DE10001292C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Heraustrennen von kreisringförmigen Glasscheiben aus Glasplatten - Google Patents

Abstract

Methoden zum Durchtrennen von flachen Werkstücken (1) aus sprödbrüchigem Material, insbesondere Glas, entlang einer Trennlinie (2a, 2b) mit in sich geschlossener Kontur benutzen im weit verbreiteten Umfang einen Laserstrahl (8a) mit einem vorgegebenen Profil in Verbindung mit einem nachlaufenden Kühlspot (4), die entlang der Trennlinie bewegt werden. DOLLAR A Um das gewünschte Werkstück, z. B. eine kreisringförmige Glasscheibe (2), splitterfrei und ohne Konturenversatz abzutrennen, erfolgt das Durchtrennen des Materials in der Weise, daß in einem ersten Schritt die Prozeßparameter wie Laserleistung, Laserstrahlprofil, Fokusablage des Laserstrahlprofils, Vorschubgeschwindigkeit und Kühlung, so eingestellt werden, daß das Werkstück (1) entlang der Trennlinie (2a, 2b) bis zu einer bestimmten Tiefe (T) geritzt wird, und daß in einem zweiten Schritt die Prozeßparameter so verändert werden, daß der im ersten Schritt erzeugte Riß gezielt durch Aufbau einer weiteren entsprechenden thermomechanischen Spannung in die Tiefe des Werkstückes (1) bis zu seiner vollständigen Durchtrennung getrieben wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Heraustrennen von kreisringförmigen Glasscheiben aus Glasplatten mittels eines entlang der Trennlinien bewegten Laserstrahles mit nachlaufendem Kühlspot.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Durchtrennen von Glasplatten mittels eines Laserstrahles mit nachlaufendem Kühlspot.

Klassische Trennverfahren für Flachglas basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens mechanisch zunächst eine Ritzspur im Glas zu generieren, um das Glas anschließend durch eine äußere mechanische Kraft entlang der so erzeugten Schwachstelle zu brechen (Ritz-Brech-Methode). Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß durch die Ritzspur Partikel (Splitter) aus der Oberfläche gelöst werden, die sich auf dem Glas ablagern können und dort beispielsweise zu Kratzern führen können. Ebenfalls können sogenannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruchbarkeit, d. h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.

Diese klassischen Trennverfahren eignen sich daher nicht für Anwendungen, bei denen es auf hochpräzise Schnitte mit glatten Kanten ankommt, bzw. auch nicht für Schnitte mit einer beliebig vorgegebenen Kontur.

Derartige Schnitte nennt man auch Freiformschnitte oder Konturschnitte. Sie sind beispielsweise notwendig beim Schneiden von Kraftfahrzeug-Verglasungen für Scheiben und Rückspiegel beim Einbringen größerer Bohrungen in flachen Glasscheiben sowie bei der Herstellung von Rundscheiben mit konzentrischem Innenloch, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Glassubstraten für optische oder magnetische Datenspeicher benutzt werden. Sowohl an die Genauigkeit der Abmessungen dieser kreisringförmigen Scheiben als auch an die Qualität ihrer Oberflächen, aber auch ihrer Kanten, werden sehr hohe Anforderungen gestellt. So sind beispielsweise schon bei Rohlingen nur Ausbrüche (Ausmuschelungen) an den Kanten von weniger als 0,3 mm bei einem üblichen Kantenaufmaß von 0,3 bis 0,6 mm akzeptiert.

Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermeiden, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter mechanischer Spannung. Hierbei wird der Strahl einer Wärmequelle, der auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so eine derart hohe thermomechanische Spannung erzeugt, daß das Glas Risse bildet. Diese thermomechanische Spannung wird durch einem dem Wärmestrahl nachlaufenden Kühlspot noch verstärkt. Der notwendigen Eigenschaft der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit besser einen Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkeiten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, spezielle Gasbrenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussierbarkeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Strahlformung und damit der Intensitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt. Dabei ist es sowohl möglich, das Glas durch den Laserstrahl mit Startritz zunächst zu ritzen, um es anschließend mechanisch zu brechen (Ritzen-Brechen-Methode), als auch das Glas direkt mit dem Strahl in Verbindung mit einem mechanisch aufgebrachten Startriß zu durchtrennen, d. h. zu schneiden.

