TW202233537A - 具有結構化壁部的玻璃元件及其製造方法 - Google Patents

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安妮卡 赫爾伯格
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拉斯 米勒
大衛 蘇爾
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Abstract

本發明係有關於一種板狀玻璃元件，具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料以及兩個相對表面。玻璃元件進一步具有至少一個貫穿玻璃元件之玻璃且具有空隙壁的空隙，空隙壁圍繞空隙延伸並與兩個相對表面鄰接。空隙壁具有包含大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷之結構。由此等凹陷及圍繞凹陷之脊線形成空隙壁之粗糙度。空隙壁之平均粗糙度(Ra)低於5 μm，較佳低於3 μm，較佳低於1 μm。本發明進一步係關於一種具有結構化壁部之板狀玻璃元件的製造方法，其中，藉由設置雷射參數，對空隙壁之結構或粗糙度進行針對性調節。

Description

具有結構化壁部的玻璃元件及其製造方法
本發明係有關於一種板狀玻璃元件，具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料(glasiges Material)、兩個相對表面以及貫穿該玻璃元件的玻璃且具有結構化空隙壁之空隙。本發明進一步係關於一種製造具有結構化壁部之板狀玻璃元件的方法，其中，藉由設置雷射參數來針對性地調節該空隙壁之結構。
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裝置使用。為了能夠在越來越小的技術應用或部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、凹洞及開口，以及將基板表面結構化。亦即，須在基板中形成幾微米範圍內的結構。
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、殘痕或應力。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，例如開設孔洞及開口。
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。該等方法在幾百微米範圍內工作，此點不僅特別影響待開設之孔洞、凹洞及開口的尺寸，而且主要對由此而在基板中所產生的表面有影響。因此，上述方法不適合用來在基板中形成微結構。
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，各種具有紅外線波長(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)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中表面開口區域須經專門結構化處理之基板。
上述基板主要指必須適用於特殊應用之部件或基板。相關例子包括用於微流控細胞(Mikrofluidzelle)之玻璃基板，其要求流體通道內部的表面特別光滑，以便將流體在通道壁上遇到的阻力降到最低。另一應用領域為具有定製玻璃間隔件之電光轉換器。此等電光轉換器能夠在不同的主動部件與被動部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，以達到保護敏感部件之目的。為了將此等敏感部件以最佳方式固定在基板或間隔件之開口內部，甚或將其絕緣，有必要對基板之開口表面進行專門的結構化處理。此外，通常亦需要基板具有特殊光學性能，例如在改善光傳導之意義上，此係可透過開口表面之明確結構來實現，該結構以明確的方式折射光線。
然而，習知方法並不能形成此類結構。如前所述，使用研磨方法無法形成微結構型開口，因而亦無法對基板之開口表面進行專門調節。以習知的雷射方法雖能在一定程度上獲得貫通開口形式之微結構，但由於雷射束主要是「射」穿基板，因此，與雷射束平行的基板表面不能用同樣的方法處理。用雷射束對基板之每個開口的開口表面進行再加工，將極其耗時耗費而不經濟。此外，因雷射入射角關係，對開口的此種處理亦僅能在有限範圍內進行。
因此，本發明之目的在於提供一種具有經專門結構化處理之開口表面的基板以及一種製造該基板之方法。此目的係藉由獨立請求項之主題而達成。在各附屬項中提供有利的進一步方案。
據此，本發明係有關於一種板狀玻璃元件，具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料以及兩個相對表面。該玻璃元件進一步具有至少一個空隙，該空隙連接兩個表面並通入該等表面中，貫穿該玻璃元件之玻璃並具有空隙深度，該空隙深度橫向於、較佳垂直於該玻璃元件之該等表面中的至少一者並與該玻璃元件之厚度相對應。該空隙具有空隙壁，該空隙壁圍繞該空隙延伸並與該等兩個相對表面鄰接。該空隙壁具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷。由此等凹陷及圍繞該等凹陷之脊線形成該空隙壁之粗糙度。該空隙壁之平均粗糙度(Ra)低於5 μm，較佳低於3 μm，較佳低於1 μm，尤佳低於500 nm。然而，根據另一實施方式，該壁部具有最小粗糙度。特別是，該空隙壁之平均粗糙度為至少50 nm。
玻璃元件特別光滑的空隙壁使其特別適用於微流控領域。在此，空隙可被設計成細長的流體通道，流體可基本無阻礙地穿過該流體通道。其中，兩個表面亦可相互平行。其優點在於，數個玻璃元件可平面平行地疊置，此種佈置方式不會形成偏移。藉此可將數個玻璃元件疊置成夾層結構。此點對微流控細胞來說尤其必要，通常有三個或更多個部件疊置，以導引流體穿過通道，其中，通道兩側被佈置於上方/下方之部件限制。
在一個特定的實施方式中，空隙壁及/或外壁之平均粗糙度(Mittenrauwert)(Ra)為至少50 nm，較佳高於0.2 μm，較佳高於0.4 μm，較佳高於0.5 μm。如此之低的粗糙度不僅能實現在微流控領域之應用，亦可實現特殊的光學特性。當粗糙度處於5 μm與0.2 μm之間的範圍時，情況尤其如此。例如，當Ra為5 μm時，玻璃元件之空隙壁的表面比Ra為0.2 μm時更暗淡。
