TWI587956B - 使用叢發超快雷射脈衝自脆性材料中切割出特定形狀物的方法 - Google Patents

使用叢發超快雷射脈衝自脆性材料中切割出特定形狀物的方法 Download PDF

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Description

使用叢發超快雷射脈衝自脆性材料中切割出特定形狀物的方法
本發明係有關於一種從一脆性基材中切割出特定形狀物(內部形狀)的改進方法。
目前，有數種方法被用來從一大片的基材切出幾何形狀。這些方法中，大部份包括使用一大幅切割、進一步切割以使所欲之零部件分離、施加壓力、以及彎曲該基材、或加壓輥軋該基材等步驟。這些方法中許多方法的問題是它們留下：一受損或粗糙之周邊緣，特別是該幾何形狀複雜時更是如此；或較弱的邊緣，或其中形成多數微裂縫。
明顯地，所有這些系統都有若干百分比之失敗率存在，導致切割後的零部件受損或不能用。
要突破目前的切割技術，應該發展出一種無論如何均不會破壞該形狀物，或導致該形狀物產生任何減弱之切割方法。
本發明之一般目的，係提供一種用以從一脆性基材中切出 特定形狀物，且不會減弱或破壞其結構的方法。
另一目的，係提供一種成本低廉的切割形狀物之方法，此方法產生效果良好之刻劃出的狀物，失敗率低，且成本低廉。在此之刻劃的意思，在表示該基材會具有可部份或完全地延伸穿過該透明基材之多數孔口。
本發明之另一目的，係提供一種能在周邊緣沒有留下任何表面粗糙或碎屑，且沒有微裂縫的用以切割出特定形狀物的方法。
以下說明書將說明一種能由任何透明材料(例如可作為基材的玻璃、Si晶圓、藍寶石等)之中，切割出形狀物的新穎且獨特的方法。本發明將提供許多優點及許多新特徵。
一種從一透明基材內切削出特定形狀物之方法，包括以下步驟：提供包含一雷射脈衝叢波之一超快雷射脈衝光束；提供可將該雷射光束聚焦在該透明基材上，且可使該雷射光束與該透明基材之間產生相對圖案化移動的一雷射光束傳送系統；相對於該基材聚焦該雷射光束，以便在該透明基材外部生成一光束腰部，其中，照射在該基材表面上之雷射脈衝聚焦，使得在該透明基材內能維持足夠能量密度，以便在不造成光學崩解之情形下，生成通過其中之一連續雷射光絲；藉由光聲加壓在該光絲周圍傳播一孔口，完全或部份地橫貫穿該透明基材；將該雷射光絲導入該透明基材中，而在該透明基材中產生一閉合形式圖案，該閉合形式圖案含有一條鑽入透明基材中的間隔孔口刻線；而且，在該透明基材(其含有一條鑽入透明基材中的間隔孔口刻線)的該形狀圖案的區域施加一熱源，直至該形狀的圖案從該透明基材被釋放出來為止。
本發明之標的物在說明書之結論部份將特別被指出，且用申請專利範圍之文字清楚地加以定義。但是，組織及操作方法，以及本發明之其他優點及目的，可配合附圖及參照以下說明而更佳地了解，其中的元件符號與本發明之其他目的、特徵及特性，將更詳細地說明如下。
2‧‧‧零件
3‧‧‧槽孔
4‧‧‧圓周
5‧‧‧切口
21‧‧‧二氧化碳雷射光點
21B‧‧‧孔洞(孔口)
21C‧‧‧微裂縫
21S‧‧‧刻線
25‧‧‧孔口之間距
31‧‧‧中心
32‧‧‧路徑
33‧‧‧被孔口刻劃的形狀
33C‧‧‧微裂縫
41‧‧‧中心
42‧‧‧路徑
43‧‧‧被孔口刻劃的形狀
43C‧‧‧微裂縫
51‧‧‧中心
52‧‧‧路徑
53‧‧‧被孔口刻劃的形狀
60‧‧‧基材
71‧‧‧雷射光點
72B‧‧‧路徑
80‧‧‧碟片
81‧‧‧刻線
81E‧‧‧孔口
81I‧‧‧內刻線
82‧‧‧雷射光點
85‧‧‧中央碟片
85A‧‧‧路徑
85B‧‧‧路徑
89C‧‧‧微裂縫
90‧‧‧管
91‧‧‧刻線
92A‧‧‧路徑
92B‧‧‧路徑
100‧‧‧管
101‧‧‧刻線
102A‧‧‧路徑
102B‧‧‧路徑
110‧‧‧光學元件
111‧‧‧雷射切削系統
112‧‧‧光束取樣鏡
113‧‧‧功率計
114‧‧‧X-Y掃描器
115‧‧‧最後聚焦透鏡
115‧‧‧最後聚焦透鏡
116‧‧‧伺服控制平台
118‧‧‧工作件
120‧‧‧非遠心透鏡
122‧‧‧遠心透鏡
136‧‧‧垂直西他軸
137‧‧‧雷射光束
138‧‧‧零件邊緣
140‧‧‧倒角零件
142‧‧‧光束
圖1係刻劃有特定封閉形狀之基材示意圖，其中，該形狀為一零部件。
圖1A係圖1之一放大部份，顯示孔口/孔洞間的間距。
圖1B係沿圖1A之1B-1B線條所截取之橫截面示意圖。
圖2係刻劃有形狀之一基材示意圖，其中，該形狀係一零件且其內部特徵將被切割出來。
圖2A係圖2所示之槽孔的放大圖。
圖2B係圖2A的一部份之放大圖，顯示多數孔口及熱源之路徑。
圖2C係圖2所示之圓形切口的放大圖。
圖2D係圖2C的一部份之放大圖，顯示多數孔口及熱源之路徑。
圖2E係圖2所示之正方形切口的放大圖。
圖2F係圖2E的一部份之放大圖，顯示多數孔口及熱源之路徑。
圖3係切割內部形狀之另一示意圖。
圖3A係圖3的一部份之放大圖，顯示多數孔口及熱源之路 徑。
圖4與4A顯示一用來進行***作用的管子。
圖5顯示可在HDD圓盤或薄片之玻璃基材中生成熱的一雷射切削系統之實例。
圖6示出一實施例，顯示經由使用非遠心透鏡控制X-Y掃描器之平台來控制多數軸的能力。
圖7示出一實施例，顯示經由使用遠心透鏡控制X-Y掃描器之平台來控制多數軸的能力。
圖8(a)至(d)顯示以斜角切除方式製成具有斜邊之形狀物的特徵，此方法不需要對邊框進行加工來達成所欲之角度。
圖8(e)示出，例如，依據該程序所能承受之分開角度，可產生的二個或更多個的多數倒角。
