一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统的制作方法

本申请根据35U.S.C.§119要求于2014年7月14日提交的美国临时申请号62/024070的优先权权益，所述临时申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。

技术领域

在此所披露的实施例涉及用于以特定方式在透明材料中产生和安排小(微米和更小)缺陷或穿孔的方法、系统、和系统部件，并且更具体地涉及采用预定间隔开的关系(每个缺陷与相邻缺陷间隔开预定距离)对这些缺陷的安排，这些缺陷中的每一个具有平均裂纹长度，这些缺陷在透明材料中限定轮廓从而针对随后计划诱导分离降低相对界面断裂韧度。

背景技术：

近年来，精密微机械加工及其为了满足顾客减小尖端设备的尺寸、重量和材料成本需求的相关工艺改进已经引起在用于触摸屏、平板电脑、智能手机和电视的平板显示器的高科技产业的快步伐增长。而且，超快工业激光器正在成为需要高精度微机械加工应用的重要工具。

通常将相对大的玻璃片/衬底递送给制造商；并且因此在进一步加工之前，需要将其切割成更小尺寸。这种加工可以包括附加涂层、薄膜晶体管 (“TFT”)或玻璃表面的其他增值属性。在许多常规的激光玻璃切割工艺中，将玻璃分离层更小的片依赖于激光划线或穿孔，接着用机械力或热应力诱发的裂纹扩展分离。几乎所有目前的激光切割技术表现出一个或多个缺点，包括： (1)由于与用于切割的长激光脉冲(纳秒量级或更长)相关联的大的热影响区，其在载体上进行薄玻璃的自由形式形状的切割的能力的有限性；(2)热应力的产生，其由于冲击波的产生和不受控制的材料去除，往往导致激光照射的区域附近的玻璃表面的破裂；(3)控制切割的深度(例如至数十微米内)中的困难；和/或(4)在玻璃中产生表面下损伤，所述损伤在玻璃的表面下方延伸数百微米(或更多)的玻璃，导致其中可以开始裂纹扩展的缺陷位点。

一些玻璃是用常规工具可轻易分离的，比如机械切割设备、或CO2 激光切割工艺。一些玻璃是使用这些技术难以切割的，并且会需要更复杂和精细的设备。例如，在机械上或化学上强化的玻璃难以使用前述机械工具或CO2激光器切割。薄玻璃(<0.2mm厚)是难以使用常规设备切割的另一玻璃示例。玻璃陶瓷和特征在于高断裂韧度的其他透明材料也难以使用常规机械工具分离。相应地，需要解决前述的问题并提供改进的玻璃分割设备和技术。

技术实现要素：

在此披露的实施例涉及出于钻孔、切割、分离、穿孔、或以其他方式加工材料的目的在透明材料(玻璃、蓝宝石等)中产生小(微米和更小)“孔”的方法和装置。更具体地，超短(即从10^-10至10^-15秒)脉冲激光束(波长，比如1064、532、355或266纳米)被聚焦至高于在透明材料的表面处或在透明材料内的焦点的区域中产生缺陷所需的阈值的能量密度。通过重复所述过程，可以产生沿预定路径对齐的一系列激光诱导缺陷。通过间隔开充分靠近在一起的激光诱导特征，可以产生在透明材料内的机械薄弱的受控区域并且所述透明材料可以沿着由一系列激光诱导缺陷限定的路径精确地断裂或分离(机械地或热地)。一个或多个超短脉冲激光可以任选地跟随着二氧化碳(CO2)激光或其他热应力源以例如实现透明材料或部分与衬底片材的完全自动化分离。

在其中透明材料结合在一起以形成堆叠或层状结构的某些应用中，通常希望的是选择性地“切割”至特定层的边界而不会干扰下面的层。这可以在优选的切割深度添加反射或吸收(对于希望的波长)材料或层进行。反射层可以通过沉积薄材料(铝、铜、银、金等)形成。反射层是优先的，因为它散射入射能量(不同于吸收和热消散入射能量)。以这种方式，可以控制切割深度而不损害下面的层。在一种应用中，透明材料被结合到载体衬底上并且在透明材料与载体衬底之间形成反射或吸收层。反射或吸收层使实现透明材料的切割而不损害下面的载体衬底，所述衬底然后可以重复使用。

在一个实施例中，一种激光加工方法包括将脉冲激光束聚焦到被引导至工件中的激光束焦线中。所述工件具有玻璃层，所述激光束焦线在所述工件内产生诱导吸收，并且所述诱导吸收在所述工件内沿着所述激光束焦线产生缺陷线。所述方法还包括将所述工件和所述激光束相对于彼此沿着轮廓平移，从而沿着所述轮廓形成多条缺陷线，并且通过机械或其他分离技术沿着所述轮廓分离所述工件(如本领域技术人员应该理解的)。

在另一实施例中，提供了一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统，其中，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有缺陷形成前断裂韧度等级1。所述系统可以包括但不限于以下各项：激光器组件，所述激光器组件被配置成用于提供多个激光脉冲发射，所述多个激光脉冲发射中的每个激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率；光学组件，所述光学组件与所述激光器组件耦合，所述光学组件被配置成并可移动用于将每个激光脉冲发射聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中：每个不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离；沿着每条不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷，并且所述缺陷中的每一个基本上是通过诱导吸收而生成的；工件固持器，所述工件固持器被配置成用于将所述工件固持在相对于所述光学组件的位置处，所述工件固持器或所述光学组件被配置成用于提供所述工件与所述光学组件之间的相对运动；以及控制器，所述控制器与所述激光器组件、所述光学组件或所述工件固持器耦合，所述控制器被配置成用于执行代表预定设计的指令，所述控制器被配置成用于选择所述预定特征、所述不同位置、所述预定距离、所述平均裂纹长度、或所述相对运动，从而使得所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。

在又另一实施例中，提供了一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的方法，其中，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有缺陷形成前断裂韧度等级1。所述方法可以包括但不限于以下步骤：将多个激光脉冲发射中的每一个聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中每个所述激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率，并且每个不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离；沿每条不同焦线在所述工件内生成诱导吸收，每个诱导吸收沿着每条所述不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷；并且所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。

在又另一实施例，提供了一种激光加工方法。可以包括但不限于以下步骤：将脉冲激光束聚焦至被引导至工件中的激光束焦线中，所述工件具有玻璃层和缺陷形成前断裂韧度等级1；由所述激光束焦线在所述工件内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述工件内沿着所述激光束焦线产生缺陷线；沿着轮廓将所述工件和所述激光束相对于彼此平移，由此沿着所述轮廓形成多条缺陷线，所述缺陷线中的每一条包括平均裂纹长度并与相邻的不同缺陷线隔开预定距离；并且所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。

根据在此所描述的各实施例对玻璃衬底穿孔的优点包括但不限于： (i)提供具有降低的相对断裂韧度(通过沿着限定轮廓的界面最优地定尺寸和间隔开的穿孔产生的)的玻璃衬底，以及(ii)能够将穿孔的玻璃衬底作为单件处理和运输，直到期望/需要被任何已知的或有待开发的分离设备或技术沿着轮廓随后分离成预定尺寸(并且在任何类型的机加工之前或之后，比如薄膜沉积)。换言之，对所述最优定尺寸和间隔开的穿孔的成形允许对玻璃衬底的相对界面断裂韧度的调谐(不管是哪种类型的玻璃)，从而使得例如所述相对韧度足够高以使得玻璃在运输过程中不沿着轮廓自发地分离(裂纹的传播)，但足够低以使得沿着界面/轮廓分离比不存在穿孔的情况下更容易。通过这种方式，机械划刻或热诱发应力例如会导致在需要/期望时裂纹沿着这些较早产生的损伤位点的传播。结果是，可以沿着期望的未来分离线借助此类位点对玻璃片进行穿孔(按照应需求所需的)。此被穿孔的玻璃可以被作为固体件加工，并且然后在加工之后被分离。

