CN110167892A - 用于分割基底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分割基底、尤其由脆硬性材料构成的基底的方法，其中，利用至少一个脉冲式激光束沿着预先确定的分割线将损伤彼此间隔开地引入到基底中，其中，如此选择相邻的损伤之间的平均间距以及用于产生相应损伤的激光脉冲的数量，使得(a)用于沿着分割线分割基底的断裂应力σB小于与相应的基底相关的第一参考应力σR1，(b)在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应的基底相关的第二参考应力σR2，以及(c)在引入损伤之后，通过沿着分割线施加应力可分割基底。

Description

用于分割基底的方法
技术领域
本发明涉及一种用于以激光辅助的方式对基底、尤其由玻璃、玻璃陶瓷或硅构成的基底进行分割的方法，在其中用脉冲式激光束沿着预先确定的分割线将损伤彼此间隔地引入基底中。本发明还涉及一种工件，尤其玻璃制品、玻璃陶瓷制品和/或硅制品，其具有沿着分割线彼此间隔开的损伤。
背景技术
在玻璃工业中广泛应用的切割方法是机械划线和断裂。该方法成本有利，但基本上限于直线切割。在断裂之后，棱边通常不具有足够的品质，因此需要进行复杂的后续处理，例如，进行磨削或抛光。
另一方法是水射流切割，其虽然允许自由几何形状，但是在品质受限的同时相对慢且昂贵，因此在该方法中通常还需要进一步再处理棱边。因此，水射流切割的方法主要用于复杂的几何形状，其不能通过划线和断裂以及可能的后续加工来制造。
在热激光划线的方法中，玻璃例如借助于CO2激光沿切割线被加热，并立即再次快速冷却。借此使得可以实现高的棱边品质，并且同时制造自由几何形状，但是其中，切割棱边的曲率半径必须不能太低。然而，激光划线不能或仅以高的品质损失适用于厚度较大的玻璃，且尤其不适用于具有低热膨胀系数的玻璃。
在这种背景下，激光细丝化的方法似乎特别有希望。在此使用超短脉冲激光，将分割线、例如以穿孔形式的分割线引入玻璃中。
如例如在WO 2012/006736 A2中所述的，可以用脉冲式聚焦的激光束在透明基底中产生细丝，其中，由多个细丝形成的路径使得可以分割基底。对此通过高能的短激光脉冲产生细丝，其中，假设非线性光学克尔效应导致激光束的自聚焦，由此引起等离子体形成。
DE 10 2012 110 971 A1也描述了一种对透明工件进行分割制备的方法，其中通过超短激光脉冲沿着给定的断裂线产生地延伸通过工件的、彼此相邻排列的细丝结构。
在借助于激光细丝化将细丝路径、特别是以预损伤线或穿孔线的形式引入玻璃之后，可以在进一步所谓的切割步骤中分割玻璃。在此，用CO2激光跟随细丝路径，使玻璃沿着细丝路径并因此沿着预设的分割线分开。然而，在切割步骤期间，特别是在复杂的几何形状或具有低热膨胀系数的材料的情况下可能发生误差，例如使得裂缝不沿着预先引入的分割线并且裂开，或者裂缝不开始或断裂。已经发现，在不同的玻璃中，这些问题可能是不同的，即，有时也可取决于待分割的玻璃。
发明内容
因此，一般来说本发明的目的是尤其针对相应待分割的材料，借助于随后的切割步骤来优化激光细丝化的方法。
本发明的目的的一个方案是，改进分割棱边的品质。
根据本发明通过独立权利要求的主题实现了该目的。本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。
因此，本发明涉及用于分割基底、尤其由脆硬性材料、特别是由玻璃、玻璃陶瓷和/或硅构成的基底的方法，其中，利用至少一个脉冲式激光束沿着预先确定的分割线将损伤彼此间隔开地引入到基底中。
因此，沿着分割线在基底的体积中并排地产生细丝状损伤，其中，基底尤其可构造成平面的玻璃元件、平面的玻璃陶瓷元件或平面的硅晶片。通过激光器的激光脉冲、尤其通过使激光脉冲在玻璃的体积中产生等离子体来产生细丝状损伤，其中，基底的材料对于激光脉冲是透明的，并且激光脉冲在基底上的入射点在其表面上沿着分割线移动。
在引入损伤时，如此选择相邻的损伤之间的平均间距以及用于产生相应损伤的激光脉冲的数量，使得(a)用于沿着分割线分割基底的断裂应力σB小于与相应的基底相关的第一参考应力σR1，(b)在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应的基底相关的第二参考应力σR2，以及(c)在引入损伤之后通过沿着分割线施加应力可分割基底。
换句话说，基于基底的断裂应力进行激光细丝化，其中，尤其相应地预先选择射入各个穿孔点中的脉冲的数量和细丝的间距。此外，还可以预先选择用于产生细丝的单个脉冲之间的时间差。
断裂应力σB在此理解为为了在引入损伤之后沿着分割线分割基底，即打开细丝化的通道所需的应力。对于断裂应力适用的是σB<σR1，其中，第一参考应力σR1表示与基底相关的值，尤其与基底的材料和/或其特性相关的值。
此外，借助于细丝化参数也可影响棱边强度。棱边强度σK理解为为了具有在分割之后获得的分割棱边而将裂纹引入基底中并且使基底断裂所需施加的应力。对于棱边强度适用σK>σR2，其中，第二参考应力σR2又称为与基底相关的值，尤其与基底的材料和/或其特性相关的值。
尤其可规定，第一和第二参考应力相同，并且预先确定为与基底的材料相关的最大热应力，即σR1＝σR2＝σth。对此，最大热应力σth在此理解为，通过对基底点状加热、尤其借助于CO2激光可最大实现的应力。
最大热应力σth可尤其根据公式σth＝0.5·α·E·(Tg–100℃)来确定，其中，α表示基底的材料的热膨胀系数，E表示基底的材料的弹性模量，并且Tg表示所述基底的材料的玻璃转变温度。
在下面还将详细阐述的DOE测试系列中可进行试验来确认，在所述条件、尤其σB<0.5·α·E·(Tg–100℃)以及σK>0.5·α·E·(Tg–100℃)的条件下特别好地实现不同玻璃的样品的切割步骤。
在优选的实施方式中规定，对于第一参考应力适用σR1≤CR1·α·E·(Tg–100℃)，并且对于第二参考应力适用σR2≥CR2·α·E·(Tg–100℃)，其中，CR1和CR2是参考应力系数，其中，CR1＝0.5/k并且CR2＝0.5*k，并且k＝1.5，优选k＝2，特别优选k＝2.5，并且其中，α又表示基底的材料的热膨胀系数，E表示基底的材料的弹性模量，并且Tg表示所述基底的材料的玻璃转变温度。
因此，例如尤其优选的是，对于断裂应力适用σB<0.25·α·E·(Tg–100℃)，并且对于棱边强度适用σK>0.5·α·E·(Tg–100℃)。更优选的是，对于断裂应力适用σB<0.25·α·E·(Tg–100℃)，并且对于棱边强度适用σK>α·E·(Tg–100℃)。值得提及的是，对于断裂应力还优选适用的是σB>1/20α·E·(Tg–100℃)。
例如，如果切割步骤的引入的热应力的值超过断裂应力的上限，则基底由于接近Tg而局部松弛，即，不能构建起所需应力并且切割步骤失败，其中在此设想了应力分布的平均值。
上述实施方式尤其适用于由未预应力化的玻璃构成的基底。而在预应力化的基底或玻璃中对热膨胀系数α的值的影响不太明显。相比之下，重要的是内部拉应力σCT(“中心拉伸”)。
因此，在用于分割特别是化学预应力化的基底、尤其由玻璃构成的基底的实施方式中规定，第一和第二参考应力相同，并且预先确定为通过预应力化的基底的特征限定的内部拉应力，即σR1＝σR2＝σCT。
内部拉应力σCT可尤其在化学预应力化的基底中根据公式σCT＝(σCS·dL)/(d–2dL)来确定，其中，σCS表示预应力化的基底的表面压应力，d表示基底的厚度、尤其平面玻璃基底的厚度，并且dL表示预应力的渗入深度(“层深度”DoL)，换句话说，应力的零位与基底表面的距离或基底的预应力化的层的厚度。