透明材料，特別是，但不限於玻璃族群，係可被切出特定內部形狀的一般性基材。透明材料的標靶材可選自透明陶瓷、聚合物、透明導體、寬頻帶玻璃、晶體、結晶石英、鑽石(天然或人造)、藍寶石、稀土配方、用於顯示器之金屬氧化物及在拋光或未拋光條件下具有或沒有塗層之非晶質氧化物構成之群組，且可涵蓋此等物質的任何一種幾何組態，例如但不限於，平板及晶圓。該基材可包含二層或更多層以上，其中，選擇該聚焦雷射光束之一光束焦點位置，以在該等二層或更多層之至少一層內產生光絲陣列。該多層基材可包含多層平板顯示器玻璃，例如液晶顯示器(LCD)、平板顯示器(FPD)、及有機發光顯示器(OLED)。該多層基材亦可包 含一複合材料之總成，例如具有熔合、摻雜或黏合藍寶石薄片之玻璃。這通常被用在智慧型手機殼加強抗刮傷的應用中。該基材亦可選自汽車玻璃、管子、安瓿、燈泡及螢光燈管、窗、生物晶片、硬碟機、光學感測器、平面光波電路、光纖、建築玻璃、飲料玻璃器具、藝術玻璃、矽、111-V半導體、微電子晶片、記憶體晶片、感測器晶片、光電透鏡、平板顯示器、需要堅固殼蓋材料之手持計算裝置、發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、及垂直腔面發射雷射器(VCSEL)所構成之群組。
在此所述的自脆性材料中切割釋出特定形狀材料之方法，為使用叢發超快雷射脈衝以產生一光絲，在一單片基材上或其內、或由間隙分開或未由間隙分開之一疊基材陣列的任何基材上，從任何位置開始，相對於該基材表面以任何角度(斜角)，藉由光聲壓縮，全部地或部分地穿透，以此方式切割或刻劃該透明材料。施加以下任一者之切割或刻劃之後，即發生切割釋出的效果：實體壓力(即，藉由一機械滾子)、施加一猝發氣體、施加一流體、施加如火焰、熱槍或CO2雷射之類的熱源(且與該基材間有足夠溫差存在，足以在該刻劃/切割的位置造成分離作用)、或施加一冷源(與該基材間有足夠溫差存在，足以在該刻劃/切割位置造成分離作用)。冷源之實例，如乾冰或具有冷凍低溫之液體噴霧。在一實施例中，在該切割周圍施加的溫度足以使該特定形狀之邊緣退火，並使它從該基材中釋放出來。
以下詳細說明在基材中形成特定內部形狀之雷射光束及裝置。一旦基材已被切割或刻劃後，可透過數種不同方法進行分離。可以有數種不同方式從該基材中切割出精確的特定形狀：藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串貫穿的孔口，藉由連續光聲加壓在該形狀周圍產生一連串 貫穿的切割線，藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串貫穿的切割線，藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串中斷的孔口，藉由連續光聲加壓在該形狀周圍產生一條中斷的切割線(刻劃)，藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串中斷的切割線(虛線刻劃)，藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串閉合的空孔，藉由連續光聲加壓在該形狀周圍產生一閉合的空孔切割線(內刻劃)，藉由光聲加壓在該形狀周圍產生一連串閉合的空孔切割線(內虛線刻劃)。這些方式之不同點主要在於刻劃/切割線之型態(是部份、內空孔、或貫穿)及該刻劃/切割線段之長度(是全輪廓、部份線條輪廓、或部份孔洞輪廓)。
本發明提供藉由雷射誘發光聲加壓在透明材料中進行孔口之加工的裝置、系統及方法。不像過去習知的雷射材料切削方法，本發明之實施例利用一光學組態，以分散方式沿著光束縱軸聚焦該入射光束，使得該主要焦點及多數次要焦點呈線性對齊(與該孔口之直線軸一致，但從該主要聚焦或聚焦腰部垂直移開)，當該入射光束通過該材料時讓該入射光束連續再聚焦，藉此產生一光絲，且該光絲在該材料中沿著該光束路徑修改折射率且不會遭遇光學崩解，使得在該標靶材料中之雷射光束可長距離連續再聚焦。
此種分散式聚焦方法藉由分散式聚焦元件總成產生多數次要焦點，並且從該材料上或其內至該材料外部定位該主要聚焦腰部之位置，用以”轉移(dumping)”或”減少”在該主要聚焦腰部發現來自入射光束的不必要能量。此轉移光束通量結合該主要聚焦腰部及次要聚焦腰部之線性對齊，使光絲生成的距離遠超過目前為止使用先前習知方法所能達成 之距離，同時保持足夠的雷射強度(微焦耳/平方公分(μJ/cm2)通量)，以便在整段長度的該光絲區域完成確實的修改及加壓。此分散式聚焦方法支撐生成長度遠超過1毫米的光絲，但仍保持在該材料之光學崩解臨界值以下之一能量密度，其強度足以穿過多數不相似的材料(例如在多層標靶材之間的空氣或聚合物間隙)且在多數堆疊的基材上同時鑽孔，而在鑽孔的距離上方具有可忽略之錐形，且可從該標靶材料上方、下方或內部開始形成相當平滑之孔壁。
該雷射脈衝之光學密度將展開自動聚焦現象，且產生一光絲，且該光絲具有足以在該光絲內部/四週/周圍的一區域中非燒蝕性初始光聲加壓的強度，以產生與該光絲一致的實質固定之一直線對稱空孔，且亦使該雷射脈衝連續自動聚焦及散焦，並與該分散光束之次要聚焦腰部輸出之能量耦合生成一光絲，導向/引導通過或貫穿該標靶材特定區域之孔口的生成。獲得之孔口可以不從該標靶材中移除材料，而是在所生成之孔口的周緣以光聲加壓該標靶材料而生成所需生成的孔洞。
目前已知，該標靶材表面的通量值係隨著該入射光束強度及特定分散式聚焦元件總成而改變，且可依特定標靶材料、標靶厚度、所欲切削速度、孔口總深度及孔口直徑來調整。此外，鑽孔深度係取決於該雷射能量吸收之深度，且因此藉由單一雷射脈衝所移除之材料數量取決於該材料之光學性質及該雷射波長及脈衝長度。基於這項原因，對各種特殊基材並對需要實驗決定最佳結果之應用方式配合使用之系統及材料，在此列出廣泛的加工參數。因此，雖然不一定需要產生此電漿，但如果表面之通量值高到足以引發瞬時、局部燒蝕(蒸發)切削，則在該標靶上之進入點會生 成某些最小燒蝕噴出物丘。在某些情形中，在標靶材表面需要使用密集到足以開始產生該瞬態、瞬時燒蝕鑽孔之通量值，以產生一寬斜角的入口，但該均一直徑的孔口之剩餘部分以分散式聚焦混合鑽孔法產生，而該方法使用之能量值允許在應用一連續光聲加壓技術之後，使用瞬時燒蝕技術。本發明便是在該標靶材表面選擇一通量值平衡該材料中之光束線性吸收對非線性吸收，使得燒蝕切削所需之通量值將在該斜角(或其他幾何組態)之所欲深度耗盡，以完成上述技術。如果在該標靶表面施加一犧牲層，則此混合技術將產生可忽略的一極小噴出物丘。一般犧牲層係樹脂或聚合物，例如但不限於PVA、甲基丙烯酸酯或PEG，且通常只需要1至300微米厚度(但是對於透明材料切削而言，將使用10至30微米範圍)，並且通常是將該犧牲層噴灑在該標靶材料上。如所屬技術領域所習知的，該犧牲層將防止熔融的碎屑本身附著在該表面上，而是附著在可移除的犧牲材料上，以此抑制該標靶上生成一噴出物丘。
