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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1.
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In vielen technischen Bereichen (z. B. Mikroelektronik- oder Photovoltaiktechnologie) werden Materialien, wie z. B. Silizium, Germanium oder Saphir, häufig in der Form dünner Scheiben und Platten (so genannte Wafer) gebraucht. Standardmäßig werden solche Wafer derzeit durch Sägen aus einem Ingot hergestellt, wobei relativ große Materialverluste (”kerf-loss”) entstehen. Da das verwendete Ausgangsmaterial oft sehr teuer ist, gibt es starke Bestrebungen, solche Wafers mit weniger Materialaufwand und damit effizienter und kostengünstiger herzustellen.
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Beispielsweise gehen mit den derzeit üblichen Verfahren allein bei der Herstellung von Siliziumwafern für Solarzellen fast 50% des eingesetzten Materials als ”kerf-loss” verloren. Weltweit gesehen entspricht dies einem jährlichen Verlust von über 2 Milliarden Euro. Da die Kosten des Wafers den größten Anteil an den Kosten der fertigen Solarzelle ausmachen (über 40%), könnten durch entsprechende Verbesserungen der Waferherstellung die Kosten von Solarzellen signifikant reduziert werden.
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Besonders attraktiv für eine solche Waferherstellung ohne kerf-loss (”kerf-free wafering”) erscheinen Verfahren, die auf das herkömmliche Sägen verzichten und z. B. durch Einsatz von temperaturinduzierten Spannungen direkt dünne Wafer von einem dickeren Werkstück abspalten können. Dazu gehören insbesondere Verfahren, wie sie z. B. in
PCT/US2008/012140 und
PCT/EP2009/067539 beschrieben sind.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 196 40 594 A1 ein Verfahren zur Trennung von Halbleitermaterialien mittels licht-induzierter Grenzflächenzersetzung und damit hergestellter Vorrichtungen, wie strukturierte und freistehende Halbleiterschichten und Bauelemente, bekannt. Das Verfahren gemäß der
DE 196 40 594 A1 beinhaltet die Beleuchtung von Grenzflächen zwischen Substrat und Halbleiterschicht oder zwischen Halbleiterschichten, wodurch die Lichtabsorption an der Grenzfläche oder in einer dafür vorgesehenen Absorptionsschicht zur Materialzersetzung führt. Die Auswahl der Grenzfläche oder Halbleiterschicht, welche zur Zersetzung gebracht wird, erfolgt durch die Wahl der Lichtwellenlänge und Lichtintensität, die Einstrahlrichtung oder den Einbau einer dünnen Opferschicht während der Materialherstellung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass zur Zerstörung ganzer Schichten hohe Energiedosen verwendet werden müssen, wodurch der Energiebedarf und somit die Kosten des Verfahrens sehr hoch sind.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten bereitzustellen, welches die kostengünstige Herstellung von Festkörperplatten bzw. Wafern mit einer gleichmäßigen Dicke, insbesondere mit einem TTV von weniger als 120 Mikrometer, ermöglicht.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten, insbesondere von Wafern, gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte des Bereitstellens eines Festkörpers zum Abtrennen einer Festkörperschicht, wobei der Festkörper einerseits eine erste Oberfläche und andererseits eine zweite Oberfläche aufweist, wobei sich die erste Oberfläche zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder mehrheitlich und bevorzugt vollständig, in einer ersten Ebene erstreckt und wobei sich die zweite Oberfläche zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder mehrheitlich und bevorzugt vollständig, in einer zweiten Ebene erstreckt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander parallel ausgerichtet bzw. umorientiert sind, des Erzeugens von Effekten innerhalb des Festkörpers zum Beeinflussen eines Verlaufs eines den Festkörper in zumindest zwei Teile trennenden Risses, wobei die erzeugten Effekte eine Ablöseebene vorgeben, entlang der die Festkörperschicht von dem Festkörper abgetrennt wird, des Koppelns der ersten Oberfläche mit einem ersten Krafteinleitungsmittel, insbesondere einem Zugkrafteinleitungsmittel, einem Druckkrafteinleitungsmittel oder einem Scherkrafteinleitungsmittel, des Koppelns der zweiten Oberfläche mit einem zweiten Krafteinleitungsmittel, insbesondere einem Zugkrafteinleitungsmittel, einem Druckkrafteinleitungsmittel oder einem Scherkrafteinleitungsmittel, und des Einleitens von Spannungen, insbesondere Zugspannungen, Druckspannungen oder Scherspannungen, mittels der Krafteinleitungsmittel in den Festkörper zum Teilen des Festkörpers entlang der Ablöseebene bzw. zum Abspalten der Festkörperschicht von dem Festkörper.