較佳地，圓頂形凹陷之深度小於10 μm，較佳小於5 μm，較佳小於2 μm，其中，該深度由凹陷窪地之中心與包圍凹陷之脊線之中間頂峰之間的差異定義。在本發明的意義上，圓頂形係指空隙壁具有拱頂，其中，該拱頂明顯內凹，特別是朝玻璃元件的玻璃方向凹陷，其中，該拱頂可呈圓頂狀伸入玻璃元件中，而不限於特定之截面。空隙壁之粗糙度較佳由圓頂形凹陷之深度定義。此意味著凹陷深度決定了本發明意義上之平均粗糙度。亦即，若深度小於10 μm，則平均粗糙度亦小於10 μm。凹陷深度亦可大於0.2 μm，較佳大於0.4 μm，較佳大於0.5 μm。圓頂形凹陷能使裂縫形成或裂縫擴展受阻，因為裂縫的生長被不平坦處，特別是被拱起處打斷。
所有圓頂形凹陷皆可具有近乎統一之深度，或者，例如亦可具有不同深度。圓頂形凹陷亦可豎向偏移佈置。此意味著，一些凹陷——特別是自空隙壁之假想中間面在垂直於此面之方向上——相對於其他凹陷為偏移佈置。其中，凹陷亦可相對於空隙壁之假想中間面為區域性偏移，其中，區域性係指多個凹陷以相似之偏移量偏移。較佳地，圓頂形凹陷之偏移量小於0.6 μm，較佳小於0.4 μm，較佳小於0.2 μm。另外，此類區域可呈點狀或條帶狀，例如呈條帶狀，其中，條帶可橫向於或平行於玻璃元件之表面。以此方式，可在空隙壁上形成波紋，該等波紋特別是可橫向於且/或平行於玻璃元件之表面。此種波紋可例如為佈置在玻璃元件或玻璃基板之空隙內部的裝置提供更好的固定。
在一個有利的實施方式中，一個圓頂形凹陷之截面或橫向尺寸或直徑小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於10 μm。然而，一些凹陷的直徑或截面亦可小於60 μm，較佳小於50 μm，較佳小於40 μm。例如，藉由巧妙選擇凹陷之大小或尺寸，可確定空隙壁對裝置或流體的摩擦力或阻力，從而能更好地固定裝置或使流體更好地流過空隙。其中，圓頂形凹陷可具有以下形狀中之至少一者：圓形、橢圓形、蠕蟲形或者長圓形(例如由數個合併的凹陷所組成)、多邊形(例如六邊形)。此外，脊線可形成為凹陷之間的多邊形邊界線。其中，凹陷之邊界線的平均角數可較佳小於8，較佳小於7，且特別是6。當被大多數圓頂形凹陷所佔據的區域在數學意義上為凸形時，即產生後一種特徵。藉由設置合適的凹陷形狀，空隙壁或玻璃元件可更好地適應特定應用。
進一步有利地，玻璃元件具有外壁，該外壁圍繞玻璃元件延伸並將兩個表面相互連接，其中，該外壁具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷。其中，外壁可具有與空隙壁之上述實施方式相對應的特徵。以此方式，玻璃元件自身亦可——例如透過特別粗糙的外壁——防滑地佈置在另一個部件內部。
空隙壁及/或外壁可進一步形成倒圓邊緣。就本發明而言，此意味著空隙壁及/或外壁的表面是粗糙的或者整面結構化了。換言之，空隙壁及/或外壁之表面具有由連續不間斷的圓頂形凹陷及/或凹陷之間的脊線所形成之結構。藉此可有效避免空隙壁及/或外壁上產生裂縫，或者將裂縫生長降至最低，從而亦更好地防止玻璃元件上出現微裂縫。
就本發明而言，此意味著空隙壁及/或外壁的表面是粗糙的或者整面結構化了。換言之，空隙壁及/或外壁80%、90%、尤佳95%甚或98%的表面具有由連續不間斷的圓頂形凹陷及/或凹陷之間的脊線所形成之結構。如此便可藉由本發明之方法來製造大量具有至少一個結構化外壁且視情況具有至少一個或數個結構化空隙壁之微型部件，該等外壁及空隙壁透過一個或數個接片式連接件與支架(特別是框架形式之環繞式支架)連接。使用該部件時，將接片式連接件與支架分離，例如透過經典的斷裂過程，視情況與採用標定斷裂點相結合，標定斷裂點的設置係例如藉由沿著預定的部件輪廓在接片上拉絲(Filamentation)而實現。
亦可設想的是，對於300 nm至1000 nm波長範圍內之可見光，經結構化處理之外壁及/或空隙壁以及玻璃元件的透射率高於80%，較佳高於85%，較佳高於90%，與空隙壁及/或外壁相對佈置的第二壁部較佳亦如此，其中，光的方向垂直於空隙壁及/或外壁，並且平行於玻璃元件之至少一個表面。其中，光路可被定向成與至少一個、較佳兩個壁部或表面相交，其中的至少一個壁部或表面具有圓頂形凹陷，視情況兩個壁部或表面皆具有圓頂形凹陷。如此之高的透射率賦予玻璃元件或空隙壁特別高的光學品質。該玻璃元件由此而特別適合光學應用，從而可例如用作光學部件或導光體。
在一個實施方式中，可進一步如下設置：空隙壁及/或外壁在平均粗糙度高於1 μm時所具有之反射能力低於平均粗糙度低於1 μm時之反射能力。可以說，空隙壁及/或外壁之反射能力隨著平均粗糙度的增加而降低。例如，平均粗糙度為0.5 μm之空隙壁及/或外壁的反射能力可為平均粗糙度為1.4 μm時之反射能力的兩倍左右。據此，藉由為空隙壁及/或外壁選擇特定的粗糙度，可使玻璃元件特別適合某些光學應用。因此，基於對可見光的散射特性，較高粗糙度的空隙壁容易被影像處理設備與較低粗糙度的空隙壁區分開來，從而可例如用來對整個玻璃元件進行定向。
可如下設置：空隙壁及/或外壁之粗糙度為各向異性，其中，該各向異性可表示為參數A。在此情況下，A為商的平方，其中，該商由三個30 μm寬的、平行於玻璃元件之側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值與三個30 μm寬的、垂直於玻璃元件之此側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值所形成。換言之，該商係由三個沿空隙邊緣表面延伸之測量帶之平均粗糙度的平均值與三個垂直於該空隙邊緣表面延伸之測量帶的平均值所形成。據此，此等垂直測量帶係自一個側表面朝相對之側表面方向延伸。特別是，此各向異性可小於1，較佳小於0.8，較佳小於0.6。其中，該側表面在本發明意義上可被理解為玻璃元件之兩個相對表面中的至少一者。各向異性可由波紋或圓頂形凹陷相對於彼此之偏移形成。其中，波紋或各向異性粗糙度確保其他部件(例如電氣部件)可被放置在空隙中，並且由於相對於空隙壁的摩擦力增加，在沿空隙壁運動時，特別是在垂直於玻璃元件表面之方向上運動時，不會發生滑動。如此一來，即使在例如發生振動之情況下，放置於空隙中的部件亦將牢牢地固定在空隙中。
亦可如下設置：空隙壁及/或外壁之粗糙度為各向異性，且該各向異性表示為參數A，其中，A為商的平方，該商由三個30 μm寬的、平行於玻璃元件之側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值與三個30 μm寬的、垂直於玻璃元件之該側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值所形成，其中，該各向異性大於1，較佳大於2，較佳大於3。在此實施方式中，波紋可垂直於玻璃表面定向，使得各向異性粗糙度能確保空隙中的其他部件(例如電氣部件)由於相對於空隙壁的摩擦力增加，在沿空隙壁運動時，特別是在平行於玻璃元件表面之方向上運動時，不會發生滑動。另一方面，垂直於玻璃表面佈置的波紋有助於提高部件之可動性，使得部件能更好地滑動。此點在該部件例如在壓力感測器中反覆受到機械負荷之情況下可能是有利的，因為部件及玻璃元件皆可透過部件在玻璃元件內部之可動性而得到保護，避免加重磨損。
