DE102015116848A1

DE102015116848A1 - Dielectric workpiece with a zone of defined strength and method for its production and its use

Info

Publication number: DE102015116848A1
Application number: DE102015116848.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Maurer; Albrecht Seidl; Fabian Wagner; Andreas Ortner; Frank-Thomas Lentes
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-04-06
Also published as: WO2017060252A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Werkstück aus einem dielektrischen Material, welcher mindestens eine Zone mit definiert eingestellter Festigkeit aufweist, wobei die Zone definierter Festigkeit Hohlräume aufweist, sowie ein erfindungsgemäß hergestelltes Werkstück und dessen Verwendung.The invention relates to a method for producing a workpiece from a dielectric material, which has at least one zone with defined set strength, wherein the zone of defined strength has cavities, as well as a workpiece produced according to the invention and its use.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einem dielektrischen Material, welches mindestens eine Zone mit definiert ausgebildeter Festigkeit aufweist, ein dielektrisches Werkstück mit mindestens einer Zone definiert eingestellter Festigkeit sowie dessen Verwendung. The invention relates to a method for producing a workpiece from a dielectric material, which has at least one zone of defined strength formed, a dielectric workpiece with at least one zone defined defined strength and its use.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Das Brechen oder Trennen von dielektrischen Materialien, beispielsweise von Silizium-Wafern oder Glasscheiben, erfordert das Vorhandensein einer Schwachstelle im Material. Sofern nicht ein unkontrolliertes Zerspringen oder Zersplittern erfolgen soll, muss der sich öffnende Riss entweder eng geführt oder eine Schädigung entlang der zu trennenden Linie in das Werkstück oder auf dessen Oberfläche eingebracht werden. Um eine solche Schwachstelle in ein Material einzubringen, existieren eine Reihe von Verfahren. Im einfachsten Fall und vielfach beschrieben kann dies ein mechanisch an der Oberfläche des Werkstücks eingebrachter Anritz sein, z.B. mit einem Ritzdiamanten oder einem Schleifrädchen. In Anlehnung an diese Methode ist es auch möglich, mittels oberflächlich wirkender Laserstrahlung entsprechend wirkende Vertiefungen anzubringen, beispielsweise durch Ablation des Glaskörpers mittels eines fokussierten Lasers geeigneter Wellenlänge und Leistung, oder durch lokale gezielte Erwärmung und Abkühlung, um immer vorhandene oder gezielt eingebrachte Mikrorisse weiter zu öffnen. Breaking or separating dielectric materials, such as silicon wafers or glass sheets, requires the presence of a weak point in the material. Unless an uncontrolled cracking or shattering is to take place, the crack that opens must either be tightly guided or a damage along the line to be separated into the workpiece or on its surface must be introduced. To introduce such a vulnerability into a material, there are a number of methods. In the simplest case and often described, this may be a scribe placed mechanically on the surface of the workpiece, e.g. with a scratched diamond or a grinding wheel. Based on this method, it is also possible to apply correspondingly effective depressions by means of superficially acting laser radiation, for example by ablation of the glass body by means of a focused laser of suitable wavelength and power, or by local targeted heating and cooling, in order to further increase or permanently introduce microcracks to open.

Beispielsweise beschreibt die EP 0890554 B1 ein Verfahren, bei dem mittels gepulster Laserstrahlung geeigneter Wellenlänge sowie geeigneter Pulslänge und Laserleistung bei geeigneter Strahlformung Risse gezielt auch im Innern eines Glaskörpers erzeugt werden können, um als Startdefekt für ein nachfolgendes Trennen bzw. Brechen zu dienen. Weiter wird dort beschrieben, dass die Stärke dieser eingebrachten Defekte durch geeignete Wahl der defektbestimmenden Parameter wie beispielsweise der Laserleistung und der Strahlformung eingestellt werden kann. Somit ist es möglich, definierte Risse beispielsweise entlang von Bruchlinien in ein Glas beliebiger Geometrie wie einem Flachglas oder auch in Rohrglas oder weiteren Formkörpern wie beispielsweise Ampullen einzubringen, ohne dass diese Defekte eine Verbindung zur Umgebung haben. Damit wird nachfolgendes unkontrolliertes Risswachstum z.B. durch das Einwirken von Feuchte ausgeschlossen oder zumindest stark vermindert. Der risshafte Defekt im Innern ist vorzugsweise länglich in später gewünschter Ausbreitungsrichtung des Defekts angelegt und kann durch die Einwirkung eines einzelnen Pulses oder auch durch mehrere nacheinander einwirkende Pulse entstehen. Die Anordnung von vielen solchen Anrissen nebeneinander entlang der gewünschten Risslinie gibt die spätere Bruchfläche vor. For example, this describes EP 0890554 B1 a method in which by means of pulsed laser radiation of suitable wavelength and suitable pulse length and laser power with suitable beam shaping cracks can be selectively generated in the interior of a glass body to serve as a starting defect for subsequent separation or breaking. Further, it describes that the strength of these introduced defects can be adjusted by appropriately selecting the defect-determining parameters such as laser power and beam shaping. Thus, it is possible to introduce defined cracks, for example along fault lines in a glass of any geometry such as flat glass or in tube glass or other moldings such as ampoules, without these defects have a connection to the environment. This excludes or at least greatly reduces subsequent uncontrolled crack growth, for example due to the action of moisture. The cracked defect in the interior is preferably applied oblong in the later desired direction of propagation of the defect and can be caused by the action of a single pulse or by a plurality of successive pulses. The arrangement of many such cracks side by side along the desired tear line dictates the later fracture surface.

Jüngere Patentschriften beschreiben zudem verschiedene weitere Ausführung der in den Grundzügen bereits in der EP 0890554 B1 beschriebenen technischen Lehre. Recent patents also describe various other execution of the basic features already in the EP 0890554 B1 described technical teaching.

Beispielsweise beschreibt die US 6,787,732 B1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schneiden von spröden Materialien. Hierbei wird ein UV-Laser verwendet, der während des Schneidevorgangs entlang einer vorher festgelegten Linie im Werkstück dergestalt bewegt wird, dass ein Zuschnitt des Werkstücks erfolgt, wobei die Fokuslage des Laserstrahls im Material verändert wird, so dass ein Riss entsteht, der sich von knapp unterhalb der ersten Oberfläche des Werkstücks bis fast zur zweiten Oberfläche des Werkstücks erstreckt. Die Änderung der Fokuslage erfolgt dabei durch eine Relativbewegung von Laserstrahl zum Werkstück. Mit dem in der US 6,787,732 B1 beschriebenen Verfahren werden dabei Risse im Material angelegt, wobei jeder einzelne dieser Risse nicht durch einen einzigen Laserpuls, sondern durch eine Vielzahl solcher Pulse entsteht, mindestens jedoch einem pro veränderter Fokuslage des Laserstrahls im Material. For example, this describes US 6,787,732 B1 a method and apparatus for cutting brittle materials. In this case, a UV laser is used, which is moved during the cutting process along a predetermined line in the workpiece such that a cutting of the workpiece takes place, wherein the focal position of the laser beam is changed in the material, so that a crack is created, which is scarce extending below the first surface of the workpiece to almost the second surface of the workpiece. The change of the focus position is effected by a relative movement of the laser beam to the workpiece. With the in the US 6,787,732 B1 In this case, cracks are applied in the material, wherein each of these cracks is not caused by a single laser pulse, but by a plurality of such pulses, but at least one per changed focal position of the laser beam in the material.

Weiterhin beschreibt die US 8,530,786 B2 ein Verfahren zur Prozessierung von transparentem Material mit einem Ultrakurzpulslaser, wobei hier in einem Werkstück Defekte angelegt werden, entlang welcher eine spätere Trennung erfolgen kann. Die Steuerung der Defektausbildung wird dabei durch die Strahlformung des Laserstrahls ermöglicht. Furthermore, the describes US 8,530,786 B2 a method for processing transparent material with an ultrashort pulse laser, wherein defects are applied here in a workpiece, along which a subsequent separation can take place. The control of the defect formation is made possible by the beam shaping of the laser beam.

Die internationale Patentanmeldung WO 2012/006736 A2 beschreibt ein Verfahren zur Prozessierung eines transparenten Substrats zur Vorbereitung eines Trennschrittes. Hierbei werden mittels eines Lasers Filamente im Innern des Substrates erzeugt, wobei auch die Ausbildung von grabenartigen Vertiefungen an mindestens einer Oberfläche des Substrates möglich ist. Die Filamente bilden sich dabei in Abhängigkeit von der Einstellung der Laserparameter aufgrund einer Selbstfokussierung des Laserstrahls im Innern des Substrates, wobei auch die Ausbildung mehrerer Filamente hintereinander im Substrat möglich ist. Entlang der so erzeugten Defektlinie erfolgt in einem weiteren Schritt das Trennen des Substrats. The international patent application WO 2012/006736 A2 describes a method for processing a transparent substrate to prepare a separation step. Here, by means of a laser filaments are generated in the interior of the substrate, wherein the formation of trench-like depressions on at least one surface of the substrate is possible. The filaments form depending on the setting of the laser parameters due to a self-focusing of the laser beam in the interior of the substrate, whereby the formation of multiple filaments behind each other in the substrate is possible. Along the defect line thus generated, the substrate is separated in a further step.