附加特征和优点将在以下详细描述中予以阐明，并且将部分地从所述描述中对本领域技术人员而言变得容易明显或通过实践本文所描述的实施例而被认知，包括以下详细说明书、权利要求书以及附图。

应理解的是，前述概括描述和以下详细描述都仅是示例性的，并且旨在为理解权利要求书的本质和特征提供概述或框架。附图被包括以提供进一步的理解并且被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施例，并且与详细描述一起用于解释不同实施例的原理和操作。

附图说明

前述内容将从以下示例实施例的更具体描述中而变得清楚，如在附图中示出的，其中贯穿不同视图相似的参考符号指代相同的部分。所述附图并不必须是按比例的，而是将重点放在展示代表性实施例上。

图1是根据实施例的三个层的堆叠的图示：面向激光能量的薄材料 A、改性界面、和厚材料B，所述改性界面中断激光能量免于与所述改性界面的远离激光束的一侧上的堆叠的部分相互作用；

图2A和图2B是根据实施例示出对激光束焦线的定位的图示。

图3A是根据实施例的用于激光加工的光学组件的图示。

图3B-2、图3B-2、图3B-3、和图3B-4根据实施例通过相对于衬底在透明材料内的不同位置处形成激光束焦线来加工衬底的各种可能性的图示。

图4是根据实施例的用于激光加工的第二光学组件的图示。

图5A和图5B是根据实施例的用于激光钻孔的第三光学组件的图示。

图6是根据实施例的用于激光加工的第四光学组件的示意图。

图7是根据实施例的用于皮秒激光器的激光发射根据时间的图形，其中，每个发射的特征在于可以包含一个或多个子脉冲的脉冲“突发串”，所述突发串的频率是激光器的重复率，一般约100kHz((10μsec)，并且自子脉冲之间的时间更短得多，例如约20纳秒(nsec)；

图8是入射到玻璃-空气-玻璃复合结构上的聚焦高斯(Gaussian) 光束与贝塞尔(Bessel)光束之间的比较；

图9是根据实施例的堆叠有透明保护层以切割多个板同时减小磨损或污染的图示；

图10是根据实施例的封装器件的空气间隙和切割的图示；

图11是根据实施例的用激光穿孔然后蚀刻或激光穿孔并且CO2激光释放来切割中介层(interposer)或窗口的图示；

图12是根据实施例的切割物品如涂覆有透明导电层(例如氧化铟锡(ITO))的电致变色玻璃的图示；

图13是根据实施例的堆叠中的一些层的精密切割而不损伤其他层的图示；

图14a是根据实施例的在玻璃衬底中形成的穿孔的示意性顶视图表示；

图14b是图14a中所示的D1的放大视图，根据实施例示出了玻璃衬底中具有穿孔的局部损伤位点、应力场和所有微型裂纹。

图15a是玻璃衬底的侧视图，根据实施例示出了玻璃衬底的界面、与光学组件连接的激光器组件、与所述激光器组件和/或光学组件连接的移动装置、以及所述玻璃衬底上方的控制器。

图15b是图15a中所示的D1的放大侧视图，根据实施例示出了玻璃衬底中具有穿孔的局部损伤位点、应力场和所有微型裂纹。

图15c是根据离穿孔中心的距离(x轴)的应力所导致的双折射(延迟(nm))的图示。

图15d与图15c相对应并展示了根据离穿孔中心的距离(x轴)的应力值。

图16是根据实施例示出了相对界面断裂韧度相对穿孔位置(D2) 之间距离的平均值/平均特征裂纹长度(D1/2)的平均值的图形展示；

图17a至图17b是根据实施例示出了相对界面断裂韧度G2＝玻璃-2中等强度玻璃相对穿孔位置(D2)之间距离的实际平均值的图形展示，在所述穿孔位置包含实际具体平均裂纹长度；

图18是根据实施例的玻璃衬底的顶视图，展示了在轮廓的相反侧开始将玻璃分离成多个部件；

图19是根据实施例的经穿孔成形和分离的玻璃衬底的界面的侧视图的SEM图像；

图20是根据实施例的玻璃衬底的侧视图，示出了在不影响玻璃衬底的CT层的情况下仅至少在一个CS层产生损伤；并且

图21是根据实施例的用于激光加工的替代性光学组件的图示。

具体实施方式

示例实施例的说明如下。

在此描述的实施例涉及用于在透明材料中或穿过透明材料光学地产生高精度切割的方法和装置。表面下损伤可以被限制为在深度上约60微米或更少，并且切割可以仅产生少量碎屑。用根据本披露的激光切割透明材料还可以在此被称为钻孔或激光钻孔或激光加工。当在此波长下的吸收是每毫米的材料深度小于约10％，优选小于约1％时，材料对于激光波长是基本上透明的。

根据下面描述的方法，在单次通过(pass)中，激光可以用于穿过材料产生高度受控的全线穿孔，具有极小(<75μm，常常<50μm)表面下损伤和碎屑产生。这与用于烧蚀材料的光点聚焦激光的典型使用相反，其中多个通路经常必须完全地穿透玻璃厚度，大量碎片从烧蚀过程形成，并且更广泛的表面下的损伤(>100μm)和边缘碎裂发生。

因而，可以使用单个高能突发脉冲在透明材料中产生微观(即，在直径上<0.5μm且>100nm)狭长“孔”(还称为穿孔或缺陷线)。这些单独的穿孔能够以数百千赫兹(例如，每秒数十万个穿孔)的速率产生。因此，在具有在光源与材料之间的相对运动下，这些穿孔可以彼此相邻放置(如所希望的，空间间隔从亚微米至数微米变化)。选择这种空间间隔以便有利于切割。在一些实施例中，所述缺陷线是“通孔”，其是从透明材料的顶部至底部延伸的孔或开放通道。在一些实施例中，缺陷线可以不是连续的通道，并且可以被固体材料(例如，玻璃)的多个部分或分段阻断或部分地阻断。如在此所定义的，缺陷线的内径是开放通道或通气孔的内径。例如，在此处所描述的实施例中，缺陷线的内径<500nm，例如≤400nm，或≤300nm。在此处披露的实施例中围绕孔的材料的中断的或改性区域(例如，压实的、熔融的、或以其他方式改变的)，优选具有<50μm的直径(例如，<10μm)。

此外，通过光学器件的明智选择，选择性切割堆叠透明材料的单独层。透明材料的堆叠的微机械加工和选择性切割是用通过选择适当的激光源和波长连同光束传递光学器件，以及光束中断元件在希望的层的边界处的布置来精确控制切割深度而完成的。所述光束中断元件可以是材料层或界面。所述光束中断元件在此可以被称为激光束中断元件、中断元件或类似物。所述光束中断元件的实施例在此可以被称为光束中断层、激光束中断层、中断层、光束中断界面、激光束中断界面、中断界面、或类似物。

所述光束中断元件反射、吸收、散射、散焦或以其他方式干涉入射激光束以抑制或防止激光束损伤或以其他方式改性堆叠中下面的层。在一个实施例中，所述光束中断元件位于其中将发生激光钻孔的透明材料层的下面。如在此使用的，当所述光束中断元件的安置是使得激光束在遇到所述光束中断元件之前必须穿过透明材料时，所述光束中断元件位于透明材料的下面。所述光束中断元件可以位于透明层的下面并且与所述透明层直接邻近，在所述透明层中将发生激光钻孔。堆叠材料可以通过插入层或改性所述界面以高选择性进行微机械加工或切割，使得在堆叠的不同层之间存在光学特性的对比。通过使堆叠中的材料之间的界面在感兴趣的激光波长下更加反射、吸收、和/或散射，切割可以被限制于堆叠的一个部分或一个层。

