕刻介質的反應速度。例如可簡單地透過在時間上定義地改變溫度來控制時間上之溫度梯度。尤佳如此地產生空間上之溫度梯度：例如分別用不同的去除率蝕刻數個玻璃元件。可用不同方式產生空間上之溫度梯度。較佳採用以下方案中的一個： -在容器壁與容器之內區域之間產生空間上之溫度梯度。其中對容器或蝕刻介質進行均勻加熱，即對蝕刻介質之體積進行統一加熱。較佳透過容器壁來冷卻蝕刻介質。可透過以下方式來促進冷卻：容器或容器壁具有導熱性高之材料，如金屬材料。如此便能為蝕刻介質迅速散熱遂使其被動冷卻。亦可用某種冷卻介質(如水)來主動冷卻容器壁。為了節約處理成本，較佳係採用導熱容器。此舉之另一優點在於：由於未增加製程成本，因而能簡單且廉價地產生溫度梯度。 -另一方案為採用局部地佈置在某個容器壁上的熱源。該熱源可佈置在容器側邊、上方及/或下方。在此情形下，圍繞此熱源大體同心地形成溫度梯度，使得與熱源愈遠，溫度愈低。 -透過以下方式來實現產生空間上之溫度梯度的一種特殊具體例：局部地將電磁輻射，較佳雷射束，對準蝕刻介質或者玻璃元件之表面區域。從而特別是形成小體積之溫度梯度。如此便能產生例如僅包括數μm因而能夠局部起作用的溫度梯度。此舉之優點在於：該溫度所引起之去除率或蝕刻介質的變化僅限於玻璃元件的規定區域，如某些空隙。如此便能在各空隙上或周圍較佳個別地產生或避免凸起。 -另一方案為加熱玻璃元件之支架。在支架以及較佳屏蔽元件被加熱的情況下，特別是在緊鄰被支架屏蔽之區域的區域上的去除率可能發生變化。如此便能在產生平台狀凸起及特殊結構之處控制去除率。 -產生空間上之溫度梯度的另一方案為，在可佈置在蝕刻介質中之適宜地點的兩個電極之間產生若干電壓弧或至少一個電壓弧。在此情形下，此等電壓弧之區域內的蝕刻介質被局部加熱並且特別是發生運動。
亦可透過玻璃元件在蝕刻介質內之特殊空間佈置方案來調節去除率，特別是以與重力或蝕刻介質之運動方向相關的方式為之。為了加快空隙內的去除率，例如可使玻璃元件中之空隙的縱向平行於蝕刻介質之運動方向。亦即，玻璃元件之表面橫向於即垂直於蝕刻介質之運動方向。採用此種定向便能確保蝕刻介質穿過空隙進行運動。如此便能例如將溶解玻璃飽和之蝕刻介質自空隙運出，從而在空隙內實現恆定之高去除率，因為經中和的蝕刻介質不停留在空隙內，特別是總是有新鮮之不飽和蝕刻介質可供使用。
在蝕刻介質並非主動地、例如透過前述方案中的一項發生運動時，空隙或玻璃元件之棱邊的區域內的去除率因就玻璃元件之表面而言的較大表面而先是提高。不過與玻璃元件之表面相比，空隙之區域內的去除率大幅下降，因為蝕刻介質快速飽和或中和。蝕刻介質進一步飽和時，蝕刻介質之密度特別是重量亦因溶解之玻璃材料而提高。在空隙之縱向與重力方向對齊的情況下，較重的蝕刻介質亦可自空隙下沉。由此，至少部分地環繞空隙且較佳朝重力方向即下沉方向或者一般而言朝飽和蝕刻介質之運動方向地形成凸起。蝕刻介質的飽和可使得去除率至少部分地環繞空隙且較佳朝飽和蝕刻介質之運動方向地降低，從而形成凸起。
另一方面，在與下沉方向或運動方向相對的一側上可產生較高的去除率，因為在此處連續地將新鮮蝕刻介質輸入。因此，特別是單憑在蝕刻介質內對玻璃元件或空隙進行定向，不僅能引起蝕刻介質之運動，還能較佳影響空隙之區域內的去除率。
因此，特別是相對於蝕刻介質之運動方向對蝕刻介質內的玻璃元件進行定向，使得飽和之蝕刻介質停留在玻璃元件之專設位置的區域內以產生凸起及/或平台狀凸起，特別是並非將其運走。為此，可將玻璃元件或玻璃元件之表面例如相對於容器底部及/或蝕刻介質之運動方向，如下沉方向或流動方向，以0°(平行)至360°(平行)，較佳90°(垂直)至270°(垂直)的角度定向。亦可採用約180°之角度。較佳亦可採用其他角度，例如玻璃元件與蝕刻介質之運動方向形成非常傾斜的角度，其較佳為10°至80°，較佳為20°至70°，尤佳為30°至50°。
此外，亦可透過玻璃元件之厚度或空隙之長度來控制特別是空隙之區域內的去除率。如前所述，空隙之區域內的蝕刻介質更快地飽和以及/或者蝕刻介質之運動受到空隙壁之更窄邊界的限制。二者使得空隙之區域內的去除率低於玻璃元件之表面上的去除率。由此，在空隙之區域或空隙內部與玻璃元件之表面上的區域之間存在濃度梯度以及特別是去除率之時間上的梯度。有鑒於此，透過改變空隙之長度，即玻璃元件之厚度，便能改變空隙之區域內的蝕刻介質的運動，從而特別是改變空隙之區域內的蝕刻介質的濃度梯度或飽和程度。透過相應地選擇玻璃元件之定向以及較佳地選擇其他參數(如蝕刻介質之運動及/或溫度梯度)，例如便能在玻璃元件的一側上，在該棱邊上形成脊線或凸起，並且在相對側上避免脊線或凸起。