Dieses Laserstrahl-Trennverfahren, das durch eine lokale Erwärmung durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere Schriften bekannt geworden, beispielsweise durch die EP 0 872 303 A2, die DE 693 04 194 T2 und die DE 43 05 107 C2. Es unterscheidet sich dabei grundsätzlich von dem beispielsweise aus der US 5,120,926 bekannten Laserstrahl-Trennverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge stattfindet, wobei durch ein Gas unter reaktiver Verstärkung der Trennung die Schnittfuge ständig sauber geblasen wird.

Das erstgenannte Laserstrahl-Trennverfahren hat sich aus den verschiedensten Gründen als das überlegenere Verfahren erwiesen und in der Praxis durchgesetzt. Von ihm geht auch die Erfindung aus.

Die vorgenannten Laserstrahl-Trennverfahren unterscheiden sich insbesondere durch die Konfiguration des Brennfleckes. So nutzt das Verfahren nach der DE 693 04 194 T2 einen Laserstrahl mit elliptischem Querschnitt mit nachlaufendem Kühlspot.

Die EP 0 872 303 A2 beschreibt ein Laserstrahl-Trennverfahren, das einen Brennfleck mit einer U- bzw. V-förmigen Kontur vorsieht, die sich in der Trennrichtung öffnet. Auch davon abgewandelte Konturen, wie X-förmige Brennflecke, werden beschrieben.

Durch die DE 43 05 107 C2 ist ein Laserstrahl-Trennverfahren bekannt geworden, bei dem der Laserstrahl so geformt ist, daß sein Strahlquerschnitt auf der Oberfläche des Werkstückes eine linienförmige Form aufweist, bei dem das Verhältnis von Länge und Breite des auftreffenden Strahlquerschnittes einstellbar ist.

Durch die ältere Patentanmeldung 198 30 237.1-45 gehört es auch zum Stand der Technik, einen punktförmigen Brennfleck mit einer dazu konzentrischen Kühlzone zu erzeugen.

Durch die älteren Patentanmeldungen 199 59 921.1 und 199 63 939.6 gehören auch spezielle linienförmige Schneidflecke mit Intensitätsmaxima an ihren Enden sowie gekrümmten Linien zum Stand der Technik.

Sämtliche dieser Brennflecke können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden.

Eine besonders präzise Verfahrensführung bedürfen Freiformschnitte mit in sich geschlossener Kontur, weil zwischen Anfang und Ende der Trennlinie kein Versatz auftreten darf. Beispiele für derartig in sich geschlossene Schnitte wurden vorstehend bereits genannt. Besonders nachteilig wäre ein Versatz bei dem Konturenschneiden kreisringförmiger Glasscheiben im Rahmen der Herstellung von Glassubstraten für Datenträger, der sogenannten Harddisks.

Derartige Harddisks lassen sich nach der vorbeschriebenen "Ritzen-Brechen- Methode" wegen ihrer Dicke, zumindest nicht ohne weiteres, mit der notwendigen Qualität herstellen. Bei dem direkten Schneiden, d. h. Durchtrennen mit nur einer Schneidbewegung des Laserstrahles, kommt es jedoch zu dem vorerwähnten nachteiligen Versatz. Diesen Versatz kann man durch ein zweistufiges Durchtrennen vermeiden.

So ist durch die WO 98/17434 ein Verfahren zum Herstellen von Harddisks bekannt geworden, bei dem zunächst (1. Stufe) mittels eines Laserstrahles ein Blindriß entlang der zu schneidenden Kontur erzeugt wird, der dann mechanisch durch das Glas hindurchgetrieben wird (2. Stufe) und bei dem der so durch mechanisches Herausbrechen erzeugte Harddisk-Rohling anschließend mittels Schleif- bzw. Polierverfahren maßhaltig endbearbeitet wird.

Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und erlaubt keine wirtschaftliche Herstellung der Harddisks.