选择激光的波长，使得待激光加工(钻孔、切割、烧蚀、损伤或通过激光以其他方式明显改性)的堆叠内的材料对于所述激光波长是透明的。在一个实施例中，待通过激光加工的材料对于所述激光波长是透明的，如果它吸收每mm厚度的所述材料小于10％的所述激光波长的强度。在另一个实施例中，待通过激光加工的材料对于所述激光波长是透明的，如果它吸收每mm厚度的所述材料小于5％的所述激光波长的强度。在还另一个实施例中，待通过激光加工的材料对于所述激光波长是透明的，如果它吸收每mm厚度的所述材料小于2％的所述激光波长的强度。在又另一个实施例中，待通过激光加工的材料对于所述激光波长是透明的，如果它吸收每mm厚度的所述材料小于1％的所述激光波长的强度。

激光源的选择是进一步基于在透明材料中诱导多光子吸收(MPA) 的能力。MPA是相同或不同频率的多个光子的同时吸收以将材料从较低能态 (通常是基态)激发至较高能态(激发态)。激发态可以是激发电子态或电离态。材料的较高与较低的能态之间的能量差等于所述两个光子的能量的总和。MPA是三阶非线性过程，其比线性吸收弱若干个数量级。它与线性吸收的不同之处在于吸收的强度取决光强度的平方，从而使其成为非线性光学过程。在普通的光强度下，MPA是可忽略不计的。如果光强度(能量密度)非常高，如在激光源(特别是脉冲激光源)的焦点的区域中，MPA变得明显并且在其中光源的能量密度足够高的区域内导致材料中的可测量的效应。在焦点区域内，能量密度可以为足够高以导致电离。

在原子能级上，单个原子的电离具有离散的能量需要。在玻璃中常用的几种元素(例如，Si、Na、K)具有相对低的电离能(约5eV)。没有 MPA现象的情况下，将需要约248nm的波长以产生在大约5eV下的线性电离。具有MPA的情况下，由约5eV的能量分开的态之间的电离或激发可以用长于248nm的波长完成。例如，具有532nm的波长的光子具有约2.33eV的能量，所以两个具有波长532nm的光子可以例如在双光子吸收(TPA)中诱发由约4.66eV的能量分开的态之间的跃迁。

因此，在其中激光束的能量密度足够高以诱导具有例如一半所需激发能量的激光波长的非线性TPA的材料的区域中，原子和键可以被选择性地激发或电离。MPA可以导致激发的原子或键与相邻的原子或键的局部重构和分离。得到的键或构型的改性可以导致非热烧蚀以及从其中发生MPA的材料区域中去除物质。这种物质的去除产生机械地削弱所述材料的结构缺陷(例如缺陷线、或“穿孔”)并使其在施加机械或热应力时更容易破裂或断裂。通过控制穿孔的位置，破裂发生所沿着的轮廓或路径可以被精确地限定并且可以完成材料的精确微机械加工。由一系列的穿孔限定的轮廓可以被视为断裂线 (fault line)并且对应于材料的结构薄弱区域。在一个实施例中，微机械加工包括从由激光加工的材料中分离一部分，其中所述部分具有通过由激光诱导的 MPA作用形成的穿孔的闭合轮廓决定的精确限定的形状或外周。如在此使用的，术语闭合轮廓是指由激光线形成的穿孔路径，其中所述路径在一些位置与自身相交。内部轮廓是其中得到的形状完全由材料的外部部分围绕形成的路径。

可以通过在时间上间隔更小的高能短持续时间脉冲的单个“突发串”完成穿孔。激光脉冲持续时间可以是10^-10s或更小、或10^-11s或更小、或 10^-12s或更小、或10^-13s或更小。可以以高重复率(例如，kHz或MHz)重复这些“突发串”。所述穿孔可以通过控制激光器和/或衬底或堆叠的运动控制衬底或堆叠相对于激光器的速度来间隔开并且精确定位。

作为例子，在暴露于100kHz的一系列脉冲的以200毫米/秒移动的薄透明衬底中，单独脉冲将被间隔开2微米以产生一系列分隔开2微米的穿孔。此缺陷(穿孔)是间隔足够接近的以允许沿着由所述系列的穿孔限定的轮廓的机械或热分离。

热分离：

在一些情况下，沿着由一系列穿孔或缺陷线限定的轮廓产生的断裂线不足以自发地分离所述部分，并且第二步骤可能是必要的。如果希望的话，则例如可以使用第二激光产生热应力以分离它。在蓝宝石的情况下，可以实现分离，在形成断裂线后，通过施加机械力或通过利用热源(例如红外线激光，例如CO2激光)产生热应力并且迫使材料分离。另一种选择是使所述CO2激光只启动分离并且然后手动完成分离。任选的CO2激光分离是例如用散焦连续波 (cw)激光实现，所述散焦连续波激光在10.6μm发射并且具有通过控制其占空比调节的功率。焦点变化(即，散焦达到的程度并且包括聚焦光斑尺寸)用于通过改变光斑尺寸来改变诱导的热应力。散焦激光束包括产生大于在激光波长尺寸数量级下的最小衍射极限的光斑尺寸的光斑尺寸的那些激光束。例如，约7mm、2mm和20mm的光斑尺寸可以用于CO2激光，例如，发射波长在 10.6μm处小得多。在一些实施例中，例如，沿着断裂线110方向相邻缺陷线 120之间的距离可以是大于0.5μm且小于或等于约15μm。

蚀刻：

例如，可以使用酸蚀刻，以分离具有例如玻璃层的工件。为了将所述孔扩大至对金属填充和电连接有用的尺寸，可以对多个部分进行酸蚀刻。在一个实施例中，例如，所使用的酸可以是按体积计10％HF/15％HNO3。可以在24指25℃温度下将所述部分蚀刻53分钟，从而移除材料的约100μm，例如。所述部分可以浸没在此酸浴中，并且在40kHz和80kHz频率的组合下的超声搅拌可用于促进在所述孔中的流体的渗透和流体交换。此外，可以进行在超声场内的所述部分的人工搅拌以防止来自超声场的驻波图在所述部分上产生“热点”或空穴相关的损伤。所述酸组合物和蚀刻速率可以有意地设计成缓慢蚀刻所述部分-例如仅1.9μm/分钟的材料去除速率。例如，小于约2μm/ 分钟的蚀刻速率允许酸充分渗透窄孔并且搅拌允许交换新鲜流体并从最初非常窄的孔中去除溶解的材料。

在图1中显示的实施例中，在多层堆叠中的切割深度的精确控制是通过包含光束中断界面(标记为“改性界面”)实现的。所述光束中断界面防止激光辐射与超出中断界面的位置的多层堆叠的部分相互作用。在图1中，101：材料A，薄；102：改性界面；103：材料B，厚；104：阻挡激光能量与堆叠的底部部分相互作用。

在一个实施例中，所述光束中断元件被定位在堆叠的层的直接下方，在所述层中将发生经由双光子吸收的改性。这种构型在图1中示出，其中所述光束中断元件是在材料A直接下方定位的改性界面并且材料A是其中将发生通过在此描述的双光子吸收机构形成穿孔的材料。如在此使用的，提及在另一位置下方或低于另一位置的位置假定顶部或最上面的位置是多层堆叠的表面，激光束首先入射在所述表面上。在图1中，例如，材料A的最接近激光源的表面是顶表面并且光束中断元件在材料A下方的放置意味着激光束在与光束中断元件相互作用之前穿过材料A。

所述中断元件具有与待切割的材料不同的光学特性。例如，所述光束中断元件可以是散焦元件、散射元件、半透明元件、或反射元件。所述散焦元件是包含防止激光在所述散焦元件上或下方形成激光束焦线的材料的界面或层。所述散焦元件可以由具有散射或扰乱光束的波前的折射率不均匀性的材料或界面构成。半透明元件是材料的界面或层，其允许光通过，但仅在散射或衰减激光束以充分降低能量密度来防止在半透明元件的远离激光束的一侧的堆叠的部分中形成激光束焦线之后。在一个实施例中，所述半透明元件实现至少10％的激光束光线的散射或偏移。