内部拉应力σCT可尤其在化学预应力化的基底中根据公式σCT＝σCS/2来确定，其中，σCS表示预应力化的基底的表面压应力。
因此，对于切割的过程可以优选的是，设置断裂应力低于内部拉应力σCT，而设置棱边强度显著更大。因此，对于切割过程可以特别优选的是，设置断裂应力低于内部拉应力σCT和热应力σth的总和，而棱边强度更大、尤其显著更大。
不管是预应力化或未预应力化的基底，在引入损伤之后激光束、优选CO2激光在基底上的入射点可沿着分割线移动，从而引起施加用于沿着分割线进行分割的应力。该步骤也称为切割步骤，并且以有利的方式通过上述措施实现。
借助于切割步骤，在分割线处或沿着分割线在基底中、即尤其在玻璃元件中、玻璃陶瓷元件或硅元件中引起局部的热机械应力，从而使得在相邻的细丝状损伤之间形成裂纹，即，从而通过裂纹连接相邻的细丝状损伤。
由此，使得穿孔完整化成至少局部的分割缝，即，可实现基底的沿着分割线的至少局部的分割或裂开。优选地引起完整的分割缝。
借助于上述产生的断裂应力或棱边强度，在许多方面优化了用于完成切割步骤的条件。
一方面，即使在材料具有相对低的热膨胀系数α的情况下分割穿孔线。可成功地分割尤其具有α<5·10-6K-1、优选具有α<4.5·10-6K-1、特别优选a<4·10-6K-1的材料或玻璃。这可在下面详细描述DOE试验时得到证实。
另一方面，在切割步骤期间，激光点与穿孔线的侧向偏差可更大，即，CO2激光的入射点的位置公差需要更小的精确性，而不会使切割步骤失败。该侧向偏差通常需要小于500μm，借助于根据本发明的方法可有利地使侧向偏差达到3mm。这也在下面示出的尤其用于具有α>4.5·10-6K-1的材料的试验中得到证实，该材料如所述地被细丝化、即穿孔。
此外，在速度保持不变的情况下也可以以有利的方式降低用于切割的激光的功率。
损伤的产生基于激光器的使用，激光优选发出超短激光脉冲(UKP激光)。激光脉冲精确地沿着预先确定的分割线横向地通过优选平面的基底通过借助于激光局部地破坏在相互作用区域中的材料来产生细丝状损伤。损伤通常构造成限定的线形损伤，该线形损伤的长度可以通过选择合适的脉冲能量和脉冲时长来影响。通过产生多个彼此具有合适间距的细丝实现了材料的穿孔。
对此，通过这种微穿孔，在基底的切割棱边上实现了非常高的棱边品质。因此，该方法是精确分割方法，该精确分割方法确保高的且限定的棱边品质，并且因此尤其使得在分割之后基底具有高的和限定的棱边强度或弯曲强度。实现的棱边品质尤其足够高，使得通常可省略后续对棱边的磨削。
尤其在超短脉冲激光器运行时在所谓的脉冲串模式中产生损伤。在该运行模式中，激光脉冲不是作为单一脉冲输出，而是作为一系列的快速连续传递的脉冲，其共同形成脉冲包、所谓的脉冲串，其中，优选借助于脉冲串产生损伤。
这种脉冲包通常具有比常见的单击操作中的单一脉冲稍微更大的能量。但是，脉冲串的脉冲本身包含比单一脉冲明显更低的能量。关于脉冲串内的脉冲可规定，脉冲能量可灵活设定，尤其脉冲能量基本保持不变，或者脉冲能量增加或脉冲能量减小。
根据本发明的合适激光源是波长为1064纳米的钕掺杂的钇铝石榴石激光器。
该激光源例如产生(1/e2)直径为12mm的原光束，可以使用焦距为16mm的双凸透镜作为光学器件。为了产生原光束，任选地，可以使用合适的形成光束的光学器件，例如伽利略望远镜。
激光源尤其以如下重复速率工作，该重复速率在1kHz和1000kHz之间、优选在10kHz和400kHz之间、特别优选在30kHz和200kHz之间。
如此选择重复速率和/或扫描速度，使得实现了相邻的细丝状损伤之间的期望间距。
激光脉冲的合适的脉冲持续时间在少于100皮秒的范围中、优选低于20皮秒。
在此，激光源的典型功率尤其特别有利地在20至300瓦的范围中。为了实现细丝状损伤，根据本发明的一种有利的实施方式，在脉冲串中使用的脉冲能量大于400微焦，还有利的是总的脉冲串能量大于500微焦。
在以脉冲串模式运行超短脉冲激光器时，重复速率是脉冲串输出的复现率。脉冲持续时间基本与激光器以单一脉冲模式运行运行或者以激光串模式运行无关。在脉冲串内的脉冲通常具有类似的脉冲长度，如在单一脉冲模式中的脉冲。脉冲串频率可在区间[15MHz,90MHz]中，优选在区间[20MHz,85MHz]中，并且例如为50MHz，并且脉冲串中脉冲的数量可在1和10个脉冲之间，例如6个脉冲。
在本发明的背景下，在引入损伤时参考断裂应力σB和棱边强度σK选择在相邻的损伤之间的平均间距和用于产生相应损伤的激光脉冲的数量。
用于产生相应损伤的激光脉冲的数量在此尤其从区间[1,20]中、优选从区间[1,10]中、特别优选从区间[2,8]中进行选取。
相邻的损伤之间的平均间距尤其从区间[1μm,10μm]中、优选从区间[3μm,8μm]中、特别优选从区间[5μm,7μm]中进行选取。该区间尤其理解为连续的，其中，在本发明的实施方式中也可规定，这些是离散的区间。优选地，相邻的损伤的间距的标准差小于1μm。
借助于该间距，其中，规定尤其各个细丝之间的相对大的间距>5μm、优选>7μm，可借助于细丝化设定合适的断裂应力，如由下面详细描述的试验系列中可见的。
优选选择相对大的间距是令人惊奇的，因为至今为止假设随着间距增大断裂力持续提高。但是该关系并未实现，如下面所示。假设只有间距大于8μm时，断裂力增加的假设才再次适用。
因为与脉冲串或脉冲串间距相对，这种效应对棱边粗糙度具有积极影响，所以细丝的大间距是特别有利的。换句话说，损伤的大距离会使得棱边更光滑。就此，选择更大的细丝间距是有利的。此外，这对速度有积极影响，因为借助于相同频率的激光器，可以实现明显更高的切割速度。
在本发明的第一更具体的实施方式中，基底的材料的热膨胀系数在区间[3·10- 6K-1,4·10-6K-1]中，弹性模量在区间[69kN/mm2,76kN/mm2]中和/或玻璃转变温度在区间[700℃,800℃]中。
在该第一更具体的实施方式中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[7,9]。
在本发明的第二更具体的实施方式中，基底的材料的热膨胀系数在区间[7·10- 6K-1,8·10-6K-1]中，弹性模量在区间[69kN/mm2,76kN/mm2]中和/或玻璃转变温度在区间[500℃,600℃]中。
在该第二更具体的实施方式中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[1,3]。
在本发明的第三更具体的实施方式中，基底的材料具有的热膨胀系数在区间[3·10-6K-1,4·10-6K-1]，弹性模量在区间[60kN/mm2,68kN/mm2]和/或玻璃转变温度在区间[500℃,600℃]。
在该第三更具体的实施方式中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[4μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[7,9]，或相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[3,5]。
与三个前述更具体的实施方式无关并且任选地结合这些更具体的实施方式，基底可包括特定的玻璃类型和/或特定的玻璃成分的材料或由其制成。
例如，基底可为具有以下成分(以重量份％表示)的锂铝硅酸盐玻璃：
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在3·10-6K-1和6·10-6K-1之间或在3.3·10-6K-1和5.7·10-6K-1之间。