Es ist auch bekannt, nach einer mechanischen Erzeugung eines Blindrisses den Riß durch das Glas hindurch nicht mechanisch, sondern thermisch zu erzeugen, indem zu beiden Seiten der Ritzspur unterschiedliche Temperaturen erzeugt werden, die den mechanischen Anriß durch die Glasdicke quasi "hindurchtreiben". Dieses Verfahren wird beispielsweise in der US 2,372,215 beschrieben.

Bei diesem bekannten Verfahren zum Herstellen von kreisringförmigen Glasscheiben erfolgt auch ein zweistufiges Durchtrennen. In der 1. Stufe wird durch den Schneiddiamant mechanisch eine Ritzspur entlang der Trennlinie erzeugt (Blindriß), die in der 2. Stufe entweder mechanisch oder thermisch, das Glas durchtrennend, durch die Glasdicke hindurchgetrieben wird. Die Erzeugung der Temperaturunterschiede beim thermischen Durchtrennen hat daher den Sinn, in einem zweistufigen Trennverfahren in der 2. Stufe das Glas entlang der Trennlinie vollständig durchzutrennen. Durch das Heizen und Kühlen zur Erzeugung der nötigen Temperaturdifferenz in der 2. Stufe wird der Prozeß relativ aufwendig. Die Taktzeit wird mit 20 s angegeben. Außerdem treten die eingangs im Zusammenhang mit dem klassischen Trenn-Verfahren geschilderten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren zum Heraustrennen von kreisringförmigen Glasscheiben aus Glasplatten mittels eines entlang der Trennlinien bewegten Laserstrahls mit nachlaufendem Kühlspot so zu führen, sowie die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß die kreisringförmigen Glasscheiben splitterfrei und ohne Konturenversatz mit relativ geringem Aufwand in kurzen Taktzeiten herstellbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren, bei dem

• - in einem ersten Schritt die Prozeßparameter wie Laserleistung, Laserstrahlprofil, Fokusablage des Laserstrahlprofils, Vorschubgeschwindigkeit und Kühlung, so eingestellt werden, daß sowohl die kreisförmige Außenkontur als auch die das Innenloch begrenzende kreisförmige Innenkontur zunächst bis zu einer bestimmten Tiefe (T) geritzt werden,
• - in einem zweiten Schritt die Prozeßparameter so verändert werden, daß der im ersten Schritt erzeugte Riß gezielt durch Aufbau einer weiteren entsprechenden thermomechanischen Spannung in die Tiefe der Glasplatte bis zur vollständigen Durchtrennung der kreisförmigen Konturen getrieben wird,
• - ein Startriß durch mechanisches Anritzen mit anschließendem Laserritzen aufgebracht wird, wobei die Anritzlinie tangential in die kreisförmigen Konturen eingeschleift wird, und bei dem
• - zum Freilegen der vollständig getrennten kreisförmigen Konturen durch Aufbringen einer mechanischen Kraft eine Temperaturdifferenz zwischen den Bereichen diesseits und jenseits der Trennlinie erzeugt wird.

Durch die Zweistufigkeit der Durchtrennung mittels eines Laserstrahles gelingt es zunächst, Absplitterungen an den Schnittkanten sowie einen Konturenversatz zu vermeiden. Dieses zweistufige Verfahren ist im Prinzip bereits in der eingangs zitierten DE 693 04 194 T2 kurz beschrieben.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß es mit dem zweistufigen Durchtrennen entlang der in sich geschlossenen Trennlinien allein nicht getan ist, denn es muß noch die Glasscheibe bzw. die das Innenloch bewirkende Scheibe der durchtrennten umlaufenden Kontur aus dem Ausgangsmaterial bzw. der Glasscheibe herausgelöst werden, da sie von alleine nicht herausfallen. Durch alleiniges Aufbringen einer mechanischen Kraft kann dies zu Problemen führen, von der Beschädigung der umlaufenden Kante bis hin zu einem Zerbrechen des herauszulösenden Objektes. Diese Probleme können mit großem Vorteil vermieden werden, wenn das Verfahren so geführt wird, daß zum Freilegen der vollständigen getrennten Konturen durch Aufbringen einer mechanischen Kraft eine Temperaturdifferenz zwischen den Bereichen diesseits und jenseits der Trennlinie erzeugt wird.