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Diese Lösung ist vorteilhaft, da durch die in dem Festkörper erzeugten Effekte eine Rissführung vorgegeben wird, wodurch die abgetrennte Festkörperschicht einen sehr geringen TTV aufweist, wodurch aufwendige Nacharbeiten vermieden werden können und vielfältige Einsatzbereiche möglich sind. Ferner ist die Aufbringung erheblicher Energiemengen nicht erforderlich, da die Abtrennung der Festkörperschicht mittels einer Rissausbreitung und nicht durch eine vollständige Zersetzung einer Schicht innerhalb des Festkörpers nötig ist.
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Die Effekte werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Laserstrahlen erzeugt, wobei durch die Laserstrahlen gezielt Spannungen innerhalb des Festkörpers, insbesondere durch lokale Erhitzung, erzeugt werden oder wobei durch die Laserstrahlen gezielt Defekte innerhalb des Festkörpers, insbesondere durch lokale Zerstörung, erzeugt werden. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch die Einbringung der Defekte eine Schwächung des Festkörpers, insbesondere eine Art Perforation, erzeugt werden kann und zusätzlich oder alternativ durch die Einbringung von Spannungen Impulse bzw. Kräfte zum vereinfachten, insbesondere gesteuerten, Abtrennen der Festkörperschicht auf einfache Weise erzeugt werden können.
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Die Effekte werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Einbringung von mittels einer Ionenkanone emittierten und in den Festkörper eingebrachten Ionen erzeugt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch die Einbringung von Ionen, insbesondere von Wasserstoff-Ionen, sehr präzise eine Schadschicht innerhalb des Festkörpers erzeugbar ist. Diese Schadschicht ermöglicht dabei bevorzugt die Erzeugung von Spannungen, durch welche die Ablöseebene vorgegeben wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Effekte gegenüber der ersten Oberfläche in einem Abstand von 2 μm bis 1000 μm, insbesondere in einem Abstand von 5 μm bis 500 μm, in dem Festkörper erzeugt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die zu erzeugende Festkörperschicht bzw. die zu erzeugenden Festkörperschichten sehr präzise dimensionierbar sind.
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Bevorzugt werden die Effekte homogen innerhalb des Festkörpers erzeugt. Es ist jedoch ebenfalls bevorzugt denkbar, dass die Effekte in unterschiedlichen Bereichen des Festkörpers, d. h. z. B. in randnahen Bereichen und in zentrumsnahen Bereich, verschieden ausgebildet und/oder verschieden konzentriert sind.
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Die Kopplung zwischen der ersten Oberfläche des Festkörpers und dem ersten Krafteinleitungsmittel und/oder die Kopplung zwischen der zweiten Oberfläche des Festkörpers und dem zweiten Krafteinleitungsmittel wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels eines Vakuums und/oder eines Stoffschlusses, insbesondere mittels eines Klebers, und/oder eines Formschlusses und/oder mittels eines Kraftschlusses, insbesondere mittels einer Klemmverbindung, und/oder mittels Adhäsion erzeugt. Die mittels eines Klebers erzeugte Haftung kann bevorzugt durch das Einstellen bestimmter Temperaturen, insbesondere von Temperaturen > 25°C, durch das Aufbringen eines Lösungsmittels, durch die Beaufschlagung mit Strahlung, etc. reduziert bzw. aufgehoben werden. Weiterhin ist denkbar, dass der Kleber unlösbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da diverse Möglichkeiten und Kombinationen zur Fixierung der Krafteinleitungsmittel an der ersten und zweiten Oberfläche des Festkörpers denkbar sind. Je nach Anwendungsfall, d. h. z. B. je nach Festkörpermaterial oder je nach Festkörpergröße oder je nach den resultierenden Zugkräften, Druckkräften und/oder Scherkräften kann die geeignetste Kopplungsvariante ausgewählt werden.