Weiterhin beschreibt die US 2005/0173387 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Laserprozessieren eines Werkstücks, wobei das Werkstück entlang einer vorbestimmten Linie geschnitten wird. Im Inneren des zu schneidenden Werkstücks wird dabei durch die Laserbehandlung eine Defektzone erzeugt, wobei diese Defektzone beispielsweise als Riss oder Schmelzzone oder als Zone mit Brechungsindex- oder Strukturänderung ausgebildet sein kann. Furthermore, the describes US 2005/0173387 A1 a method and apparatus for laser processing a workpiece, wherein the workpiece is cut along a predetermined line. In the interior of the workpiece to be cut is thereby by the Laser treatment generates a defect zone, this defect zone may be formed, for example, as a crack or melting zone or as a zone with refractive index or structural change.

Alle oben genannten Patentschriften zielen dabei in ihrer Anwendung auf das sichere, vollständige Trennen des Glaskörpers bei guter Qualität der Bruchflächen. Weitergehende Anwendungen erfordern jedoch eine gezieltere, definierte Vorschädigung des Werkstücks, beispielsweise um nach einer Vorschädigung noch eine bestimmte Funktion zu gewährleisten, beispielsweise, um erst bei Auftreten einer definierten Belastung zu brechen. Dies ist jedoch mit den vorbekannten Defekten nicht möglich. Die sich in den Defektzonen ausbildenden Schädigungen, beispielsweise Mikrorisse, führen zwar reproduzierbar zu einer Schädigung des Werkstücks, so dass ein Schneiden desselben erleichtert wird, jedoch kann auf diese Weise nicht reproduzierbar eingestellt werden, bei welcher nachfolgenden mechanischen Belastung der Bruch tatsächlich auftritt. All of the abovementioned patents aim at their application to the safe, complete separation of the glass body with good quality of the fracture surfaces. However, further applications require a more targeted, defined pre-damage of the workpiece, for example, to ensure a certain function after a previous damage, for example, to break only when a defined load occurs. However, this is not possible with the known defects. Although the defects that form in the defect zones, for example microcracks, reproducibly lead to damage to the workpiece, so that cutting thereof is facilitated, it is not possible to set reproducibly in this manner in which subsequent mechanical stress the break actually occurs.

Dies führt insbesondere bei solchen Werkstücken, welche nach der Laserprozessierung noch nicht sofort getrennt, sondern weiteren prozessierungs- und Bearbeitungsschritten unterzogen werden sollen, zu Schwierigkeiten. Beispiele für solche Werkstücke sind beispielsweise Berstscheiben, die insbesondere in Aufbewahrungskästen von Notschlüsseln oder zur Absicherung von Feuermeldeknöpfen verwendet werden, von Bedeutung, aber auch für Substrate, die beispielsweise in nachfolgenden Schritten noch beschichtet werden, bevor eine Vereinzelung erfolgt. This leads in particular to those workpieces which are not yet separated immediately after the laser processing, but are to be subjected to further processing and processing steps, to difficulties. Examples of such workpieces are, for example, rupture disks, which are used in particular in storage boxes of emergency keys or for securing fire alarm buttons, of importance, but also for substrates which are coated, for example, in subsequent steps before a separation takes place.

Somit besteht ein Bedarf an einem Verfahren, welches es ermöglicht, nicht nur Defekte bzw. Defektlinie zu erzeugen, welche zum nachfolgenden Trennen eines Glaskörpers dienen, sondern mit dem Defekte und Defektlinien gezielt und reproduzierbar so erzeugt werden, dass mit der Erzeugung eines Defekts bzw. einer Linie von Defekten auch die für das spätere trennen erforderliche Bruchkraft spezifiziert bzw. festgelegt wird. Thus, there is a need for a method which makes it possible not only to generate defects or defect line, which serve for the subsequent separation of a glass body, but with the defects and defect lines are selectively and reproducibly generated so that with the creation of a defect or a line of defects is also specified or fixed the breaking force required for later separation.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem in ein dielektrisches Werkstück Zonen definierter Bruchfestigkeit eingebracht werden können, sowie ein erfindungsgemäßes dielektrisches Werkstück bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen dielektrischen Werkstücks mit mindestens einer Zone definierter Festigkeit. It is an object of the invention to provide a method with which zones of defined breaking strength can be introduced into a dielectric workpiece and to provide a dielectric workpiece according to the invention. Another aspect of the invention relates to the use of a dielectric workpiece according to the invention with at least one zone of defined strength.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Werkstück nach Anspruch 14 sowie dessen Verwendung nach den Ansprüchen 24 bis 26. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen. The invention is achieved by a method according to claim 1, a workpiece according to claim 14 and its use according to claims 24 to 26. Preferred embodiments can be found in the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines dielektrischen Werkstücks, welches mindestens eine Zone definierter Festigkeit aufweist, wobei die Festigkeit des Werkstücks in dem Bereich der Zone mit definierter Festigkeit gegenüber der Festigkeit in den Bereichen außerhalb der Zone definierter Festigkeit verringert ist, umfasst dabei wenigstens die folgenden Schritte:

a) Bereitstellung eines Werkstückes aus einem dielektrischen Material, welches über eine erste und eine zweite Oberfläche verfügt,
b) Festlegung des Verlaufs der mindestens einen Zone mit definiert eingestellter Festigkeit,
c) Bereitstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, wobei der Laser als Kurzpuls- oder Ultrakurzpulslaser ausgestaltet ist und eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Transparenzbereich des Werkstücks ausstrahlt und weiterhin über eine Strahlformungseinrichtung zur Strahlformung, insbesondere zur Fokussierung der Laserstrahlung, verfügt,
d) Einwirkung der Laserstrahlung auf das Werkstück in Form eines Laserpulses als Einzelpuls oder in Form von Bursts, also von in Teilpulse aufgelösten Laserpulsen, deren Energieinhalt flexibel eingestellt werden kann, dergestalt, dass der Laserpuls einen Hohlraum im Werkstück erzeugt,
e) Bewegung der Laserstrahlung relativ zum Werkstück entsprechend des in Schritt b) festgelegten Verlaufs, sowie,
f) Wiederholung der Schritte d) und e), so dass in der Zone Hohlräume sowie zwischen den Hohlräumen angeordnete Stege erhalten werden.

The method according to the invention for producing a dielectric workpiece which has at least one zone of defined strength, wherein the strength of the workpiece in the region of the zone with defined strength is reduced in the regions outside the zone of defined strength, comprises at least the following steps :

a) providing a workpiece of a dielectric material having a first and a second surface,
b) determining the course of the at least one zone with a defined set strength,
c) provision of a laser processing apparatus, wherein the laser is designed as a short-pulse or ultra-short pulse laser and emits a laser radiation having a wavelength in the transparency region of the workpiece and further comprises a beam shaping device for beam shaping, in particular for focusing the laser radiation, has
d) action of the laser radiation on the workpiece in the form of a laser pulse as a single pulse or in the form of bursts, that is to say laser pulses resolved in partial pulses whose energy content can be adjusted flexibly, such that the laser pulse generates a cavity in the workpiece,
e) movement of the laser radiation relative to the workpiece in accordance with the course defined in step b), and
f) repetition of steps d) and e), so that in the zone cavities and between the cavities arranged webs are obtained.

Dabei werden die Hohlräume als im Wesentlichen röhrenartig ausgebildet erhalten, d.h. ihre Länge ist größer als ihr Durchmesser. Weiterhin weisen die Bereiche des dielektrischen Materials, welche die Hohlräume umschließen, zumindest teilweise eine größere Dichte auf als die Bereiche, welche sich außerhalb der Zone mit definiert eingestellter Festigkeit befinden. Die Hohlräume weisen darüber hinaus jeweils dieselbe räumliche Ausdehnung sowie dieselbe Position relativ den Oberflächen des Werkstücks auf. The cavities are thereby obtained as being substantially tubular, i. their length is greater than their diameter. Furthermore, the regions of the dielectric material which enclose the cavities at least partially have a greater density than the regions which are outside the zone of defined set strength. The cavities also each have the same spatial extent and the same position relative to the surfaces of the workpiece.

Die Ausbildung von Hohlräumen bewirkt dabei, dass die Schwächung des Materials durch Mikrorisse in der Schädigungszone zurücktritt. Vielmehr wird die größte Schädigung des Werkstücks und damit auch die bestimmende Erniedrigung der Festigkeit durch die Größe und Lage der Hohlräume reproduzierbar gesteuert. The formation of cavities causes the weakening of the material due to microcracks in the damage zone recedes. Rather, the greatest damage to the workpiece and thus the decisive lowering of the Strength controlled by the size and location of the cavities reproducible.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine nichtlinear-optische Wechselwirkung von Laserstrahlung mit dem Werkstück dergestalt, dass eine vollständige Plasmabildung und/oder Plasmaexplosion im Werkstück erfolgt, so dass nach erfolgter Plasmabildung im Werkstück ein Hohlraum vorliegt. In one embodiment of the invention, a nonlinear-optical interaction of laser radiation with the workpiece takes place in such a way that a complete plasma formation and / or plasma explosion takes place in the workpiece, so that a cavity exists in the workpiece after plasma formation has taken place.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Fokussiereinrichtung der Laserbearbeitungsvorrichtung dergestalt eingestellt, dass während des Laserpulses die Laserstrahlung in Form eines Linienfokus fokussiert wird, wobei der Linienfokus gekennzeichnet ist durch einen Kanal hoher Lichtintensität, welcher eine Länge von 10 mm oder weniger sowie einen Durchmesser von 10 µm oder weniger aufweist. In a further embodiment of the invention, the focusing device of the laser processing device is adjusted such that during the laser pulse, the laser radiation is focused in the form of a line focus, wherein the line focus is characterized by a channel of high light intensity, which has a length of 10 mm or less and a diameter of 10 microns or less.