本揭示案中之玻璃元件主要可用來製造電光器件之氣密封裝的組件、微流控單元、壓力感測器及攝影機成像模組。
圖1為具有第一表面2及第二表面3以及厚度D之玻璃元件1的示意圖。第一表面2係與第二表面3相對佈置，尤佳平面平行。玻璃元件1進一步在縱向L及橫向Q上延伸。玻璃元件1較佳亦具有至少一個側面4，其在理想情況下包圍玻璃元件1且其高度與玻璃元件1之厚度D相對應。理想情況下，玻璃元件1之厚度D及側面4之高度係在縱向L上延伸。第一表面2及第二表面3可進一步在橫向上延伸。
在第一方法步驟中，藉由雷射器101，較佳為超短脈衝雷射器101，在玻璃元件1之體積中產生損傷，特別是通道15或通道形損傷15。為此，藉由聚焦光學器件102，如透鏡或透鏡系統，將雷射束100聚焦並對準玻璃元件1的一個表面2、3，較佳係第一表面2。透過聚焦，特別是藉由將雷射束100拉長地聚焦在玻璃元件1之體積內部的一個區域，雷射束100由此而射入的能量確保產生絲狀損傷，其例如透過數個例如形式為脈衝群的雷射脈衝而被拓寬成通道15。
如圖2所示，較佳在進一步的步驟中產生數個通道15，理想情況下，該等通道並排佈置，使得大量通道15形成一個穿孔，並且此穿孔或者說此等大量通道形成結構16之輪廓。在最好的情況下，以此方式產生的結構16與待產生之空隙的形狀相對應。換言之，選擇距離及通道15之數量，以便形成待產生之空隙的輪廓。
圖3示出進一步的步驟。將玻璃元件1可拆卸地佈置在支架50上。其中，玻璃元件1可僅擱置在支架50上，或者可固設在支架上。較佳地，支架50的特定區域係用於遮蓋或屏蔽玻璃元件1的定義區域。亦可為此而採用其他元件，如一或數個聚合物層或成型元件。被支架、聚合物層及/或成型元件遮蓋的區域較佳用作針對玻璃元件1之表面2、3之待產生凸起結構的遮罩。同時，第一及第二表面2、3亦可被完全屏蔽，以避免玻璃元件之表面的凸起結構並且產生至少一個特別平直或平面的表面。當然，亦可在使用雷射器101前就遮蓋此類區域。被遮蓋之區域亦應用作針對玻璃元件1在下一步驟中所承受之蝕刻介質的屏蔽件。
為此，玻璃元件1藉由支架50被保持且特別是浸泡在蝕刻介質200中，較佳為蝕刻液，該蝕刻介質較佳被佈置在容器202中。理想情況下，容器202為此而具有實質上能耐受蝕刻介質200之材料。該容器較佳具有某種材料，其能夠將特定元素或物質，如特定之離子或分子，釋放至蝕刻介質200。在最好的情況下，容器202所釋放之此等物質改變蝕刻介質200之蝕刻能力，從而加快或降低玻璃元件之材料的去除率。
較佳使用酸性或鹼性溶液作為蝕刻介質200，特別是鹼性溶液，例如KOH。在最好的情況下，蝕刻液之蝕刻能力受到容器202之材料以及加入蝕刻液之添加劑的影響。透過將玻璃元件曝露於蝕刻介質200來將玻璃元件之材料去除，從而產生去除量70或去除率，其可受多種因素影響。
第一種因素為玻璃元件1的蝕刻溫度。較佳在60℃至130℃，理想情況下約100℃之溫度條件下實施蝕刻過程，其中，透過溫度低於熱源的容器壁而較佳形成溫度梯度。
此外，去除率較佳亦因蝕刻介質200發生運動而受影響，特別是加快。為此，例如可使用一或數個攪拌單元60。可使用機械或電子驅動之攪拌單元60，如攪拌棒，或者用磁場控制之磁性攪拌器。在最好的情況下，攪拌單元60如此地工作，使其實施旋轉運動從而使得蝕刻介質發生運動。
在另一具體例中，容器202例如可被至少一個間壁分為數個區域。其中，較佳使用將容器202分成兩個區域的間壁51。在第一區域內例如可佈置一或數個攪拌單元60，在第二區域內較佳佈置一或數個玻璃元件1。在此情形下，間壁51較佳具有一或數個通路，其將第一區域與第二區域連接在一起以透過此等通路實現蝕刻介質200之交換。如此便能針對性地使得蝕刻介質200發生運動，特別是實現或控制蝕刻介質200的定義之流動方向。