更具体地，可以采用中断元件的反射性、吸收性、散焦、衰减、和 /或散射以产生对激光辐射的屏障或障碍。所述激光束中断元件可以通过若干手段产生。如果整个堆叠系统的光学特性不是重要的，那么可以在所述堆叠的希望的两个层之间沉积一个或多个薄膜作为一个或多个光束中断层，其中所述一个或多个薄膜比在它直接上方的层吸收、散射、散焦、衰减、反射、和/或消散更多的激光辐射以保护在所述一个或多个薄膜下方的层免于从激光源接收过多的能量密度。如果整个堆叠系统的光学特性的确重要，则所述光束中断元件可以作为陷波滤波器实现。这可以通过几种方法来完成：

·在所述中断层或界面处产生结构(例如，经由薄膜生长、薄膜图案化、或表面图案化)，使得发生在特定波长或波长范围下的入射激光辐射的衍射；

·在所述中断层或界面处产生结构(例如，经由薄膜生长、薄膜图案化、或表面图案化)，使得发生入射激光辐射的散射(例如，纹理化的表面)；

·在所述中断层或界面处产生结构(例如，经由薄膜生长、薄膜图案化、或表面图案化)，使得发生激光辐射的衰减相移；以及

·在所述中断层或界面处经由薄膜堆叠产生分布式布拉格反射器以仅反射激光辐射。

没有必要的是由所述中断元件的激光束的吸收、反射、散射、衰减、散焦等是完全的。仅必要的是所述中断元件对激光束的作用是足以将聚焦激光束的能量密度或强度降低至低于用于由所述中断元件保护(在所述光束中断元件下面)的堆叠的层的切割、烧蚀、穿孔等所要求的阈值的水平。在一个实施例中，所述中断元件将聚焦激光束的能量密度或强度降低至低于诱导双光子吸收所需要的阈值的水平。所述中断层或中断界面可以被配置为吸收、反射、或散射激光束，其中所述吸收、反射、或散射足以将传递至载体(或其他下面的层)的激光束的能量密度或强度降低至低于诱导载体层或下面的层中的非线性吸收所需要的水平的水平。

转向图2A以及2B，激光钻孔材料的方法包括沿着脉冲激光束2 传播方向观察，使所述光束聚焦成激光束焦线2b。激光束焦线2b为高能量密度的区域。如图3所示，激光器3(未示出)发射激光束2，所述激光束具有入射到光学组件6的一部分2a。光学组件6沿着射束方向(焦线的长度l)在输出侧上在所限定外延范围内将入射激光束转变为外延的激光束焦线2b。

层1是多层堆叠的层，其中会发生通过激光加工和双光子吸收的内部改性。层1是更大的工件的组件，所述多层工件典型地包括在其上形成多层堆叠的衬底或载体。层1是多层堆叠内的层，其中孔、切口、或其他特征将通过如在此描述的双光子吸收辅助的烧蚀或改性形成。层1被定位于光束路径上以至少部分地与激光束2的激光束焦线2b重叠。参考号1a表示层1的面向(最靠近或邻近)光学组件6或激光的表面，分别地，参考号1b表示层1的相反表面(与光学组件6或激光器远离、或更远的表面)。层1的厚度(垂直于平面1a和1b，即垂直于衬底平面测量的)用d标记。

如图2A描绘，层1垂直于纵向光束轴线对齐并且因此在由光学组件6产生的相同焦线2b后面(衬底垂直于所述图的平面)。沿着光束方向观察，层1相对于焦线2b以这样的方式定位，即，使得焦线2b(在光束的方向上观察)在层1的表面1a之前开始并且在层1的表面1b之前停止，即焦线2b 在层1内终止并且不延伸超出表面1b。在激光束焦线2b与层1的重叠区域，即在层1被焦线2b重叠的部分中，外延的激光束焦线2b在层1中产生非线性吸收。(假定沿着激光束焦线2b的适当激光强度，通过将激光束2充分聚焦在长度l的一段上(即，长度l的线状焦点)来保证所述强度)，其限定了外延区段2c(沿着纵向光束方向对齐)，诱导非线性吸收沿着所述外延区段在层 1中生成。诱导非线性吸收导致在层1中沿着区段2c的缺陷线或裂纹的形成。缺陷或裂纹形成不仅是局部的，而且相反在诱导吸收的外延区段2c的整个长度上延伸。区段2c的长度(其对应于激光束焦线2b与层1的重叠的长度)被用参考号L标记。诱导吸收区段2c(或经受缺陷线或裂纹形成的层1的材料中的区段)的平均直径或范围用参考号D标记。这个平均范围D基本上对应于激光束焦线2b的平均直径δ，即，在大约0.1μm与大约5μm之间的范围内的平均光斑直径。

如图2A所示，由于沿着焦线2b的诱导吸收，层1(其对于激光束 2的波长λ是透明的)被局部加热。所述诱导吸收起因于与焦线2b内的激光束的高强度(能量密度)相关联的非线性效应。图2B示出了被加热的层1最终将膨胀，使得对应的诱导张力导致微裂纹形成，其中张力在表面1a处是最高的。

下面将描述可应用于产生焦线2b的代表性光学组件6和其中可应用这些光学组件的代表性光学装置。所有组件或装置是基于以上描述，这样相同的参考号用于相同的部件或特征或在其功能上相等的那些部件或特征。因此，以下仅描述差异。

为了确保在沿着由一系列穿孔限定的轮廓的破裂后分离表面的高质量(关于断裂强度、几何精度、粗糙度和再加工要求的避免)，用于形成限定破裂轮廓的穿孔的单独焦线应使用下述光学组件产生(在下文中，光学组件可替代地还被称为激光光学器件)。所述分离的表面的粗糙度主要由焦线的光斑尺寸或光斑直径决定。表面粗糙度的特征可以在于例如Ra表面粗糙度统计数值(采样表面的高度绝对值的粗糙度算术平均值)。为了在给定波长λ的激光器3(与层1的材料相互作用)的情况下实现例如0.5μm至2μm的小光点大小，某些需求通常必须被强加在激光光学器件6的数值孔径上。这些需求由以下描述的激光光学器件6满足。

为了实现所需数值孔径，所述光学器件一方面必须根据已知阿贝(Abbé)公式(N.A.＝n sin(θ)，n：待加工的材料的折射率，θ：孔径角的一半；θ＝arctan(D/2f)，D：孔径，f：焦距)，解决给定焦距所需的开口。另一方面，激光束必须照射所述光学器件直到所需孔径，这典型地借助于光束加宽利用激光与聚焦光学器件之间的加宽望远镜实现。

为了沿着焦线均匀相互作用的目的，光点大小不应当改变太大。这可以例如通过仅在小的圆形区域中照射聚焦光学器件来加以确保(见以下实施例)，这样使得射束开口以及因此数值孔径的百分比仅稍微改变。

根据图3A(在激光辐射2的激光束丛(bundle)中的中央光束的水平处垂直于衬底平面的截面；在此，同样，激光束2垂直入射至层1，即入射角β为0°，使得焦线2b或诱导吸收的外延区段2c平行于衬底法线)，由激光器3发射的激光辐射2a被首先引导在对于所使用的激光辐射是完全不透明的圆形光阑8上。孔口8垂直于纵向射束轴定向并且以所描绘的射束群2a的中央射束为中心。光阑8的直径以这样的方式进行选择，即，使得靠近光束丛 2a的中心的所述光束丛或中心光束(在此用2aZ标记)撞击光阑并且被其完全阻断。只有光束丛2a的外周边范围内的光束(边缘光线，在此用2aR标记) 由于与光束直径相比的减小的光阑尺寸而不被阻挡，但是侧向地穿过光阑8并且撞击光学组件6的聚焦光学元件(在此实施例中，其被设计为球形切割的双凸透镜7)的边缘区域。