Die Position der Hohlräume im Werkstück, insbesondere die Lage der Hohlräume relativ zu den Oberflächen des Werkstücks, ist dabei in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch die Variation des Abstandes von Strahlformungseinrichtungen relativ zum Werkstück bzw. allg. durch Änderung der Fokusposition der fokussierenden Optik einstellbar. Beispielsweise ist bei einem mehrlinsigen System die Änderung der Fokuslage ohne Änderung des Abstandes zwischen Frontlinse und Werkstück änderbar. The position of the cavities in the workpiece, in particular the position of the cavities relative to the surfaces of the workpiece is adjustable in a further embodiment of the invention by varying the distance of beam shaping devices relative to the workpiece or generally by changing the focus position of the focusing optics. For example, in a multi-lens system, the change in focus position without changing the distance between the front lens and the workpiece can be changed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist somit das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Hohlräume relativ zu den Oberflächen des Werkstücks durch die Variation der Lage des Fokus des verwendeten optischen Systems einstellbar, insbesondere durch eine Veränderung des Abstandes von Strahlformungseinrichtung relativ zum Werkstück und/oder durch Variation der Abstände der Linsen innerhalb eines mehrlinsigen Systems. According to a further embodiment of the invention, the method is thus characterized in that the position of the cavities relative to the surfaces of the workpiece is adjustable by varying the position of the focus of the optical system used, in particular by changing the distance of the beam shaping device relative to the workpiece and / or by varying the distances of the lenses within a multi-lens system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Strahlformungseinrichtung eine Sammellinse und/oder ein Axicon und/oder ein diffraktives optische Element (DOE) und/oder ein computergeneriertes Hologramm (cgH). According to a further embodiment of the invention, the beam shaping device comprises a converging lens and / or an axicon and / or a diffractive optical element (DOE) and / or a computer-generated hologram (cgH).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die resultierende Festigkeit der Zone des Werkstücks, welche eine definiert eingestellte Festigkeit aufweist, durch die Breite der Stege zwischen den einzelnen Hohlräumen einstellbar. According to one embodiment of the invention, the resulting strength of the zone of the workpiece, which has a defined set strength, adjustable by the width of the webs between the individual cavities.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis der mittleren Breite der Stege zur mittleren lateralen Abmessung der Hohlräume 20 oder weniger, bevorzugt 10 oder weniger und besonders bevorzugt 5 oder weniger. The ratio of the average width of the webs to the mean lateral dimension of the cavities is preferably 20 or less, preferably 10 or less, and particularly preferably 5 or less.

Weiterhin beträgt die mittlere laterale Abmessung der Hohlräume bevorzugt das 0,1- bis 5-fache der verwendeten Laserwellenlänge, bevorzugt das 0,2- bis 2-fache und besonders bevorzugt das 0,5- bis 1-fache der verwendeten Laserwellenlänge. Furthermore, the average lateral dimension of the cavities is preferably 0.1 to 5 times the laser wavelength used, preferably 0.2 to 2 times and particularly preferably 0.5 to 1 times the laser wavelength used.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so durchgeführt, dass im Bereich der Zone mit definiert eingestellter Festigkeit sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche des Werkstücks durchgehend als geschlossene, bevorzugt als polierte, insbesondere mechanisch oder feuerpolierte, Oberfläche ausgebildet ist. In a further embodiment of the invention, the method is carried out in such a way that both the first and the second surface of the workpiece are continuously formed as a closed, preferably polished, in particular mechanically or fire-polished, surface in the zone with defined set strength.

Weiterhin ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung allerdings auch möglich, das Verfahren so durchzuführen, dass die Hohlräume als zumindest an einer Seite offene Röhre ausgebildet sind. In diesem Fall weist also mindestens eine Oberseite des Werkstücks Löcher auf. Es ist allerdings auch möglich, dass Verfahren so durchzuführen, dass die Hohlräume als durchgehende Kanäle ausgebildet sind, also die komplette Dicke des Werkstücks durchstoßen. Furthermore, in a further embodiment of the invention, however, it is also possible to carry out the method in such a way that the cavities are designed as tubes open at least on one side. In this case, therefore, at least one upper side of the workpiece has holes. However, it is also possible to carry out the method in such a way that the cavities are formed as continuous channels, that is, they pierce the entire thickness of the workpiece.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erzeugung der Hohlräume in der mindestens einen Zone definierter Festigkeit mit einem Laserpuls, welcher in mehr als drei Bursts, bevorzugt in mehr als vier Bursts und besonders bevorzugt in mehr als sechs Bursts aufgeteilt ist. Überraschenderweise haben dabei experimentelle Untersuchungen gezeigt, dass mit steigender Burstzahl die Schwankungsbreite der Bruchspannungen abnimmt et vice versa der Weibull-Modul der zugehörigen Verteilung entsprechend zunimmt. Es werden Weibull-Modulwerte größer 5, größer als 8 oder sogar größer als 10 erreicht. Die Verteilung der Bruchspannungen von Werkstücken, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, weist also einen Weibull-Modul von größer als 5, bevorzugt von größer als 8 und besonders bevorzugt von größer als 10 auf. According to a further preferred embodiment of the invention, the generation of the cavities in the at least one zone of defined strength is carried out with a laser pulse which is divided into more than three bursts, preferably more than four bursts and more preferably more than six bursts. Surprisingly, experimental investigations have shown that with increasing burst number the fluctuation range of the breaking stresses decreases and vice versa the Weibull modulus increases correspondingly to the associated distribution. Weibull modulus values greater than 5, greater than 8, or even greater than 10 are achieved. The distribution of the fracture stresses of workpieces obtained by the method according to the invention thus has a Weibull modulus of greater than 5, preferably greater than 8 and more preferably greater than 10.

Gemäß einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erzeugung der Hohlräume in der mindestens einen Zone definierter Festigkeit mit einer Frequenz der Bursts von mehr als 5 MHz, bevorzugt von mehr als 20 MHz, besonders bevorzugt von mehr als 50 MHz. Auch auf diese Weise, d.h. durch einen verringerten zeitlichen Abstand der Einwirkung der Laserstrahlung auf das Werkstück, kann die Schwankungsbreite der Bruchspannungen erfindungsgemäß erzeugter Werkstücke nochmals reduziert werden. According to yet another preferred embodiment of the invention, the generation of the cavities in the at least one zone of defined strength with a frequency of the bursts of more than 5 MHz, preferably more than 20 MHz, more preferably more than 50 MHz. Also in this way, i. by a reduced time interval of the action of the laser radiation on the workpiece, the fluctuation range of the breaking stresses inventively produced workpieces can be further reduced.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Werkstück ist aus einem dielektrischen Material gebildet und weist mindestens eine Zone auf, in welcher die Festigkeit definiert eingestellt wurde. Die Festigkeit in dieser Zone ist dabei dergestalt ausgebildet, dass sie niedriger ist als in den an die Zone angrenzenden Bereichen. Die Zone weist dabei Hohlräume auf, wobei die Hohlräume im Wesentlichen röhrenartig so ausgebildet sind, dass ihre Länge größer ist als ihr Durchmesser. Die Hohlräume sind dabei entlang einer Linie angeordnet, wobei sich zwischen den Hohlräumen Stege befinden, welche die einzelnen Hohlräume voneinander abgrenzen. Die Bereiche des dielektrischen Materials, welche die Hohlräume umschließen, weisen dabei zumindest teilweise eine größere Dichte auf als die Bereiche, welche sich außerhalb der Zone mit definiert eingestellter Festigkeit befinden. The workpiece obtained by the method according to the invention is formed from a dielectric material and has at least one zone in which the strength has been set in a defined manner. The strength in this zone is designed such that it is lower than in the areas adjacent to the zone. The zone has cavities, wherein the cavities are formed substantially tubular like that their length is greater than their diameter. The cavities are arranged along a line, wherein there are webs between the cavities, which delimit the individual cavities from each other. The regions of the dielectric material which enclose the cavities have at least partially a greater density than the regions which are located outside the zone with a defined set strength.

In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Hohlräume einen Durchmesser zwischen 0,2 und 2 µm, bevorzugt zwischen 0,5 und 1 µm auf, wobei die geometrische Ausgestaltung der Hohlräume durch Variation der Anzahl der Bursts und/oder durch Variation der Energieverteilung zwischen den einzelnen Bursts einstellbar ist. In one embodiment of the invention, the cavities have a diameter between 0.2 and 2 .mu.m, preferably between 0.5 and 1 .mu.m, wherein the geometric configuration of the cavities by varying the number of bursts and / or by varying the energy distribution between the individual Bursts is adjustable.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verhältnis der mittleren Breite der Stege zur mittleren lateralen Abmessung der Hohlräume Werte von 20 oder weniger, bevorzugt 10 oder weniger und besonders bevorzugt 5 oder weniger auf. In a further embodiment of the invention, the ratio of the average width of the webs to the mean lateral dimension of the cavities has values of 20 or less, preferably 10 or less and particularly preferably 5 or less.