优选地，锂铝硅酸盐玻璃具有以下成分(以重量份％表示)：
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在4.5·10-6K-1和6·10-6K-1之间或在4.76·10-6K-1和5.7·10-6K-1之间。
锂铝硅酸盐玻璃更优选地具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 57-63
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 18-22
Li<sub>2</sub>O 3.5-5
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 5-20
MgO+CaO+SrO+BaO 0-5
ZnO 0-3
TiO<sub>2</sub> 0-3
ZrO<sub>2</sub> 0-5
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub>+SnO<sub>2</sub> 2-5
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-5
F 0-1
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-2
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在4·10-6K-1和8·10-6K-1之间或在5·10-6K-1和7·10-6K-1之间。也可设置相应的玻璃陶瓷的热膨胀系数在-0.068·10-6K-1和1.16·10-6K-1之间。
在另一实例中，基底可为具有以下成分(以重量份％表示)的钠钙玻璃：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 40-81
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-6
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-5
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 5-30
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5-30
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-7
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-2
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在5.25·10-6K-1和10·10-6K-1之间或在5.53·10-6K-1和9.77·10-6K-1之间。
钠钙玻璃优选具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 50-81
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-5
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-5
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 5-28
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5-25
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-6
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-2
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在4.5·10-6K-1和11·10-6K-1之间或在4.94·10-6K-1和10.25·10-6K-1之间。
钠钙玻璃更优选地具有下列成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 55-76
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-5
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-5
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 5-25
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5-20
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-5
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-2
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在4.5·10-6K-1和11·10-6K-1之间或在4.93·10-6K-1和10.25·10-6K-1之间。
在另一实例中，基底是具有下列成分(以重量份％表示)的硼硅酸盐玻璃：
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在2.75·10-6K-1和10·10-6K-1之间或在3.0·10-6K-1和9.01·10-6K-1之间。
硼硅酸盐玻璃更优选具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 63-84
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-8
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5-18
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 3-14
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-12
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-4
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-2
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在2.5·10-6K-1和8·10-6K-1之间或在2.8·10-6K-1和7.5·10-6K-1之间。
硼硅酸盐玻璃更优选地具有下列成分(以重量份％表示)：
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在3.0·10-6K-1和8·10-6K-1之间或在3.18·10-6K-1和7.5·10-6K-1之间。
在另一实例中，基底是具有以下成分(以重量份％表示)的碱金属铝硅酸盐玻璃：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 40-75