透镜7以中心光束为中心并且被有意设计为呈常见的球形切割透镜形式的非校正的、双凸聚焦透镜。这种透镜的球面像差可以是有利的。作为替代方案，也可以使用偏离理想校正系统的非球面或多透镜系统，所述非球面或多透镜系统不形成理想焦点但是形成限定长度的不同狭长焦线(即，不具有单个焦点的透镜或系统)。透镜的区因此沿着焦线2b聚焦，受限于距透镜中心的距离。横越光束方向的光阑8的直径是所述光束丛的直径的约90％(由对于光束的强度降低至峰强度的1/e所要求的距离限定的)并且是光学组件6的透镜的直径的约75％。因此使用通过阻挡掉中心的光束丛产生的非像差校正的球面透镜7的焦线2b。图3A示出了通过中心光束的一个平面中的截面，当所描绘的光束绕着焦线2b旋转时，可看到完整的三维丛。

由这种类型的焦线的一个潜在缺点是所述条件(光斑尺寸、激光强度)可能沿着焦线(并且因此沿着所述材料中的希望深度)变化并且因此可能有可能仅在焦线的选定部分中发生希望类型的相互作用(无熔化、诱导吸收、热塑性形变直至裂纹形成)。这进而意味着可能仅入射激光的一部分被待加工的材料以希望的方式吸收。以这种方式，所述方法的效率(对于希望的分离速率要求的平均激光功率)可能被损害，并且激光还可能被传输到不希望的区域 (粘附到衬底或衬底保持夹具上的部分或层)并且与它们以不希望的方式(如加热、扩散、吸收、不想要的改性)相互作用。

图3B-1-4示出(不仅对于图3A中的光学组件，而且还对于任何其他适用的光学组件6)激光束焦线2b的位置可以通过相对于层1适当地定位和 /或对齐光学组件6以及通过适当地选择光学组件6的参数来控制。如图3B-1 示出，焦线2b的长度l可以按这样的方式调整即，使得它超过层厚度d(在此 2倍)。如果层1中央地安放(沿着纵向射束方向观察)到焦线2b上，诱导吸收的外延区段2c在整个衬底厚度上生成。

在图3B-2中所示的情况中，产生或多或少对应于层厚度d的长度 l的焦点线2b。由于层1相对于线2b以这样的方式定位，即，使得线2b在待加工的材料外部的点处开始，外延的诱导吸收区段2c的长度L(其在此从衬底表面延伸至限定的衬底深度，但不延伸至相反表面1b)比焦线2b的长度l 更小。图3B-3示出了其中衬底1(沿着光束方向观察)定位于焦线2b的起点上方的情况，使得，如在图3B-2中，线2b的长度l大于在层1中的诱导吸收区段2c的长度L。因此所述焦线在层1内开始并延伸超出相反表面1b。图3B-4 示出了其中焦线长度l小于层厚度d的情况，使得-在入射方向上观察的衬底相对于焦线中央定位的情况下-焦线在层1内的表面1a附近开始并且在层1 内的表面1b附近结束(例如，l＝0.75d)。例如，激光束焦线2b可以具有在大约0.1mm与大约100mm之间的范围内或在大约0.1mm与大约10mm之间的范围内。例如，不同实施例可以被配置为具有约0.1mm、0.2mm、0.3mm、 0.4mm、0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm或5mm的长度l。

特别有利的是以这样一种方式定位焦线2b，使得表面1a、1b中的至少一个被焦线覆盖，以便诱导非线性吸收的区段2c至少在待加工的层或材料的一个表面上开始。以这种方式有可能实现几乎理想的切割，同时避免在表面处的烧蚀、羽化和微粒化。

图4描绘了另一种可应用的光学组件6。基本构造遵循图3A中描述的基本构造，所以以下仅描述不同之处。描绘的光学组件是基于使用具有非球形自由表面的光学器件以便产生焦线2b，所述焦线以这样的方式成形，即，使得形成限定长度l的焦线。为此目的，非球面透镜可以用作光学组件6的光学元件。在图4中，例如，使用所谓的圆锥形棱镜，也经常被称为轴锥镜。轴锥镜是在沿着光轴的线上形成光点源(或将激光束转变为环)的特殊圆锥形切割透镜。此类轴锥镜的布局原则上是本领域技术人员已知的；在所述实例中，锥角为10°。在此用参考号9标记的轴锥镜的顶点指向入射方向并且以光束中心为中心。由于由轴锥镜9产生的焦线2b在其内部开始，层1(在此垂直于主光束轴对齐)可以定位在光束路径中在轴锥镜9的正后方。如图4所示，还有可能由于轴锥镜的光学特性，沿着光束方向移动层1同时仍然在焦线2b的范围内。在层1的材料中的外延的诱导吸收区段2c因此在整个深度d上延伸。

然而，所描绘的布局受制于以下限制：由于由轴锥镜9形成的焦线 2b的区域在轴锥镜9内开始，激光能量的显著部分不被聚焦到焦线2b的诱导吸收区段2c(其位于所述材料内)内，在轴锥镜9与待加工的材料之间存在间隔的情况下。此外，焦线2b的长度l通过轴锥镜9的折射率和锥角与光束直径有关。这是为什么，在相对薄的材料(数毫米)的情况下，总焦线比待加工的材料的厚度长得多，具有许多激光能量没有聚焦到所述材料内的影响。

由于这个原因，可能希望的是使用包括轴锥镜和聚焦透镜二者的光学组件6。图5A描绘了此类光学组件6，其中具有设计为形成延伸激光束焦线 2b的非球面自由表面的第一光学元件(沿着光束方向观察)定位在激光器3 的光束路径中。在图5A中所示的情况下，此第一光学元件是具有5°锥角的轴锥镜10，所述轴锥镜垂直于光束方向定位并且以激光束3为中心。轴锥镜的顶点被定向成朝向射束方向。第二聚焦光学元件，在此为平凸透镜11(其弯曲朝向所述轴锥镜定向)在光束方向上与轴锥镜10相距距离z1定位。距离z1，在这种情况下约300mm，以这样的方式进行选择，即，使得由轴锥镜10形成的激光辐射圆形地入射到透镜11的外部径向部分上。透镜11将在距离z2处，在这个情况下距透镜11大约20mm的输出侧上的圆形辐射聚焦在限定长度 (在这个情况下是1.5mm)的焦线2b上。在这个实施例中，透镜11的有效焦距为25mm。通过轴锥镜10的激光束的圆形转换用参考号SR标记。

图5B详细描绘了根据图5A的层1的材料中焦线2b或诱导吸收 2c的形成。元件10、11二者的光学特性及其定位以这样的方式进行选择，即，使得焦线2b在光束方向上的长度l与层1的厚度d完全相同。因此，需要沿着光束方向精确定位层1，以便将焦线2b精确定位在层1的两个表面1a与1b 之间，如图5B中所示。

因此在焦线形成在距激光光学器件特定距离时，并且在激光辐射的较大部分被聚焦到达焦线的所希望末端时是有利的。如描述的，这可以通过仅在特定外部径向区域上圆形地(环形地)照射主要聚焦元件11(透镜)实现，这一方面用于实现所需的数值孔径以及因此所需的光斑尺寸，并且，然而在另一方面，由于形成基本上圆形光斑，漫射圈在光斑中心上的非常短的距离内的所需焦线2b之后强度减少。以此方式，裂纹形成在所需衬底深度中的短距离内停止。轴锥镜10与聚焦透镜11的组合满足此要求。轴锥镜以两种不同方式起作用：由于轴锥镜10，通常圆形的激光光斑以环形式被发送到聚焦透镜11，并且轴锥镜10的非球面性具有在透镜焦面(而非在焦面中的焦点)之外形成焦线的作用。焦线2b的长度l可通过轴锥镜上的光束直径调整。另一方面，沿着焦线的数值孔径可通过轴锥镜-透镜距离z1并且通过轴锥镜的锥角调整。以此方式，全部激光能可集中在焦线中。