Die Hohlräume können dabei sowohl aus durchgehende Röhren ausgebildet sein, d.h. dergestalt, dass die Hohlräume das Werkstück vollständig durchstoßen. Es ist aber auch möglich, dass die Hohlräume lediglich als eine Röhre ausgebildet sind, welcher lediglich nach einer Seite offen ist; oder die Hohlräume liegen als geschlossene Hohlräume vollständig im Innern des Werkstücks, so dass die Oberfläche des Werkstücks durchgehend als geschlossene, bevorzugt sogar als polierte, beispielsweise als mechanisch oder feuerpolierte Oberfläche ausgebildet ist. The cavities may be formed both from continuous tubes, i. such that the cavities completely pierce the workpiece. But it is also possible that the cavities are formed only as a tube which is open only to one side; or the cavities lie as closed cavities completely in the interior of the workpiece, so that the surface of the workpiece is continuously formed as a closed, preferably even as a polished, for example as a mechanical or fire-polished surface.

Das Werkstück kann dabei in einer Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein. In this case, in one embodiment of the invention, the workpiece can be substantially disk-shaped.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt das Werkstück als dreidimensional geformter Formkörper vor, wobei der dreidimensional geformte Hohlkörper bevorzugt als geschlossener Hohlkörper vorliegt. In a further embodiment of the invention, the workpiece is present as a three-dimensionally shaped shaped body, wherein the three-dimensionally shaped hollow body is preferably present as a closed hollow body.

Bevorzugt besteht das Werkstück aus Glas, beispielsweise aus einem Alumino- oder Borosilikatglas oder einem thermisch oder chemisch vorgespanntem Alumino- oder Borosilikatglas. Preferably, the workpiece is made of glass, for example of an alumino or borosilicate glass or a thermally or chemically toughened alumino or borosilicate glass.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Werkstück mehrere Zonen definiert eingestellter Festigkeit auf, wobei die Zonen definierter Festigkeit netzartig angeordnet sind, beispielsweise in Form eines Wabenmusters. In a preferred embodiment of the invention, the workpiece has a plurality of zones defined defined strength, wherein the zones of defined strength are arranged like a net, for example in the form of a honeycomb pattern.

Sofern eine solche netzartige Anordnung mehrerer Zonen definierter Festigkeit auf einem Werkstück vorliegt, wobei die einzelnen Zonen jeweils unterschiedliche Festigkeiten aufweisen oder auch so ausgebildet sein können, dass sie im Rahmen üblicher fertigungstechnischer Toleranzen im Wesentlichen dieselbe Festigkeit aufweisen, sind die Oberflächen des Werkstücks dabei bevorzugt als durchgängig geschlossene, bevorzugt polierte, insbesondere mechanisch oder feuerpolierte, Oberflächen ausgebildet, d.h. die Hohlräume liegen als geschlossene Hohlräume im Innern des Werkstücks vor. If such a net-like arrangement of a plurality of zones of defined strength is present on a workpiece, wherein the individual zones each have different strengths or can also be designed such that they have substantially the same strength within the usual manufacturing tolerances, the surfaces of the workpiece are preferred as continuously closed, preferably polished, in particular mechanically or fire-polished, surfaces formed, ie the cavities are present as closed cavities in the interior of the workpiece.

Erfindungsgemäße Werkstücke können vielfältige Anwendungen finden. Beispielsweise ist es möglich, ein solches Werkstück als Sichtscheibe, beispielsweise als Formscheibe in einem Fahrzeug oder als Berstscheibe für Aufbewahrungskästen, beispielsweise für Notfallschlüssel, einzusetzen. Auch die Absicherung von Notfallknöpfen ist damit möglich. Workpieces according to the invention can find a variety of applications. For example, it is possible to use such a workpiece as a viewing window, for example as a shaping disk in a vehicle or as a rupture disk for storage boxes, for example for emergency keys. Securing emergency buttons is also possible.

Das Werkstück kann dabei so ausgebildet sein, dass, falls die zum Bruch notwendige Kraft überschritten worden ist, das Werkstück kontrolliert in viele kleine Teile zerfällt, wobei in diesem Fall die Teile so klein sind, dass die Verletzungsgefahr verringert wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Werkstück als Frontscheibe in einem Fahrzeug verwendet werden soll. The workpiece can be designed so that, if the force required for the fracture has been exceeded, the workpiece is controlled into many small parts, in which case the parts are so small that the risk of injury is reduced. This is particularly advantageous when the workpiece is to be used as a windscreen in a vehicle.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es dabei auch möglich, eine Sichtscheibe, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit mindestens einer Zone definierter Festigkeit versehen wurde, seitlich derart zu illuminieren, dass die mindestens eine Zone definierter Festigkeit sichtbar gemacht wird. Die in den Zonen definierter Festigkeit vorliegenden Hohlräume wirken dabei als Streuzentren für das seitlich eingestrahlte Licht, so dass auf diese Weise beispielsweise die Angriffstelle zur Entnahme eines Notfallschlüssels besonders kenntlich gemacht werden kann. In a further embodiment of the invention, it is also possible to laterally illuminate a viewing window, which was provided with at least one zone of defined strength by the method according to the invention, in such a way that the at least one zone of defined strength is made visible. The cavities present in the zones of defined strength act as scattering centers for the laterally irradiated light, so that in this way, for example, the point of attack for removing an emergency key can be made particularly recognizable.

Weiterhin können erfindungsgemäße Werkstücke Einsatz beispielsweise als Substratmaterialien in der Chipindustrie finden. Der Einsatz solcher definiert vorgeschädigter Substrate bietet dabei den Vorteil, dass das Substrat zunächst ohne Einschränkungen verarbeitet werden kann, nach der Verarbeitung, beispielsweise unterschiedlichen Beschichtungsprozessen, können die einzelnen Bauteile dann auf einfache Weise entlang der zuvor angelegten Schädigungslinien getrennt werden. Sofern auch nasschemische Prozesse zur Beschichtung verwendet werden, bietet es sich dabei an, dass die Hohlräume als geschlossene Hohlräume vorliegen oder lediglich als nach einer Seite offene Röhren ausgebildet sind. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass es zu einem vorzeitigen Versagen des Substrates aufgrund von Spannungsrisskorrosion kommt. Furthermore, workpieces according to the invention can find use, for example, as substrate materials in the chip industry. The use of such defined previously damaged substrates offers the advantage that the substrate can initially be processed without restrictions, after processing, for example, different coating processes, the individual components can then be easily separated along the previously applied damage lines. If wet-chemical processes are also used for coating, it is advisable that the cavities are in the form of closed cavities or are designed only as tubes open to one side. In this way it can be prevented that there is premature failure of the substrate due to stress corrosion cracking.

Eine weitere Verwendung stellen Ampullen dar, insbesondere Ampullen, die Einsatz als Pharmapackmittel finden. Die Zone definierter Festigkeit wird dabei bevorzugt derart angelegt, dass die Hohlräume möglichst keinen Kontakt mit Feuchtigkeit haben, um Versagen der Ampulle durch Spannungsrisskorrosion zu vermeiden. Folglich sind die Hohlräume bevorzugt als nach lediglich einer Seite offene Röhren ausgebildet oder als vollständig geschlossener Hohlraum. Another use is ampoules, in particular ampoules, find use as Pharmapackmittel. The zone of defined strength is preferably applied in such a way that the cavities have as little as possible any contact with moisture in order to avoid failure of the ampoule by stress corrosion cracking. Consequently, the cavities are preferably formed as open only on one side tubes or as a completely closed cavity.

Beispiel example

Im Folgenden wird anhand einer beispielhaften Darstellung die Erfindung näher beschrieben. In the following, the invention will be described in more detail by means of an exemplary representation.

Als Werkstück findet ein Flachglas aus Alumino-Silikatglas mit einer Dicke von 0,55 mm Verwendung. Dieses soll mit einer Zone definierter Festigkeit dergestalt versehen werden, dass die Festigkeit in der Zone unterhalb von der liegt, die die Bereiche des Glases aufweisen, die außerhalb der Zone mit definiert eingestellter Festigkeit liegen. Die Zone definierter Festigkeit weist dabei Hohlräume auf, die jeweils dieselbe räumliche Ausdehnung sowie dieselbe Position in Bezug auf ihre Lage zur Oberfläche der Flachglases aufweisen. The workpiece is a flat glass made of alumino-silicate glass with a thickness of 0.55 mm. This should be provided with a zone of defined strength such that the strength in the zone is below that having the regions of the glass which are outside the zone of defined strength. The zone of defined strength in this case has cavities, which each have the same spatial extent and the same position with respect to their position relative to the surface of the flat glass.

Zur Erzeugung der Hohlräume wird ein gepulster Laser mit den folgenden Parametern eingesetzt: Wellenlänge 1064 nm Pulsdauer 10 ps Pulsenergie 100 µJ Repetitionsrate 100 kHz Strahlgüte 1,2 To create the cavities, a pulsed laser with the following parameters is used: wavelength 1064 nm pulse duration 10 ps pulse energy 100 μJ repetition 100 kHz beam quality 1.2

Hierbei wird der Einzelpuls im sogenannten Burst-Modus gefahren, d.h. aufgeteilt in zwei Teilpakete, wobei der erste Teilpuls zwei Drittel der Gesamtenergie enthält. Der zweite Teilpuls folgt 20 ns nach dem ersten Teilpuls. Here, the single pulse is driven in the so-called burst mode, i. divided into two sub-packages, the first sub-pulse contains two-thirds of the total energy. The second partial pulse follows 20 ns after the first partial pulse.