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10-30
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-20
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 4-30
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-15
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-15
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-10
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在3.0·10-6K-1和11·10-6K-1之间或在3.3·10-6K-1和10·10-6K-1之间。
碱金属铝硅酸盐玻璃更优选地具有下列成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 50-70
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10-27
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-18
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 5-28
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-13
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-13
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-9
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在3.75·10-6K-1和11·10-6K-1之间或在3.99·10-6K-1和10.22·10-6K-1之间。
碱金属铝硅酸盐玻璃更优选地具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 55-68
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10-27
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-15
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 4-27
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-12
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-10
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-8
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在4·10-6K-1和10·10-6K-1之间或在4.5·10-6K-1和9.08·10-6K-1之间。
在另一实例中，基底是具有较低碱含量的铝硅酸盐玻璃，其具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 50-75
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 7-25
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-20
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 0-4
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5-25
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-10
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-5
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在2.5·10-6K-1和7·10-6K-1之间或在2.8·10-6K-1和6.5·10-6K-1之间。
具有较低碱含量的铝硅酸盐玻璃更优选地具有以下成分(以重量份％表示)：
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在2.5·10-6K-1和7·10-6K-1之间或在2.8·10-6K-1和6.5·10-6K-1之间。
具有较低碱含量的铝硅酸盐玻璃更优选地具有以下成分(以重量份％表示)：
成分 (重量份％)
SiO<sub>2</sub> 53-71
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 7-22
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0-18
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O 0-4
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 5-22
TiO<sub>2</sub>+ZrO<sub>2</sub> 0-8
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0-5
任选地，可加入着色氧化物，如Nd2O3、Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、MnO2、TiO2、CuO、CeO2、Cr2O3，作为精炼剂可加入0–2重量份％的As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、Cl、F和/或CeO2，以及还可加入0–5重量份％的稀土氧化物，以便将磁性的、光子或光学功能引入玻璃层或玻璃板中，并且总成分的总量为100重量份％。
尤其上述成分的材料的热膨胀系数可在2.5·10-6K-1和7·10-6K-1之间或在2.8·10-6K-1和6.5·10-6K-1之间。
基底的厚度也可小于350μm、优选小于250μm、优选小于100μm、特别优选小于50μm，并且优选至少3μm、优选至少10μm、特别优选至少15μm。优选的基底厚度为5、10、15、25、30、35、50、55、70、80、100、130、145、160、190、210或280μm。特别地，基底可构造成薄玻璃带或玻璃膜。
因此，本发明更一般地涉及用于分割基底、尤其由脆硬性材料、特别由玻璃、玻璃陶瓷和/或硅构成的基底的方法，所述方法包括以下方法步骤：
a)提供至少一个平面的基底，尤其玻璃元件、玻璃陶瓷元件或硅元件，其具有至少一个已知的材料特征值，尤其热膨胀系数、弹性模量和/或玻璃转变温度和/或至少一个已知的基底特性，尤其例如对于激光的透射率和/或至少一个基底表面的平均粗糙度Ra；