Auf diese Weise kann die Glasscheibe entlang ihrer durchtrennten Kante ohne weiteres aus dem umgebenden Material herausgelöst, d. h. freigelegt werden, ohne daß es zu Beschädigungen der Kante oder gar zu einem Brechen der Glasscheibe bei ihrem Herauslösen kommen würde. Gleiches gilt für das Herauslösen der das Innenloch erzeugenden Scheibe.

Im Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik, bei dem die Erzeugung einer Temperatur-Differenz über die Trennlinie allein zum vollständigen Durchtrennen der Kontur in einer 2. Stufe durch "Hindurchtreiben" des zuvor mechanisch erzeugten Blindrisses durch das Glas dient, erfolgt die Maßnahme im Rahmen der Erfindung nicht zum weiteren Durchtrennen eines Blindrisses, son­ dern allein um das Freilegen eines bereits vollständig entlang seiner umlaufenden Kante durchtrennten Objektes.

Die Vermeidung eines Konturenversatzes wird unterstützt durch einen Verfahrensschritt, bei dem ein Startriß erzeugt wird, mit einer Anritzlinie, die tangential in die Trennlinie eingeschleift wird. Dabei wird zunächst mit bekannten Methoden ein mechanischer Anritz erzeugt, der typischerweise nur wenige Zehntel lang ist, und der der Startpunkt für einen weitergehenden Laserritz ist, der seinerseits tangential in die zu schneidende Geometrie übergeht. Das Laserstrahlprofil wird dabei entsprechend der günstigsten Anritzlinie gekrümmt.

Das Freilegen kann dabei gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung noch gefördert werden, wenn der Laserstrahl unter einem Winkel β von 3° bis 20° zur Normalen auf die Werkstückoberfläche gerichtet wird, derart, daß sich die Schnittkante zur Erleichterung der Trennung in Trennrichtung erweitert.

Eine gute Trennbarkeit ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung gegeben, wenn die Tiefe (T) des im ersten Schritt geritzten Risses im Bereich von ca. einem Zehntel der Dicke des Werkstückes liegt. Bei einer derartigen Ritztiefe kann im zweiten Schritt ohne Probleme ein Durchtrennen der Konturen erfolgen.

Bei der Freilegung der Rundschnitte wird das Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig so geführt, daß zum Aufbringen der Temperaturdifferenz vor dem Aufbringen der mechanischen Kraft, bei der Freilegung der Innenkontur der kreisringförmige Teil erwärmt und die zu entfernende innere Glasscheibe gekühlt wird, sowie bei der Freilegung der äußeren Kontur der kreisringförmige Teil gekühlt und der Bereich außerhalb der äußeren Kontur erwärmt wird. Dadurch läßt sich eine hohe Temperaturdifferenz erzeugen, die eine leichte Freilegung ermöglicht.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen der kreisringförmigen Glasscheiben wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit:

• - einem Laser zur Bereitstellung eines Laserstrahles und einer den Laserstrahl im Profil formenden Strahlformung, die eine Blende und ein Axicon zur Erzeugung eines V- bzw. U-förmigen Strahlprofils aufweist,
• - einem um die optische Achse mittels einer Einrichtung drehbaren und entlang dieser Achse verfahrbaren Umlenkspiegel, der so gestaltet ist, daß er den geformten Laserstrahl in einem definierten Winkel (α) auf die Glasplatte weiterleitet, und der eine Stelleinrichtung zum Verändern des Einfallswinkels (α) des geformten Laserstrahles besitzt, wobei die Spiegelfläche des Umlenkspiegels so gekrümmt ist, daß auf der Glasplatte ein gekrümmter V- bzw. U-förmiger Brennfleck abbildbar ist, und
• - einer an der Einrichtung zum Drehen des Umlenkspiegels befestigten Kühleinrichtung zur Erzeugung eines dem als Brennfleck abgebildeten Laserstrahl nachlaufenden Kühlspots auf der Glasplatte.