Zur Strahlformung dient eine sphärische symmetrische Bikonvexlinse mit einer paraxialen Fokuslänge von 20 mm sowie dem Durchmesser 25 mm. Der aufgeweitete Laserstrahldurchmesser vor der Linse beträgt 12 mm. Im Fokusbereich hinter der Linse bildet sich aufgrund der sphärischen Aberration vor dem paraxialen Fokus ein mehrere Millimeter langer Kanal hoher Intensität bei geringem Durchmesser von nur wenigen µm. For beam shaping, a spherical symmetrical biconvex lens with a paraxial focal length of 20 mm and a diameter of 25 mm is used. The expanded laser beam diameter in front of the lens is 12 mm. Due to the spherical aberration in front of the paraxial focus, a focus area behind the lens forms a high-intensity channel several millimeters long with a small diameter of just a few μm.

Vor der Bestrahlung des Werkstücks mit dem Laser wird zunächst der Verlauf der Sollbruchstelle, d.h. der Zone, welche mit definierter, d.h. geringerer Festigkeit im Vergleich zum nicht bearbeiteten Werkstück ausgestaltet werden soll, festgelegt. Before irradiation of the workpiece with the laser, the course of the predetermined breaking point, i. of the zone defined by defined, i. lesser strength compared to the non-machined workpiece to be configured determined.

Das Glas wird mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s relativ zum Laserstrahl bewegt. Auf diese Weise entstehen Hohlräume im Glas, welche einen Innendurchmesser von 1,5 bis 2 µm aufweisen und zwischen ihnen Stege entstehen, die 5 µm breit sind. The glass is moved at a speed of 0.5 m / s relative to the laser beam. In this way, cavities are formed in the glass, which have an inner diameter of 1.5 to 2 microns and between them webs arise, which are 5 microns wide.

Je nach dem gewählten Abstand zwischen Werkstück und dem Laser können dabei Hohlräume erhalten werden, welche als durchgehende Röhre, d.h. mit Öffnungen auf beiden Seiten des Werkstücks, ausgestaltet sind, oder als vollständig geschlossener Hohlraum vorliegen oder auch zu einer Seite des Werkstücks hin eine Öffnung aufweisen. Depending on the selected distance between the workpiece and the laser cavities can be obtained, which as a continuous tube, i. with openings on both sides of the workpiece, are configured, or present as a completely closed cavity or also have an opening to one side of the workpiece.

Im vorliegenden Beispiel wird die zur Linse zeigende Oberfläche des Werkstücks 1,1 mm vor deren paraxialen Fokus positioniert, wobei hier die Hohlräume das Werkstück vollständig durchdringen. Kürzere Kanäle können dabei durch eine Verringerung des Abstands zwischen Werkstück und Linse erhalten werden. In the present example, the lens-facing surface of the workpiece is positioned 1.1 mm in front of its paraxial focus, with the cavities completely penetrating the workpiece. Shorter channels can be obtained by reducing the distance between the workpiece and the lens.

Weiterhin ist es möglich, zumindest näherungsweise bereits im Voraus zu bestimmen, welche Festigkeit mit welcher Ausgestaltung der Zone definierter Festigkeit erhalten wird. Furthermore, it is possible to determine at least approximately in advance which strength is obtained with which configuration of the zone of defined strength.

Die Verknüpfung der exakt einstellbaren Defektlage in der Zone definierter Festigkeit mit der resultierenden Festigkeit erfolgt exemplarisch und vereinfacht durch die folgende Relation

The combination of the precisely adjustable defect position in the zone of defined strength with the resulting strength is carried out by way of example and simplified by the following relation

Hierbei bezeichnet σ_B die Bruchspannung bei auf Zug belasteter Oberfläche des Werkstücks; a ist die Schädigungstiefe. Der unter (1) beschriebene Zusammenhang gilt dabei nur in erster Näherung. Weitergehende vertiefte Modelle sind aus der Literatur bekannt und vielfach beschrieben. In this case, σ _B denotes the breaking stress in the case of a tensile surface of the workpiece; a is the injury depth. The relationship described under (1) applies only in a first approximation. Further in-depth models are known and widely described in the literature.

Beschreibung der Zeichnungen Description of the drawings

Es zeigt It shows

1 eine schematische Darstellung zur Einstellung der Defekttiefe, 1 a schematic representation of the setting of the defect depth,

2 eine schematische Darstellung eines Werkstücks mit unterschiedlich ausgebildeten erfindungsgemäßen Hohlräumen, 2 a schematic representation of a workpiece with differently shaped cavities according to the invention,

3 die Strahlformung eines Laser bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 the beam shaping of a laser in carrying out the method according to the invention,

4 die näherungsweise Abnahme der Bruchfestigkeit mit zunehmender Defekttiefe, 4 the approximate decrease of the breaking strength with increasing defect depth,

5 eine Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstücks mit einer Zone definierter Festigkeit, 5 a representation of a workpiece produced by the method according to the invention with a zone of defined strength,

6 eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Bruchkante eines erfindungsgemäßen Werkstücks, 6 an electron micrograph of the fracture edge of a workpiece according to the invention,

7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sichtscheibe, 7 a schematic representation of a visor according to the invention,

8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ampulle, 8th a schematic representation of an ampoule according to the invention,

9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Frontscheibe für ein Fahrzeug, 9 a schematic representation of a windshield for a vehicle according to the invention,

10 eine Darstellung der relativen Standardabweichung der Festigkeit eines erfindungsgemäß erhaltenen Werkstücks in Abhängigkeit von der Zahl der Bursts, sowie 10 a representation of the relative standard deviation of the strength of a workpiece according to the invention as a function of the number of bursts, and

11 eine Darstellung der Standardabweichung der Festigkeit in MPa eines erfindungsgemäß erhaltenen Werkstücks in Abhängigkeit von der Zahl der Bursts. 11 a representation of the standard deviation of the strength in MPa of a workpiece according to the invention as a function of the number of bursts.

1 zeigt die schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung der Einstellung der Defekttiefe beim erfindungsgemäßen Verfahren. Der Laserstrahl 1 wird dabei durch eine Strahlformungsoptik oder Fokussiereinrichtung 2, hier dargestellt als bikonvexe Sammellinse 2, dergestalt geformt, dass hinter dem paraxialen Fokus der Strahlformungsoptik 2 eine schmale Zone hoher Intensität 4 oder auch Linienfokus 4 erhalten wird. Indem der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik 2 und dem Werkstück 3 oder allgemein die Lage des Fokus der verwendeten Optik, z.B. in Bezug auf die Frontlinse durch Variation der Abstände innerhalb eines mehrlinsigen Systems verändert wird, kann die Lage des Linienfokus 4 relativ zu den Oberflächen 31, 32 des dielektrischen Werkstücks 3 eingestellt werden. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden die Oberflächen 31, 32 nur im rechten Bereich der 1 bezeichnet. Die Lage des Linienfokus 4 im Werkstück 3 bestimmt dabei die Lage der im erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden Hohlräume 5 (nicht dargestellt). Im linken Bereich von 1 liegt die schmale Zone mit hoher Intensität 4 des Laserstrahls 1 dabei so, dass im Werkstück 3 lediglich ein kurzer Hohlraum erhalten wird, welcher als nach einer Seite, nämlich der Oberfläche 32 des Werkstücks 3, offen ist. Im mittleren Bereich von 1 liegt der Linienfokus 4 des Laserstrahls 1 so, dass ein Hohlraum erhalten wird, welcher ebenfalls als zur Oberfläche 32 des Werkstücks 3 hin offene Röhre gestaltet ist, wobei dieser Hohlraum in etwa durch die halbe Dicke des Werkstücks 3 verläuft. Im rechten Bereich der 1 liegt die gesamte Probe im Linienfokus 4 des Laserstrahls 1, so dass der entstehende Hohlraum durch die gesamte Probe verläuft und als Röhre ausgestaltet ist, welche sowohl zur Oberfläche 31 als auch der Oberfläche 32 des Werkstücks 3 hin offen ist. 1 shows the schematic, not to scale representation of the setting of the depth of defect in the inventive method. The laser beam 1 is doing by a beam shaping optics or focusing 2 , pictured here as a biconvex condenser lens 2 formed such that behind the paraxial focus of the beam shaping optics 2 a narrow zone of high intensity 4 or even line focus 4 is obtained. By the distance between the beam shaping optics 2 and the workpiece 3 or, in general, the position of the focus of the optics used, for example, with respect to the front lens is varied by varying the distances within a multi-lens system, the position of the line focus 4 relative to the surfaces 31 . 32 of the dielectric workpiece 3 be set. For better clarity, the surfaces were 31 . 32 only in the right area of the 1 designated. The location of the line focus 4 in the workpiece 3 determines the position of the resulting cavities in the process according to the invention 5 (not shown). In the left area of 1 is the narrow zone with high intensity 4 of the laser beam 1 doing so so that in the workpiece 3 only a short cavity is obtained, which as to one side, namely the surface 32 of the workpiece 3 , is open. In the middle range of 1 lies the line focus 4 of the laser beam 1 such that a cavity is obtained, which also as to the surface 32 of the workpiece 3 open tube is designed, this cavity is approximately half the thickness of the workpiece 3 runs. In the right area of the 1 the entire sample is in line focus 4 of the laser beam 1 in that the resulting cavity extends through the entire sample and is designed as a tube which leads both to the surface 31 as well as the surface 32 of the workpiece 3 is open.