b)根据至少一个已知的材料特征值和/或至少一个已知的基底特性，来确定至少一个工艺参数，尤其损伤间距、激光脉冲的数量和/或脉冲串频率。
c)根据至少一个确定的工艺参数沿着预先确定的分割线借助于激光器的激光脉冲将彼此间隔开的损伤引入平面的基底中。
优选可规定，基底的尤其对于脉冲式激光束的透射率高于70％、优选高于80％、特别优选高于85％。此外优选地，平均粗糙度Ra小于0.5μm、优选小于0.4μm、特别优选小于0.35μm。
本发明也涉及一种工件，尤其玻璃制品、玻璃陶瓷制品或硅制品，其沿着分割线被预先损伤，其特征在于，工件具有沿着分割线彼此间隔开的损伤，并且用于沿着分割线分割工件的断裂应力σB小于与相应工件相关的第一参考应力σR1，并且在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应工件相关的第二参考应力σR2。
第一和第二参考应力可预先确定为与工件的材料相关的最大热应力σR1＝σR2＝σth，其中，最大热应力σth尤其可根据公式σth＝0.5·α·E·(Tg–100℃)来确定。
在一种优选的实施方式中，对于第一参考应力适用σR1≤CR1·α·E·(Tg–100℃)，并且对于第二参考应力适用σR2≥CR2·α·E·(Tg–100℃)，其中，CR1和CR2是参考应力系数，其中，CR1＝0.5/k并且CR2＝0.5*k，并且k＝1.5，优选k＝2，特别优选k＝2.5。
上述工件优选不是预应力化的。但是也可设置为预应力化的工件、尤其由玻璃构成的工件，其中，第一和第二参考应力相同，并且预先确定为通过预应力化的工件的特性限定的内部拉应力，即σR1＝σR2＝σCT。工件可尤其是化学预应力化的，其中，内部拉应力σCT可根据公式σCT＝(σCS·dL)/(d–2dL)来确定。也可规定，工件是热预应力化的，其中，内部拉应力σCT可根据公式σCT＝σCS/2来确定。
附图说明
以下参考附图。在附图中相同的附图标记表示相同或相应的元件。
其中：
图1示出了针对沿着分割线具有损伤的SCHOTT玻璃的以MPa表示的断裂应力σB和棱边强度σK的测试结果，其中，相邻的损伤之间有不同间距A，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量L不同，
图2示出了针对沿着分割线具有损伤的SCHOTT玻璃的以MPa表示的断裂应力σB和棱边强度σK的测试结果，其中，相邻的损伤之间有不同间距A，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量L不同，
图3示出了针对沿着分割线具有损伤的SCHOTT33玻璃的以MPa表示的断裂应力σB和棱边强度σK的测试结果，其中，相邻的损伤之间有不同间距A，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量L不同，
图4示出了针对沿着分割线具有损伤的SCHOTT33玻璃的以MPa表示的棱边粗糙度的测试结果，其中，相邻的损伤之间有不同间距A，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量L不同，
图5示出了具有两条彼此交叉的分割线的工件，
图6示出了具有两组交叉的分割线的工件，
图7示出了由工件分离出来的元件，
图8示出了图6所示的实施方式的变型方案，其具有用于将条带状的分割的工件保持在一起的接片，
图9和图10示出了图6所示的实施方式的变型方案，其具有用于将条带状的分割的工件保持在一起的框架，
图11示出了载体上的工件，
图12示出了分成多个部分件的工件的实施方式。
具体实施方式
参考图1至图3示出了针对三种不同玻璃，即SCHOTT(图1)、SCHOTT(图2)和SCHOTT33(图3)的DOE系列测试的结果。
在此涉及对实例的选择。通常本发明可用于不同基底，特别是具有细丝的玻璃、玻璃陶瓷和/或硅，特别是也用于具有的低的热膨胀系数的材料。
对于多个玻璃样品分别进行细丝化，即借助于激光器的激光脉冲沿着分割线将彼此间隔开的损伤引入相应样品的体积中。
对于SCHOTT或SCHOTT的样品尤其选择约100μm的基底厚度，并且对于SCHOTT33的样品尤其选择1mm的基底厚度。
在细丝化之后，分别关于细丝化的分割线检验玻璃的断裂应力σB。换句话说，沿着分割线分割样品，其中，测量分割所需的断裂应力并且进行记录。对此，根据材料厚度，进行根据DIN EN 843-1(较厚的玻璃)的4点弯曲强度检测方法，或根据DE 10 2014 110 855 A1(较薄的玻璃)借助于步进辊确定断裂强度。DE 10 2014 110 855 A1描述了用于确定脆性材料的薄带材的边缘的断裂强度的方法和装置。
在下一步骤中，为每个样品检测在分割之后获得的分割棱边的强度。为了确定相应的棱边强度σK，分别通过根据DIN EN 843-1(较厚的玻璃)或DE 10 2014 110 855 A1(较薄的玻璃)的方法根据材料厚度再次检测样品，并且测量和记录结果。
以这种方式获得的断裂应力σB和棱边强度σK在图1至图3中在以MPa为单位的坐标轴上绘出。在示意图的底部上，将断裂应力σB借助于B标示，并且棱边强度σK相应地借助于K标示。
激光细丝化还以不同的参数来进行，即，产生不同的穿孔的样品。相邻的损伤之间的间距和用于产生相应损伤的激光脉冲的数量变化。这些参数分别针对样品设定，并且在对特定样品进行细丝化期间保持恒定。
因此，在图1至图3中针对激光细丝化的不同参数示出了断裂应力σB和棱边强度σK，将其绘制在横坐标上。在此，用A表示单位为微米的相邻损伤之间的间距，并且用L表示用于产生相应损伤的激光脉冲的数量。
基于示出的测试结果可辨别出，紧接细丝化的切割步骤是特别有利的，关于沿分割线分割的断裂应力σB和分割后获得的分割棱边的棱边强度σK设定细丝化的工艺参数A和L。
下面可尤其证实以下认知，即，已经发现特别有利的是，设定用于沿着分割线分割玻璃的断裂应力σB小于与相应的玻璃相关的第一参考应力σR1，并且在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应玻璃相关的第二参考应力σR2，其中例如尤其表明有利的是，σR1＝σR2＝σth，其中，σth是最大热应力，其例如可假设为σth＝0.5·α·E·(Tg–100℃)。
在图1至图3中计算对于相应玻璃的确定的最大热应力0.5·α·E·(Tg–100℃)，并且绘制为水平线。
显示出，对于所有三种玻璃，即SCHOTT(图1)、SCHOTT(图2)和SCHOTT33(图3)的值都位于测量的断裂应力σB和棱边强度σK的数量级中，因此能够最佳地选择工艺参数A和L的值。
从图1示出的涉及SCHOTT玻璃的试验结果中可看出，尤其损伤间距为7μm并且结合8个激光脉冲数量是特别适合的，尤其关于0.5·α·E·(Tg–100℃)的值，以便使断裂应力σB最小化，并且另一方面使棱边强度σK最大化。
从图2中可看出，对于SCHOTT-玻璃损伤间距为7μm并且结合2个激光脉冲数量是特别适合的参数。
从图3中可看出，对于SCHOTT-玻璃33，4个脉冲数量与7μm的损伤间距的组合或者8个脉冲数量与5μm或7μm的损伤间距的组合是特别合适的参数。
因此通过优化细丝的断裂应力，可通过热引起的应力最佳地进行随后的分割过程(切割步骤)。
这些试验尤其显示出，令人惊奇的是，具有较大间距的穿孔在可分割性方面带来了跨材料的优势。