為實現光聲加壓切削，需要以下系統：一叢發脈衝雷射系統，其可產生一光束，該光束由可程式控制的一串脈衝組成，此串脈衝在該叢發脈衝波封內包含1至50個子脈衝。此外，依據所使用之標靶材料，該雷射系統必須能夠產生1至200瓦之平均功率，且對於硼矽玻璃而言，通常此範圍將在50至100瓦之內。
一分散式聚焦元件總成(可能包含正、負透鏡，但總體上有一正聚焦效果)，可產生一微弱收束、多焦點空間光束輪廓，其中，在該標靶材料之入射通量足以產生克爾(Kerr)效應自動聚焦及傳播。
一光學傳送系統，可傳送該光束至該標靶。
在商業操作上，會需要該材料(或光束)相對於該等光學件之移動能力(反之亦然)或藉由一系統控制電腦驅動之協調/混和動作。
對該(等)特定標靶而言，使用此系統藉由光聲加壓鑽孔或通孔，需要操控以下條件：該分散式聚焦元件總成之性質；該叢發脈衝雷射光束特性；及該主要聚焦之位置。
該分散式聚焦元件總成可以是所屬技術領域中常用之一般習知聚焦元件，例如非球面板、遠心透鏡、非遠心透鏡、非球面透鏡、環狀多面透鏡、定製基本像差(非完美)透鏡、正負透鏡組合或一系列修正板(相位轉移遮罩)、相對於該入射光束傾斜之任何光學元件、及可操控光束傳播之主動補償式光學元件以及產生一明顯非理想、非高斯光束強度分布曲線的任何數目之光學元件。上述的候選光學元件總成之主要聚焦腰部，通常不包含大於90%也不包含小於50%的入射光束通量。雖然在特定情形中，該分散式聚焦元件總成之光學效率可達99%。上述程序中會使用一非-非球面像差透鏡。該分散式聚焦元件總成之真正光學效率必須針對各種特定應用加以微調。使用者將創造出為各種透明材料、該標靶之實體組態及特性以及特定雷射參數而定製之一組實驗表-這些表格可電腦化且經由一中央或分散式控制架構來驅動一系統。
碳化矽、磷化鎵、藍寶石、強化玻璃等，各有自己的值。此表格係由在該材料內產生一光絲(如上述調整雷射功率、聚焦位置及透鏡特性)且確保有足夠之通量誘發光聲加壓的一***平面或軸，以產生一孔口的實驗所決定。
使用50瓦雷射輸出5脈衝(以50百萬赫茲(MHz))，每一叢波有 50微焦耳(μJ)的能量，且頻率(重複率)在200千赫茲(kHz)範圍內，在硼矽製成之一2毫米厚的單一、平面標靶中鑽出一直徑1微米的貫穿孔口之樣本光學效率為65%，其中，該光束之主要聚焦腰部偏離所欲之開始點高達500微米(μm)。
應注意的是，亦有一組必須藉由此光聲加壓鑽孔程序滿足之物理參數。該光束點直徑大於該光絲直徑，而該光絲直徑大於該孔口直徑。此外，該分散光束之主要聚焦腰部不會在內部已產生一光絲的該標靶材料表面之中或其上。
該主要聚焦腰部之位置大致在偏離該所欲開始點5至500微米之範圍內。這亦被稱為能量轉移距離。它亦由針對各透明材料、該標靶之實體組態及特性以及雷射參數定製之一實驗表所決定。它是由藉上述方法產生之表格外插而得。
該雷射光束能量性質之一實例如下：在該光束中以1赫茲(Hz)至2百萬赫茲(MHz)之重複率介於5微焦耳至100微焦耳的脈衝能量(該重複率界定該樣本移動之速度及相鄰光絲間之間距)。可藉由改變各叢發波封內出現之時間能量分布來調整該光絲直徑及長度。
在此，使用叢發皮秒脈衝光是因為沉積在該靶材中之能量總數低且可在不使該材料破裂之情形下進行光聲加壓，並且在該靶材中產生較少的熱，因此有效的較小能量封包沉積在該材料中，使得該材料可從基態逐漸升高至最大激態而不會損害該光絲附近的材料之完整性。
真正的物理程序的發生，將在此敘述。該脈衝叢發雷射之入射光束的主要聚焦腰部，係經由一分散式聚焦元件總成傳送至在其內產生 光絲之該標靶材上方或下方(但不會在內部)空間的一點。這將在該標靶表面產生一光點且發出白光。該標靶表面上之光點直徑將超過該光絲直徑及該所欲特徵(孔口、槽孔等)之直徑。因此照射在該表面之光點中的能量大於產生二次光電效應(克爾(Kerr)效應-其中該材料之折射率變化與所施加之電場成正比)之臨界能量，但是低於引發燒蝕程序所需之臨界能量且更明顯地低於該材料之光學崩解臨界值。由於長時間維持在該靶材中所需之功率，使得在該自動聚焦條件及電漿散焦條件間之平衡得以維持，故可進行光聲加壓。此光聲加壓係一均勻且高功率之光絲生成及傳播程序的結果，此材料因而得以重組而便於經由燒蝕程序去除。如此產生之非常長的光絲，藉由該分散式聚焦元件總成所產生在空間上延伸的次要焦點之存在而被激發，在不到達光學崩解之情形下保持自動聚焦效應。在此總成中，大量邊緣及近軸光線相對於該主要聚焦收束在不同的空間位置。這些次要焦點存在且延伸入無限空間，但只在實驗上對應該標靶厚度之一有限範圍內才具有有用的強度。以較低的能量值將該等次要焦點聚焦在該基材表面下方，但是在該絲化程序活躍的底面，使該雷射能量可進入該材料之體積內，同時避免被電漿吸收及被碎屑散射。