因此總體來說，在一個實施方式中，滿足以下條件之各向異性(A)可能是有利的： -  大於1， -  較佳大於1.5， -  甚或大於4，或者 -  小於1。
各向異性(A)甚至可大於8、9或10。在此種實施方式中，波紋可特別明顯。
在另一個有利的實施方式中，空隙壁及/或外壁之粗糙度與方向相關，其中，粗糙度至少區段性地表現出差異，且該等區段 -  橫向於空隙深度或至少一個表面， -  或者平行於空隙深度或至少一個表面， 其中，該等區段的平均粗糙度之差小於4 μm，較佳小於2 μm，較佳小於1 μm。然而，與方向相關的粗糙度例如亦可透過相對於空隙壁之假想中間面偏移的圓頂形凹陷而形成。與方向相關的粗糙度使得在空隙壁與部件之間針對性地安裝氣室以例如改善隔熱或電絕緣成為可能。此外，藉由巧妙選擇各向異性結構，特別是波紋，例如使波紋與流體之流動方向縱向對齊，則亦可更好地導引流體穿過通道形空隙，或者若要實現特別緩慢的流動，則使波紋與流動方向垂直。
在一個有利的實施方式中，玻璃元件之厚度可大於10 μm，較佳大於15 μm，較佳大於20 μm且/或小於300 μm，較佳小於200 μm，較佳小於100 μm。然而，該厚度亦可大於300 μm，或小於10 μm，較佳小於4 mm，較佳小於2 mm，較佳小於1 mm。恰是此類薄玻璃可藉由本文所述之方法進行非常精細的結構化處理，而無破損風險。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、攝影機成像模組及診斷技術設備。
在其他實施方式中，亦可使用在力的作用下不變形或僅輕微變形之玻璃元件，其厚度範圍在300 μm與3 mm之間，在特殊情況下甚至可達6 mm。
在另一實施方式中，玻璃元件之橫向尺寸大於50 mm，較佳大於100 mm，較佳大於200 mm且/或小於500 mm，較佳小於400 mm，較佳小於300 mm。此時可自此類玻璃元件中分離出例如各具有一個或數個空隙之小型玻璃部件。根據另一實施方式，此種小型玻璃元件或玻璃部件之橫向尺寸可為最大5 mm，較佳為最大2 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。
在另一個有利的實施方式中，玻璃元件之玻璃具有以下組分中之至少一者： -  至少30 wt%，較佳至少50 wt%，尤佳至少80 wt%之SiO 2含量， -  最高10 wt%之TiO 2含量。
理想情況下，玻璃元件之玻璃為硼矽玻璃。此類玻璃具有特別高的熱穩定性、透明度以及化學及機械穩定性，因此非常適合於廣泛應用，例如既適合光學應用亦適合電子應用。
該目的亦藉由一種具有結構化壁部之板狀玻璃元件或根據至少一個前述實施方式之板狀玻璃元件的製造方法而達成。該玻璃元件具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料以及兩個相對表面，其中，實施該方法時， -  提供該玻璃元件， -  將超短脈衝雷射器之雷射束對準玻璃元件之其中一個表面，並藉由聚焦光學裝置將其集中在玻璃元件中形成拉長的焦點，其中，透過雷射束之入射能量在玻璃元件之體積中產生大量絲狀通道，該等通道之深度橫向於玻璃元件之表面，其中，將該等通道佈置成相隔一定距離， -  將玻璃元件曝露於蝕刻介質，該蝕刻介質以一定的去除率去除玻璃元件之玻璃，其中，通道被蝕刻介質拓寬，從而形成具有結構化空隙壁之空隙，其中，空隙壁圍繞空隙延伸並與兩個相對表面鄰接，並且具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷，由該等凹陷形成空隙壁之粗糙度。其中，空隙壁亦可被理解為空隙之內邊緣。
在較佳實施方式中，絲狀通道沿封閉的輪廓排列，該輪廓原則上可為任意的二維形狀。在較佳實施中，輪廓遵循規則的二維幾何元素，如圓、橢圓、矩形、正方形或多邊形，從而在製成結構化玻璃基板後，根據本發明之空隙例如可用來容置電子部件。
藉由設置雷射參數，較佳對空隙壁之結構或粗糙度進行針對性調節，以使空隙壁之平均粗糙度(Ra)低於5 μm，較佳低於3 μm，較佳低於1 μm。然而，該平均粗糙度較佳至少為50 nm。
以此方式，可在基板上產生具有不同粗糙度之空隙及/或外壁，其中，空隙及/或外壁的粗糙度之差至少大於0.5 μm，較佳大於1 μm，尤佳大於2 μm。舉例而言，可在基板中形成數個相同或不同粗糙度的、用於部件之空隙，同時形成更高粗糙度之附加空隙，用於在參考系統中對整個部件進行定向。在另一種實現方式中，用於部件的空隙具有各向異性粗糙度，以便在後續應用過程中不僅能夠確保最佳對準，亦能保證部件理想地安置在空隙中。
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。該方法特別適用於工業製造過程，因為該方法允許在數個玻璃元件中同時產生大量空隙。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，在玻璃元件中產生至少一個，但較佳數個，尤佳大量損傷(Schädigung)，特別是絲狀通道形式之損傷，以便在理想情況下能夠藉由損傷/通道形成玻璃元件之穿孔，該等損傷/通道較佳在隨後的蝕刻過程中被拓寬，使得通道合併，從而可自玻璃元件中分離出玻璃元件之個別部分，以此方式可產生空隙。
為此，較佳並排地產生數個損傷/通道，使一排空隙形成一個更大的結構，理想情況下以待產生之空隙的形狀。損傷/通道在其縱向上橫向於玻璃元件之至少一個表面延伸，理想情況下橫向於玻璃元件的兩個表面延伸。其中，通道自一個表面——特別是垂直於此表面地——貫穿玻璃元件而延伸到相對佈置的另一個表面，並突破兩個表面。
藉由超短脈衝雷射器之至少一個雷射束在玻璃元件中產生損傷/通道。藉由雷射來產生空隙，較佳基於下述步驟中之數者： -  將超短脈衝雷射器之雷射束對準玻璃元件之其中一個表面。可藉由聚焦光學裝置將雷射束集中在玻璃元件中形成拉長的焦點。其中，可選擇實質上能穿透玻璃元件之發射波長，即透射度超過0.9，較佳為0.95，尤佳大於0.98。 -  超短脈衝雷射器向玻璃元件發射一個或數個脈衝或脈衝組(Pulsgruppe)(所謂的短脈衝(Burstpuls))，並且在此過程中，較佳透過高功率雷射脈衝之電磁場與玻璃元件之間的相互作用發起對雷射能量的非線性吸收，從而較佳在拉長焦點位置處在玻璃元件之材料中形成絲狀損傷（特別是以實質上呈圓柱形之通道的形式），並且將絲狀損傷擴展成通道。 -  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。其中，可將通道佈置成相隔一定距離。