如果裂纹形成旨在持续至待加工的层或材料的背面，所述圆形(环形)照射仍然具有以下优点：(1)在大部分激光仍然集中在焦线的所要求的长度中的意义下，激光功率被最佳地使用，以及(2)有可能实现沿焦线的均匀光斑尺寸-以及因此沿着由焦线产生的穿孔的均匀分离过程-由于圆形照射的区域结合借助于其他光学功能设置的希望的像差。

代替图5A中所描绘的平凸透镜，还有可能使用聚焦弯月形透镜或另一种更高校正聚焦透镜(非球面、多透镜系统)。

为了用图5A中所描绘的轴锥镜与透镜组合产生非常短的焦线2b，将必要的是选择入射到轴锥镜上的非常小的光束直径的激光束。这具有实际的缺点：将光束定中心在轴锥镜顶点上必须是非常精确的，并且结果对于激光的方向变化(光束漂移稳定性)是非常敏感的。此外，紧密准直的激光束是非常发散的，即由于光偏转，光束丛在短距离内变得模糊。

如图6所示，通过在光学组件6中包括另一个透镜，准直透镜12，两种影响均可以避免。附加的正透镜12用于非常紧密地调整聚焦透镜11的圆形照射。准直透镜12的焦距f'被选择，其方式为使得所希望的圆形直径dr由从轴锥镜到准直透镜12的距离z1a产生，所述距离等于f'。环的所希望宽度 br可以经由距离z1b(准直透镜12到聚焦透镜11)调节。由于纯粹几何学，圆形照射的小宽度导致短焦线。最小值可以在距离f'处实现。

图6所描绘的光学组件6因此是基于图5A中所描绘的光学组件，这样以下仅描述不同之处。准直透镜12，在此还设计为平凸透镜(其弯曲朝向光束方向)，另外置于在一侧的轴锥镜10(其顶点朝向光束方向)与在另一侧的平凸透镜11之间的光束路径中心。准直透镜12距轴锥镜10的距离被称为 z1a，聚焦透镜11距准直透镜12的距离被称为z1b，并且焦线2b距聚焦透镜 11的距离被称为z2(始终在光束方向上观察)。如图6中所示，由轴锥镜10 形成的发散地入射在准直透镜12上并且在圆形直径dr以下的圆形辐射SR针对在聚焦透镜11处的至少大约恒定的圆形直径dr沿着距离z1b被调节到所需圆形宽度br。在所示情况下，旨在生成非常短的焦线2b，这样使得透镜12处的大约4mm的圆形宽度br由于透镜12的聚焦特性在透镜11处减少到大约 0.5mm(圆形直径dr在这个示例中是22mm)。

在所描绘的实例中，有可能使用2mm的典型激光束直径，具有焦距f＝25mm的聚焦透镜11，具有焦距f’＝150mm的准直透镜，以及选择距离Z1a＝Z1b＝140mm和Z2＝15mm来实现小于0.5mm的焦线l的长度。

注意，如图7中所示，这种皮秒激光器的典型操作产生脉冲720 的“突发串”710。每个“突发串”710可以包含非常短持续时间(～10psec) 的多个脉冲720(比如2个脉冲，如图7中所示的3个脉冲，4个脉冲，5个脉冲或更多)。每个脉冲720在时间上被分开在大约1nsec与大约50nsec之间范围内的持续时间，比如近似20nsec(50MHz)，其中，所述时间通常由激光器腔设计来控制。每个“突发串”710之间的时间将更长，对于约100kHz 的激光重复率经常是10微秒。确切定时、持续时间和脉冲串重复率可以取决于激光设计改变，但具有高强度的短脉冲(即，小于约15皮秒)已经示出与此技术一起良好地工作。

图8示出了入射到玻璃-空气-玻璃复合结构上的聚焦高斯光束与贝塞尔光束之间的对比。聚焦高斯光束将在进入第一玻璃层时发散并且不会钻孔到大的深度，或者如果随着钻孔玻璃发生自聚焦，所述光束将从第一玻璃层中露出并且衍射，并且不会钻孔入第二玻璃层。相比之下，贝塞尔光束将在线状焦点的整个范围内对两个玻璃层钻孔。图8的插图中示出了用贝塞尔光束切割的玻璃-空气-玻璃复合结构的实例，其示出了暴露的切割边缘的侧视图。顶部和底部玻璃片是0.4mm厚的2320，CT101。两层玻璃之间的示例性空气间隙是约400μm。切割是以200毫米/秒用激光的单次通过进行的，使得这两片玻璃被同时切割，即使它们分隔开>400μm。在图8中，801：聚焦的高斯光束； 802：光束发散；803：光束腰；804：线状焦点；805：空气；806：玻璃；807：空气间隙；808：贝塞尔光束；809：光束自聚焦。

在此处描述的实施例的一些中，空气间隙在50μm与5mm之间，例如在50μm与2mm之间，或在200μm与2mm之间。

示例性的中断层包括聚乙烯塑料片(例如，品牌)透明层，如图9(其中，901：玻璃层；902：透明层)所示，包括透明的乙烯树脂 (例如，Penstick品牌)。注意，不像使用其他聚焦激光方法，为了获得阻挡或停止层的效果，不需要精确地控制精确的焦点，中断层的材料也不需要是特别耐用的或昂贵的。在许多应用中，人们只需要稍微干涉激光的层以中断激光并防止线状焦点的发生。Visqueen防止用皮秒激光切割和线状焦点的事实是很好的例子-其他聚焦皮秒激光束将十分肯定地钻孔直接穿过Visqueen，并且人们若希望用其他激光方法避免钻孔直接穿过这种材料，人们将不得不非常精确地将激光焦点设定为不靠近Visqueen。

图10示出了堆叠有透明保护层以切割多个板同时减小磨损或污染。同时切割显示玻璃板的堆叠是非常有利的。透明聚合物如乙烯树脂可被放置在玻璃板之间。透明聚合物层充当保护层用于降低对彼此紧密接触的玻璃表面的损伤。这些层将允许切割过程运行，但将保护玻璃板免受彼此划伤，并将进一步防止任何切割碎屑(尽管使用此过程的情况下它是小的)污染玻璃表面。保护层也可以包含沉积在衬底或玻璃板上的蒸发介电层。在图10中，1001：隔离物或密封件；1002：空气间隙；1003：焦点切割区域；1004：透明材料； 1005：激光钻孔线；1006：可以是OLED、半导体器件DLP或其他类似的器件；1007：提取的具有隔离物的器件可以是气密密封的。

图11示出了封装器件的空气间隙和切割。此线状焦点方法可以同时切穿堆叠的玻璃板，即使存在显著宏观的空气间隙。这使用其他激光方法是不可能的，如图8所示。许多装置需要玻璃封装，例如OLED(有机发光二极管)。能够同时切穿两个玻璃层对于可靠且有效的装置分割过程是非常有利的。被分割是指一个组件能够从可以包含多个其他组件的较大的材料片中分离。可以通过在此描述的方法分割、切去、或者生产的其他组件是，例如，OLED(有机发光二极管)组件、DLP(数字光处理器)组件、LCD(液晶显示器)单元、半导体器件衬底。在图11中，1101：薄表面保护层；1102：非透明或散焦层； 1103：钻孔/切割区；1104：聚焦区域转化为切出的孔；1105：薄保护层；1106：坯件；1107：非透明；1108：在玻璃板中产生孔口以产生具有精密表面的中介层；1109：中介层坯件或透明材料；1110：钻孔/切割模式(还有薄保护层中的孔)。