Die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip hergestellten kreisringförmigen Glasscheiben werden vorzugsweise als Substratglas für moderne Speichermedien verwendet.

Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles mit Schneiden von kreisringförmigen Harddisks aus einem Flachglas wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung des Abtrennens eines Harddisks mit einem Laserstrahl in zwei Stufen A und B,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung die Verfahrensschritte A-D zum Freilegen der durch den Laserstrahl getrennten Kontur, und

Fig. 3 in einer schematischen Längsschnitt- bzw. zugehöriger Querschnittsdarstellung I bzw. II die Vorrichtung zur Abtrennung des Harddisks mit einem Laserstrahl gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt das Grundprinzip zum Heraustrennen einer kreisringförmigen Glasscheibe, der Harddisk 2, aus einem dünnen Flachglas-Ausgangsprodukt 1 mittels eines Laserstrahles. Das als Ausgangsprodukt dienende dünne Flachglas 1 hat typischerweise eine Dicke d im Bereich von 0,7 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 0,7 mm.

Im Beispiel nach Fig. 1 ist das Laserstrahlprofil so ausgebildet, daß auf dem Flachglas 1 ein V-förmiger Brennfleck 3 entsteht, der entsprechend der zu trennenden kreisförmigen Kontur gekrümmt ist. Ihm läuft ein Kühlspot 4 nach, der die vom Laserstrahl erzeugte thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Glases erhöht. Dieser Kühlspot kann z. B. durch Aufblasen eines Kühlgases, vorzugsweise von kalter Luft oder eines Wasser-/Luftgemisches, realisiert werden. Der V-förmige Brennfleck kann vorzugsweise, wie in der eingangs gewürdigten EP 0 872 303 A2 beschrieben, realisiert werden.

Anstelle des dargestellten V- bzw. U-förmigen Brennfleckes 2 können auch andere, insbesondere die eingangs beschriebenen Brennfleckgeometrien, zur Anwendung kommen.

Das Durchtrennen des Flachglas-Ausgangsproduktes 1 erfolgt gemäß der Erfindung in zwei Schritten.

Im ersten Schritt gemäß dem Figurenteil A sind die Parameter bezüglich Laserleistung, Laserstrahlprofil, Fokusablage, Vorschubgeschwindigkeit, d. h. Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Brennfleck 3 und Flachglas 1, und Kühlung 4 so eingestellt, daß eine thermomechanische Spannung im Glas 1 aufgebaut wird, die das Glas bis zu einer vorgegebenen Tiefe T ritzt. Die Ritztiefe T liegt dabei typischerweise im Bereich von 0,08 bis 0,3 mm.

Mit dieser Einstellung der Parameter werden sowohl die Außenkontur 2a als auch die Innenkontur 2b geritzt, wobei, wie üblich, jeweils ein mechanisch aufgebrachter Riß 5 als Startriß dient, der mit den bekannten Methoden erzeugt wird. Mit besonderem Vorteil wird der Startriß 5 mit einem Laserritz 5a so weitergeführt, daß dieser tangential in die Kreiskrümmung der Außen- und Innenkontur übergeht. Dieses Anritzen unterstützt ein versatzloses Trennen der in sich geschlossenen Konturen 2a und 2b.

Danach werden im zweiten Schritt gemäß dem Figurenteil B die vorgenannten Parameter, d. h. der Energieeintrag in das Glas, so geändert, daß der im ersten Schritt erzeugte Riß gezielt in die Tiefe bis zur vollständigen Trennung des Glases betrieben werden kann. Der Energieeintrag ist dabei jedoch immer noch so bemessen, daß die Temperatur im Glas unterhalb der Transformationstemperatur T_g liegt, d. h. kein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Trennfuge stattfindet. Die Trennung erfolgt ausschließlich über den Aufbau einer thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Glases.

Die veränderte Parametereinstellung ist im Figurenteil B einmal durch den breiteren Brennfleck 3, verursacht durch eine Veränderung der Fokusablage, und durch einen größeren Abstand zwischen Brennfleck 3 und Kühlspot 4 zeichnerisch deutlich gemacht.