2 zeigt schematisch, nicht maßstabsgetreu, unterschiedliche Hohlräume 5 in einem dielektrischen Werkstück 3. Im linken Bereich von 2 ist dabei ein Hohlraum 5 dargestellt, bei welchem der Laserstrahl 1 (nicht dargestellt) so geformt wurde, dass der Linienfokus 4 (nicht dargestellt) vollständig im Werkstück 3 verlief, wobei allerdings die Dicke des Werkstücks 3 größer war als die Länge des Linienfokus. Auf diese Weise wurde ein Hohlraum 5 erhalten, welcher vollständig im Innern des Werkstücks 3 verläuft, so dass an dieser Stelle die Oberflächen 31 und 32 des Werkstücks 3 als durchgehende Oberflächen ausgestaltet sind. Sofern die Oberflächen 31 und 32 des Werkstücks 3 dabei vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als polierte Oberflächen vorlagen, beispielsweise durch eine mechanische oder eine Feuerpolitur, liegen sie auch nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als solche vor, d.h. in diesem Falle wird die Güte der Oberflächen 31, 32 nicht beeinträchtigt. Weiterhin dargestellt ist auch der Bereich 6 um den Hohlraum 5 herum, wobei dieser dadurch gekennzeichnet ist, dass die Matrix des Werkstücks 3 hier zumindest teilweise mit einer zumindest teilweise im Vergleich zur unbehandelten Matrix höheren Dichte vorliegt. Weiterhin kann es in diesem Bereich auch zu einer Veränderung der Struktur des dielektrischen Werkstücks 3 kommen, beispielsweise in Form von Strukturänderungen, beispielsweise in Form einer partiellen Kristallisation o.ä. Im mittleren Bereich von 2 ist ein Hohlraum 5 dargestellt, um welchen herum ebenfalls der im Vergleich zur unbehandelten Matrix des Werkstücks 3 modifizierten Bereich 6 ausgebildet ist. Der Bereich 6 weist dabei ebenfalls zumindest teilweise eine zumindest teilweise erhöhte Dichte im Vergleich zur nicht behandelten Matrix des Werkstücks 3 auf und kann weiterhin ebenfalls weitere Modifikationen, beispielsweise in Form von Strukturänderungen, aufweisen. Der Hohlraum 5 ist hierbei als Röhre ausgestaltet, welche zur Oberfläche 32 des Werkstücks 3 hin offen ist. Im rechten Bereich der 2 ist weiterhin ein röhrenartiger Hohlraum 5 dargestellt, um welchen herum ein modifizierter Bereich 6 ausgebildet ist, wobei der Hohlraum 5 dabei sowohl zur Oberfläche 31 als auch der Oberfläche 32 des Werkstücks 3 hin offen ausgestaltet ist. Allen drei in 2 abgebildeten Hohlräumen 5 ist dabei gemein, dass das Aspektverhältnis ihrer Länge, in 2 also ihre laterale Abmessung in vertikaler Richtung, zu ihrem Durchmesser, hier also die laterale Abmessung in horizontaler Richtung, größer als 1 ist, dass also lange, Röhren mit recht geringem mittleren Durchmesser erhalten werden. Der mittlere Durchmesser der Hohlräume 5 ergibt sich dabei als Mittelwert ihres Durchmessers über ihre gesamte Länge. 2 shows schematically, not to scale, different cavities 5 in a dielectric workpiece 3 , In the left area of 2 is a cavity 5 shown in which the laser beam 1 (not shown) has been shaped so that the line focus 4 (not shown) completely in the workpiece 3 However, although the thickness of the workpiece 3 was greater than the length of the line focus. In this way became a cavity 5 which is completely inside the workpiece 3 runs, so that at this point the surfaces 31 and 32 of the workpiece 3 are designed as continuous surfaces. Unless the surfaces 31 and 32 of the workpiece 3 In this case, prior to carrying out the method according to the invention as polished surfaces templates, for example by a mechanical or a Feuerpolitur, they are also after carrying out the method according to the invention as such, ie in this case, the quality of the surfaces 31 . 32 not impaired. Also shown is the area 6 around the cavity 5 this being characterized in that the matrix of the workpiece 3 Here at least partially present with a higher density at least partially compared to the untreated matrix. Furthermore, it is also possible in this area for a change in the structure of the dielectric workpiece 3 come, for example in the form of structural changes, for example in the form of partial crystallization or the like. In the middle range of 2 is a cavity 5 represented around which also in comparison to the untreated matrix of the workpiece 3 modified area 6 is trained. The area 6 also has at least partially an at least partially increased density compared to the untreated matrix of the workpiece 3 and can also continue to have other modifications, for example in the form of structural changes. The cavity 5 is designed here as a tube, which to the surface 32 of the workpiece 3 is open. In the right area of the 2 is still a tubular cavity 5 represented around which a modified area 6 is formed, wherein the cavity 5 doing both to the surface 31 as well as the surface 32 of the workpiece 3 is designed to be open. All three in 2 imaged cavities 5 is common that the aspect ratio of their length, in 2 Thus, their lateral dimension in the vertical direction, to its diameter, that is, the lateral dimension in the horizontal direction, is greater than 1, so that long, tubes are obtained with a fairly small average diameter. The mean diameter of the cavities 5 This results in the mean value of its diameter over its entire length.

3 zeigt eine Darstellung einer möglichen Art der Strahlformung im erfindungsgemäßen Verfahren. Im linken oberen Bereich der 3 ist dabei der Laserstrahl 1 beim Durchtritt durch die Strahlformungsoptik 2, hier beispielhaft in Form einer sphärischen bikonvexen Linse, gezeigt. Durch die sphärische Aberration des Strahls kommt es hinter dem paraxialen Fokus der Linse 2 eine schmale Zone hoher Intensität 4 bzw. ein Linienfokus 4. Im rechten oberen Bereich der 3 ist dabei vergrößert eine Darstellung des Strahlenverlaufs in der schmalen Zone hoher Intensität 4 zu sehen, wobei in diesem Fall die schmale Zone hoher Intensität 4 innerhalb eines Werkstücks 3 verläuft. Im unteren Bereich der 3 ist schematisch der der ortsaufgelöste Verlauf der Intensität des Laserstrahls 1 im Bereich der schmalen Zone hoher Intensität 4 gezeigt. Auf der y-Achse ist dabei die relative Intensität des Strahls aufgetragen, die x-Achse bezeichnet die Position im Laserstrahl 1 selbst, wobei der Nullpunkt der x-Achse auf die nominale Mitte des Laserstrahls 1 gelegt wurde. 3 shows a representation of a possible type of beam shaping in the method according to the invention. In the upper left area of the 3 is the laser beam 1 when passing through the beam shaping optics 2 shown here by way of example in the form of a spherical biconvex lens. The spherical aberration of the beam is behind the paraxial focus of the lens 2 a narrow zone of high intensity 4 or a line focus 4 , In the upper right area of the 3 is magnified a representation of the beam path in the narrow zone of high intensity 4 to see, in which case the narrow zone of high intensity 4 within a workpiece 3 runs. At the bottom of the 3 is schematically the spatially resolved course of the intensity of the laser beam 1 in the area of the narrow zone of high intensity 4 shown. The relative intensity of the beam is plotted on the y-axis, and the x-axis indicates the position in the laser beam 1 itself, where the zero point of the x-axis is at the nominal center of the laser beam 1 was laid.

4 zeigt die Abnahme der Festigkeit in der Zone definierter Festigkeit, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde. Die Abnahme der Bruchfestigkeit in der erfindungsgemäße erhalten Zone definierter Festigkeit kann dabei näherungsweise durch die Relation

wiedergegeben werden, wobei hier σ_B die Bruchfestigkeit und a die Defekttiefe im Werkstück relativ zu einer Bezugsoberfläche beschreibt. Je größer die Defekttiefe, desto geringer ist die resultierenden Bruchfestigkeit. Im Diagramm ist dabei die Bruchfestigkeit σ_B auf der y-Achse aufgetragen, die Defekttiefe a auf der x-Achse. 4 shows the decrease in strength in the zone of defined strength obtained with the method according to the invention. The decrease in the breaking strength in the zone of defined strength obtained according to the invention can be approximated by the relation

Here, σ _{B describes} the breaking strength and a the depth of defect in the workpiece relative to a reference surface. The greater the depth of the defect, the lower the resulting breaking strength. In the diagram, the breaking strength σ _B is plotted on the y-axis, the defect depth a on the x-axis.