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Das erste Krafteinleitungsmittel und das zweite Krafteinleitungsmittel sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bestandteil einer Festkörperherstellvorrichtung und werden zum Teilen des Festkörpers relativ zueinander bewegt, insbesondere geschwenkt oder axial beabstandet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Relativbewegung der Krafteinleitungsmittel zueinander sehr genau steuerbar ist, wodurch die Rissausbreitung sehr genau kontrollierbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das erste Krafteinleitungsmittel und das zweite Krafteinleitungsmittel relativ zueinander geschwenkt, wobei durch das Schwenken der Krafteinleitungsmittel der Riss in einem vorbestimmten Bereich, insbesondere im am weitesten zur Schwenkachse beabstandeten Bereich, des Festkörpers ausgelöst wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Rissausbreitung bereits von der Rissauslösung an beeinflussbar bzw. kontrollierbar ist. Ferner ist diese Ausführungsform vorteilhaft, da der Riss bevorzugt von einer Seite des Festkörpers über das Zentrum des Festkörper hinweg zu einer anderen Seite des Festkörpers geführt werden kann.
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Das erste Krafteinleitungsmittel und das zweite Krafteinleitungsmittel werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung axial zueinander beabstandet, wobei durch das axiale Beabstanden der Krafteinleitungsmittel Spannungen im Festkörper erzeugt werden, die zur Teilung des Festkörpers entlang der Ablöseebene führen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Rissausbreitung z. B. vollumfänglich und bevorzugt zeitgleich oder im Wesentlichen zeitgleich erfolgen kann. Der Riss kann sich bei dieser Ausführungsform somit bevorzugt von mehreren oder allen Seiten in Richtung Zentrum des Festkörpers ausbreiten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Festkörper von einem Rissauslösemittel zum Auslösen des Risses beaufschlagt, wobei das Rissauslösemittel in einem definierten Bereich des Festkörpers Rissauslösespannungen erzeugt, wobei die Rissauslösespannungen mittels mechanischen Kontakts, insbesondere mittels eines Keils, und/oder mittels thermischer Beaufschlagung, insbesondere lokaler Erhitzung oder lokaler Abkühlung, und/oder mittels Strahlung, insbesondere Laserstrahlen, und/oder mittels elektromagnetischer Wellen und/oder mittels Schallwellen und/oder mittels chemischer Behandlung erzeugt werden. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da lokal eine Spannungsüberhöhung mittels eines Rissauslösemittels bewirkbar ist, durch welche die Rissausbreitung ausgelöst wird, ohne dass dabei die durch die Krafteinleitungsmittel in den Festkörper eingeleiteten Kräfte so groß sein müssen, dass eine Rissauslösung bewirkt wird, wodurch Energie eingespart werden kann.
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Die innerhalb des Festkörpers erzeugten Effekte erzeugen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt lokal verschiedene Spannungen innerhalb des Festkörpers und/oder zusätzliche Rissführungsspannungen, insbesondere durch eine thermische Beaufschlagung des Festkörpers, wobei die Rissführungsspannungen bevorzugt lokal verschieden sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Rissausbreitung durch die zusätzlichen Rissführungsspannungen weitere verbessert kontrolliert werden können, woraus ein weiter verbesserter TTV resultiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Krafteinleitungsmittel als Zugkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Zugspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet und/oder das zweite Krafteinleitungsmittel ist als Zugkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Zugspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet, oder das erste Krafteinleitungsmittel ist als Druckkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Druckspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet und/oder das zweite Krafteinleitungsmittel ist als Druckkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Druckspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet, oder das erste Krafteinleitungsmittel ist als Scherkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Scherspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet und/oder das zweite Krafteinleitungsmittel ist als Scherkrafteinleitungsmittel zum Erzeugen von Scherspannungen innerhalb des Festkörpers ausgebildet.