Um beim Freilegen der getrennten Konturen diese nicht zu "verletzen", erfolgt die Freilegung vorzugsweise gemäß den in der Fig. 2 dargestellten Schritten, ausgehend von der durch Laserstrahl gemäß Schritt B in Fig. 1 getrennten kreisringförmigen Scheibe 2 mit den Konturen 2a und 2b gemäß Figurenteil 2 A.

Im ersten Schritt B wird die getrennte Innenkontur 2b freigelegt. Dazu wird die zu entfernende innere, kreisförmige Glasscheibe 1a gekühlt und die kreisringförmige Scheibe 2 selbst aufgewärmt. Ein Stempel 6, dessen Durchmesser wenige zehntel mm kleiner ist als der Durchmesser der inneren Kontur 2b, in Verbindung mit einer kreisringförmigen, die Glasscheibe 2 unterstützenden Unterlage 7, drückt danach die innere Glasscheibe 1a heraus.

Die innere Kontur 2b ist dadurch freigelegt. Anschließend wird im Schritt C die Außenkontur 2a freigelegt. Hierbei wird die kreisringförmige Scheibe 2 gekühlt und der sie umgebende Bereich des Flachglases 1 aufgewärmt. Ein ringförmiger Stempel 6a, dessen Innendurchmesser wenige zehntel mm größer ist als der Durchmesser der äußeren Kontur 2a, in Verbindung mit einer die kreisringförmige Glasscheibe 2 unterstützenden, entsprechend ausgestalteten Unterlage 7a streift danach das die kreisringförmige Glasscheibe 2 umgebende Flachglas 1 ab. Man erhält so das im Schritt D dargestellte Endprodukt, die kreisringförmige Scheibe 2, die Harddisk.

Im Gegensatz zu dem Stand der Technik gemäß der eingangs zitierten JP- Schrift, dient die thermische Behandlung gemäß den Schritten B und C der Fig. 2 nicht dem Durchtrennen der Kontur, sondern lediglich zu deren Freilegung nach bereits erfolgter Trennung. Die aufzubringenden Temperaturdifferenzen können daher im Fall der Erfindung mit Vorteil geringer sein als im bekannten Fall. Sie liegen in der Größenordnung von ca. 50 bis 80°C.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Harddisks splitterfrei und ohne Konturenversatz mit relativ geringem Aufwand und in kurzen Taktzeiten, d. h. kostengünstig herzustellen, was sich insbesondere dadurch mit Vorteil bemerkbar macht, weil die Harddisks einen Massenartikel darstellen.

Zur Erleichterung des Vorganges des Freilegens der Konturen entsprechend den Schritten nach Fig. 2 wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Laserstrahl nicht senkrecht auf die Glasoberfläche gerichtet, sondern unter einem Winkel β von 3°-20° zur Normalen, und zwar derart, daß sich, bezogen auf die Trennrichtung, die Schnittkante der inneren Kontur 2b im Durchmesser erweitert und die Schnittkante der Außenkontur 2a im Durchmesser verjüngt. Die innere Glasscheibe 1a, die einen trapezförmigen Querschnitt zeigt, kann dann leichter herausgedrückt werden und das die äußere Kontur umgebende Flachglas kann leichter abgestreift werden, ggf. sogar ohne thermische Hilfe.

Die Größe des Winkels β, unter dem der Schnitt erzeugt wird, variiert mit der Dicke d der Glasscheibe und mit der Glasart bzw. mit der thermischen Ausdehnung des Glases, gekennzeichnet durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten α, die von der Glaszusammensetzung abhängt. Je dicker die Glasscheibe und/oder je geringer die thermische Dehnung des Glases ist, desto größer soll der Winkel β sein. Diese Abhängigkeit des Winkels β vom verwendeten Glas soll in der folgenden tabellarischen Darstellung verdeutlicht werden:

Vorzugsweise entstammt der Laserstrahl aus einem CO₂-Laser, dessen Wellenlänge dem spektraken Absorptionsmaximum des zu schneidenden Glases entspricht. Dieser CO₂-Laser emittiert Licht im fernen infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 µm. Diese Wärmestrahlung zeigt erhebliche Besonderheiten bei der Wirkung auf Materie. So wird sie von den meisten, im sichtbaren Licht transparenten Materialien stark absorbiert. Der Umstand der starken Absorption in Glas wird verwendet, um Glas zu schneiden. Bei einem Absorptionskoeffizienten von 10³ cm^-1 wird 95% der Leistung in einer 30 µm dicken Schicht absorbiert. Darüber hinaus eignet sich der CO₂-Laser, wie auch jeder andere Laser, der vom Material genügend stark absorbiert wird, zum abschließenden Verschmelzen und Verrunden der scharfkantig getrennten Kante.

Aufgrund der unterschiedlichen Absorptionsbanden der einzelnen Materialien wird vorzugsweise ein in der Wellenlänge abstimmbarer Laser eingesetzt. So kann für jedes Material die Wellenlänge eingestellt werden, bei der dieses die stärkste Absorption zeigt, so daß die Energieverluste minimiert werden.

Beispielsweise ist die Absorptionskante im Glas sehr stark von der Wellenlänge des Lasers abhängig, da die verwendete Strahlung an der Schulter einer Vibrationsbande der oxidischen Bindung liegt. Es gibt spezielle CO₂-Laser, die mit Hilfe eines Interferenzgitters die emittierte Wellenlänge von 9,4 bis 11,8 µm verändern können. Das Absorptionsspektrum hängt auch sehr empfindlich von der chemischen Zusammensetzung des Glases ab. Eine höhere oder niedrigere Absorptionskante wird abhängig von den thermischen und mechanischen Eigenschaften der Glasmischung zu unterschiedlichen Ergebnissen beim Absprengen führen. Deshalb wird die Wellenlänge auf die Glassorte optimiert.

Die Fig. 3 zeigt das Prinzip einer Vorrichtung, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Der Figurenteil I zeigt dabei einen prinzipiellen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A im Figurenteil II, und dieser Figurenteil II zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B im Figurenteil I.

Ein Laserstrahl 8 wird senkrecht in die Vorrichtung eingeleitet. In den Strahlengang ist eine Strahlformung 9 eingeschaltet, um den Laserstrahl in die gewünschte Geometrie zu formen. Diese Strahlformung 9 kann beispielsweise aus einer Kombination aus einem "Axicon" und einer Blende bestehen, wie sie in der eingangs zitierten EP-Schrift 0 872 303 A2 zur Formung eines U- bzw. V-förmigen Brennfleckes 3 verwendet wird, wobei der Brennfleck 3 das auf der Oberseite des zu schneidenden Glases 1 abgebildete Strahlprofil darstellt.

Der so geformte Laserstrahl 8a fällt auf einen gebogenen Umlenkspiegel 10. Der Umlenkspiegel ist so gestaltet, daß er

• a) den Laserstrahl 8a in einem definierten Winkel auf die Glasplatte 1 weiterleitet, und
• b) den Laserstrahl 8a in der Projektionsebene X-Y an die gewünschte Kreisgeometrie annähert, d. h. dem Brennfleck 3 eine entsprechende Krümmung verleiht.

Der Umlenkspiegel 10 kann mittels einer Vorrichtung 11, auf der er montiert ist, um eine Achse 12 gedreht werden, wobei diese Drehachse 12 mit der optischen Achse der Anordnung zusammenfällt. Er kann außerdem vertikal verfahren werden.

Die Vorrichtung kann mittels adaptiver Optiken anstelle des gebogenen Umlenkspiegels auch für unterschiedliche Freiformgeometrien erweitert werden.

Die zu schneidende Rundkontur mit dem Radius "r" kann mittels einer Stellvorrichtung 13 am Umlenkspiegel 10 verändert werden, indem der Einfallswinkel α des Laserstrahls verändert wird. Durch die Veränderung der Fokuslage "f" aufgrund einer Vertikalbewegung kann sowohl die Intensität der Laserstrahlung als auch der zu schneidende Radius "r" variiert werden.