5 zeigt eine mikroskopische Darstellung einer Oberfläche eines erfindungsgemäß erhaltenen Werkstücks 3 mit einer Zone definiert eingestellter Festigkeit 7. Dabei ist die Festigkeit des Werkstücks 3 in der Zone definiert eingestellter Festigkeit 7 geringer als in dem außerhalb der Zone 7 liegenden, nicht behandelten Bereichen 71 des Werkstücks 3. Die Zone definierter Festigkeit weist Hohlräume 5 auf, welche entlang eines zuvor festgelegten Verlaufs entlang einer Linie in das Werkstück 3 eingebracht wurden. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde hierbei darauf verzichtet, alle Hohlräume 5 in der Zone definierter Festigkeit 7 zu bezeichnen. Die einzelnen Hohlräume 5 sind dabei durch Stege 51 voneinander getrennt, wobei die Stege 51 größer sind als der mittlere Durchmesser der Hohlräume 5. Der Durchmesser der Hohlräume 5 liegt dabei für das hier abgebildete Beispiel zwischen 1,6 und 2,4 µm. 5 shows a microscopic representation of a surface of a workpiece obtained according to the invention 3 defined with a zone fixed strength 7 , Here is the strength of the workpiece 3 defined in the zone defined strength 7 less than in the outside of the zone 7 lying untreated areas 71 of the workpiece 3 , The zone of defined strength has cavities 5 on which along a predetermined course along a line in the workpiece 3 were introduced. For clarity, it was waived, all cavities 5 in the zone of defined strength 7 to call. The individual cavities 5 are here by webs 51 separated from each other, wherein the webs 51 are larger than the average diameter of the cavities 5 , The diameter of the cavities 5 is for the example shown here between 1.6 and 2.4 microns.

Allgemein, ohne Beschränkung auf das hier abgebildete Beispiel, liegt der mittlere Durchmesser der erfindungsgemäß erzeugten Hohlräume 5 in der Regel im einstelligen Mikrometerbereich und ist damit wesentlich kleiner als deren Länge, welche von wenigen Zehner Mikrometer bis in den Bereich mehrerer Millimeter reicht. Weiterhin sind die Stege 51 zwischen den Hohlräumen 5 größer als ihr Durchmesser, wobei das Verhältnis der mittleren Breite der Stege 51 zum mittleren Durchmesser der Hohlräume 5 20 oder weniger, bevorzugt 10 oder weniger und besonders bevorzugt 5 oder weniger beträgt. In general, without being limited to the example depicted here, the average diameter of the cavities produced according to the invention lies 5 usually in the single-digit micrometer range and is thus much smaller than their length, which ranges from a few tens of micrometers to the range of several millimeters. Furthermore, the webs 51 between the cavities 5 greater than its diameter, the ratio of the average width of the webs 51 to the mean diameter of the cavities 5 20 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.

6 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Bruchkante 8 eines Werkstücks 3 entlang einer Zone definiert eingestellter Festigkeit 7. Die Bruchkante 8 ist dabei gekennzeichnet durch eine Rauhigkeit im Mikrometerbereich, vorzugsweise im einstelligen Mikrometerbereich, angegeben als quadratischer Mittenrauhwert, welcher mit einem Rasterkraftmikroskop, Profilometer oder einem Weißlichtinterferometer oder gleichwertiger Messtechnik zur Bestimmung von Rauheitswerten bestimmt wird. Bei der Betrachtung der Bruchkante eines erfindungsgemäßen Werkstücks 3 mit dem unbewaffneten Auge fällt insbesondere dessen matte, nicht glänzende Anmutung auf, welche auf die Rauhigkeit im Mikrometerbereich zurückzuführen ist. Weiterhin deutlich erkennbar sind die röhrenartigen Hohlräume 5 bzw. deren auf der Bruchkanten erhaltene Spuren, die das Werkstück senkrecht zu dessen Oberfläche durchziehen. 6 shows an electron micrograph of a fracture edge 8th a workpiece 3 along a zone defines set strength 7 , The breaking edge 8th is characterized by a roughness in the micrometer range, preferably in the single-digit micrometer range, indicated as a square average roughness, which is determined with an atomic force microscope, profilometer or a white light interferometer or equivalent measurement technique for determining roughness values. When considering the breaking edge of a workpiece according to the invention 3 In particular, its matte, non-shiny appearance, which is due to the roughness in the micrometer range, stands out with the unaided eye. Also clearly visible are the tubular cavities 5 or their traces obtained on the breaklines, which pass through the workpiece perpendicular to its surface.

In 7 ist schematisch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Berstscheibe 9 dargestellt. Diese besteht aus einem dielektrischen Werkstück, in diesem Fall einem für das sichtbare licht transparent ausgebildeten Werkstück, welches beispielsweise aus Glas bestehen kann, in das eine Zone definierter Festigkeit 7, gebildet aus Hohlräumen 5, welche entlang einer geschlossenen Linie angeordnet sind, eingebracht wurde. Eine solche Berstscheibe kann beispielsweise in Systemen für Notfallschlüssel oder bei Alarmknöpfen eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, zur besseren Sichtbarkeit des Angriffspunktes diesen durch ein seitliches Illuminieren sichtbar zu machen, wobei in diesem Fall die Hohlräume 5 als Streuzentren wirken. In 7 is schematically a rupture disk obtained by the method according to the invention 9 shown. This consists of a dielectric workpiece, in this case a transparent to the visible light formed workpiece, which may for example consist of glass, in which a zone of defined strength 7 formed by cavities 5 , which are arranged along a closed line was introduced. Such a rupture disk can be used for example in systems for emergency key or alarm buttons. Furthermore, it is possible to make visible for better visibility of the point of attack by a lateral illumination, in which case the cavities 5 act as scattering centers.

8 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäße erhaltenen Ampulle 10, insbesondere eine aus Glas ausgebildete Ampulle zur Aufnahme von Pharmazeutika, welche eine Zone definierter Festigkeit aufweist. Bevorzugt sind dabei die Hohlräume, welche die Zone definierter Festigkeit bilden, so ausgebildet, dass sie als geschlossene Hohlräume im Werkstück vorliegen, also keine Öffnung an eine der Oberflächen des Werkstücks aufweisen. Auf diese Weise kann ein vorzeitiges Versagen der Ampulle durch Bruch aufgrund von Spannungsrisskorrosion vermieden werden. 8th shows the schematic representation of an obtained ampoule according to the invention 10 , in particular a glass ampoule for receiving pharmaceuticals, which has a zone of defined strength. Preference is given to the cavities forming the zone of defined strength, so formed that they are present as closed cavities in the workpiece, so have no opening to one of the surfaces of the workpiece. In this way premature failure of the ampule due to breakage due to stress corrosion cracking can be avoided.

9 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sichtscheibe 11, beispielsweise für ein Fahrzeug, wobei hier die Zonen definierter Festigkeit 7 in Form eines Netzes 12 vorliegen. Das Netz 12 ist hierbei in Form von Waben ausgebildet, allerdings sind je nach Ausgestaltung auch andere Anordnungen, beispielsweise als rechtwinklige Kreuzung einer Vielzahl gerader Linien, möglich. Die Sichtscheibe 11 weist in der vorliegenden Darstellung einen aus einer schwarzen Beschichtung 111 gebildeten Rahmen auf, wie dies beispielsweise bei Frontscheiben für Fahrzeuge üblich ist, wobei die Beschichtung mit einer Rahmenfarbe bevorzugt vor der Erzeugung der Zonen definierter Festigkeit erfolgt, allerdings sind auch Sichtscheiben ohne einen solchen Rand denkbar. Weiterhin kann die Sichtscheibe auch als nicht vollständig ebene Scheibe vorliegen, sondern eine leichte Krümmung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Sichtscheiben für Fahrzeuge ebenfalls möglich ist. Die Hohlräume in den Zonen definierter Festigkeit können dabei jeweils als durchgehende Hohlräume, als einseitig offene Röhren oder auch als im Werkstück ausgebildete, geschlossene Hohlräume gebildet sein, wobei bei einer Ausgestaltung des Werkstücks als Sichtscheibe für beispielsweise ein Fahrzeug bevorzugt zumindest eine Oberfläche des Werkstücks keine Öffnungen aufweisen sollte. 9 shows the schematic representation of a viewing window according to the invention 11 For example, for a vehicle, here the zones of defined strength 7 in the form of a network 12 available. The network 12 is here in the form of honeycombs, however, depending on the configuration, other arrangements, for example as a right-angled crossing a plurality of straight lines, possible. The lens 11 In the present illustration, FIG. 1 shows one of a black coating 111 formed frame, as is customary for example in windscreens for vehicles, wherein the coating with a frame color preferably takes place before the generation of the zones of defined strength, but also lenses without such a border are conceivable. Furthermore, the lens can also be present as a not completely flat disc, but have a slight curvature, as is also possible for example in the case of viewing windows for vehicles. The cavities in the zones of defined strength can in each case be formed as continuous cavities, as tubes open on one side or as closed cavities formed in the workpiece, wherein in an embodiment of the workpiece as a viewing window for, for example, a vehicle, at least one surface of the workpiece preferably has no openings should have.

Weiterhin hat sich in experimentellen Untersuchungen gezeigt, dass mit steigender Burstanzahl die Schwankungsbreite der Bruchspannungen für erfindungsgemäß erhaltene Werkstücke abnimmt et vice versa der Weibull-Modul der zugehörigen Verteilung entsprechend zunimmt. Es werden Weibull-Modulwerte größer 5, größer als 8 oder sogar größer als 10 erreicht. Furthermore, it has been shown in experimental investigations that with increasing number of bursts, the fluctuation range of the breaking stresses for inventively obtained workpieces decreases and vice versa the Weibull modulus of the associated distribution increases accordingly. Weibull modulus values greater than 5, greater than 8, or even greater than 10 are achieved.