圖4為圖3所示蝕刻過程在進一步之時間點上的示意圖。此外，在圖4所示蝕刻過程中不使用任何攪拌單元60，因而蝕刻介質200不發生運動。如此便能在去除率有所提高的區域內更快地對蝕刻介質200進行中和，使得蝕刻介質200在此等區域內被耗盡。圖4中，透過上述方式被耗盡的蝕刻介質201顯示在第一表面2及第二表面3之區域內。整體而言，在未被保持元件50屏蔽的區域上，材料被去除。此點主要涉及此等通道，亦可涉及第一表面2及/或第二表面3的特定區域。在此過程中，數個通道的通道壁較佳被去除以使數個通道相結合從而產生該空隙10。
在圖4之實例中示出一個玻璃元件1，該玻璃元件中透過蝕刻而產生凸起結構，或者顯示一個具有凸起結構的玻璃元件1。此凸起結構一方面由平台狀凸起30形成，其特別是在玻璃元件1之邊緣區域上透過支架50之屏蔽而產生，該凸起結構另一方面由凸起20形成，該凸起較佳環繞空隙10地構建。凸起20具有互成銳角之內表面21及外表面22。此外，空隙10具有空隙內表面12，其較佳如此地定義，使得空隙內表面12在至少兩個空間方向上完全包圍空隙10。空隙10可在縱向L及橫向Q上延伸，並且特別是形成某個長度，其沿縱向L橫向於第一表面2及/或第二表面3地延伸。空隙10之長度及凸起之高度H2可共同地與玻璃元件1之厚度D相對應。但同時，空隙10之長度亦可與厚度D相對應。此外，空隙10特別是在空隙內表面12之區域內形成棱邊40，其具有圓頂形凹陷。
平台狀凸起30可具有邊沿31，其與玻璃元件1的第一表面2及/或第二表面3形成鈍角，其中，平台狀凸起30之形狀即平台在理想情況下與支架50的形狀相對應，支架形狀又與經屏蔽之區域的形狀相對應。平台狀凸起30之高度H1可小於玻璃元件1之厚度D並且較佳平行於厚度D。
圖5為不同蝕刻條件下玻璃元件1之表面的測得平均粗糙度(Ra)(縱軸)與去除量(Removal)(橫軸)的關係圖。相應之蝕刻條件用不同的測量結果示出。 •顯示為黑色空心環的測量結果表示某種蝕刻過程，其中蝕刻介質200特別是透過至少一個攪拌單元60而發生運動。此外係使用某個容器202，其較佳包括金屬材料。 •顯示為黑色實心圓圈的測量結果表示某種蝕刻過程，其中玻璃元件1至少部分地較佳透過聚合物層，特別是全氟烷氧基聚合物，而與蝕刻介質200隔絕。此外，蝕刻介質200並未主動地發生運動。 •顯示為黑色圖案化環的測量結果表示某種蝕刻過程，其中玻璃元件1至少部分地較佳透過聚合物層，特別是全氟烷氧基聚合物，而與蝕刻介質200隔絕。此外係使用較佳具有金屬材料的容器202，並且蝕刻介質200不發生運動。
自上述結果可看出，在實施了蝕刻介質200發生運動的蝕刻過程後，玻璃元件1之表面2、3具有極小的平均粗糙度。此平均粗糙度較佳介於2 nm與10 nm之間，因而玻璃元件1具有非常平滑的表面2、3，蝕刻介質200之運動較佳引起極小的平均粗糙度。此外亦可看出，在此等條件下，小於10 μm的材料去除非常小，亦即，僅需少量去除便能產生較小的平均粗糙度。
此外還發現，使用針對蝕刻介質的屏蔽件會引起大得多的平均粗糙度，因而引起玻璃元件之粗糙及/或暗淡程度大得多的表面2、3。換言之，與蝕刻介質200發生運動之蝕刻過程結束後相比，在蝕刻介質200不發生運動的蝕刻過程結束後，玻璃元件1具有粗糙程度大得多的表面。較佳地，蝕刻介質200發生運動之蝕刻過程後的平均粗糙度約為5 nm至130 nm。此外可自此等結果看出，需要採用高得多的去除量方能產生具有較高平均粗糙度的表面2、3，即粗糙及/或非常暗淡的表面2、3。在此情形下，去除量較佳高於15 μm。
在數個情形下，即在蝕刻介質200發生運動及不發生運動的情形下，皆使用具有金屬材料的容器202，故其似乎對表面2、3的粗糙度影響不大。
圖6為採用三種不同玻璃(玻璃A、玻璃B及玻璃C)時，在蝕刻介質200中的空隙區域內，去除率(R e，單位為μm/小時)之測量資料與玻璃濃度(g/升)的關係圖。該圖表表明，在去除期間即蝕刻期間形成去除梯度。特別是在採用玻璃A及玻璃C的情況下，在蝕刻介質200中之玻璃濃度提高的同時，去除率一開始先是中度，而後大幅升高。一旦達到特定之濃度值，即蝕刻介質達到一定飽和度，所有三種玻璃之去除量皆有所下降。