根據本發明，波長為1064奈米之摻釹釔鋁石榴石雷射器(Nd:YAG雷射器)為合適的雷射源。例如，雷射源產生(1/e 2)直徑為12 mm之原始射束，可使用焦距為16 mm之雙凸透鏡作為光學裝置。若有必要，可使用合適的射束整形光學裝置如伽利略望遠鏡來產生原始射束。雷射源特別是以介於1 kHz與1000 kHz之間，較佳介於2 kHz與100 kHz之間，尤佳介於3 kHz與200 kHz之間的重複率(Repetitionsrate)進行工作。其中，此重複率及/或掃描速度可經選擇而使相鄰的損傷/通道之間達到理想距離。
Nd:YAG雷射器之其他變體，如透過頻率加倍(SHG)或頻率三倍(THG)所產生的532 nm或355 nm波長，或者亦如Yb:YAG雷射器(發射波長1030 nm)，可以適當之方式用作射束源。
亦可將一個雷射脈衝分成一定數量之單脈衝，該數量小於10，較佳小於8，較佳小於7且/或大於1，較佳大於2，較佳大於3。此等單脈衝可合併成一個脈衝群(Pulspaket)，即所謂的脈衝串(Burst)，且特別是在連續的雷射脈衝中被發出。較佳將此等單脈衝對準玻璃表面之同一部位或同一位置，使得損傷被連續的單脈衝拓展得越來越寬而形成通道，該等通道較佳貫穿玻璃元件之整個厚度或體積。
藉由巧妙選擇一個脈衝群內之單脈衝數量，可有利地對待產生的空隙壁/通道壁施加影響，特別是可針對性地調節空隙壁/通道壁之結構。由於一個雷射脈衝的總功率分佈在一個脈衝群或脈衝串中之數個單脈衝上，因此與單個雷射脈衝相比，每個脈衝的能量更低。由此得出，每個單脈衝之能量隨著單脈衝數量的增加而減少。然而可如下設置：單脈衝之脈衝能量可靈活調節，特別是，脈衝能量要麼實質上保持恆定，要麼脈衝能量增加，要麼脈衝能量減少，其中，一個脈衝串或脈衝群的第一個單脈衝較佳具有單脈衝之最低能量或最高能量。此外，當超短脈衝雷射器以脈衝串模式運行時，重複率可為脈衝串發射重複率。此外，單脈衝錯時擊中玻璃元件之表面或損傷，因此，每個單脈衝皆會改變空隙壁/通道壁先前所產生之狀態。以此方式，可藉由選擇一個脈衝串的單脈衝數量來針對性地對空隙壁/通道壁進行結構化與改變。
其中，雷射源之典型功率特別有利地處於20至300瓦範圍內。為了形成損傷/通道，根據本發明的一個有利改良方案，使用超過400微焦耳之脈衝及/或脈衝群的脈衝能量，進一步有利地使用超過500微焦耳之總能量。一個雷射脈衝之合適的脈衝持續時間處於小於100皮秒(10 -12)之範圍內，較佳小於20皮秒。
然而，亦可選擇小於15 ps，較佳小於10 ps，較佳小於5 ps之脈衝持續時間。較佳地，甚至使用1 ps之脈衝持續時間來產生光滑的、特別是具有低粗糙度或低平均粗糙度之空隙壁/通道壁。其中，粗糙度可隨著脈衝持續時間的增加而增加。其中一個原因可能是玻璃之熱性能，因為當脈衝持續時間較長時，玻璃會較長時間地曝露於雷射能量及由此而產生的雷射束熱量中，從而使得特別是熱穩定性較差的玻璃例如因膨脹而損壞。因此，藉由精確選擇脈衝持續時間，可以特殊方式損壞玻璃元件之玻璃，理想情況下，藉此亦能使空隙壁/通道壁產生粗糙度。此同樣意味著，熱膨脹係數低的玻璃所受之損壞程度小於熱膨脹係數高的玻璃。其中，脈衝持續時間實質上與雷射器是以單脈衝模式還是以脈衝串模式運行無關。一個脈衝串內的脈衝通常具有與單脈衝模式下的脈衝相似之脈衝長度。其中，脈衝串頻率可處於15 MHz至90 MHz範圍內，較佳處於20 MHz至85 MHz範圍內，例如為50 MHz。
進一步有利地，將通道佈置成相隔一定距離，且此距離小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於10 μm且/或大於1 μm，較佳大於2 μm，較佳大於3 μm。然而，通道之間的距離亦可大於5 μm且/或小於100 μm，較佳小於50 μm，較佳小於15 μm。
無論通道直徑多大，相鄰通道之間的距離亦可稱為節距(Pitch)，即例如同時被發射或特別是彼此偏離一定距離地被依次發射之雷射脈衝之間的距離。此距離係在通道中心之間測得，或者亦是在一個脈衝的中心與相鄰脈衝之中心之間測得。藉由選擇通道之間的距離，可影響粗糙度，因為通道之間的特別是尺寸與玻璃元件厚度及通道間距相對應之區段，有意地不需要用雷射處理，而僅需進行後續之蝕刻處理。
亦即，據此可產生兩種不同區域，一種區域之表面藉由雷射，且較佳藉由蝕刻介質被結構化，另一種區域之表面僅藉由蝕刻介質被結構化，玻璃元件在產生通道後曝露於該蝕刻介質。以此方式，特別是可產生與方向相關的或各向異性的空隙壁粗糙度。其中，通道之間的區域較佳可具有與通道區域不同之粗糙度，其中，兩種區域之縱向延伸較佳平行於雷射束，或者橫向於，特別是垂直於玻璃元件之至少一個表面，因此，理想情況下可形成大於1之各向異性。
在進一步的、較佳為最後一個步驟中，將玻璃元件連同形成於其中之通道一起曝露於蝕刻介質，以便以可確定的去除率去除玻璃元件之玻璃，其中，通道被蝕刻介質拓寬，特別是因由此產生的去除量而擴展。以此方式可使該空隙形成結構化的空隙壁，較佳亦可形成數個具有結構化空隙壁之空隙。其中，透過去除通常可產生空隙壁及/或外壁之圓頂形凹陷。有利做法為：將蝕刻介質填入容器如箱體、罐體或盆體中，而後將特別是一個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。
蝕刻介質可呈氣態，但較佳為蝕刻液。因此，根據一個實施方式，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移除玻璃組分。若例如藉由選擇合適的雷射參數(例如脈衝串、節距及/或脈衝持續時間)將通道壁建構得特別不平整或平整，則可藉由蝕刻或濕化學蝕刻去除或材料去除在空隙壁/通道壁上添加凹陷。藉此可為空隙壁按要求配置或高或低之粗糙度，特別是配置或者形成有利的圓頂形凹陷。
使用酸性或鹼性溶液作為蝕刻液。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。此等鹼性蝕刻介質對鹼金屬含量低的玻璃組成特別有效，因為鹼性蝕刻液用於此類玻璃時不太可能迅速過飽和，因而可比用於強鹼性玻璃時更長時間地保持蝕刻能力。因此，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。因此，根據玻璃組成，針對矽酸鹽玻璃，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。