該分散式聚焦元件總成可為一單像差聚焦透鏡，放在該入射雷射光束之路徑中，形成該入射光束似乎不均勻分散式聚焦於一分散聚焦光束路徑中，且該分散式聚焦光束路徑包含一主要聚焦腰部及一連串直線配置之次要聚焦腰部(焦點)。這些焦點之對齊係與該孔口之直線軸同一直線。請注意，該主要聚焦腰部不會在該標靶材料上或在其內。由於該聚焦光束之對稱性及非線性，該孔口可在主要聚焦腰部上方或下方開始形成， 所以該主要聚焦腰部也跟著在該標靶材料上方或在該標靶材料下方。因為該材料作為該雷射之電場改變該標靶的折射率時，產生這些焦點之最後光學元件，所以有一光束點(距離約10微米)位在該標靶表面上且該等較弱的次要聚焦腰部同一直線位在該標靶內。此分散式聚焦使雷射能得以沉積在該材料中生成一光絲線或區域。利用多數直線對齊的焦點且讓該材料作為最後透鏡，在該標靶材料被超快脈衝雷射光束轟炸時進行多次、連續、局部的加熱，該等加熱便沿該直線對齊的焦點路徑以熱誘發改變該材料之局部折射率(詳而言之，複折射率)，造成該標靶內形成一非錐形長條光絲，接著一聲壓波在該所欲區域以環狀壓縮該材料，在該絲化路徑附近產生一空孔及環狀之壓縮材料。然後該光束再聚焦，且該再聚焦之光束結合該次要聚焦腰部之能量，以保持該臨界能量值且這一連串程序自行重複以便鑽出1500：1長度直徑比(孔口長度/孔口直徑)的一孔口，且該孔口具有小到沒有錐度及切實地相同直徑之一入口孔口尺寸及出口孔口尺寸。此方法不像習知技術將能量聚焦在標靶材料之頂表面上或在標靶材料內而產生一短的絲化距離直到光學崩解且絲化減緩或停止為止。
在一堆疊組態的三個平面標靶之底部兩個標靶中鑽孔，且在它們之間具有一空氣間隙，其中，該主要聚焦腰部係位在最後的標靶下方。可從一多層構造之頂端、或底部、或中間鑽孔，但是如果使用相同一組透鏡及曲率，該鑽孔程序一定是從該主要聚焦腰部以相同距離進行。該聚焦腰部一直在該材料外部且不會到達該基材表面。
透過光聲加壓鑽孔之方法，係藉由以下序列步驟來達成： 1.使雷射能量脈衝從一雷射源通過一選定的分散聚焦透鏡 聚焦總成；2.調整該分散聚焦透鏡聚焦總成相對於一雷射源之相對距離及/或角度，以便以一分散式聚焦組態聚焦該雷射能量脈衝，而產生一主要聚焦腰部及至少一個次要聚焦腰部；3.調整該主要聚焦腰部或該標靶，使得該主要聚焦腰部不會在被切削之標靶上或其內；4.調整該焦點使得該標靶表面上雷射通量之光點位在該主要聚焦腰部下方或上方，具有始終大於在該標靶中生成之一光絲的直徑；5.調整該次要聚焦腰部之通量值為足以確保一光聲加壓切削傳播通過該標靶之所欲體積的強度及數目；6.從該雷射源通過選定之分散聚焦透鏡聚焦總成，至該標靶施加至少一次具有適當波長、適當叢發脈衝重複率及適當叢發脈衝能量之雷射脈衝叢波(1至50脈衝/子脈衝)，其中，在該雷射脈衝接觸該標靶上開始切削的點，施加於該標靶的脈衝能量或通量總量大於開始及進行光聲加壓切削所需之臨界能量值，且低於開始燒蝕切削所需之臨界能量值；及7.當完成所欲切削時，停止該雷射脈衝叢波。
如先前所述，會有多種特定的孔口組態，其中，可能想要有錐形入口的孔口。這是藉由能夠燒蝕切削一所欲距離之雷射通量值開始形成該孔口並以低於燒蝕切削臨界值但高於光聲切削臨界值的雷射通量值在該材料中鑽至所欲深度來達成。亦可在該標靶表面上施加一可移除的犧牲層來生成這種孔口。這將在該犧牲層生成噴出物丘，使得該噴出物丘在後來可與該犧牲層一起移除。如此混合燒蝕及光聲加壓法削切鑽出的孔口將 透過以下步驟完成，但是必須施加該犧牲層且如果使用的話不必先進行：1.在標靶的至少一面施加一犧牲層；2.使雷射能脈衝從一雷射源穿過一選定的分散聚焦透鏡聚焦總成；3.調整該分散聚焦透鏡聚焦總成相對於一雷射源之相對距離及/或角度，以便以一分散式聚焦組態聚焦該雷射能脈衝而產生一主要聚焦腰部及至少一個次要聚焦腰部；4.調整該主要聚焦腰部或該標靶，使得該主要聚焦腰部將不會位在被切削之標靶上或其內；5.調整該焦點，使得該標靶表面上雷射通量的光點位在該主要聚焦腰部下方或上方；6.調整該靶表面上雷射通量的光點，使得其直徑始終大於在該標靶中生成之光絲的直徑；7.確保該等次要聚焦腰部之通量值具有足以確保一光聲加壓切削傳播通過該標靶之所欲體積的強度及數目；及，8.從該雷射源通過選定之分散聚焦透鏡聚焦總成至該標靶施加至少一次具有適當波長、適當叢發脈衝重複率及適當叢發脈衝能量之雷射脈衝叢波(1至50脈衝/子脈衝)，其中，在該雷射脈衝接觸在該標靶上切削之開始點的一光點，施加至該標靶的脈衝能量或通量之總量大於開始燒蝕切削至所欲深度所需之臨界能量值，且接著在該燒蝕鑽孔底部之通量能量大於開始及進行一絲化及光聲加壓切削所需之臨界能量值，且低於開始燒蝕切削所需之臨界能量值；及 9.當完成所欲切削時，停止該雷射脈衝之叢波及絲化。
該等雷射性質、該主要聚焦腰部之位置及該最後聚焦透鏡配置以及所產生之孔口特性的各種參數係列在下表中。應注意的是，由於它們的值會隨著該標靶材料之種類、其厚度及所欲孔口尺寸與位置而大幅變化，故它們係以範圍表示。下表包括了使用於特定形狀應用的孔口之光聲加壓切削所使用的參數。
如前所述，上述參數會隨著該標靶材的不同而變化。就一操作例而言，為了在一透明基材中鑽出一2毫米深3微米孔，將使用以下裝置 及參數：一1064奈米波長雷射，64瓦平均功率，100千赫茲重複率，80微焦耳脈衝能量，及，在該叢發波封內一50百萬赫茲頻率之8子脈衝。
假設一10皮秒脈衝寬度的脈衝功率，例如，係，80微焦耳除以10皮秒，產生8MW(MW=百萬瓦)。這將以像差的透鏡在2毫米的空間(光絲活躍區域係2毫米長)聚焦傳送分散的焦點而聚焦在該基材表面上方或下方5至50微米處。
圖1係具有刻劃形狀之基材的示意圖，其中，該形狀係一種所欲的零件。該閉合形狀(所欲零件)在圖1中是由符號2表示之零件。
當該主體或形狀係所欲的零件時，清楚地有兩種對策。如圖1所示，產品2係經由絲化在主基材1上刻劃生成所欲零件之形狀。請參閱圖1，實線21S代表切入該基材1之表面1S的刻線。CO2雷射光點21如虛線22A、22B所示，以大約75至25%之比率加熱該刻線21S附近的基材周圍。依據該工作件，從100微米至10微米調整該CO2雷射光點尺寸。舉例而言，當製造一智慧型手機殼玻璃或汽車擋風玻璃、鏡子、建物窗等物件時，該光點尺寸設定為8毫米，且這是藉由設置大約1000毫米聚焦長度(具有非常大的場域)的一遠心透鏡來達成，其中，該幾何焦點係設置在該標靶上方很遠之處，以便在該刻線上具有非常大的光點尺寸。