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Weiterhin ist bevorzugt zwischen der ersten Oberfläche des Festkörpers und dem ersten Krafteinleitungsmittel und/oder zwischen der zweiten Oberfläche des Festkörpers und dem zweiten Krafteinleitungsmittel eine bevorzugt zähflüssige Substanz bzw. ein zähelastisches Material zum Aufbauen einer Vorspannung vorsehbar, wobei die Vorspannung bevorzugt mittels einer Arretierung definiert auf den Festkörper aufgebracht werden kann.
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Der Festkörper weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4 und 5 des Periodensystems der Elemente auf, wie z. B. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al2O3 (Saphir), AlN. Besonders bevorzugt weist der Festkörper eine Kombination aus in der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems vorkommenden Elementen auf. Denkbare Materialien oder Materialkombinationen sind dabei z. B. Galliumarsenid, Silizium, Siliziumcarbid, etc. Weiterhin kann der Festkörper eine Keramik (z. B. Al2O3 – Alumiumoxid) aufweisen oder aus einer Keramik bestehen, bevorzugte Keramiken sind dabei z. B. Perovskitkeramiken (wie z. B. Pb-, O-, Ti/Zr-haltige Keramiken) im Allgemeinen und Blei-Magnesium-Niobate, Bariumtitanat, Lithiumtitanat, Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat Kristalle für Festkörperlaseranwendungen, SAW-Keramiken (surface acoustic wave), wie z. B. Lithiumniobat, Galliumorthophosphat, Quartz, Calziumtitanat, etc. im Speziellen. Der Festkörper weist somit bevorzugt ein Halbleitermaterial oder ein Keramikmaterial auf bzw. besonders bevorzugt besteht der Festkörper aus mindestens einem Halbleitermaterial oder einem Keramikmaterial. Es ist weiterhin denkbar, dass der Festkörper ein transparentes Material aufweist oder teilweise aus einem transparenten Material, wie z. B. Saphir, besteht bzw. gefertigt ist. Weitere Materialien, die hierbei als Festkörpermaterial alleine oder in Kombination mit einem anderen Material in Frage kommen, sind z. B. „wide band gap”-Materialien, InAlSb, Hochtemperatursupraleiter, insbesondere seltene Erden Cuprate (z. B. YBa2Cu3O7).
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Die vorliegende Erfindung kann sich ferner auf einen Wafer beziehen, der nach einem zuvor, im Nachfolgenden und/oder in den Ansprüchen beschrieben Verfahren hergestellt wurde. Die Verwendung der Wörter „im Wesentlichen” definiert bevorzugt in allen Fällen, in denen diese Wörter im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden eine Abweichung im Bereich von 1%–30%, insbesondere von 1%–20%, insbesondere von 1%–10%, insbesondere von 1%–5%, insbesondere von 1%–2%, von der Festlegung, die ohne die Verwendung dieser Wörter gegeben wäre.
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Eine Bewegung „zueinander” ist im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt stets auch als eine Bewegung zu verstehen, in der ein Krafteinleitungsmittel gegenüber der Umgebung unbewegt ist und das andere Krafteinleitungsmittel gegenüber der Umgebung bewegt wird.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft die erfindungsgemäße Waferherstellung dargestellt ist. Bauteile oder Elemente der erfindungsgemäßen Waferherstellung, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile oder Elemente nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen.
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Einzelne oder alle Darstellungen der im Nachfolgenden beschriebenen Figuren sind bevorzugt als Konstruktionszeichnungen anzusehen, d. h. die sich aus der bzw. den Figuren ergebenden Abmessungen, Proportionen, Funktionszusammenhänge und/oder Anordnungen entsprechen bevorzugt genau oder bevorzugt im Wesentlichen denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Produkts.
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Darin zeigen:
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1a–1c eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Festkörperschichtenherstellung;
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2a–2b eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Festkörperschichtenherstellung,
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3a–3d eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Festkörperschichtenherstellung;
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4a–4b eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Festkörperschichtenherstellung; und
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5a–5c eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Festkörperherstellung.
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In 1a ist ein Festkörper 1 zum Abtrennen einer Festkörperschicht 2 (vgl. 1b) bereitgestellt, wobei der Festkörper 1 einerseits eine erste Oberfläche 4 und andererseits eine zweite Oberfläche 6 aufweist, wobei sich die erste Oberfläche 4 zumindest teilweise in einer ersten X-Y-Ebene erstreckt und wobei sich die zweite Oberfläche 6 zumindest teilweise in einer zweiten X-Y-Ebene erstreckt, wobei die erste X-Y-Ebene und die zweite X-Y-Ebene zumindest im Wesentlichen zueinander parallel ausgerichtet sind.