較佳在高於40℃，較佳高於50℃，較佳高於60℃且/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。在最好的情況下，所選擇的去除率使得圓頂形凹陷形成一個形狀，該形狀在達到數學上最小周長或截面的同時具有最大體積，特別是圓形，或者亦為近似六邊形或者多邊形之形狀。以此方式可實現空隙壁之均勻粗糙度。
圖1示意性地示出玻璃元件1，具有：兩個相對佈置的表面2，因此該等表面之間為玻璃元件之體積；以及定義兩個表面2之間之距離的厚度D。其中，該等表面可彼此相對佈置。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外表面4，理想情況下，該外表面特別是完全包圍玻璃元件1，且該外表面之高度與玻璃元件1之厚度D相對應。理想情況下，玻璃元件1之厚度D及側表面4之高度係在縱向L上延伸，其中，玻璃元件之表面可在橫向上延伸。
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16形式之損傷，即通道形損傷16。為此，藉由聚焦光學裝置102將雷射束100聚焦並對準玻璃元件的一個表面2，該聚焦光學裝置例如為具有未校正球面像差的透鏡或在各元件之總和效應下球面像差增大之透鏡系統。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，且該絲狀損傷特別是亦被擴展成通道16，例如藉由使用脈衝串模式，由脈衝群形式之數個單脈衝產生損傷或通道16。
為了能夠在後續方法步驟中對待產生之空隙10的表面進行最佳結構化，針對性地設置某些雷射參數可能是有利的，以便在產生損傷及/或通道時，即已對其表面進行預處理。為此，例如可精確設置以下參數中之至少一者：雷射束100之脈衝持續時間，較佳處於皮秒或飛秒(10 -15)範圍，一個脈衝群或脈衝串中的單脈衝數量，發射的雷射束100相對於彼此之距離，即所產生之損傷/通道16的間距，雷射能量，或頻率。在不侷限於此實施方式之情況下，脈衝群之頻率可例如為12 ns - 48 ns，較佳約為20 ns，其中，脈衝能量可為至少200微焦耳，脈衝串能量可相應地為至少400微焦耳。藉由相應選擇此等參數的某些值，事先即可針對性地設置待產生之空隙10之空隙壁11的粗糙度。
如圖2所示，較佳在進一步的步驟中產生數個通道16，理想情況下，該等通道並排佈置，使得大量通道16形成一個穿孔，並且此穿孔或者此等大量通道16形成結構17之輪廓。在最好的情況下，以此方式產生的結構17與待產生之空隙10的形狀相對應。換言之，選擇距離18及通道16之數量，以便形成待產生之空隙的輪廓。其中，通道16之間的距離18與雷射節距(即待發射之雷射束100之間的距離18)相對應。
圖3示出進一步的步驟。在藉由雷射器101在玻璃元件1中產生大量通道16後，將較佳藉由該等通道而結構化的玻璃元件1安置在蝕刻介質200中。為此，較佳將玻璃元件可拆卸地安放在支架50上，其中，玻璃元件1可以僅擱置在支架50上，或者可固定在支架上。其中，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，該蝕刻介質較佳被安置在容器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。此意味著容器202之材料實質上具有耐受力，使得蝕刻介質200對容器材料的侵蝕或去除程度極小，或者，與蝕刻介質200發生接觸之容器202之材料的離子及原子實質上留在容器202之容積內，因此理想情況下，與容器202的接觸不會改變蝕刻介質200之組成。然而，蝕刻介質200之組成亦可因接觸容器而受到影響，特別是，容器202所釋放的容器成分可改變蝕刻介質200之蝕刻能力，從而能往期望方向改變玻璃元件之去除量(Abtrag)70的去除率。誠然，亦可例如透過蝕刻介質200之物理及/或機械誘導的運動，特別是攪拌，例如借助於磁性攪拌器，或透過局部溫度變化來改變去除率。較佳使蝕刻介質200達到介於40℃與150℃之間的溫度，以獲得最佳去除率。
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。理想情況下使用ph值＞12之鹼性蝕刻介質200，例如濃度＞4 mol/l，較佳＞5 mol/l，尤佳＞6 mol/l，但＜30 mol/l之KOH溶液。在不侷限於此實施方式之情況下，較佳在蝕刻介質之溫度＞70℃，較佳＞80℃，尤佳＞90℃且特別是約為100℃時或在低於160℃之溫度下進行蝕刻。
舉例而言，可透過玻璃元件1曝露於蝕刻介質200的時間來調節去除量70或去除率。為此，玻璃元件1在蝕刻介質200中停留的時間越長，期望去除量70便越高。為了使被雷射100預結構化的通道壁或者通道16之壁部成為目標結構或者達到待產生之空隙10的期望粗糙度或者成為空隙壁11，每小時小於5 μm之去除率為最佳。特別是，亦可藉由總蝕刻時間來實現期望的平均粗糙度。為此，至少12小時之蝕刻時間是有利的。然而，去除量亦可變化，例如，當蝕刻時間為16小時時，去除量為34 μm，30小時時為63 μm，48小時時為97 μm左右。
理想情況下，如此選擇去除量70及蝕刻時間，使相鄰通道之間的材料被去除，以至於通道合併，特別是，透過通道16之合併而形成連續開口，例如如圖4中的示意圖所示。在不侷限於圖4所示之示例的情況下，該連續開口亦可呈任何其他形狀及/或輪廓。然而要點在於，藉由合併玻璃元件1中之通道16而產生大的開口，其中，玻璃元件1先前被通道包圍的內部部分20因通道合併而曝露，且特別是可被分離出來或者被移除。在此過程中產生具有空隙壁11之空隙10。
理想情況下，空隙壁11具有統一的結構，特別是具有針對性設置的粗糙度或平均粗糙度。然而，空隙壁11採用各向異性設計亦可能是有利的，例如藉由針對性地設置去除率，特別是以使得通道之間的中間區域僅被不完全或部分去除之形式，從而使空隙壁11具有此等中間區域30及通道區域31。
藉由交替設置中間區域30及通道區域31，可在空隙壁11上形成波紋，該等波紋較佳形成空隙壁11之各向異性粗糙度或與方向相關的粗糙度。
為能最佳地調節空隙壁之結構或粗糙度，可假設存在以下關係中之至少一者： -  脈衝串 × 脈衝持續時間 = 常數 -  節距/去除量 = 常數
由上述關係可明確得出以下結論：雷射參數，特別是節距及脈衝串或一個脈衝群之單脈衝數量，對空隙壁之粗糙度有重大影響。