仍請參閱圖1，該CO2雷射直徑8毫米的光點有2毫米位在該切割線21S之內，且該CO2雷射直徑8毫米的光點有6毫米位在該切割線21S之外。該框被儘可能加熱，以使該閉合形式(該所欲零件)從該框分離。其外部，其碎玻璃，被加熱更多且膨脹，而沿該光絲刻線21S產生一***線。
圖1A係圖1之一放大部份，顯示21B多數孔洞(孔口)之間的 間距。該等孔口21B直徑大約1微米。圖1A顯示微裂縫21C係在21B該等孔口21B之間。微裂縫21C係由於光聲加壓的震波產生。依據樣本種類、基材厚度及孔口深度，如符號25所示，該等孔洞(孔口)中心對中心的間距係2至10微米。
圖1B係沿圖1A之線段1B-1B所截取之示意橫截面圖。孔口21B完全延伸穿過該基材。多數孔口可在該基材底部開始且向上延伸至該基材頂部，但不穿過該基材。多數孔口可從該基材底部延伸至該基材頂部5至100微米內。該透明基材中的所有鑽出的孔口係沒有錐度之實質圓柱形。在孔口深度之所有例子中，CO2雷射分離開裂都有發生作用。
圖2係具有刻劃特定形狀33、43與53之一基材1S的示意圖，其本體1S係該所欲零件且切割出該(等)內部特徵(從該基材移除)。如圖2所示，當該等閉合形式，例如在該零件2上做出之槽孔3、圓周4及切口5之任一形式或其組合不是所欲零件時，可熔化或破壞任一槽孔3、圓周4及切口5或其組合，從該主體解除任一槽孔3、圓周4及切口5或其組合。槽孔3、圓周4或切口5之中心31、41或51被一CO2雷射光點加熱。利用一檢流計掃描器使該等雷射光點在路徑32、42或52中移動多次以到達熔點且造成該閉合形式變形。此變形導致該閉合形式的零件膨脹且當該零件冷卻時，由於收縮，沿該光絲刻線產生分離且該內部的特定形狀因其本身重量而自動掉落。就該槽孔的形狀組態而言，該雷射光點尺寸設定為小於1毫米，且由一檢流計掃描器畫出一路徑，以熔化孔口33的刻線內之基材，且從該主體1S釋出以孔口33的線條包圍之形狀。就切口5而言，該雷射之光點尺寸設定為2毫米。該雷射之光點尺寸不是一限制因素且越大越好，只要它保持在欲從該基材 移除之特定形狀內即可。
例如，藉由在該基材中產生一光聲加壓的材料區，然後對圓心施一定的熱，且同時有一移動熱源描繪周緣或周邊，藉此解除半徑範圍1至50毫米之多數圓周(圓形切口)。在圓心產生一熱區。一熱區係沿該光聲加壓縮材料區域而間歇產生。繼續加熱該圓心直到它開始軟化即停止該加熱程序。在輻射及對流冷卻時，該被加熱的圓周收縮。這使該閉合形狀自然而然的從該基材解除，產生一低破壞、高品質的切割面，沒有因該解除及分離程序所產生另外的應力。在此組態中，雷射光點尺寸設定為小於2毫米，且該檢流計掃描器畫出一條路徑，以熔化該基材且使它從該主體中釋放出來。
圖2A係圖2所示之槽孔3之放大圖。圖2B係圖2A之一部份放大圖，顯示多數孔口33及該熱源的路徑32。微裂縫33C係顯示在圖2B中該等孔口33之間。圖2C係圖2所示之圓周4之放大圖。圖2D係圖2C之一部份放大圖，顯示多數孔口43及該熱源的路徑42。微裂縫43C係顯示在圖2D中該等孔口43之間。圖2E係圖2所示之正方形切口5之放大圖。圖2F係圖2F之一部份放大圖，顯示多數孔口53及該熱源的路徑52。微裂縫53C係顯示在圖2F中該等孔口53之間。在所有例子中，該熱源可為一CO2雷射熱源或某種其他熱源。
以兩個圓刻劃玻璃以形成用於硬碟機之一碟片，在工業上是困難的。在相關技術中，經鑽石滾輪刻劃後，切面品質非常差，需要研磨，而這會增加生產成本。圖3係一釋出特定形狀材料之另一示意圖。在刻劃該基材後，該圓盤從該基材60之主體(主要部份)分離，且該中央碟片85亦從該 圓盤分離。
圖3A係圖3之一部份放大圖，顯示多數孔口81E及該熱源之路徑。微裂縫89C係顯示在圖3A中該等孔口之間。孔口81E可如上所述，部份地(完全地？)伸穿過基材60或部份地貫穿基材60。在該透明基材中鑽出之所有孔口81E係沒有錐形角度之實質圓柱形。
符號81I代表一呈圓形之內刻線，且符號81E代表一呈圓形之外刻線。刻劃的意思是該基材包括可或不可完全延伸穿過該基材的多數孔口。使用大約200千瓦功率(kW)之CO2雷射在該主體60中產生用以膨脹材料之一熱區並生成切割線。例如，當欲切割之形狀係該中央碟片85之中心時，它被加熱到幾乎達該基材60之熔點。由於該基材熱膨脹，接著基材冷卻，然後該中央碟片85收縮，故該中央碟片85在其本身重量之作用下或藉由一空氣噴嘴之些許接觸、機械指壓力、或某種其他自動化裝置而掉落。若目標是從該基材60之主體(主要部份)解除該碟片80時，該穿孔的刻線81E加熱因此避免任何破壞。該CO2雷射光點71的直徑約10毫米，且該光束有70%以上位在該基材之主體60(主要部份)上，以確保膨脹。沿該刻線81E形成一***線，且該碟片以具有極高地品質，沒有切削或切面破壞的形態，從該基材之主體60釋放出來。
刻劃圓81I、81E係藉由超快叢發絲化的方法，以大約一秒的時間在該玻璃基材60中形成，以生成呈圓形之穿孔。雷射光點71與82，在沿著路徑85A、85B與72A、72B的多次掃描中，以數秒的時間產生一最終產品。該中央碟片85在其本身重量之作用下或由空氣壓力或機械指稍觸碰便自行掉落，且該碟片80亦從該碎玻璃框內釋出。
仍請參閱圖3，碟片80以1微米(μm)之精度及小於1微米(μm)之切面粗度切割。由於超快叢發光絲刻劃係以沒有任何微裂縫或邊緣切屑之方式切割該等零件，因此不需要研磨。
圖4與4A顯示用於***之一管。管90與100係分別沿線條91與101刻線。一CO2雷射在該等虛線所示之路徑92A、92B中加熱該刻線91並造成管90分離。刻線91與101包含可或可不延伸穿過該等管90與100之一連串孔口。一CO2雷射在該等虛線所示之路徑102A、102B中加熱該刻線101且這造成管100分離。在圖4與4A之例子中，藉由超快叢發絲化接著該CO2雷射加熱，使得管90、100沿其對稱軸旋轉而生成刻線81、101。可使用其他熱源來加熱路徑92A、92B與102A、102B。