属于较高的工艺可靠性的有：即使在极限值的过程窗口下(即，具有现有技术中至今不能可靠应用的参数范围的过程中)，可借助于根据本发明的方法可靠地分割基底。
此外，以较小的功率运行激光器和/或可调节、尤其提高激光器的移动速度(进给速度)。由此例如在材料的穿孔间距为5μm且工艺设置的进给为40mm/s的情况下也可将激光功率从110W降低至75W。
在一种应用实例中，SCHOTT33的样品厚度为1mm、CTE为3.3·10-6K-1、损伤间距为7μm且6个激光脉冲用于以300kHz和2100mm/s的进给速度相应地产生损伤的情况下被细丝化。
在分割棱边的成型方面实现了另一优点。由于在切割步骤中的较小应力可产生更为复杂的几何形状、例如较小的角半径。
此外可改善棱边品质：避免棱边上的碎裂或微裂纹，或其在视觉上以及通过显微镜都不可察觉。这尤其对棱边强度具有有利影响。
在图4中示出了具有1mm厚度的SCHOTT33对于不同的工艺参数的棱边粗糙度。在示意图中用脉冲串示出了激光脉冲的数量L。可看出，在激光脉冲数量相同的情况下棱边粗糙度随着损伤间距的增加而降低。
在下列表格中详细列出以上所述的SCHOTT玻璃和33的特性。
表格1：SCHOTT的特性
估计SCHOTT的弹性模量为74.8kN/mm2。
表格2：SCHOTT玻璃的特性
估计SCHOTT的弹性模量为72.9kN/mm2。
表格3：SCHOTT33的特性
估计SCHOTT33的弹性模量为64kN/mm2。
在设置交叉分割线时，在分割预定的分割线时产生的裂纹或断裂或裂纹没有产生或未断裂的问题越发加剧。在通过热引起的应力分割具有对于彼此成角度布置的并且由细丝构成的分割线的基底时，在分割线的交叉点处通常出现的问题是，在潜在所有的方向上都有裂纹延伸。如果分割线相对于后续的分割或分割成多个部分件用作多步骤工艺(例如具有洗涤、涂层等的中间步骤)中的断裂制备，则预加工的基底通常在分割线的交叉点处设有起始裂纹。对在此之后(例如在其他的过程步骤如洗涤和涂层之后)需要分割的分割线设有起始裂纹形成。由此提高了在其他加工过程中分割线不受控地断裂的风险。
通常在这种情况下本发明由于精确设定的断裂应力特别适合在一分割线与具有彼此间隔的损伤的另一分割线交叉时，使得沿着预期的线进行分割。因此，根据本发明的改进方案规定，根据本发明加工的工件具有包括彼此间隔开的损伤的至少两个彼此交叉的分割线，或在基底中产生包括间隔开的损伤的至少两个彼此交叉的分割线。
在交叉的分割线中有利的是，工件设有不同的分割线，其可以利用不同大小的应力分割开。
因此，通常地、不限于具体的实施例，根据本发明的另一方案提供了一种工件、尤其玻璃制品、玻璃陶瓷制品和/或硅制品，其沿着至少两条交叉的分割线被预先损伤，从而通过施加断裂应力可使工件沿着分割线分裂开，其中，用于在分割线或改型线上分裂开的断裂应力相差至少3MPa、优选至少5MPa、特别优选至少10MPa。
对此特别有利的是，首先被分割的分割线的主结构比之后需要被分割的分割线具有明显更低的应力。
通常优选的是，工件沿着分割线再次具有彼此间隔开的损伤，其中，用于沿着分割线分割工件的断裂应力σB小于与相应工件相关的第一参考应力σR1，并且在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应工件相关的第二参考应力σR2。另一分割线的断裂应力相应地至少高于或低于3MPa。特别优选地，第二断裂应力更高。
优选通过改变激光参数来设置不同的断裂应力，使得此处所述的借助于超短脉冲激光制造的分割线的所有特征也适用于具有交叉分割线的实施方式。但是也可想到的是，沿着交叉的分割线以其他方式制造损伤。本发明的实施方式也无需限于引入细丝状损伤或激光加工。
图5示出了工件或基底1，其具有如上所述的两条分割线3、5。优选地，基底1通常为平板形状，并且相应地具有两个相对的、通常彼此平行延伸的侧面10、11，不限于示出的实例。通过所述方法，借助于超短脉冲激光将细丝状损伤7引入基底1中。对此，将激光照射到侧面10、11中的一个上，从而细丝状损伤7沿着照射方向在两个侧面10、11之间延伸。分割线3、5在示出的实例中以直角交叉，如优选地那样，从而分割出矩形部件。
如根据图5可看出，细丝状损伤7沿着分割线3、5的间距a1、a2不同。在示出的实例中，细丝状损伤沿着分割线3的间距a1小于细丝状损伤沿着分割线5的间距a2。由此，用于沿着分割线3分开的断裂应力σB1不同于用于沿着分割线5分开的断裂应力σB2。根据上述观察，用于分割线3的断裂应力由于较小的间距a1可以更大或更小。通常当细丝间距在5μm至7μm的范围中时观察到断裂应力的最小值。通常地、不限于所示实例，设置的细丝状损伤的间距不同的工件或基底1，其中，在其中一条分割线3处的间距比在彼此交叉的分割线的另一个处的间距更小。
在另一种实施方式中，工件或基底1的特征是如图5所示的具有至少两条不同的分割线，其中，用于沿着分割线3分割工件1的断裂应力σB1小于与相应的工件相关的第一参考应力σR1，其中，在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应的工件相关的第二参考应力σR2，并且其中，第二分割线5具有明显更高的至少为σB1+5MPa、优选σB1+10MPa、优选σB1+15MPa的断裂应力。优选地，甚至设计第二分割线为其对应的断裂应力超过σR1。
在另一种实施方式中，基底设有多个用于随后分开的分割线，其中，相同方向的分割线也以相同的激光工艺参数来产生，并且因此具有相同的断裂应力，并且仅在不同方向的分割线之间有不同的断裂应力。换句话说，设有多于两个的彼此交叉的分割线，其中，分割线的集合可分成至少两组彼此并排延伸的分割线，其中，一组分割线的平均断裂力与另一组的平均断裂力相差上述至少3MPa的值。图6示出了这种工件或基底1的实例。多条分割线3彼此平行延伸，并且由此沿着侧面10彼此并排。这些分割线3与同样彼此平行延伸的分割线5交叉。如在图5示出的实例实例中，分割线3、5交叉成直角。平行延伸的分割线3的集合形成分割线的第一组30，与其垂直延伸的分割线5形成第二组50。组30、50的特征是，它们的分割线具有彼此等距间隔开的、但是与另一组的分割线的间距不等的细丝状损伤7。因此，组30的分割线3的断裂应力的值σB1也与另一组50的分割线5的值σB2不同。
原则上有多种方案改变或设定沿着分割线的断裂应力。例如可使用于形成细丝的脉冲串的数量改变(在1-100个脉冲的范围中、优选在2-20个脉冲的范围中)。也可使单个脉冲或脉冲串的脉冲能量在单个脉冲的100μJ至1mJ或脉冲串的400μJ至4mJ的范围中变化。此外，可如在附图中所示，在各条分割线3、5之内的细丝7的间距可在1μm至25μm的范围中、特别优选在2μm至20μm的范围中的不同数值上变化，从而得到不同的间距值a1和a2。
由此，例如对于0.5mm厚的碱硼铝硅酸盐玻璃，可通过以下方式产生断裂应力不同的分割线的系统，即，通过使脉冲串能量从300μJ变化到400μJ、将断裂力从25MPa降低到约15MPa(在具有100kHz的重复速率和10ps-脉冲持续时间的UKP激光器中)。此外，节距增大导致分割过程所需的断裂应力减小约5MPa：在引入的改型之间的节距为5μm的情况下在上述玻璃中得到约45MPa的断裂应力，而在间距为10μm的情况下断裂应力仅为15MPa。
基底1在通过两步骤的分割过程引入分割线之后可首先通过沿着第一方向的断裂、随后通过沿着第二方向的断裂进行分割。在这种情况下，部分件的相邻棱边具有间隔不同的周期性的结构(通过细丝化通道的开口分成两个圆柱形半部)，结构通过常见的拓扑测量技术方法，如触觉或光学轮廓测定法或电子显微镜来实现。在图7中示出了由工件1分出来的相应元件2。