圖5示出空隙壁11之通道部分31的電子顯微影像。大量分佈在空隙壁11上之圓頂形凹陷12清晰可見。凹陷12在此排列成彼此相鄰，其中，凹陷12理想情況下分別被一條脊線13包圍，該脊線例如可抑制裂縫生長。在影像上可看到，凹陷12形成凹曲面，其拱頂朝玻璃體積方向延伸，因此相對於中間面而言，特別是脊線13的位置例如比凹陷窪地14高。其中，凹陷窪地14相對於脊線13實質上形成凹陷的最低點，脊線13則較佳形成最高點或最高線。然而與曲面或拱頂相比，脊線13僅呈狹窄狀。
圓頂形凹陷之深度可介於10 μm與0.1 μm之間，其中，首選介於0.2 μm與2 μm之間的深度，因為深度實質上決定了空隙壁11之粗糙度，且特別是對應於凹陷窪地14之中心與包圍凹陷之脊線13之間的差異。此意味著凹陷12之深度實質上決定了空隙壁11之平均粗糙度(Ra)。其中，例如波紋及/或中間區域30等其他因素亦對平均粗糙度(Ra)有貢獻。在最好的情況下，平均粗糙度(Ra)介於0.2 μm與4.5 μm之間。
凹陷12進一步具有截面15，其大小較佳介於5 μm與30 μm之間，特別是介於10 μm與20 μm之間。其中，截面15或凹陷12之形狀可為多邊形。脊線13在此形成凹陷12之間的邊界線，其中，由於凹陷12的多邊形形狀，脊線13亦可為有角的。理想情況下，凹陷12在蝕刻過程中所形成的方式使其形成節省空間的截面15，例如具有5至8個、較佳恰好6個角，因為此種形狀提供了數學上的最小周長，同時具有最大體積，即最接近圓形之形狀。特別是，藉此可設定統一且均勻之粗糙度，從而使玻璃元件可特別精確地適應預期應用。
圖6以圖解方式示出空隙壁11處之平均粗糙度(Ra)的測量值，如前所述，該空隙壁係藉由用雷射形成損傷16、而後以蝕刻方式將該等損傷擴展成通道16而產生。圖中顯示了透過上述工藝所產生的平均粗糙度(Ra)與不同雷射參數之關係。其中，平均粗糙度(Ra)為縱座標，一個脈衝串或脈衝群之單脈衝數量為橫座標。測量點之大小或直徑在此表示脈衝之間及通道之間的距離或節距。此外，右側所示者為脈衝持續時間為1 ps時所產生之粗糙度的粗糙度測量值，脈衝持續時間為10 ps時所產生的粗糙度則顯示於左側。平均粗糙度(Ra)之分佈說明了粗糙度與脈衝持續時間、脈衝數及脈衝間距之關係。
如圖所示，舉例來說，與例如為10 ps之較長脈衝持續時間相比，例如為1 ps之短脈衝持續時間會產生更小的平均粗糙度(Ra)，或者會使空隙壁11之表面更光滑。特別是如該圖進一步所示，脈衝持續時間較短時節距及較佳脈衝串或單脈衝數量的影響皆比脈衝持續時間較長時小。據此，當脈衝持續時間較長(約10 ps)時，特別是在高節距及高脈衝串之情況下，測量到的平均粗糙度(Ra)特別高，大約處於1 μm與2 μm之間的範圍，而在短脈衝持續時間下，平均粗糙度(Ra)低於1 μm，且不受節距與脈衝串影響。此意味著，在短脈衝持續時間下，可實現空隙壁11之特別小的粗糙度。
圖7及圖8以圖解方式示出空隙壁11之平均粗糙度(Ra)的測量值。 然而，平均粗糙度(Ra)被顯示為與脈衝串即單脈衝數量(在圖7中繪製於橫軸上；在圖8中繪製於縱軸上)及節距即脈衝群間距(在圖7中繪製於縱軸上；在圖8中繪製於橫軸上)相關。兩個圖皆顯示脈衝持續時間為10 ps時所產生之粗糙度的測量值。連接測量點的線表示蝕刻過程中所去除之玻璃去除量。圖7及圖8說明了空隙壁11及/或外壁4之可產生的粗糙度與節距及脈衝串之相關性。顯然，特別是在例如自12 μm起的高節距以及例如自7起的高脈衝串下，粗糙度或測量到的平均粗糙度(Ra)特別高，例如在3 μm或更高之範圍。另一方面，自6 μm以上之節距起，即使在介於1與2之間的極低脈衝串下，測量到的平均粗糙度(Ra)亦相對較高，例如大於1.5 μm。由於測量值曲線實質上平行延伸，且絕大部分彼此重疊，因此可得出以下結論：去除量對空隙壁11及/或外壁4的生成粗糙度影響較小。實質上可藉由選擇雷射參數(特別是脈衝持續時間、節距及脈衝串)來調節空隙壁11及/或外壁4之粗糙度。
由此可見，特別粗糙的空隙壁11及/或外壁4可藉由提供以下參數中之至少一者、較佳提供以下參數之組合的參數場(Parameterfeld)而產生： -  長脈衝持續時間，例如大於1，較佳大於3，較佳大於5， -  一個脈衝群(脈衝串)的大單脈衝數量，例如7或更多， -  大節距，例如10 μm或更大。
另一方面，特別光滑的空隙壁11及/或外壁4，尤其是具有較小粗糙度的空隙壁及/或外壁，可藉由提供以下參數中之至少一者、較佳提供以下參數之組合的參數場而產生： -  短脈衝持續時間，例如小於5，較佳小於3，較佳小於1， -  一個脈衝群(脈衝串)之介於2與7之間的單脈衝數量， -  低節距，例如小於15 μm。
然而，在該方法之進一步方案中，如下設置：為了分離出一個或數個內部部件20，至少一個低節距(即雷射束100在玻璃元件1上之兩個入射點之間的空間距離或者至少兩個通道16之間的空間距離)為最大6 μm，較佳為最大4.5 μm，且/或去除量高於34 μm。特別是，低節距或高節距與高去除量之組合有利於分離出至少一個內部部分20，以便在蝕刻過程中把通道擴大至其彼此連接之程度。此可藉由足夠高的去除量來實現。
亦即，圖6至圖8說明，由於玻璃材料之特性，例如熱膨脹係數，所選擇的雷射參數對空隙壁11之粗糙度有決定性影響。其中，有意選擇熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃，以便能以最佳方式調節粗糙度。此外，若熱膨脹係數高於0.1×10 -6K -1，較佳高於1×10 -6K -1，尤佳高於2×10 -6K -1，以使玻璃之膨脹能力足以引起對雷射能量之反應，則可能是有利的。在不侷限於所提出的實施方式之情況下，就可加工性而言，SiO 2含量在30 wt%與80 wt%之間且/或TiO 2含量為最高10 wt%的玻璃特別適合。
圖9至圖12示出在蝕刻槽中去除10 μm後，在寬約800 μm、高約750 μm之測量範圍內對粗糙度與方向相關之空隙壁11所進行的表面測量。其中，測量範圍之寬度與玻璃元件之表面2平行，測量高度垂直於玻璃元件1之表面，且特別是平行於雷射束100。在影像右邊緣的刻度上可讀出粗糙度或者凹陷12相對於空隙壁11之中間面的深度（以μm為單位）。
圖9及圖10示出空隙壁11，其粗糙度各向異性，且特別是呈條帶狀平行於雷射束或者垂直於/橫向於玻璃元件1之表面2。其中，各向異性之係數A較佳大於1。如圖9所示，此種各向異性在短脈衝持續時間約為1 ps，低脈衝串為2，節距為10 μm之情況下特別明顯。圓頂形凹陷12難以辨認，但明顯如網格般突出，或者類似於網格地彼此相對排列，特別是在雷射束方向上疊置排列，使得凹陷12之排列形成垂直於/橫向於玻璃元件之表面2的條帶。其中，凹陷12具有圓的、偶爾呈圓圈形之截面。