以下將詳細描述在該基材中形成該等特定形狀所使用之雷射光束及裝置。一旦切割或刻劃該基材後，可應用上述任一種方法來進行分離。如在此所述，該真正的刻線/切割線相對於該基材表面可能傾斜(斜角)。在貫穿切割特定形狀之程序中，最好以向下的錐形切穿該基材，如此一來該特定形狀不會因為重力作用在完成切割時從該基材釋出。相反地，由於該形狀的頂部周緣大於該基材開口的底部周緣，稍後它會從該基材上方突起，且被固持定位。
藉由絲化進行光聲加壓之任何材料，可使特定形狀被切割且接著從該材料分離。
產生一特定形狀並從一玻璃基材中釋出之習知技術方法，需要該玻璃形成一片材，且此玻璃基材將由該片材以一鑽石鈮(或輥)切割或刻劃成多數形狀且彎曲而分開。這是該特定形狀之粗成形或粗切削。然後使 該等特定形狀之邊緣露出，再研磨並清洗邊緣。這些都是昂貴、耗時之步驟，且各步驟因為在粗切削及精切削之所有程序中釋出的研磨粒子，而有較高的可能性產生粒子污染。
或者，各特定形狀可個別倒入(很少見)一胚模中，但是此胚亦必須研磨、拋光及清洗其邊緣。然後，該等特定形狀被個別研磨至一高精度以達到可防止布擦損之相當於均勻表面的平滑度。
本發明為利用超快雷射脈衝之(多次)叢波的一新穎方法，可在一堆疊陣列的材料中之任何或各構件切削孔口或作切割，其中，該雷射光及聚焦參數已被調整成在所欲的開始點及結束點，可產生一特定深度及寬度的孔口之材料內部生成一光絲。詳而言之，它提供以下所述優於習知技術之相當大的進步：較平滑之切割面、最少的微裂縫傳播、產生較長/較深之孔口、非錐形孔口、非直線吸收、具有一致內徑之孔口、最小之入口扭曲及較少間接損害。
本發明之主要目的在於提供一種方法，快速、精確且經濟地進行非燒蝕雷射切削，藉由以超快雷射脈衝之(多數)叢波絲化而從透明材料刻劃或切割特定形狀，且接著從該材料中釋出這些形狀的物件。在該材料中切割/刻劃該等特定形狀且進行最後的釋出之裝置及方法，在此將以內在形狀方法論及***系統詳細說明。
超快脈衝雷射為微切削提供高強度，藉由積極驅動多光子、穿隧離子化、及電子突崩程序俐落地修改及加工表面。該程序在該標靶之透明材料中提供足夠能量，該能量小於在燒蝕鑽孔中所使用之能量，但超過臨界能量值以便朝向該基材內啟動自動聚焦生成光絲，造成光聲加壓而 修改該材料中之焦點折射率且不會遭遇光學崩解(如習知燒蝕刻劃系統所遭遇者)，使得該標靶材料中之雷射光束可持續長距離連續再聚焦，甚至足以使多數堆疊之基材可同時鑽孔、刻劃，越過該鑽孔距離之可忽略的錐形，一相當平滑的孔口壁，且可在該標靶材上方、下方或內部開始。藉由該製造單元之方向/轉向所生成之光絲可在標靶之表面或體積上鑽出孔口、切割、刻劃或分割。
內在形狀方法論
利用以上說明之雷射切削技術，配合電腦化雷射切削系統，以超快雷射脈衝之叢波準確地聚焦藉該基材中生成之光絲，可進行不必產生多數平切面的準確、經濟之閉合形式切割。藉由對相對於該基材之光絲的改變，可以在相對於該基材之表面以多數角度進行無限制之完全或部份切割。由於電腦化3D模擬能力及切割的準確性，故可切割同時具有銳角及鈍角之多數內在形狀。
可經由機械或透過一氣體或流體推動所施加之直接壓力，或藉由該基材之瞬時扭曲來釋出該特定形狀。亦可藉由施加一熱源或冷源至該基材或閉合形式之任一部份來達成。如果所使用之材料及該閉合形式對於橫跨切割/刻劃線上的差溫反應較佳，則可同時使用冷源與熱源。
由一透明、脆性基材切削，用以釋出特定形狀材料之方法，係以下列步驟進行：提供一透明基材；提供包含一雷射脈衝叢波而在一光束中之多次超快雷射脈衝； 提供可將該雷射光束聚焦在該基材上且可使該雷射光束與該基材之間產生相對圖案化移動之一雷射光束傳送系統，；相對於該基材，將該雷射光束聚焦在該基材外部之一位置生成一光束腰部，其中，照射在該基材表面上之雷射脈衝經過聚焦，使得在該透明基材內維持一足夠的能量密度，在不造成光學崩解之情形下生成成通過其中之連續雷射光絲；在該光絲周圍傳播一孔口，藉由光聲加壓完全地或部份地橫貫穿過該透明基材之一部份；利用該雷射光束傳送系統，在該聚焦雷射光束與該基材之間產生相對移動，以便移動在該基材中產生孔口之雷射光絲位置而形成穿過該基材之切割；導引在該透明基材中的雷射光絲的方向，隨著對該基材進行的切割程序，而在該透明基材中劃出一特定形狀的圖案；及在該基材中切出之內在形狀圖案的區域施加一熱源，直到該特定形狀材料從該透明基材被釋出為止。
應注意的是，該***雷射必須正確地聚焦，以便避免在該表面上或在材料內沿著該刻線有任何破壞。在該表面加熱時，可使用波長較長之雷射，例如CO2(對於CO2波長，基材是不透明的)，或在內側使用波長可透射該基材之雷射，在這種情況下沿該刻線對一大塊材料進行加熱。
至於內在的形狀，例如該物體係最終產品，且是不使用內圓之小圓或袋而言，比較實際的做法是使用CO2光束熱熔化該切口且讓該基材 冷卻。再一次，沿著刻線形成一條解除線且內部切口將藉由重力、或使用機械指或空氣壓力而掉落。
***系統
所有雷射切削系統均至少有兩個特點：它們改變該入射雷射光束在該工作件上之位置；及它們可調整各種雷射聚焦、功率及傳送參數。
該系統可：相對於該雷射光束而移動該工作件(即，使用可在該X-Y平面中移動之一工作台)；可相對該工作件而移動該雷射光束(即，透過轉向鏡或支架橋)；或，可使用兩種技術之組合。
圖5顯示可在HDD圓盤或薄片之玻璃基材中形成熱的一雷射切削系統111的一實例。它包括一CO2或纖維或固態雷射111，其具有一組適當光束轉向光學件，使得該雷射光束可被傳送至一多軸旋轉與移動平台，該多軸旋轉與移動平台包括：在該XY平面中之一旋轉平台(西他，θ)，一3DXYZ移動平台，及在一協調控制構件中使該光束或該零件相對於該X軸(伽馬，γ)傾斜之一軸。在所示實施例中，該光束係藉由調整光學件110(例如一正透鏡或負透鏡或傳送可進一步調整或控制微弱聚焦光點的透鏡組合)、光束取樣鏡112、功率計113、X-Y掃描器114、最後聚焦透鏡115、及定位工作件之伺服控制平台117來操控。以汽車窗或其他玻璃零件為例，可藉由一自動聚焦組態(例如，使用一位置感測裝置)在彎曲或不平坦的表面上維持一固定工作距離來控制雷射光點位置及深度。