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Ferner zeigt das Bezugszeichen 11, dass Effekte 11 innerhalb des Festkörpers 1 erzeugt wurden, wobei die Effekte 11 zum Beeinflussen eines Verlaufs eines den Festkörper 1 in zumindest zwei Teile trennenden Risses vorgesehen sind. Die erzeugten Effekte 11 geben dabei bevorzugt eine Ablöseebene 12 vor, entlang der die Festkörperschicht 2 von dem Festkörper 1 abgetrennt wird. An der ersten Oberfläche 4 ist ein erstes Krafteinleitungsmittel 8 angekoppelt und an der zweiten Oberfläche 6 ist ein zweites Krafteinleitungsmittel 10 angekoppelt. Die Krafteinleitungsmittel 8, 10 sind derart mit den Oberflächen 4 und 6 gekoppelt, dass bevorzugt Zugspannungen mittels der Krafteinleitungsmittel 8, 10 in den Festkörper 1 zum Teilen des Festkörpers 1 entlang der Ablöseebene 12 einleitbar sind.
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Die erste Oberfläche 4 ist mit dem ersten Krafteinleitungsmittel 8 gekoppelt, insbesondere verklebt bzw. daran angeklebt, und die zweite Oberfläche 6 ist mit dem zweiten Krafteinleitungsmittel 10 gekoppelt, insbesondere verklebt bzw. daran angeklebt. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Rotationsachse oder ein Scharnier, das eine Führung der Bewegung der Krafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander führt, leitet oder ermöglicht. Es ist hierbei ebenfalls bevorzugt denkbar, dass die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 gegeneinander vorgespannt werden, z. B. mittels einer Federeinrichtung.
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In 1b ist schematisch ein Behandlungsschritt bzw. ein bevorzugter Verfahrensschritt gezeigt, gemäß dem das erste Krafteinleitungsmittel 8 gegenüber dem zweiten Krafteinleitungsmittel 10 ausgelenkt, insbesondere geschwenkt, wird. Durch die Auslenkbewegung erfolgt bevorzugt die Rissausbreitung in dem Festkörper 1 und besonders bevorzugt zunächst ebenfalls die Rissauslösung.
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Die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 können z. B. mittels einer Zugeinrichtung, insbesondere pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch, auseinandergezogen werden oder mittels einer Druckeinrichtung, insbesondere pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch, auseinander gedrückt werden. Weiterhin ist denkbar, dass eine Antriebseinrichtung zum Rotieren der Krafteinleitungsmittel 8 und 10 um eine gemeinsame Rotationsachse 14 vorgesehen ist, insbesondere im Bereich der Achse 14 vorgesehen oder ausgebildet ist. Es ist hierbei denkbar, dass eine Arretierung, insbesondere zum Arretieren der Krafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander, vorgesehen ist, um den Riss definiert auszulösen bzw. loslaufen zu lassen und/oder um den Rissfortschritt bzw. die Rissausbreitung zu kontrollieren.
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Weiterhin ist denkbar, dass die Auslenkgeschwindigkeit, mit der die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 ausgelenkt werden, in Abhängigkeit von einer tatsächlichen oder einer angenommenen Rissausbreitung gesteuert wird. Es ist hierbei denkbar, dass die Auslenkgeschwindigkeit homogen oder im Wesentlichen homogen ist, wobei ebenfalls denkbar ist, dass insbesondere im Bereich der Rissauslösung und im Bereich des Zentrums des Festkörpers 1 unterschiedliche Auslenkgeschwindigkeiten vorgesehen werden bzw. erforderlich sind.
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In 1c ist ein Zustand nach der vollständigen Rissausbreitung gezeigt, d. h. die Festkörperschicht 2 ist von dem Festkörper 1 abgetrennt und bevorzugt mit dem Krafteinleitungsmittel 8 gegenüber dem Festkörper 1 bewegbar.