图12示出了切割制品如涂覆有透明导电层(例如ITO)的电致变色玻璃。切割已经具有透明导电层例如氧化铟锡(ITO)的玻璃对于电致变色玻璃应用以及还有触摸面板装置具有高价值。这种激光过程能够以对透明导电层的最小损伤和很少的碎屑产生而切穿这样的层。所穿孔的孔的极小的尺寸(< 5um)意味着非常少的ITO将受到切割过程的影响，而其他切割方法将要产生多得多的表面损伤和碎屑。在图12中，1201：焦点；1202：透明ITO或涂层；1203：透明基底；1204：任选的非透明层。

图13示出了堆叠中的一些层的精密切割而不损害其他层，如也在图1中示出的，将概念延伸至多个层(即，多于两个层)。在图13的实施例中，所述中断元件是散焦层。在图13中，1301：透射层(最上层)；1302：散焦层；1303：控制深度；1304：部分切割；1305：钻孔切割深度；1306：2 个玻璃层(可以是层压的)或熔合形成的玻璃复合板。

图14a示出了玻璃衬底1400中热损害区域(或热影响区域)1403 (见图14b)内形成的穿孔1401的示意性顶视图表示。所述穿孔优选地延伸穿过玻璃的厚度(但不必须这样)，可以例如基于激光脉冲能量具有具体直径，并且可以由附接至光学组件的激光器组件形成(或由可以形成此类穿孔的可能已知的或开发的其他激光器组件)。所述激光器组件和光学组件可以具有本文上述任何和全部实施例中的某些预定特征和功能，可以如下所述被控制器1508 编程和控制，并且可以优选地提供单个10皮秒激光脉冲发射(超短脉冲激光烧蚀)从而沿着焦线形成缺陷/穿孔。穿孔1401可以在起模时当玻璃衬底较热时产生或者可以在起模之后在环境温度完成。穿孔1401被示为由应力场1405 包围，包括具有各长度(所述长度可以是相同长度或不同长度)的微裂纹1407。距离D1包括穿孔1401、应力场1405和所有微裂纹1407(优选地延伸至最长微裂纹的末端)。图14b示出了D1的放大视图，示出了具有穿孔1401、应力场1405和所有微裂纹1407的局部损伤位点。D2被示为两个穿孔1401之间的距离，由选地如穿孔1401的中心所测量的。在产生穿孔的过程中，应理解的是，穿孔可以不与相邻的穿孔完美对准并且可以不与其具有相同直径(但可以具有相同直径并且可以对准)；然而，仍然可以测量D2。

图15a在示出玻璃衬底1400的界面的侧视图上方示出了连接至光学组件的激光器组件(在1505粗略地示为组合)、连接至激光器组件和光学组件的移动装置1507、和控制器1508。此图展示了这两个组件(激光器组件和光学组件)可以被附接至移动装置1507的点，所述移动装置被配置成用于相对于所述玻璃衬底1400沿着x轴1501、z轴1503、和y轴(在图15a中朝向页面内或离开页面)移动激光器组件和光学组件1505。控制器1508可以被编程用于控制1511在此和上文所描述的相对于激光器组件和/或光学组件1505 的所有移动和功能(并与其通信)。控制器1508还可以被编程用于控制1509 移动装置1507的所有移动和功能(并与其通信)。总的来说，控制器1508的控制和通信编程以及相应的功能允许控制器1508控制这些系统部件执行代表预定设计的指令，从而产生预定设计(可以包括但不限于D1和D2的尺寸，除了在此所描述的其他设计之外)。类似于图14b，图15b示出了具有穿孔1401、应力场1405、和所有微裂纹1407的放大视图D1。

图15c与图15b相对应并示出了根据离穿孔中心的距离(x轴)的应力所导致的双折射(延迟(nm)y轴)。在本示例性实施例中，此应力离穿孔的中心延伸+/-5μm。最高值指示激光诱发损坏所导致的最高应力。

可以将此双折射图转换成如图15d中所示的应力值，此图示出了应力(MPa)相对于穿孔中心的位置。所述应力场可以被示为轴向应力、径向应力、和环向应力。拉伸应力在穿孔中心最高并且例如超过100MPa。到达此位置的任何裂纹将传播至穿孔的中心。可以依赖处理条件来调整应力场的尺寸和裂纹尺寸。在离穿孔中心约+/-1μm开始提供图15d中的数据。

控制器1508、和激光器组件和/或光学组件1505、与移动装置1507 之间的数据、控制信号、和通信信号的传输/传递可以通过网络实现，所述网络可以是能够传输通信的任何适当有线或无线网络，包括但不限于电话网络、互联网、内联网、局域网以太网、在线通信、离线通信、无线通信和/或类似通信手段。可以通过任何无线协议/技术实现无线通信，包括但不限于基于ZigBee 标准的协议、蓝牙技术、和/或Wi-Fi技术。控制器1508可以位于同一房间、同一建筑物中的不同房间、完全不同的建筑物以及离激光器组件和/或光学组件 1505和移动装置1507的位置。

控制器1508可以被编程用于控制激光器组件和/或光学组件1505 和/或移动装置1507以形成具体尺寸的穿孔1401，由此形成具体尺寸的D1(与随后的D1相比可以在尺寸上可以相同或不同)。优选的是，比如玻璃衬底组成/类型、尺寸(长度、宽度、和深度)的信息可以是编程的一部分。从对D1 的测量，可以确定“裂纹长度”，可以将其定义为D1/2。进一步，控制器1508 可以被编程用于控制激光器组件和/或光学组件1505和/或移动装置1507以形成被分开具体距离D2、D2’、和D2”的随后的穿孔，其中，D2、D2’、和D2”中的每一个与彼此相比可以是相同的距离或不同的距离。

如在此所描述的，可以通过改变D1(以及因此，等于D1/2 的裂纹长度)和D2的值来调谐相对界面断裂韧度。为了为玻璃衬底提供降低的相对界面断裂韧度，控制器1508可以被编程用于沿着限定轮廓的界面(根据上文所述优点)产生最优尺寸裂纹长度(D1/2)和最优间隔开的穿孔(D2、 D2’等)。

转至图16，提供了相对界面断裂韧度相对穿孔位置(D2) 之间距离的平均值/每个穿孔位置的平均特征裂纹长度(D1/2)的平均值的图形展示。如所示的，G1＝玻璃-1，高强度(例如Eagle玻璃)，G2＝玻璃 -2，中等强度(例如，未回火的碱石灰玻璃)，以及G3＝玻璃-3，低强度(例如离子交换或热回火的碱石灰玻璃的张力层)。优选的是获得所形成的每个穿孔的平均裂纹长度，并且然后针对图16中所示的等式确定平均裂纹长度的平均值(虽然这不是必须的，但可以只为每个穿孔获得一个裂纹长度值并且然后对针对所形成的每个穿孔而获得的裂纹长度值求平均)。可以例如通过取沿着穿孔在三个不同位置的三个测量结果的平均值来确定单个穿孔的平均裂纹长度。

裂纹在受张力的玻璃中一般更容易传播。然而，经回火的玻璃(粒子交换的以及热回火的两种)具有外压缩层和相应的内张力层。张力层中的裂纹比不具有此张力层的玻璃(未回火的)更容易传播。

跨所有玻璃类型将相对断裂韧度值标准化。例如，相对界面断裂韧度测量结果1与有待被加工穿孔的原始版本的具体玻璃具有相同强度。 0.2以下的相对界面断裂韧度一般指玻璃将沿着限定轮廓的界面自主地分开，所述界面由一系列间隔开的穿孔1401所限定。这可以发生在例如穿孔位点非常靠近(例如，重叠)时候。0.2与0.8之间的相对界面断裂韧度在可以被视为最优范围的范围内。例如，如果期望沿着所述轮廓更容易分开，则可以获得例如更接近0.2的相对界面断裂韧度。另一方面，如果期望更强的相对界面断裂韧度接近但不包括原始玻璃值1，则可以获得例如更接近0.8的相对界面断裂韧度，等等。