如圖10所示，在10 ps、脈衝串為1且節距為10 μm之情況下所產生的空隙壁11則為不同情形。如圖9所示，粗糙度為各向異性，且特別是平行於雷射束或者垂直於/橫向於玻璃元件1之表面2。然而，各凹陷12在此更多地呈蠕蟲狀，其中，該蠕蟲形狀較佳沿著平行於雷射束100且/或垂直於/橫向於玻璃元件1之表面2的方向延伸。就本發明而言，蠕蟲形狀應理解為圍繞凹陷12的脊線13形成不統一的高度，某些區域的高度可能相當於凹陷深度，或者至少明顯小於包圍凹陷之脊線13之大部分的高度。在兩個或更多個鄰接凹陷之脊線13之至少一個區域的高度如此之低的情況下，凹陷12以近乎統一的深度呈現於測量影像中，因此，蠕蟲形狀係由各凹陷12相挨排列而產生。總體上可看出，當使用10 ps之脈衝持續時間(圖10；平均粗糙度為0.50 μm)時，空隙壁11比使用1 ps之脈衝持續時間(圖9；平均粗糙度為0.38 μm)明顯更粗略，從而亦更暗淡或者更粗糙。因此，平均粗糙度(Ra)可藉由改變脈衝持續時間而得到特別精確之調節。
圖11所示之空隙壁11的粗糙度為各向異性，較佳在橫向於雷射束100且/或平行於玻璃元件1之表面2的方向上呈條帶狀。其中，各向異性之係數A較佳小於1。空隙壁11在此實質上顯示兩個呈條帶狀延伸之區域，其中，每個區域之凹陷12較佳具有統一深度，因此，該等區域之差別實質上在於凹陷深度。由此使得測量結果之灰度值或每個區域之平均粗糙度(Ra)較為統一。
圖12示出平均粗糙度為1.05 μm之空隙壁11，該空隙壁係在脈衝持續時間為10 ps、脈衝串為2且節距為3 μm之情況下產生。在此實例中，圓頂形凹陷12實質上均勻地分佈在空隙壁11上，因而僅形成極小的各向異性，或者完全不形成各向異性。較佳呈略圓形(rundlich)至橢圓形之凹陷12的截面亦較為相似，從而在空隙壁11上形成均勻結構。
圖13及圖14示意性地示出透射測量設備及反射測量之測量結果。該玻璃元件可有利地被設計成透明的，特別是能透射可見光，或更一般而言，能透射300 nm至1000 nm波長範圍內的光。藉由前述方法所產生之空隙壁11及/或外壁4的結構具有有利的光整形特性，以例如抑制雷射二極體之斑點效應或其他干涉效應。為此，凹陷12或者壁結構——特別是根據圖9-12所示之形狀——可設計成例如均勻的或各向異性的，以影響透射的光。玻璃元件1較佳能夠使光既穿透空隙壁11及/或外壁4，亦穿透玻璃元件之表面2，從而能透過玻璃元件1發送或接收電磁波。
特別有利地，壁部11、4——特別是在藉由前述方法而形成的粗糙度為0.5 μm (Ra)之情況下——以及玻璃元件1之體積能夠透射90%以上300 nm至1000 nm波長範圍內的光。然而，若要求壁部11、4具有更低的透射率，則可將平均粗糙度(Ra)例如設置成1.4 μm的值，使得例如僅剛剛超過86%的光透射，而更多300 nm至1000 nm波長範圍內的光被反射。
此可藉由圖13中示意性示出的測量設備來證明。藉由烏布利希球(Ulbrichtkugel)81或者積分球81及光束80(例如波長為690 nm之光束80)可測量透射率。其中，光束80穿過玻璃元件1約10 mm之體積、可經專門拋光處理之外壁4，並通過或者穿過空隙壁11。其中，空隙壁11被佈置於烏布利希球81的入口處或正前方。以此方式，光束可在壁部11、4上散射，並且藉由烏布利希球81可偵測所有角度。為能在不受玻璃元件1之體積及/或其他壁部影響之情況下測定壁部11、4之透射率，亦可自透射率測量結果中減去玻璃元件1之體積的透射分量(Transmissionsanteil)及/或拋光壁部之透射分量。為能測定玻璃元件1之體積的透射分量及/或該其他壁部之透射分量，可例如以如下方式測量玻璃元件之透射率：使光穿過玻璃元件1之表面2，或者藉由反射測量測定壁部對光的反射度，而後可自透射測量之總測量結果中減去該反射度。
圖14示出反射測量之結果。藉由光波導或光纖探頭將光對準壁部11、4，並偵測300 nm至1000 nm波長範圍內被壁部11、4反射的光。偵測到的測量結果有利地表明，反射度可透過壁部11、4之粗糙度來加以調節，或者，可根據粗糙度來設置所需之反射度。例如可以看出，平均粗糙度例如為1.4 μm之粗糙壁部11對光的反射明顯低於平均粗糙度例如為0.5 μm的不太粗糙或者甚至是光滑之壁部11、4。
1:板狀玻璃元件 2:表面 4:外壁、壁部 10:空隙 11:空隙壁、壁部 12:圓頂形凹陷 13:脊線 14:凹陷窪地 15:截面 16:通道/損傷 17:結構 18:距離 20:內部部分 30:中間區域 31:通道區域 50:支架 70:去除量 80:光束 81:烏布利希球/積分球 90:粗糙壁部 91:光滑壁部 100:雷射束 101:雷射器/超短脈衝雷射器 102:聚焦光學裝置 200:蝕刻介質 202:容器 L:縱向 Q:橫向 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為玻璃元件在蝕刻過程以及被去除一部分以產生空隙後之示意圖； 圖5為玻璃元件之空隙壁的電子顯微影像； 圖6為與脈衝持續時間相關之空隙壁粗糙度測量結果； 圖7為與脈衝串相關之空隙壁粗糙度測量結果； 圖8為與節距相關之空隙壁粗糙度測量結果； 圖9為脈衝持續時間為1 ps時，具有強各向同性之空隙壁表面測量結果； 圖10為脈衝持續時間為10 ps時，具有平行於雷射之強各向同性的空隙壁表面測量結果； 圖11為脈衝持續時間為10 ps時，具有垂直於雷射之強各向同性的空隙壁表面測量結果； 圖12為脈衝持續時間為10 ps時，無明顯各向同性之空隙壁表面測量結果； 圖13為空隙壁之透射測量示意圖； 圖14為空隙壁上之反射測量的測量結果。
1:板狀玻璃元件
2:表面
4:外壁
16:通道/損傷
100:雷射束
101:雷射器/超短脈衝雷射器
102:聚焦光學裝置
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)，具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料以及兩個相對表面(2)及至少一個空隙(10)，該空隙連接該等兩個表面(2)並通入該等表面(2)中，貫穿該玻璃元件(1)之玻璃並具有空隙深度及空隙壁(11)，該空隙深度橫向於、較佳垂直於該玻璃元件(1)之該等表面(2)中的至少一者並與該玻璃元件(1)之厚度相對應，該空隙壁圍繞該空隙(10)延伸並與該等兩個相對表面(2)鄰接，其中，該空隙壁(11)具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷(12)，由此等凹陷(12)及圍繞該等凹陷(12)之脊線(13)形成該空隙壁(11)之粗糙度，其中，該空隙壁(11)之平均粗糙度(Ra)低於5 μm，較佳低於3 μm，較佳低於1 μm，且較佳為至少50 nm。