圖6與7顯示經由控制該X-Y掃描器114之平台，使用非遠心透鏡120(圖6)及遠心透鏡122(圖7)控制多數軸的實施例。應了解的是，亦可使用其他光學組態。這些傾斜或斜角切割或刻劃，如在此所述，可用來防止完全地切割之特定形狀物件經由重力或空氣壓力或機械力從該基材中掉出。
圖8(a)至(d)顯示以一角度斜切製造出具有斜邊之內部特徵，其不需要後製分割加工即可達成所欲的角度結果。在圖8(a)至(c)中，該光束軌道係以一固定入射角度之雷射光束137，經由環繞該θ軸136旋轉來獲得，該角度等於在最後零件邊緣138上所欲之斜率。此非限定的實施例可讓斜角切割及移動的旋轉平台成為一種裝置，經由多數光絲陣列支撐在複雜切口的中心產生熱。該等孔口可如上所述部份地或完全地延伸穿過該基板。
圖8(d)顯示在體積或表面熱***後，以不同角度利用多數光絲形成光束142經由加工而生成之一倒角零件140的實施例。應了解的是，該光束與光絲路徑可被控制而形成各種角度之倒角或斜邊。以協同(平行)生成為例，該光束可被分開且被導引通過光學件以獲得多種光束路徑，到達標靶時呈現直角以外之多數入射角度，及一垂直入射光束，因此產生一三面邊緣或倒角。
應了解的是，客人亦可依據，例如，該程序所能容許之分開角度，創造出有二個或更多個的面之倒角。圖8(e)顯示某些組態實例。
在某些實施例中，如下所述，該雷射加工系統經過配置之後可使一雷射(具有光束分開的光學件)同時實施兩個刻劃步驟，只要該雷射具有足夠功率即可。已發現的是，例如，具有一大約75瓦平均功率的雷射足 以同時實施所有加工步驟，因此另一高功率雷射可經由光束分開用來實施***。
具有多軸旋轉及移動控制之前述裝置，當利用雷射脈衝來達成容積熱的表面時，可被用來以可變的聚焦位置，非垂直入射角，且以可變、配方控制的位置將該光束照射至該(等)工作件上，沿著光絲陣列產生多數熱曲線帶，以便切割出多數閉合形狀而產生智慧型手機殼玻璃、玻璃HDD圓盤(由原玻璃或覆蓋磁性介質之玻璃基材)、汽車窗等產品。這以目前所使用之雷射燒蝕切削技術是不可能做到的。所屬技術領域中具有通常知識者均了解，不是所有應用都需要所有這些軸，且某些應用從越簡單的系統構造即可受益。此外，應了解的是，所示裝置只是本發明多數實施例之一，且在不偏離本發明範疇的情形下，可對於多種不同基材、應用及零件呈現方式，而改變、修改或混成該等實施例。
應了解的是，本發明之應用不限於以下說明提出或圖中所示之組件配置。本發明可以有其他實施例且可以各種不同順序之步驟實施或執行。例如，從該基材解除該閉合形式之數種方法已詳細說明，在所屬技術領域中習知的是所施加之熱源亦可被用來回火或退火該基材，因此讓製造者可組合該等退火與分離步驟。
又，應了解的是，在此使用之語詞及術語係用以說明，且不應被視為限制。因此，所屬技術領域中具有通常知識者均了解本發明可輕易作為實現本發明之數種目的之其他結構、方法及系統的一設計基礎。因此，重要的是申請專利範圍在等效構造不偏離本發明之精神與範疇之情形下應被視為包括該等等效構造。
114‧‧‧X-Y掃描器
118‧‧‧工作件
120‧‧‧非遠心透鏡

Claims (27)

  1. 一種自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其包括以下步驟：提供一透明基材；提供包含一雷射脈衝叢波之超快雷射脈衝光束；提供可將該雷射光束聚焦在該透明基材上，且可使該雷射光束與該透明基材之間產生相對圖案化移動的一雷射光束傳送系統；相對於該基材聚焦該雷射光束，以便在該透明基材外部生成一光束腰部，其中，照射在該基材表面上之雷射脈衝經過聚焦，使得在該透明基材內維持足夠能量密度，以便在不造成光學崩解之情形下生成通過其中的一連續雷射光絲；以複製方式傳播多數孔口，各孔口係藉由光聲加壓完全地或部份地橫貫穿過該透明基材在該光絲周圍傳播；導引在該透明基材中之該雷射光絲，在該透明基材中產生一內部形狀圖案，且該內部形狀圖案含有一條鑽入該透明基材中間隔孔口的刻線；及，該內部形狀圖案區域含有一條鑽入該透明基材中間隔孔口的刻線，在該透明基材中之該內部形狀圖案區域施加一熱源，直到該內部形狀圖案從該透明基材中釋出為止。
  2. 一種自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其包括以下步驟：以複製方式傳播多數孔口，並刻劃一條由該等孔口構成之刻線，各孔 口係藉由具有含一雷射脈衝叢波的多數超快雷射脈衝之一雷射光束產生光聲加壓，而在該透明基材中被鑽出；該刻線產生被包圍在該刻線內的一內在形狀，及在該刻線外部之多餘透明材料；該等孔口是互相間隔地分開的；施加一熱源，對被包圍在該透明基材之該等孔口刻線內之該內部形狀區域進行加熱，且加熱在該內部形狀外部之透明基材，直到該內部形狀之材料與該透明基材分開為止。
  3. 如請求項2之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：加熱被包圍在該透明基材之該等孔口刻線內之該內部形狀的步驟，包括沿該等孔口刻線加熱直到該內部形狀與該透明基材分開為止。
  4. 如請求項3之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟包括在該熱源與該基材之間相對移動。
  5. 如請求項4之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一雷射源實施。
  6. 如請求項5之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中： 該雷射源係一CO2雷射。