Durch Drehung der gesamten Vorrichtung um die Achse 12 erfolgt die Abbildung des Laserstrahlprofils auf die Glasoberfläche in Form des Brennfleckes 3 und damit der Trennprozeß entlang der dargestellten Kreiskontur mit dem Durchmesser d.

Eine Kühlung 14, die für Laserschneidprozesse, die mittels thermisch induzierter Spannung arbeiten, erforderlich ist, kann an die rotierende Vorrichtung 11 montiert werden und folgt somit bei einer Drehung exakt der Abbildung des Laserstrahls, wie im Figurenteil 11 durch den Pfeil angedeutet ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Heraustrennen von kreisringförmigen Glasscheiben (2) aus Glasplatten (1), mittels eines entlang der Trennlinien bewegten Laserstrahles (8a) mit nachlaufendem Kühlspot (4), bei dem
in einem ersten Schritt die Prozeßparameter wie Laserleistung, Laserstrahlprofil, Fokusablage des Laserstrahlprofils, Vorschubgeschwindigkeit und Kühlung, so eingestellt werden, daß sowohl die kreisförmige Außenkontur (2a) als auch die das, Innenloch begrenzende kreisförmige Innenkontur (2b) zunächst bis zu einer bestimmten Tiefe (T) geritzt werden,
in einem zweiten Schritt die Prozeßparameter so verändert werden, daß der im ersten Schritt erzeugte Riß gezielt durch Aufbau einer weiteren entsprechenden thermomechanischen Spannung in die Tiefe der Glasplatte (1) bis zur vollständigen Durchtrennung der kreisförmigen Konturen getrieben wird,
ein Startriß durch mechanisches Anritzen (5) mit anschließendem Laserritzen (5a) aufgebracht wird, wobei die Anritzlinie tangential in die kreisförmigen Konturen eingeschleift wird, und bei dem
zum Freilegen der vollständig getrennten kreisförmigen Konturen (2a, 2b) durch Aufbringen einer mechanischen Kraft (6) zuvor eine Temperaturdifferenz zwischen den Bereichen diesseits und jenseits der Trennlinie (2a, 2b) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (8a) unter einem Winkel β von 3° bis 20° zur Normalen auf die Glasplattenoberfläche gerichtet wird, derart, daß sich die Schnittkante zur Erleichterung der Trennung in Trennrichtung erweitert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) des im ersten Schritt geritzten Risses im Bereich von ca. einem Zehntel der Dicke der Glasplatte liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Temperaturdifferenz vor dem Aufbringen der mechanischen Kraft (6), bei der Freilegung der Innenkontur (2b) der kreisringförmige Teil (2) erwärmt und die zu entfernende innere Glasscheibe (1a) gekühlt wird, sowie bei der Freilegung der äußeren Kontur (2a) der kreisringförmige Teil (2) gekühlt und der Bereich (1) außerhalb der äußeren Kontur (2a) erwärmt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit:
einem Laser zur Bereitstellung eines Laserstrahles (8) und einer den Laserstrahl (8) im Profil formenden Strahlformung (9), die eine Blende und ein Axicon zur Erzeugung eines V- bzw. U-förmigen Strahlprofils aufweist,
einem um die optische Achse (12) mittels einer Einrichtung (11) drehbaren und entlang dieser Achse verfahrbaren Umlenkspiegel (10), der so gestaltet ist, daß er den geformten Laserstrahl (8a) in einem definierten Winkel (α) auf die Glasplatte (1) weiterleitet, und der eine Stelleinrichtung (13) zum Verändern des Einfallswinkels (α) des geformten Laserstrahles (8a) besitzt, wobei die Spiegelfläche des Umlenkspiegels (10) so gekrümmt ist, daß auf der Glasplatte (1) ein gekrümmter V- bzw. U-förmiger Brennfleck (3) abbildbar ist, und
einer an der Einrichtung (11) zum Drehen des Umlenkspiegels (10) befestigten Kühleinrichtung (14) zur Erzeugung eines dem als Brennfleck (3) abgebildeten Laserstrahl (8a) nachlaufenden Kühlspots (4) auf der Glasplatte (1).

6. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten kreisringförmigen Glasscheiben (2) als Substratglas für Speichermedien.