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In 2a ist schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die erste Oberfläche 4 ist hierbei bevorzugt mit dem ersten Krafteinleitungsmittel 8, das bevorzugt als Zugkrafteinleitungsmittel ausgebildet ist, gekoppelt, insbesondere verklebt bzw. daran angeklebt, und die zweite Oberfläche 6 ist hierbei bevorzugt mit dem zweiten Krafteinleitungsmittel 10, das bevorzugt ebenfalls als Zugkrafteinleitungsmittel ausgebildet ist, gekoppelt, insbesondere verklebt bzw. daran angeklebt.
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Die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 können z. B. mittels einer Zugeinrichtung, insbesondere pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch, auseinandergezogen werden oder mittels einer Druckeinrichtung, insbesondere pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch, auseinander gedrückt werden, d. h., dass der Abstand der Krafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander veränderbar ist und bevorzugt die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 in Z-Richtung bzw. in axialer Richtung voneinander beabstandet werden.
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Die Krafteinleitungsmittel 8 und 10 können bevorzugt ein Teil einer Art Kraftpresse sein, in welcher der Festkörper 1 bevorzugt mittig angeordnet, insbesondere angekoppelt, wird.
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In 2b ist ein Zustand gezeigt, gemäß dem die Festkörperschicht 2 entlang der zuvor mittels den Effekten 11 erzeugten Ablöseebene 12 voneinander abgetrennt wurde.
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In 3a ist eine der 2a im Wesentlichen entsprechende Anordnung gezeigt. Der Festkörper 1 ist mit seinen im Wesentlichen zueinander parallelen Oberflächen 4, 6 mit Kraftaufbringungsmitteln 8 und 10 verbunden, wobei die Kraftaufbringungsmittel 8, 10 in dieser Ausführungsform bevorzugt zur Erzeugung von Scherkräften dienen. Es werden somit gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt Scherspannungen mittels den bevorzugt als Scherkrafteinleitungsmitteln ausgebildeten Krafteinleitungsmittel 8, 10 in dem Festkörper 1 zum Teilen des Festkörpers 1 entlang der Ablöseebene 12 erzeugt.
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3b zeigt eine Draufsicht auf den in 3a zwischen den Scherkrafteinleitungsmitteln 8 und 10 angeordneten Festkörper 1.
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3c zeigt die aus 3a bekannte Anordnung nach der Einleitung der Scherkräfte bzw. nach dem Abtrennen der Festkörperschicht 2 von dem Festkörper 1. Die Abtrennung der Festkörperschicht erfolgte dabei dadurch, dass die Scherkrafteinleitungsmittel 8 und 10 relativ zueinander bewegt wurden, insbesondere zueinander verdreht wurde. Durch die Verdrehung der Scherkrafteinleitungsmittel 8 und 10 wurden entsprechende Scherkräfte innerhalb des Festkörpers 1 erzeugt, die zum Auslösen und/oder zum Ausbreiten eine Risses im Bereich der Ablöseebene 12 führten. Die Rotation der Scherkrafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander kann z. B. derart erfolgen, dass das zweite Scherkrafteinleitungsmittel 10 unbewegt bleibt und das erste Scherkrafteinleitungsmittel 8 um die Rotationsachse R verdreht bzw. rotiert wird. Es ist ferner denkbar, dass die Scherkräfte innerhalb des Festkörpers 1 nicht nur mittels einer Rotationsbewegung der Scherkrafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander, sondern auch durch eine Bewegung der Scherkrafteinleitungsmittel 8 und 10 zueinander in der X-, Y- und/oder Z-Richtung bewirkt wird.
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Weiterhin ist denkbar, dass die Rotationsachse außermittig des Festkörpers
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In 3d ist die abgetrennte und rotierte Festkörperschicht 2 sowie der verbleibende Teil des Festkörpers 1 in einer Draufsicht gezeigt.
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In 4a ist eine im Wesentlichen identische Darstellung zu der Darstellung 3a, lediglich das erste Kraftaufbringungsmittel 8 ist rein beispielhaft verändert dargestellt. Die Pfeile 21 und 22 kennzeichnen Beispiele für Richtungen, aus denen eine oder mehrere Kräfte auf den Festkörper 1 ausgeübt werden könne.