  7. 如請求項4之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一火焰實施。
  8. 如請求項4之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一加熱槍實施。
  9. 如請求項5之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：在該基材上之該CO2雷射光點尺寸係在一100微米至10毫米之直徑範圍內。
  10. 如請求項5之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：在該基材上之該CO2雷射光點尺寸係8毫米，而6毫米的雷射光點則位在該透明基材之該等孔口的刻線外部的該透明基材上，且2毫米的雷射光點位在該內部形狀上，該等孔口外部之透明基材被加熱的程度比該內部形狀為多。
  11. 如請求項1之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中： 該等孔口口中心對中心之間隔為2至10微米。
  12. 如請求項2之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該等孔口中心對中心之間隔為2至10微米。
  13. 如請求項2之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該等孔口係部份地延伸穿過該透明基材。
  14. 如請求項2之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該等孔口係完全地延伸穿過該透明基材。
  15. 一種自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，包括以下步驟：使用分散式聚焦方法，將雷射光束聚焦在透明基材之上，以形成一在透明基材外部的主要光束腰部，以及多數的在透明基材內部的次要聚焦腰部；以複製方式傳播多數孔口，以刻劃一條由該等孔口構成之刻線，各孔口係藉由使用具有含一雷射脈衝叢波的多數超快雷射脈衝之一雷射光束的光聲加壓，而在該透明基材中被鑽出；該刻線產生被包圍在該刻線內的一內部形狀，及在該刻線外部之本體；該等孔口是互相間隔地分開的； 加熱被包圍在該透明基材之該等孔口的該刻線內之該內部形狀區域，以破壞其與基材本體的連結。
  16. 如請求項15之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一CO2雷射源實施。
  17. 如請求項15之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一加熱槍實施。
  18. 如請求項15之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該加熱步驟係以一火焰實施。
  19. 如請求項15之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，更包含以下步驟：以一冷源冷卻該內部形狀區域。
  20. 如請求項19之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中：該冷源可選自一冷流體、及乾冰所構成之群組。
  21. 如請求項15之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，更包含以下步驟：施加機械壓力至該內部形狀，以使在該等孔口的刻線內之該內部形狀自本體中分離。
  22. 一種用以切削一透明基材之方法，包括以下步驟：以複製方式傳播多數孔口，且刻劃一條由該多數孔洞構成之刻線，各孔口係藉由具有含一雷射脈衝叢波的多數超快雷射脈衝之一雷射光束產生光聲加壓，而在該透明基材中被鑽出；該等孔口是互相間隔地分開的；加熱該透明基材之該等孔口刻線，且在該等孔口刻線之第一側及該等孔口之第二側加熱該透明基材，直到該透明基材被分成第一部份與第二部份為止。
  23. 如請求項22之用以切削一透明基材之方法，其中：該基材係呈管狀。
  24. 一種自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，包括以下步驟：使用光聲加壓，在該透明基材中鑽出多數第一孔口，刻劃出含該多數第一孔口的內圓形圖案；使用光聲加壓，在該透明基材中鑽出多數第二孔口，刻劃出含該多數第二孔口的外圓形圖案；在包含該等多數第一孔口的該內圓形圖案內，加熱該透明基材的第一部分；在含有該等多數第二孔口的該外圓形圖案的位置周圍，加熱該透明基材的第二部份；從該透明基材之其餘部份，分開在含有該等多數第一孔口的該內圓形圖案內的該透明基材第一部份；及， 從該透明基材之其餘部份，分開在含有該等多數第二孔口的該外圓形圖案內的該透明基材第二部份。
  25. 如請求項24之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中，加熱該透明基材的第一部份之步驟，係從一雷射、一火焰及一加熱槍所組成之群組之中選擇一熱源，且其中，加熱該透明基材的第二部份之步驟係從一雷射、一火焰及一加熱槍所組成之群組之中選擇一熱源實施。
  26. 如請求項24之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，更包含以下步驟：冷卻該透明基材之該等第一與第二部份，以利分開該透明基材之該等第一與第二部份。
  27. 如請求項24之自一透明基材內部切削並釋出特定形狀物件之方法，其中，該多數第一與第二孔口係完全地鑽透該透明基材。
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