为了获得期望的相对界面断裂韧度数字，优选的是确定关于以下各项的细节：(1)具体玻璃(玻璃衬底组成/类型、尺寸(长度、宽度、和深度))、(2)期望的相对界面断裂韧度、以及(3)进而穿孔位点(D2)之间距离的平均值与平均特征裂纹长度(D1/2)的平均值。例如，如果期望中等强度玻璃G2的0.5的相对界面断裂韧度，穿孔位点之间距离(D2)可以＝10 微米，并且平均特征裂纹长度(D1/2)可以＝2微米，从而产生图16的x轴上的值5。实际平均距离和裂纹长度值在图17a至图17b中示出以进一步展示这些点，并且下面对其进行进一步讨论。

转至图17a至图17b，提供了示出相对界面断裂韧度相对包含G2＝玻璃-2中等强度玻璃(例如，碱石灰玻璃)的穿孔位点之间距离(D2) 的平均值的图示。在控制器1508可以被编程用于考虑到主题玻璃衬底的细节和穿孔位点之间距离的平均值来产生期望的相对界面断裂韧度的意义上，图 17a至图17b与图16类似，其中例如，在图17a中，每个穿孔位点的平均裂纹长度的平均值是如1微米、1.5微米、和2微米的具体直，并且在图17b中，每个穿孔位点的平均裂纹长度的平均值是比如5微米、10微米、20微米、30 微米、和40微米的具体值。

图16和图17a至图17b中所示的值不是本实施例所考虑的可以使用的唯一对应值，也不是唯一具体玻璃组成。本实施例考虑了其他值和其他组成，并且仍然在本实施例的精神和教导内并受其支持。图16和图17a至图17b仅仅示出了示例。对于每种玻璃加工情形，我们可以期望生成与图16 或图17a至图17b中所示类似的曲线。穿孔位点之间优选的期望间隔值D2可以在导致所提出的随后诱导分离的界面粗糙度减小30％至80％的范围内。

以下示例展示了实施例的优点。然而，本示例中所引用的具体材料及其用量、以及其他条件和细节有待被解释为广泛适用于本领域并且不应该被解释为以任何方式过度地约束或限制实施例。

示例

形成图16和图17a至图17b中所示的曲线的沿着x轴的值以及沿着y轴的结果值是通过实验确定的(计算机模型和/或实际实验性测试)。例如，执行用于玻璃衬底的强度测试的四点弯曲程序(此过程一般应该是本领域技术人员明白和理解的)来确定沿着界面轮廓将玻璃衬底分开所需的力，所述界面轮廓是由形成的多个间隔开的穿孔(具有具体裂纹长度并且彼此分开具体距离)所产生的。

简而言之，使用四点弯曲测试来测试样本(50mm长度x 50 mm宽度x 0.7mm厚度)的强度(故障负载)。这些样本可以包括其中未形成穿孔(作为控件)的原始玻璃样本、沿着轮廓形成有穿孔的玻璃样本(参见在此所述的系统和方法)，其中每个玻璃样本具有随后穿孔之间的不同间隔以及不同裂纹长度。使用了具有Bluehill 2软件的英斯特朗(Instron)模型5343 单列测试仪器。在压缩侧用胶带(471聚氯乙烯绝缘带)覆盖样本。样本被平坦、中心且整齐地防止在具有3.6cm距离的支撑跨度上，以5mm/min速率施加负载，其中，负载跨度具有1.8mm的距离。测试温度为约22℃，并且50％的相对湿度。一般，针对故障负载测试最少20个样本。然后将数据绘制成故障负载(lbs或N力)和/或故障强度(psi或MPa)。将此类实验的结果对(每种玻璃类型，即如上所述的G1、G2和G3)原始(未穿孔的)玻璃标准化并且然后将其绘制在图16至图17a、图17b中。

转至图18，示出了玻璃1400的顶视图，展示了在1801开始在轮廓1807的相反侧将玻璃1400分成部件1803和1805。1801处的分离总体上可以开始于玻璃1400的顶部(例如，用机械工具或通过热或机械刻划然后分开，如本领域技术人员应该理解的)并到达玻璃1400的底部。通过裂纹长度和D2定位所产生的玻璃衬底1400的相对界面断裂韧度绝对值将确定将玻璃分成部件1803和1805的容易程序(优选地应该被估值在0.2与0.8之间某处)。

图19示出了后穿孔1401形成和分离的玻璃衬底1400的界面的侧视图的SEM图像。D1被示为处于约2微米，并且D2被示为处于约8 微米。

可以以合适的激光束平移速度以激光器的给定重复率完成其中玻璃被在距离上以优化的间隔比如>100um穿孔的特定示例。例如，其中，激光器重复率是200kHz但可在某个较低速率调制至约10Khz。为了获得穿孔位点之间的x um距离分离激光的平移速度需要是X um/1ms＝X x10^-3m/s，对于100um间隔，它是～1m/s。

针对已强化的玻璃，情形可以不同。由于玻璃衬底上的热应力或化学改性，可以存在具有可以高达几百MPa的压缩应力的表面层以及具有可以是5至15MPa的拉伸应力的中央玻璃层。压缩应力(CS)的存在会使得机械分离变得困难。然而，当CS中存在损伤位点时，由于材料中的空隙以及穿孔位点周围环形应力和微裂纹的存在，将新的裂纹穿入此位点将显著更容易。穿孔位点之间的距离需要足够到以使得不发生拉伸中央CT(中央张力) 层的分离。对于每一级的CS和CT以及CS的深度，可以如上所述优化损伤位点之间的距离。

一种选项是仅在CS层2003或两个CS层2003产生损伤，而不应用玻璃衬底的CT层2005(见图20)。这可以拓宽穿孔可用的间隔窗口。

在对热玻璃进行穿孔的情况下，例如，HAZ区将显著地更小，并且环形应力同样会更小。

转至图21，示出了替代性光学组件6。图21中所示的实施例与图4类似(在此不再对相似之处加以描述)，除了光学组件6的一部分包括反射涂层2105。如所示的，反射涂层2105被安置在光学组件6的表面上。反射涂层2105被配置成用于阻挡被沿着焦线2b引导至层1的激光辐射2a的一部分(如虚线2107所示)，导致在外延诱导吸收区域2c而不是在层1的中心(如虚线2109所示)沿着焦线2b更接近层1的表面1a和1b的缺陷。本质上，由于光线组件6上反射涂层2105的配置，层1的中心沿着焦线2b从激光脉冲接收强度较小的激光辐射2a，导致基本上较少以至于优选地没有诱导吸收 2c(以及因而在2109基本上较少以至于优选地层1中没有裂纹/损坏)。

如本领域技术人员将认识到的，具体实施例的多个方面可以被具体化/实现为计算机系统、方法或计算机程序产品。所述计算机程序产品可以具有例如执行计算机程序的指令的计算机处理器或神经网络。相应地，具体实施例的多个方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例、和完全固件实施例、或者结合了在此总体上都可以称为“电路”、“模块”、“系统”、或“引擎”的软件/固件和硬件方面的实施例。此外，具体实施例的多个方面可以采取一种或多种计算机可读介质中所具体化的计算机程序产品的形式，所述一种或多种计算机可读介质上具体化有计算机可读程序代码。

可以利用一种或多种计算机可读介质的任意组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读介质可以是例如但不限于电的、磁的、光的、电磁的、红外线的或半导体系统、装置、或设备、或前述的任意适当组合。计算机可读存储介质的更具体的示例 (非穷举列表)将包括以下各项：具有一条或多条线的电连接、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁性存储设备、或前述的任意适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何包含、或存储由指令执行系统、装置或设备使用或者与其结合使用的程序的介质。

附图中的流程图/框图/系统架构展示了根据各实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。

在此引用的所有专利、公开申请和参考(如果存在的话)的相关传授内容通过引用以它们的全部内容结合。

虽然在此描述了示例性实施例，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离权利要求书的精神或范围的情况下可以进行各种修改和变化。