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In 4b ist ein Zustand nach der Abtrennung der Festkörperschicht 2 gezeigt. Das erste Kraftaufbringungsmittel 8, das bevorzugt als Druckaufbringungsmittel ausgebildet ist, ist gegenüber dem zweiten Kraftaufbringungsmittel 10, das bevorzugt ebenfalls als Druckaufbringungsmittel ausgebildet ist, in der X- und/oder Y-Richtung verschoben dargestellt, wobei die Festkörperschicht 2 infolge der sich durch die Verschiebung des ersten Druckaufbringungsmittels 8 gegenüber dem zweiten Druckaufbringungsmittels 10 ergebenden Spannungen vom verbleibenden Festkörper 1 abgelöst bzw. abgetrennt wurde.
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Die 5a–5c entsprechen im Wesentlichen den 1a–1c, wobei in den 5a–5c eine Arretierungseinrichtung 30 vorgesehen ist. Die Arretierungseinrichtung 30 dient dazu die Position bzw. die Stellung des ersten Krafteinleitungsmittels 8 beizubehalten, selbst wenn Druckkräfte 21, Zugkräfte 22 und/oder ein Moment 23 auf das erste Krafteinleitungsmittel 8 wirken. Dies ist vorteilhaft, da das Krafteinleitungsmittel 8 zunächst mit einer Kraft zum Erzeugen einer Vorspannung beaufschlagt werden kann, ohne dass daraus eine Bewegung des ersten Krafteinleitungsmittels 8 resultiert. Ist die entsprechende Vorspannkraft eingestellt, dann durch das kraftabhängige oder ortsabhängige Steuern der Arretierung 30 die Rissausbreitung innerhalb des Festkörpers 1 kontrolliert bzw. gesteuert werden, dies bedeutet insbesondere, dass die Rissausbreitungsgeschwindigkeit beeinflusst werden kann.
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In den 5b und 5c kennzeichnet das Bezugszeichen 30a jeweils eine Arretierungseinrichtung die kraftgesteuert ist, d. h. in Abhängigkeit einer Kraftbeaufschlagung eine Bewegung des ersten Krafteinleitungsmittels 8 ermöglicht. Ferner kennzeichnet das Bezugszeichen 30b in den 5b und 5c jeweils eine ortsabhängige Arretierungseinrichtung. Die ortsabhängige Arretierungseinrichtung ist hierbei bevorzugt in Richtung der Schwenkachse bzw. in X-Richtung verschiebbar, wodurch in Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Arretierungseinrichtung 30b eine Auslenkung des ersten Krafteinleitungsmittels 8 ermöglicht wird. Es ist hierbei denkbar, dass zeitgleich oder zeitversetzt eine kraftgesteuerte und eine ortsgesteuerte Arretierung 30a, 30b einsatzfinden.
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Gemäß den 5a–5c ist somit ein kraftgesteuertes und/oder ein positionsgesteuertes Arretierungsmittel 30 vorgesehen, wobei durch das Arretierungsmittel 30 eine Bewegung mindestens eines Kraftübertragungsmittels 8, 10 derart begrenzt wird, dass die Rissausbreitungsgeschwindigkeit beeinflusst, insbesondere gesteuert, wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Festkörper
- 2
- Festkörperschicht
- 4
- Erste Oberfläche
- 6
- Zweite Oberfläche
- 8
- Erstes Krafteinleitungsmittel
- 10
- Zweites Krafteinleitungsmittel
- 12
- Ablöseebene
- 20
- Festkörperherstellvorrichtung
- 21
- Beispiel einer ersten Kraftaufbringungsrichtung
- 22
- Beispiel einer zweiten Kraftaufbringungsrichtung
- 23
- Beispiel einer weiteren Kraftaufbringungsrichtung
- 30
- Arretierungseinrichtung
- 30a
- erste Konfiguration der Arretierungseinrichtung
- 30b
- zweite Konfiguration der Arretierungseinrichtung
- R
- Rotationsachse
- X
- Erste Richtung
- Y
- Zweite Richtung
- Z
- Dritte Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/012140 [0004]
- EP 2009/067539 [0004]
- DE 19640594 A1 [0005, 0005]