  2. 如請求項1之板狀玻璃元件(1)，其中，該等圓頂形凹陷(12)之深度小於10 μm，較佳小於5 μm，較佳小於2 μm，其中，該深度由凹陷窪地(14)之中心與包圍該凹陷之脊線(13)之中間峰部之間的差異定義。
  3. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，一個圓頂形凹陷(12)之截面(15)或直徑小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於10 μm。
  4. 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)具有外壁(4)，該外壁圍繞該玻璃元件(1)延伸並將該等兩個表面(2)相互連接，其中，該外壁(4)具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷(12)。
  5. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，該空隙壁及/或該外壁之平均粗糙度(Ra)高於0.2 μm，較佳高於0.4 μm，較佳高於0.5 μm。
  6. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，對於300 nm至1000 nm波長範圍內之可見光，經結構化處理之該外壁(4)及/或該空隙壁(11)以及該玻璃元件(1)的透射率高於80%，較佳高於85%，較佳高於90%，其中，光的方向垂直於該空隙壁(11)，並且平行於該玻璃元件(1)之至少一個表面(2)。
  7. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，該空隙壁(11)及/或該外壁(4)之粗糙度為各向異性，且該各向異性表示為參數A，其中，A為商的平方，該商由三個30 μm寬的、平行於該玻璃元件(1)之側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值與三個30 μm寬的、垂直於該玻璃元件(1)之該側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值所形成，其中，該各向異性小於1，較佳小於0.8，較佳小於0.6。
  8. 如請求項1至6中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，該空隙壁(11)及/或該外壁(4)之粗糙度為各向異性，且該各向異性表示為參數A，其中，A為商的平方，該商由三個30 μm寬的、平行於該玻璃元件(1)之側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值與三個30 μm寬的、垂直於該玻璃元件(1)之該側表面之測量帶的平均粗糙度(Ra)之平均值所形成，其中，該各向異性大於1，較佳大於2，較佳大於3。
  9. 如請求項1至7中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，該空隙壁(11)及/或該外壁(4)之粗糙度與方向相關，其中，該粗糙度至少區段性地表現出差異，且該等區段 - 橫向於該空隙深度或至少一個表面(2)， - 或者平行於該空隙深度或至少一個表面， 其中，該等區段的平均粗糙度之差小於4 μm，較佳小於2 μm，較佳小於1 μm。
  10. 如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)，其中，該玻璃元件之玻璃具有以下組分中之至少一者： - 至少30 wt%，較佳至少50 wt%，尤佳至少80 wt%之SiO 2含量， - 最高10 wt%之TiO 2含量。
  11. 一種具有結構化壁部之板狀玻璃元件(1)或如前述請求項中任一項之板狀玻璃元件(1)的製造方法，其中，該玻璃元件(1)具有熱膨脹係數低於10×10 -6K -1之玻璃質材料以及兩個相對表面(2)，其中，實施該方法時， - 提供該玻璃元件(1)， - 將超短脈衝雷射器之雷射束對準該玻璃元件(1)之該等表面(2)中的一者，並藉由聚焦光學裝置將其集中在該玻璃元件(1)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(1)之體積中產生大量絲狀通道(16)，該等通道之深度橫向於該玻璃元件(1)之表面，其中，將該等通道(16)佈置成相隔一定距離， - 將該玻璃元件(1)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，該等通道(16)被該蝕刻介質(200)拓寬，從而形成具有結構化空隙壁(11)之空隙(10)，其中，該空隙壁(11)圍繞該空隙(10)延伸並與該等兩個相對表面(2)鄰接，並且具有一結構，該結構具有大量彼此鄰接的倒圓圓頂形凹陷(12)，由該等凹陷形成該空隙壁(11)之粗糙度， - 其中，藉由設置雷射參數，對該空隙壁(11)之結構或該粗糙度進行針對性調節，以使該空隙壁(11)之平均粗糙度(Ra)低於5 μm，較佳低於3 μm，較佳低於1 μm，且較佳為至少50 nm。
  12. 如請求項11之方法，其中，將該等通道(16)佈置成相隔一定距離(18)，且此距離(18)小於20 μm，較佳小於15 μm，較佳小於10 μm且/或大於1 μm，較佳大於2 μm，較佳大於3 μm。
  13. 如請求項11至12中任一項之方法，其中，將一個雷射脈衝分成一定數量之單脈衝，且該數量小於10，較佳小於8，較佳小於7且/或大於1，較佳大於2，較佳大於3。
  14. 如請求項11至13中任一項之方法，其中，選擇小於15 ps，較佳小於10 ps，較佳小於5 ps，較佳小於1 ps之脈衝持續時間。
  15. 如請求項11至14中任一項之方法，其中，產生具有不同粗糙度之空隙及/或外壁，其中，該等空隙及/或外壁的粗糙度之差至少大於0.5 μm，較佳大於1 μm，尤佳大於2 μm。
  16. 一種如前述請求項中任一項之玻璃元件在至少一個下述領域中之應用：攝影機成像，特別是3D攝影機成像，壓力感測器技術，電光裝置封裝，生物技術，診斷技術，醫療技術。
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