如根据示意图可见，提供了一种盘片状的玻璃或玻璃陶瓷元件2，其具有两个相对而置的侧面10、11以及棱边面13、14、15、16，其中，棱边面13、14、15、16中的至少两个具有细丝状损伤7，所述损伤以周期性的间距并排地在从侧面10、11中的一个朝另一侧面的方向上在棱边面上延伸，其中，在棱边面13、14、15、16中的至少两个上的细丝状损伤的间距的周期性彼此不同。
如在所示出的实例中，大致四边形形状是优选的，从而元件2具有两对相对而置的棱边面13、15和14、16。在此，在一对相对而置的棱边中细丝状损伤7的周期优选相应相同。关于细丝状损伤的周期或间距、元件2的厚度和其材料，此处针对根据本发明的方法和可借此制造的工件公开的信息相应适用。
不限于一般性，可通过机械断裂过程或基于激光的热分割过程(借助于CO2激光)或其他方法进行分割。
在另一种实施方式中，各个条带(由相同断裂应力的相对而置的棱边形成)经由共同的接片保持彼此连接，接片可用作后续工艺步骤，如洗涤、涂层和之后的分割的操作辅助件。图8示出了这种工件1的实施例。如根据示例性的附图可看出，其中一组50的分割线5在工件1的棱边之前终止，从而接片18形成在分割线5的端部和工件的棱边20之间，即使工件1在棱边20之前终止沿分割线5被分割，可分割的元件2也保持固定在接片上。
在另一种实施方式中，准备分割的工件1具有环绕的框架，在分割时可从其中断开整个条带或单件。图9示出了具有框架22的实施方式。在此，在分割过程中可使操作框架保持为整体或也可逐步拆卸。如具有根据图8的实施方式的接片18，其中一组的分割线在工件1的棱边20之前终止。这在框架22的情况下适用于两个组30、50。
也可想到将细丝化的分割线例如部分地伸入操作框架或操作条带中的其他变型方案。图10示出了对此的实例。在该实例中，框架22的一侧通过分割线5的端部与棱边20的间距确定，而框架的另一侧通过分割线3、5的纵向侧限定。
图11示出了一种实例，其用于例如为进一步地工业加工操作根据本发明的工件1，并且在此避免沿着分割线3、5的提前分割。在该实例中，工件1将其一个侧面11固定在载体24上。载体24例如可为玻璃或硅晶片或聚合物或塑料板。
在图6的实施方式中，细丝状损伤7的间距和断裂应力成组地不同，其中，组通过并排延伸的且不相交的分割线构成。这不排除，其中一个或多个并排延伸的分割线设有不同的、尤其更低的断裂应力。由此根据另一种实施方式，基底或工件1通过合适选择的断裂应力被分成多个较大的部分件，其本身又可被分割。该划分无需实际分割，而是尤其理解为工件在部分件之间的分割线处的划分。在图12示出的实例中工件1在分割线6处被划分为两个部分件8、9。
例如仅每个第n个平行的分割线具有相同的断裂应力并且分割线在其间具有不同的断裂应力值。在这种情况下，可任意结合平行的以及垂直的分割线。断裂应力的变型可分别如上所述通过改变脉冲能量、脉冲串数量或引入改型的间距来实现。可想到的是在部分件之间的边界处的分割线具有比相邻的分割线更高的断裂应力的划分。为了能够首先分成部分件8、9并且然后继续分成各个元件2，但是特别优选的是，为分割线6设置比对于在部分件8、9之内的相邻的分割线更低的断裂应力。根据本发明的实施方式规定，工件1具有多个并排延伸的分割线5、6，其中至少一条分割线6在两条相邻的分割线5之间延伸，并且其中，在两条相邻的分割线5之间延伸的分割线具有比相邻的分割线5更低的断裂应力。优选地，如在示出的实例中在具有较低断裂应力的分割线6两侧有两组具有较高断裂应力的分割线5延伸。断裂应力的差通常可与在分割线相交的实施方式中相同地选择，即优选至少3MPa、尤其至少5MPa。.
此处描述的所有工件原则上也可为经涂布的基底。在此，涂布任选地也可在引入激光辅助的分割线之前来施加。根据本发明的实施方式，作为涂层可施加用于蛋白质或DNA分析的有机功能涂层。由此，工件1或可由工件1分割出的元件2可用作DNA或蛋白质微阵列。对此合适的涂层是氨基硅烷、环氧硅烷、醛硅烷、水凝胶、链霉抗生物素蛋白以及特定的聚合物。此时涂层可设有由寡核苷酸、cDNA/PCR、BAC(细菌人工染色体)、肽、蛋白质、抗体、聚糖或细胞或组织样品构成的微阵列。样品可以这种方式共同地制备，并且在分割之后被单独地研究和/或输送。
附图标记列表
1： 工件；
2： 元件；
3、5、6： 分割线；
7： 细丝状损伤；
8、9： 1的部分件；
10、11： 1的侧面；
30、50： 分割线的组；
13、14、15、16： 棱边面；
18： 接片；
20： 1的棱边；
22： 框架；
24： 载体。

Claims (26)

1.用于分割基底(1)、尤其由脆硬性材料、特别是由玻璃、玻璃陶瓷和/或硅构成的基底的方法，
其中，利用至少一个脉冲式激光束沿着预先确定的分割线将损伤彼此间隔开地引入到所述基底中，
其中，如此选择相邻的损伤之间的平均间距以及用于产生相应损伤的激光脉冲的数量，使得
(a)用于沿着所述分割线分割所述基底(1)的断裂应力σB小于与相应的基底相关的第一参考应力σR1，
(b)在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应的基底相关的第二参考应力σR2，以及
(c)在引入损伤之后，通过沿着分割线施加应力来分割所述基底。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为与所述基底的材料相关的最大热应力σth，
其中，所述最大热应力σth尤其能根据公式σth＝0.5·α·E·(Tg–100℃)来确定，其中，α表示所述基底的材料的热膨胀系数，E表示所述基底的材料的弹性模量，并且Tg表示所述基底的材料的玻璃转变温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述第一参考应力适用σR1≤CR1·α·E·(Tg–100℃)，并且对于所述第二参考应力适用σR2≥CR2·α·E·(Tg–100℃)，其中，CR1和CR2是参考应力系数，其中，CR1＝0.5/k并且CR2＝0.5*k，并且k＝1.5，优选k＝2，特别优选k＝2.5，并且其中，α表示所述基底的材料的热膨胀系数，E表示所述基底的材料的弹性模量，并且Tg表示所述基底的材料的玻璃转变温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其用于分割尤其化学预应力化的基底，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为通过预应力化的基底的特性限定的内部拉应力σCT，
其中，所述内部拉应力σCT能根据公式σCT＝(σCS·dL)/(d–2dL)来确定，其中，σCS表示所述预应力化的基底的表面压应力，dL表示预应力的渗入深度，并且d表示所述基底的厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其用于分割尤其热预应力化的基底，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为通过预应力化的基底的特性限定的内部拉应力σCT，