In 10 ist dies beispielhaft für die Darstellung der relativen Standardabweichung der Bruchspannungen erfindungsgemäß erhaltener Werkstücke in Abhängigkeit von der Zahl der Bursts dargestellt. Während die relative Standardweichung bei einer Burstzahl von zwei bei etwa 0,375 liegt, führt eine Verdopplung der Burstzahl bereits auf eine Abnahme der relativen Standardabweichung auf einen Wert von etwa 0,1. Bei einer weiteren Verdopplung kommt es zu einem weiteren Abfall der relativen Standardabweichung auf etwa 0,075. In 10 this is shown by way of example for the representation of the relative standard deviation of the fracture stresses according to the invention obtained workpieces as a function of the number of bursts. While the relative standard deviation at a burst number of two is about 0.375, a doubling of the burst number already results in a decrease in the relative standard deviation to a value of about 0.1. Further doubling results in a further decrease of the relative standard deviation to about 0.075.

In 11 ist dies weiterhin dargestellt für die Standardabweichung in MPa der Bruchspannung erfindungsgemäß erhaltener Werkstücke in Abhängigkeit von der Wahl der Bursts. Während bei lediglich zwei Bursts diese einen Wert von 160 MPa aufweist, sinkt sie bei 4 Bursts auf einen Wert von unter 20 MPa und wird nochmals geringer bei einer nochmaligen Verdopplung der Burstzahl auf nunmehr acht Bursts. In 11 this is further shown for the standard deviation in MPa of the breaking stress according to the invention obtained workpieces as a function of the choice of bursts. While with only two bursts this has a value of 160 MPa, it drops to a value of less than 20 MPa with 4 bursts and becomes even lower with a further doubling of the burst number to now eight bursts.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Laserstrahl laser beam
2 2: Strahlformungsoptik Beam shaping optics
3 3: Dielektrisches Werkstück Dielectric workpiece
31, 32 31, 32: Oberflächen des Werkstücks Surfaces of the workpiece
4 4: Schmale Zone hoher Intensität, Linienfokus Narrow zone of high intensity, line focus
5 5: Hohlraum cavity
51 51: Steg zwischen zwei Hohlräumen Bridge between two cavities
6 6: den Hohlraum umschließender Bereich des Werkstücksthe cavity enclosing area of the workpiece
7 7: Zone definierter Festigkeit Zone of defined strength
71 71: unbehandelte Bereiche des Werkstücks außerhalb der Zone(n) definierter Festigkeituntreated areas of the workpiece outside the zone (s) of defined strength
8 8th: Bruchkante breakline
9 9: Berstscheibe rupture disc
10 10: Ampulle ampoule
11 11: Sichtscheibe Window
111 111: Rahme Rahme
12 12: Netz, gebildet aus Zonen definierter Festigkeit Net, formed of zones of defined strength

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0890554 B1 [0003, 0004]
US 6787732 B1 [0005, 0005]
US 8530786 B2 [0006]
WO 2012/006736 A2 [0007]
US 2005/0173387 A1 [0008]

Claims

Method for producing a workpiece ( 3 ) of a dielectric material comprising at least one zone ( 7 ) of defined strength, comprising at least the following steps: a) providing a workpiece ( 3 ) of a dielectric material having a first surface ( 31 ) and a second surface ( 32 b) determining the course of the at least one zone ( 7 c) provision of a laser processing device, wherein the laser is designed as a short-pulse or ultra-short pulse laser and a laser radiation ( 1 ) having a wavelength in the transparency region of the workpiece ( 3 ) and further via a beam shaping device ( 2 ) for beam shaping, in particular for focusing the laser radiation, d) action of laser radiation on the workpiece ( 3 ) in the form of a laser pulse as a single pulse or in the form of bursts, that is to say of laser pulses resolved in partial pulses whose energy content can be adjusted flexibly such that the laser pulse forms a cavity ( 5 ) in the workpiece ( 3 ), e) movement of the laser radiation ( 1 ) relative to the workpiece ( 3 ) according to the course defined in step b), and f) repeating steps d) and e) so that in the zone ( 7 ) Cavities ( 5 ) and between the cavities ( 5 ) arranged webs ( 51 ), the cavities ( 5 ) are substantially tubular, so that their length is greater than their diameter, and the regions ( 6 ) of the dielectric material containing the cavities ( 5 ), at least partially have a greater density than the regions ( 71 ), which are outside the zone ( 7 ) with defined set strength, and furthermore the cavities ( 5 ) each have the same spatial extent and the same position relative to the surfaces ( 31 . 32 ) of the workpiece ( 3 ) exhibit.

Method according to claim 1, wherein a non-linear-optical interaction of the laser radiation ( 1 ) is carried out with the workpiece such that a complete plasma formation and / or plasma explosion takes place in the workpiece, so that after the formation of plasma and / or plasma explosion in the workpiece ( 3 ) a cavity ( 5 ) is present.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the focusing device ( 2 ) is set such that during the laser pulse, the laser radiation ( 1 ) in the form of a line focus ( 2 ), the line focus ( 2 ) is characterized by a high light intensity channel having a length of 10 mm or less and a diameter of 10 μm or less.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position of the cavities ( 5 ) relative to the surfaces of the workpiece ( 3 ) is adjustable by the variation of the position of the focus of the optical system used, in particular by a change in the distance from the beam shaping device ( 2 ) relative to the workpiece ( 3 ) and / or by varying the distances of the lenses within a multi-lens system.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the beam shaping device ( 2 ) comprises a condenser lens and / or an axicon and / or a diffractive optical element and / or a computer-generated hologram.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the resulting strength of the zone ( 7 ) with defined strength of the dielectric workpiece ( 3 ) by the width of the webs ( 51 ) between the individual cavities ( 5 ) is adjustable.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of the average width of the webs ( 51 ) to the mean diameter of the cavities ( 5 ) Is 20 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the average diameter of the cavities ( 5 ) is 0.1 to 5 times the laser wavelength used, preferably 0.2 to 2 times and particularly preferably 0.5 to 1 times the laser wavelength used.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the surfaces ( 31 ) and ( 32 ) in the area of the zone ( 7 ) are formed with defined set strength continuously as a closed, preferably polished, in particular mechanically or fire polished, surface.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the cavities ( 5 ) are formed as open at least on one side tube.

Method according to one of claims 1 to 10, wherein the generation of the cavities takes place with a laser pulse which is divided into more than three bursts, preferably more than four bursts and more preferably more than six bursts.

Method according to one of Claims 1 to 11, wherein the generation of the cavities takes place with a frequency of the bursts of more than 5 MHz, preferably of more than 20 MHz, particularly preferably of more than 50 MHz.

Method according to one of claims 1 to 12, wherein the distribution of the fracture stresses on workpieces according to the invention has a Weibull modulus of greater than 5, preferably greater than 8 and more preferably greater than 10.

Workpiece ( 3 ) of a dielectric material comprising at least one zone ( 7 ) with defined strength, the strength in the zone ( 7 ) is designed to be lower than that to the zone ( 7 ) adjacent areas ( 71 ) and where the zone ( 7 ) is formed in such a way that it has cavities ( 5 ), wherein the cavities ( 5 ) are formed substantially tubular so that their length is greater than their mean diameter, wherein the cavities ( 5 ) are arranged along a line and between the cavities ( 5 ) Webs ( 51 ) and where the areas ( 6 ) of the dielectric material containing the cavities ( 5 ), at least partially have a greater density than the regions ( 71 ), which are outside the zone ( 7 ) with defined set strength.

Workpiece ( 3 ) according to claim 14, wherein the cavities ( 5 ) have a diameter between 0.2 and 2 microns, preferably between 0.5 and 1 micron.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 or 15, wherein the ratio of the average width of the webs ( 51 ) to the mean diameter of the cavities ( 5 ) Is 20 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 16, wherein at least one of the surfaces ( 31 ) or ( 32 ) in the area of the zone ( 7 ) with defined set strength of the workpiece ( 3 ) is continuously formed as a closed, preferably polished, in particular mechanically or fire-polished, surface.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 16, wherein the cavities ( 5 ) are formed as continuous cavities.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 18, wherein the workpiece ( 3 ) is disc-shaped.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 18, wherein the workpiece ( 3 ) is formed as a three-dimensional molded body, preferably as a closed hollow body.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 20, wherein the workpiece ( 3 ) consists of glass, preferably an alumino or borosilicate glass or a thermally or chemically prestressed alumino or borosilicate glass.

Workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 21, wherein the workpiece ( 3 ) several zones ( 7 ) with defined strength, the zones ( 7 ) defined strength are arranged net-like.

Workpiece ( 3 ) according to claim 22, wherein at least one of the surfaces ( 31 ) and ( 32 ) of the workpiece ( 3 ) in the zone ( 7 ) defined strength as consistently closed, preferably polished, in particular mechanically or fire polished, surface is present.

Use of a workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 19 and 21 to 22 as a viewing window ( 11 ), for example as a windshield in a vehicle, or as a rupture disk ( 9 ) for storage boxes or autoclave devices.

Use of a workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 19 and 21 to 22 as a substrate material, for example for the production of miniaturized components, in particular miniaturized electronic components, or slides or biochip.

Use of a workpiece ( 3 ) according to one of claims 14 to 17 and 20 to 23 as pharmaceutical packaging, in particular as an ampoule ( 10 ).