特別是在採用玻璃C時可明顯看出，達到該飽和度後去除率降至大體恆定之較低值。此點可解釋為：蝕刻介質200中之玻璃濃度在空隙10之區域內先是大幅升高，隨後，具有較高玻璃濃度的蝕刻介質200停留在空隙10之區域內或者未被運走。其原因可能在於富含玻璃之蝕刻介質200的密度，該密度與具有較低玻璃濃度之蝕刻介質200的密度相當。蝕刻介質200在空隙10之區域內不運動或僅輕微運動，使得具有較高玻璃濃度的蝕刻介質200未被運走。由此，空隙之區域內的蝕刻介質的玻璃濃度高於玻璃元件之表面2、3上的玻璃濃度。
玻璃B及C則有所不同。在去除率達到較高值後並且隨著玻璃濃度的提高而重新下降，該去除率在達到較低值後重新上升。此點可解釋為：在玻璃B及玻璃C中，與具有較低玻璃濃度之蝕刻介質200相比，富含玻璃之蝕刻介質200密度更高因而更重。因而在玻璃元件之表面平行於容器底部的情況下，具有較高玻璃濃度之蝕刻介質200會自空隙10之區域沉降，由此，可重新有新鮮蝕刻介質200進入空隙之區域。在此情形下，新鮮蝕刻介質亦使去除率重新上升，該去除率在蝕刻介質200之玻璃濃度再次達到臨界值時再次下降。整體而言，可利用此種效果來針對性地控制去除率並且設定去除率的期望梯度，具體方式例如在於相應地在蝕刻介質200中對玻璃元件1進行定向，或者在某個定義之方向上移動蝕刻介質200。如此便能針對性地產生具有較高玻璃濃度的區域，在此等區域上較佳基於低去除率來形成凸起20。
換言之，可針對性地透過蝕刻介質200之定義玻璃濃度及去除率來特別是就地控制凸起20之形成、其高度H2及/或其形狀。
一般性而非侷限於所示測量結果地，該凸起特別是凸起20之高度H1、H2及/或形狀主要受以下製程參數的影響，例如去除率、蝕刻介質200之成分、特別是蝕刻介質200之玻璃濃度、蝕刻介質200之運動及較佳定義之流動方向、蝕刻過程的持續時間及/或蝕刻介質200之溫度。
為此，圖7示出溫度對去除率的影響。圖中為凸起20之高度H2的測量結果與蝕刻介質200之溫度以及空隙10之形狀的關聯。橫軸下方繪出不同形狀。蝕刻介質200之運動方向平行於第一及第二表面2、3。如圖所示，與溫度為80℃之蝕刻介質相比，蝕刻介質200的溫度例如為125℃時，在空隙10的所有形狀或結構上，凸起20皆更高。亦即，並非侷限於所示示例性結構地，可透過設定蝕刻介質之溫度來決定性地控制特別是至少部分地環繞空隙10之凸起20的高度H2。
去除率在溫度升高時上升，從而有更多材料分解。由此，去除程度較高之區域周圍，特別是空隙10周圍的蝕刻介質200迅速飽和，使得此區域內的去除率迅速下降。因而一般而言，凸起20的高度H2與去除量或去除率成比例。去除量愈高，凸起20之高度H2愈大。在不含空隙10之區域內，例如在第一及第二表面2、3之區域內，去除率遠高於圍繞空隙10的區域。換言之，可如此地設定去除率，使得在玻璃元件1的某個區域內的去除率高於另一區域內(如至少部分地環繞空隙10之區域內)的去除率。
特別是與蝕刻介質200及/或支架50之設定運動相關地，可不對稱地成形特別是環繞空隙10的凸起20。在另一具體例中，凸起20亦可特別是環繞空隙10對稱地成形。在此情形下，空隙10本身係相對於平行於縱向L之旋轉軸對稱式構建。本發明中之對稱係指特別是環繞空隙的凸起20大體上具有一致的高度及/或一致的形狀，如斜率。因而本文中之不對稱意味著，特別是環繞空隙的凸起20至少局部地具有不同的高度及/或斜率。
結合圖7亦可看出另一效果。特別是在空隙呈長形時，高度偏差的大小與相對於運動方向的定向相關。例如在呈長形時，在蝕刻槽橫向於縱向地被流過的情況下(左起第3個測量值)，高度偏差遠小於縱向被流過時(左起第6個測量值)。此點歸因於蝕刻介質之液體穿過空隙所需的時間。左起第3個測量值的持續時間遠小於左起第6個測量值的持續時間。因而根據本發明的一具體例，期望之高度偏差一般而言可透過調節蝕刻介質流過空隙的時間以及/或者透過相對於運動方向或流動方向對空隙進行定向來調節。