其中，所述内部拉应力σCT能根据公式σCT＝σCS/2来确定，其中，σCS表示预应力化的基底的表面压应力。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在引入所述损伤之后，激光辐射、优选CO2激光在所述基底上的入射点沿着所述分割线移动，从而引起沿着所述分割线施加的应力用于分割。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在相邻的损伤之间的平均间距从区间[1μm,10μm]中、优选从区间[3μm,8μm]中、特别优选从区间[5μm,7μm]中进行选取。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用于产生相应损伤的激光脉冲的数量从区间[1,20]中、优选从区间[1,10]中、特别优选从区间[2,8]中进行选取。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述基底的材料的热膨胀系数在区间[3·10-6K-1,4·10-6K-1]中，弹性模量在区间[69kN/mm2,76kN/mm2]中和/或玻璃转变温度在区间[700℃,800℃]中，并且
其中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[7,9]。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述基底的材料的热膨胀系数在区间[7·10-6K-1,8·10-6K-1]中，弹性模量在区间[69kN/mm2,76kN/mm2]中和/或玻璃转变温度在区间[500℃,600℃]中，并且
其中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[1,3]。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，玻璃的热膨胀系数在区间[3·10-6K-1,4·10-6K-1]中，弹性模量在区间[60kN/mm2,68kN/mm2]中和/或玻璃转变温度在区间[500℃,600℃]，并且
其中，相邻的损伤之间的平均间距选自区间[4μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[7,9]，或者相邻的损伤之间的平均间距选自区间[6μm,8μm]，并且用于产生相应损伤的激光脉冲的数量选自区间[3,5]。
12.用于分割基底、尤其由脆硬性材料、特别是由玻璃、玻璃陶瓷和/或硅构成的基底的方法，该方法包括以下步骤：
提供至少一个基底，其具有至少一个已知的材料特征值，尤其热膨胀系数、弹性模量和/或玻璃转变温度和/或至少一个已知的基底特性，尤其透射率和/或至少一个基底表面的平均粗糙度，
根据至少一个已知的材料特征值和/或至少一个已知的基底特性，来确定至少一个工艺参数，尤其损伤间距、激光脉冲数量和/或脉冲串频率，以及
根据至少一个确定的工艺参数沿着预先确定的分割线借助于激光器的激光脉冲将彼此间隔开的损伤引入基底中。
13.一种工件，尤其玻璃制品、玻璃陶瓷制品和/或硅制品，其沿着分割线被预先损伤，其特征在于，
所述工件具有沿着分割线彼此间隔开的损伤，并且
用于沿着分割线分割工件的断裂应力σB小于与相应工件相关的第一参考应力σR1，并且
在分割之后获得的分割棱边的棱边强度σK大于与相应工件相关的第二参考应力σR2。
14.根据权利要求13所述的工件，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为与所述工件的材料相关的最大热应力σth，
其中，所述最大热应力σth尤其能根据公式σth＝0.5·α·E·(Tg–100℃)来确定，其中，α表示所述工件的材料的热膨胀系数，E表示所述工件的材料的弹性模量，并且Tg表示所述工件的材料的玻璃转变温度。
15.根据权利要求13所述的工件，其中，对于所述第一参考应力适用σR1≤CR1·α·E·(Tg–100℃)，并且对于所述第二参考应力适用σR2≥CR2·α·E·(Tg–100℃)，其中，CR1和CR2是参考应力系数，其中，CR1＝0.5/k并且CR2＝0.5*k，并且k＝1.5，优选k＝2，特别优选k＝2.5，并且其中，α表示所述工件的材料的热膨胀系数，E表示所述工件的材料的弹性模量，并且Tg表示所述工件的材料的玻璃转变温度。
16.根据权利要求13所述的工件，其中，所述工件尤其被化学预应力化，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为通过预应力化的工件的特性限定的内部拉应力σCT，
其中，所述内部拉应力σCT能根据公式σCT＝(σCS·dL)/(d–2dL)来确定，其中，σCS表示预应力化的工件的表面压应力，dL表示预应力的渗入深度，并且d表示所述工件的厚度。
17.根据权利要求13所述的工件，所述工件尤其被热预应力化，
其中，所述第一参考应力和第二参考应力相同，σR1＝σR2，并且预先确定为通过预应力化的工件的特性限定的内部拉应力σCT，
其中，所述内部拉应力σCT能根据公式σCT＝σCS/2来确定，其中，σCS表示预应力化的工件的表面压应力。
18.根据权利要求13至17中的任一项所述的工件，其特征在于，所述工件具有带有彼此间隔开的损伤(7)的至少两个彼此交叉的分割线(3、5)。
19.根据权利要求18所述的工件，其中，用于在分割线上分割开的断裂应力相差至少3MPa、优选至少5MPa、特别优选至少10MPa。
20.根据权利要求19所述的工件，其特征在于，用于沿着分割线(3)分割工件的断裂应力(σB1)小于与相应工件相关的第一参考应力(σR1)，其中，在分割之后获得的分割棱边的棱边强度(σK)大于与相应工件相关的第二参考应力(σR2)，并且
其中，所述第二分割线(5)具有更高的、至少为σB1+5MPa、优选σB1+10MPa、优选σB1+15MPa的断裂应力。
21.根据权利要求19或20所述的工件，其中，细丝状损伤(7)的间距不同，其中，一条分割线(3)上的间距小于彼此交叉的分割线(3、5)中的另一个上的间距。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的工件，其具有多于两个的彼此相交的分割线，其中，分割线的集合能分成至少两组(30、50)彼此并排的分割线(3、5)，其中，一组分割线的平均断裂力与另一组的平均断裂力相差至少3MPa。
23.根据权利要求22所述的工件，其特征在于，一组(50)的分割线(5)在所述工件(1)的一个棱边之前终止，从而接片(18)或框架(22)形成在分割线(5)的端部和所述工件(1)的棱边(20)之间，即使所述工件(1)在所述棱边(20)之前终止的分割线(5)处被分割，能分割的元件(2)也保持固定在所述接片(18)或框架(22)上。
24.根据权利要求13至23中的任一项所述的工件(1)，其被构造成经涂层的基底，优选以用于蛋白质或DNA分析的有机功能涂层进行涂层。
25.根据权利要求13至24中的任一项所述的工件(1)，其中，所述工件(1)具有多个并排的分割线(5、6)，其中，至少一条分割线(6)在两条相邻的分割线(5)之间延伸，优选地在两组分割线(5)之间延伸，并且其中在两条相邻的分割线(5)之间延伸的分割线(6)比相邻的分割线(5)具有更低的断裂应力。
26.盘片状的玻璃或玻璃陶瓷元件(2)，其具有两个相对的侧面(10、11)以及棱边面(13、14、15、16)，其中，所述棱边面(13、14、15、16)中的至少两个具有细丝状损伤(7)，该损伤以周期性的间距并排地在从侧面(10、11)中的一个朝另一个侧面的方向上在棱边面上延伸，其中，所述棱边面(13、14、15、16)中的至少两个具有细丝状损伤(7)的间距的不同的周期。
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