圖8為另一具體例的示意圖。並非侷限於所示實例地，可藉由分體式容器202來規定蝕刻介質200的流動方向。在此實例中，藉由攪拌單元60，如推進器或磁性攪拌器使得蝕刻介質200發生運動。其中，具有攪拌單元60的區域例如可被間壁51至少部分地與第二區域空間分離，在該第二區域內，該玻璃元件1或較佳數個玻璃元件1特別是被佈置在支架50中。在圖8所示之實例中，分別具有數個玻璃元件1的數個、特別是兩個支架50佈置在第二區域內。間壁51較佳具有一或數個通路，其將第一區域與第二區域連接在一起以透過此等通路實現蝕刻介質200之交換。如此便能在第二區域內實現蝕刻介質200之運動或循環，特別是對流，其中，該對流用虛線表示。較佳地，該等支架係如此地實施，使其可發生運動，特別是以玻璃元件1在蝕刻介質內部可動的方式發生運動。為此，圖8中示出支架50或玻璃元件1的兩個可能之運動B1、B2。B1例如為玻璃元件1或支架50的上下運動。亦即，玻璃元件1可相對容器底部而言特別是不斷變換地例如以恆定的頻率及/或恆定的距離進行沉降運動。該上下運動的距離可根據玻璃元件1的長度、定向及容器202的高度而任意變化。一般而言，可沿具有至少一個方向反轉的路徑在蝕刻介質中移動玻璃元件1。
玻璃元件1或支架50的另一運動方式為旋轉運動B2。因此，支架50可構建成使得玻璃元件1圍繞至少一個軸線可旋轉或旋轉。較佳地，玻璃元件1亦可圍繞較佳垂直於第一軸線的第二軸線旋轉。
一般而言，根據一具體例方式，該支架作為整體可在一個大體閉合之例如呈矩形/多邊形/橢圓形路徑上運動，而不圍繞自有軸線旋轉。如此便能在採用此種閉合式路徑的情況下，防止旋轉在玻璃元件上產生蝕刻介質之因地而異的流動速度。根據一般性之有利方案，玻璃元件1不發生旋轉地在一或數個空間方向上或其組合上在蝕刻介質中進行運動。
特別是在玻璃元件1之運動與蝕刻介質200之運動組合在一起時，便能對稱或不對稱地成形該凸起結構或凸起20或若干凸起20。例如可透過以下方式來實現對稱之凸起20：玻璃元件1圍繞軸線旋轉，該軸線橫向於、特別是垂直於蝕刻介質200之運動方向地佈置。玻璃元件1較佳可圍繞垂直於第一及/或第二表面2、3的軸線旋轉。形成對稱之結構或凸起20的另一方案在於：玻璃元件1較佳在蝕刻介質200不發生運動的情況下上下運動。較佳地，玻璃元件1在蝕刻介質200不發生運動或不均勻運動的情況下圍繞特別是彼此垂直的兩個軸線旋轉，以產生對稱之凸起20。
而在以下情況下產生不對稱之結構或凸起20：蝕刻介質200及/或富含玻璃之蝕刻介質200發生運動。在此情形下，較佳在蝕刻介質200之運動方向或沉降方向上形成凸起20，因為富含玻璃之蝕刻介質200會在局部引起降低的去除率。
另一控制參數為玻璃元件1在蝕刻介質中的定向。如圖8所示，玻璃元件1或數個玻璃元件1較佳相對於容器底部豎向、橫向或垂直地定向。如此便能相對於蝕刻介質之運動方向對玻璃元件1進行定向，以便特別是控制至少一個凸起20的結構及/或形狀。在右支架50中，玻璃元件1相對於容器底部及/或蝕刻介質200之運動方向例如傾斜定向。如此便能較佳地例如在玻璃元件1的特定棱邊上形成蝕刻介質200之渦旋。在此種情形下，透過用渦旋將富含玻璃之蝕刻介質200迅速運走便能特別是在局部實現加快的去除率。
相對於蝕刻介質之流動方向將基板斜置會改變該二側間的流態/流速。
從而相對於第一及/或第二表面2、3產生較佳至少部分地環繞空隙10的凹陷。
在另一具體例中，玻璃元件1可大體上平行於容器底部或者較佳地水平定向。在此情形下，富含玻璃之蝕刻介質200可穿過空隙10沉降並且特別是環繞空隙均勻分佈，從而在與容器底部相對佈置的表面2、3上產生對稱之凸起20。而在背離容器底部的表面2、3上無法形成凸起20，或者至少是具有較小高度H2的凸起20。舉例而言，第一表面2朝向容器底部，此時在該第一表面2上產生凸起20。而在與第一表面相對佈置的第二表面3上產生具有較小高度H2的凸起20。
圖9為凸起20之高度H2(用單位為μm 3的體積來表示)與蝕刻介質200之運動的關係圖。圖中示出五個樣本，即在蝕刻介質200之不同程度運動時經蝕刻的玻璃元件1。其中，蝕刻介質藉由磁性攪拌器或魚形攪拌棒(Rührfisch)以每分鐘120轉的平均或普通循環(測量值「M」)、每分鐘50轉的較小攪拌運動(測量值「Ls」)及每分鐘400轉的強力攪拌運動(重複測量，測量值「Hs1」、「Hs2」、「Hs3」)而發生運動。顯然，與在輕度攪拌運動時被蝕刻的玻璃元件1相比，在強力攪拌運動Hs時被蝕刻的三個玻璃元件1具有較小的凸起20之體積，特別是高度H2較小的凸起20。因而藉由蝕刻介質200的強力循環便能降低凸起20的高度H2。反之，若蝕刻介質200僅發生輕微運動或根本不發生運動，則可提高凸起20。
圖10示出藉由前述方法製成之玻璃元件1的實例。圖示之測量資料/環繞空隙之基板表面的表面形貌係用白光干涉儀基於像素地攝製並且將評價結果顯示為灰度影像(圖10上半部)。玻璃元件具有不對稱之結構或凸起20。圖10上半部為玻璃元件1的俯視圖，其中，玻璃元件1特別是在所示局部中具有直徑較佳約為800 μm之空隙10。如前所述，不對稱之結構或凸起20的高度值顯示為灰度值，其中，該等高度值可藉由右邊緣上之灰階而估算或讀取。因此，不對稱之結構的形狀或者凸起20的形狀可在明亮之灰度值上或者在特別是環繞空隙10之大體呈白色的面積上明顯看出。
圖中亦有示出線條Y-Z。根據此等資料算出並內插之沿此線條的高度剖面顯示在該圖下方之圖表中。此線條Y-Z係橫跨空隙10。根據此等資料算出並內插之沿此線條Y-Z的高度剖面顯示在該圖下方之圖表中。結合圖10之下半部中的高度剖面或凸起20之表面形貌便能簡單地看出凸起20的不對稱特性。約800 μm與約1600 μm間缺失的值表示空隙10。從中可明顯看出，與200 μm至800 μm之前距離區段相比，線掃描之後區域內，特別是1600 μm至2200 μm之距離區段中的凸起20幅度大得多，即具有更大的值。
與圖10中之展示形式類似地，圖11示出另一具體例。在此情形下，用白光干涉儀測得之表面形貌係用兩個高度剖面表示。其中，被稱為切片1的第一高度剖面大體橫向於被稱為切片2的第二高度剖面。此實例中之玻璃元件1亦具不對稱之結構，其可構建為凸起20，亦可構建為凹部。結合圖11之下半部中的高度剖面便可看出，該結構在第一線掃描之區域內先是形成凹部，並且隨著與空隙10之距離變小而變成隆起20，其中，斜率大體上朝空隙10方向變大，從而特別是在空隙10的每一側上或者至少部分環繞空隙10地形成局部最小值。結合第二線掃描可明顯看出該結構的顯著不對稱特性，其中，該結構在約420 μm前之前掃描距離區段中構建為凹部，在後距離區段中，特別是在約1300 μm起之與前距離區段相對的一側上，構建為凸起20。
圖12示出玻璃元件1之另一具體例。玻璃元件1具有大體對稱之結構，或者凸起20之對稱特性。凸起20在本圖中環繞空隙10地佈置。空隙10在此實例中如此地成形，使其具有朝影像下緣遞減的寬度，較佳使得空隙10成形為尖端。凸起20之高度朝空隙方向遞增，參閱淺色調及線掃描Y-Z之所示高度剖面。所示之影像區較小，因而線掃描僅能部分地記錄凸起20，特別是玻璃元件1的表面形貌。
圖13中示出玻璃元件1之表面2、3的表面形貌測量。右欄示出相對於表面2、3的偏差即凸起20之高度H2。圖中可明顯看出，凸起20環繞空隙10佈置，凸起20之外表面22較佳與玻璃元件1之表面2、3形成鈍角。此外，凸起之內表面21在理想情況下與外表面22形成銳角。在此實例中，凸起20之外表面22順暢地過渡至玻璃元件1之表面2、3。亦即，宏觀而言在凸起20之外表面22與玻璃元件之表面2、3間不存在任何明顯的過渡部。此外，圖6之實例表明，數個凸起20在表面2、3上共同成形一個凸起之結構，其在此特別是構建為四個凸起20間，或數個空隙10間的交叉結構。
圖14中示出用表面2、3改質法製成之玻璃元件1，其佈置在玻璃板上。環繞用該方法製成之玻璃元件1的空隙10地構建有若干凸起20。由於凸起20，環繞凸起20地產生了玻璃元件1與玻璃板間之改變後的距離，即玻璃板與玻璃元件1間之流體層的改變後的厚度。此種改變後的厚度又使得光在流體層與兩個玻璃元件的兩個界面上發生不同折射，且其波長發生干涉，從而產生可見牛頓環。換言之，可見牛頓環以簡單的方式表明存在凸起20。如圖所示，此等凸起20特別是環形地環繞空隙10。牛頓環並未中斷，因而凸起20完全包圍空隙10。
1:板狀玻璃元件 2:第一表面 3:第二表面 4:側面 10:空隙 11:空隙之壁部 12:空隙內表面 15:通道/通孔 16:結構 20:凸起 21:凸起之內表面 22:凸起之外表面 30:平台狀凸起 31:平台狀凸起之邊沿 32:平台 40:棱邊 50:支架 51:間壁 60:攪拌單元 70:去除量/蝕刻過程 90:牛頓環 100:雷射束 101:雷射器/超短脈衝雷射器 102:聚焦光學器件 200:蝕刻介質 201:被耗盡的蝕刻介質 202:容器 L:縱向 Q:橫向 H1:平台狀凸起之高度 H2:凸起之高度 B1、B2:支架之運動 D:玻璃元件之厚度
下面將參照所附圖式更詳細地闡述本發明。在圖式中，相同符號用以標示相同或相應之元件。其中： 圖1為雷射在玻璃元件中產生損傷之示意圖； 圖2為具有數處損傷之玻璃元件的示意圖； 圖3為玻璃元件之蝕刻過程的示意圖； 圖4為進一步蝕刻時之玻璃元件的示意圖； 圖5為玻璃元件之表面在不同條件下蝕刻後的平均粗糙度圖表； 圖6為去除率之測量資料與玻璃濃度的關係圖； 圖7為凸起高度之測量結果與蝕刻介質之溫度以及空隙之定向及形狀的關聯； 圖8為蝕刻介質發生運動之容器中多個玻璃元件之蝕刻過程的示意圖； 圖9為凸起高度與蝕刻介質之運動的關係圖； 圖10為具有不對稱凸起之玻璃元件的俯視圖及凸起的高度剖面； 圖11為具有不對稱凸起之玻璃元件的俯視圖及凸起的兩個高度剖面； 圖12為具有對稱凸起之玻璃元件的俯視圖及凸起的高度剖面； 圖13為玻璃元件之表面上的凸起的表面測量結果； 圖14為兩個疊置的玻璃元件。
1:板狀玻璃元件
2:第一表面
3:第二表面
15:通道/通孔
50:支架
60:攪拌單元
70:去除量/蝕刻過程
200:蝕刻介質
202:容器
L:縱向
Q:橫向
D:玻璃元件之厚度

Claims (16)

  1. 一種板狀玻璃元件(1)，其具有第一表面(2)及與該第一表面(2)相對佈置的第二表面(3)以及至少一個貫穿該等表面(2、3)中的至少一個的空隙(10)，其中，該空隙(10)在縱向(L)及橫向(Q)上延伸，該空隙(10)之縱向(L)橫向於被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)， 其特徵在於： 被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)具有以下特徵中的至少一個： -該表面(2、3)具有至少部分地環繞該空隙(10)的至少一個凸起(20)，其中，該凸起(20)具有低於5 μm的高度， -該表面(2、3)具有至少一個平台狀凸起(30)，其高度(H1)大於0.05 μm，較佳0.5 μm，較佳大於1 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於12 μm， -該表面(2、3)具有平均粗糙度(Ra)，其大於15 nm，較佳大於25 nm，較佳大於40 nm以及/或者小於100 nm，較佳小於80 nm，較佳小於60 nm。
  2. 如請求項1之板狀玻璃元件(1)， 其中， 該凸起(20)具有以下特徵中的至少一個： -該凸起(20)完全包圍該空隙(10)， -該凸起(20)在其朝向該空隙的一側上構建為該空隙(10)之壁部(11)的延長部， -該凸起(20)之內表面(21)與該凸起(20)之外表面(22)形成銳角，其中，該內表面(21)朝向該空隙(10)，該外表面(22)背離該空隙(10)， -該外表面(22)與被該/該等空隙(10)貫穿的第一表面(2)形成鈍角， -該凸起具有橫向尺寸，其大於5 μm，較佳大於8 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於5 mm，較佳小於3 mm，較佳小於1 mm。
  3. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)， 其中， 該玻璃元件(1)具有大於10 μm，較佳大於15 μm，較佳大於20 μm以及/或者小於4 mm，較佳小於2 mm，較佳小於1 mm的厚度(D)。
  4. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)， 其中，具有以下特徵中的至少一個： -該空隙(10)構建為通道(15)，該通道穿過該玻璃元件(1)自該第一表面(2)延伸至該第二表面(3)並且貫穿該二個表面(2、3)， -該空隙(10)之壁部(11)具有數個圓頂形凹陷。
  5. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)， 其中， 透過數個穿過該玻璃元件(1)自該第一表面(2)延伸至該第二表面(3)並且直接相鄰接的通孔(15)而形成一個棱邊(40)，該棱邊形成該玻璃元件(1)之至少部分包圍該玻璃元件(1)的外棱，或者該玻璃元件(1)之至少部分包圍該空隙(10)的內棱，其中，該棱邊(40)具有數個圓頂形凹陷。
  6. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)， 其中， 該/該等凸起(20)具有高度(H2)，該高度平行於該/該等凸起(10)之縱向(L)並且特別是橫向於該第一表面(2)及/或第二表面(3)。
  7. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)， 其中，具有以下特徵中的一個： -該凸起(20)係對稱地成形， -該凸起(20)係不對稱地成形。
  8. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，具有以下特徵中的一個： -該玻璃元件(1)之內棱具有數個圓頂形凹陷，並且該玻璃元件(1)之第一表面(2)及第二表面(3)構建為無圓頂， -該玻璃元件(1)之內棱具有高於該玻璃元件(1)之第一表面(2)及第二表面(3)的平均粗糙度(Ra)。
  9. 一種改質板狀玻璃元件(1)之表面(2、3)的方法，該玻璃元件具有第一表面(2)及與該第一表面(2)相對佈置的第二表面(3)以及至少一個貫穿該等表面(2、3)中的至少一個的空隙(10)，其中，該空隙(10)在縱向(L)及橫向(Q)上延伸，該空隙(10)之縱向(L)橫向於被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)，其中，在該方法中： -提供該玻璃元件(1)， -由超短脈衝雷射器(101)之雷射束(100)在該玻璃元件(1)中產生至少一個絲狀通道(15)，其中，該通道之縱向(L)橫向於該玻璃元件(1)之表面， -將該玻璃元件(1)之被該通道貫穿的表面(2、3)曝露於蝕刻介質(200)，該蝕刻介質以一定的去除率去除該玻璃元件(1)之玻璃，其中，該通道被該蝕刻介質拓寬，從而形成空隙(10)， -其中，用該蝕刻來產生被該空隙(10)貫穿的表面(2、3)的以下特徵中的至少一個： 該表面(2、3)具有至少部分地環繞該空隙(10)的至少一個凸起(20)，其中，該凸起(20)具有低於5 μm的高度(H2)， 該表面具有平台狀凸起(30)，其高度(H1)大於0.05 μm，較佳大於0.5 μm，較佳大於1 μm，較佳大於10 μm以及/或者小於該蝕刻去除量的100%，較佳小於95%，較佳小於該蝕刻去除量的90%， 該表面(2、3)具有平均粗糙度(Ra)，其大於15 nm，較佳大於25 nm，較佳大於40 nm以及/或者小於100 nm，較佳小於80 nm，較佳小於60 nm。
  10. 如請求項9之方法， 其中， 使得該蝕刻介質(200)發生運動，從而透過該蝕刻介質(200)之運動來加快或降低該去除率。
  11. 如請求項10之方法， 其中，具有以下特徵中的至少一個： -使得該玻璃元件(1)不發生旋轉地在一或數個空間方向上或其組合上在蝕刻槽中進行運動， -該玻璃元件沿具有至少一個方向反轉的路徑進行運動， -使得該玻璃元件(1)圍繞橫向於、特別是垂直於該蝕刻介質(200)之運動方向的軸線旋轉， -使得該玻璃元件(1)圍繞垂直於該第一及/或第二表面(2、3)的軸線旋轉。
  12. 如前述請求項中任一項之方法， 其中， 使得該蝕刻介質(200)在該玻璃元件(1)之表面(2、3)上的至少一個定義區域內改質並且使得此區域內的去除率與包圍之區域相比發生變化。
  13. 如前述請求項中任一項之方法， 其中， 透過產生空間上及/或時間上之溫度梯度來調節該去除率。
  14. 如前述請求項中任一項之方法， 其中， 透過該玻璃元件在該蝕刻介質(200)內之空間佈置方案來調節該去除率，特別是以與重力或該蝕刻介質(200)之運動方向相關的方式為之。
  15. 如前述請求項中任一項之方法， 其中， 透過選擇玻璃組成與蝕刻介質(200)之組成的組合來調節該去除率。
  16. 一種前述請求項中任一項之玻璃元件(1)之應用，其係用於製造電光功能之氣密封裝的組件、微流控單元、壓力感測器及/或攝影機成像模組。
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