DE102016101766A1

DE102016101766A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten von Ritznadeln und Ritzen von Glassubstraten

Info

Publication number: DE102016101766A1
Application number: DE102016101766.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Jotz; Volker Plapper; Juergen Vogt
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-10-19
Also published as: US10669185B2; US20170217817A1; CN107021614B; US20200247706A1; CN107021614A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von Ritzwerkzeugen und zum Ritzen von Glas, insbesondere von Dünnglas, entlang von geplanten Ritzwegen als Vorbereitung zum Trennen mittels Ritzbrechens. Die Erfindung betrifft ferner mittels des genannten Verfahrens hergestellte Glassubstrate, insbesondere Dünnglassubstrate. Dem Verfahren liegt dabei die Bestimmung der Ist-Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges und das Ausrichten der Schneidkante in eine Soll-Ausrichtung der Schneidkante zugrunde.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Ritzwerkzeugen und zum Ritzen von Glas, insbesondere von Dünnglas, entlang von geplanten Ritzwegen als Vorbereitung zum Trennen mittels Ritzbrechens. Die Erfindung betrifft ferner mittels des genannten Verfahrens hergestellte Glassubstrate, insbesondere Dünnglassubstrate.
Unter Dünnglas soll vor allem flächiges Glas mit einer Dicke im Bereich zwischen 1,2 mm und 3 µm verstanden werden, wie es als Glasband oder Glasfolie herstellbar ist und sich aufwickeln lässt. Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter Dünnglas insbesondere plattenförmiges oder bandförmiges oder folienartiges Glas mit einer Dicke von höchstens 400 µm, höchstens 145 µm, höchstens 100 µm, höchstens 50 µm, höchstens 30 µm, höchstens 20 µm verstanden, wobei jedoch eine Mindestdicke von 3 µm, oder von 10 µm oder von 15 µm eingehalten ist. Ultradünnes Glas (UTG) hat eine Wandstärke von weniger als 150 µm.
Dünngläser werden in vielen Bereichen der Technik verwendet, beispielsweise bei Displays, bei Fenstern für optoelektronische Komponenten, bei Verkapselungen von Bauteilen und bei elektrischen Isolationsschichten oder auch im Bereich der Photovoltaik. Für diese Anwendungsformen werden kleine Dünnglasplatten benötigt. Hergestellt wird jedoch Dünnglas vor allem als Glasband bzw. als Glasfolie, wobei neuerdings Dicken < 350 µm gefragt sind. Wenn ein solches Dünnglasband oder eine solche Dünnglasfolie zu kleineren Dünnglasplatten verarbeitet werden soll, bestehen vielfältige Probleme, etwa im Bereich des Vereinzelns oder der Handhabung bei der Weiterverarbeitung.
So besteht die Gefahr eines vorzeitigen und ungewollten Brechens des Dünnglases von ungewollt eingebrachten Initialverletzungen, was zu einer reduzierten Kantenfestigkeit führt. Um der Gefahr des vorzeitigen Ritzbrechens zu begegnen, müssen die hergestellten Ritzungen eine vorbestimmte Güte aufweisen. So sollten die Ritzungen möglichst gleichmäßig tief sein, d.h. das Ritzwerkzeug muss genau und mit möglichst konstanter Anpress-Ritzkraft entlang des geplanten Ritzweges geführt werden. Im Dickenbereich zwischen 1,2 mm und 150 µm gelingt dies wegen der verhältnismäßig groß einzustellenden Anpress-Ritzkraft beim Ritzen, wenn jedoch noch dünneres Glas oder ultradünnes Glas zu ritzen ist und die Anpress-Ritzkraft auf das Dünnglas sehr geringe Werte annehmen muss, dann steigt die Gefahr, ungewollte Oberflächenschäden einzubringen.
Wird beim Ritzen von dünnsten Gläsern mit einer Dicke von unter 50 µm eine Diamantnadel als Ritzwerkzeug eingesetzt, so ist der Schliff dieser Nadel präzise zur Verfahrrichtung auszurichten. Die Ausrichtung erfolgt im Allgemeinen manuell anhand von Markierungen am Werkzeug und ist daher sehr aufwendig.
Im Bereich der Weiterverarbeitung ist es häufig gewünscht, das Dünnglas nicht als kleine, vorkonfektionierte Dünnglasplatte zur Verfügung gestellt zu bekommen, sondern etwa in Plattenform oder in Rollenform aufgewickeltes Dünnglas, das zum Abtrennen der kleinen Dünnglasplatten vorbereitet ist. Im Falle von vorgeritztem Dünnglas birgt dies jedoch ebenfalls die Problematik des vorzeitigen Ritzbrechens. Bereits ein einzelner Bruch kann dabei den Weiterverarbeitungsprozess empfindlich stören, da Glaspartikel entstehen können, welche den weiteren Prozess deutlich erschweren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zielt somit darauf ab, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Ritznadeln und zum Ritzen von Glassubstraten als Vorbereitung zum Trennen mittels Ritzbrechens bereit zu stellen.
Mit dem Ritzbrechen sollen kleine Dünnglasplatten zu gewinnen sein. Mit der Vorrichtung und dem Verfahren sollen aber auch vorgeritzte Platten oder Folien aus Glas hergestellt werden können, wobei eine sichere Weiterverarbeitung des vorgeritzten Glases ermöglicht werden soll.
Dabei soll insbesondere dünnes und ultradünnes Glas (UTG) mit geringen und konstanten Schneidkräften geritzt werden können, wobei eine hohe Kantenfestigkeit des erzeugten Anrisses erreicht werden soll.
Die Vorrichtung und das Verfahren sollen ferner im großindustriellen Maßstab einsetzbar sein, so dass auf ein aufwendiges manuelles Ausrichten des Ritzwerkzeuges oder auch auf die Durchführung von aufwendigen Schneidtests weitestgehend verzichtet werden kann.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Ritznadeln und zum Ritzen eines Glassubstrates sowie ein vorgeritztes Glassubstrat nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges zum Ritzen eines Glassubstrates entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens, mit folgenden Schritten:

a. Bereitstellen des Glassubstrates mit einer ebenen Oberfläche,
b. Bereitstellen und Heranführen eines mechanischen Ritzwerkzeuges an das Glassubstrat, wobei das Ritzwerkzeug zum Ritzen in Richtung des vorbestimmten Ritzweges ausgerichtet ist, aber das Glassubstrat noch nicht berührt,
c. Vor-Ausrichten der Schneidkante des Ritzwerkzeuges in Verfahrrichtung,
d. Ermittlung der Ist-Position von mindestens einer Schneidkante des Ritzwerkzeuges mittels eines Positionsmessverfahrens,
e. Ausrichten des Ritzwerkzeuges durch Ändern der Ist-Ausrichtung der Schneidkante mittels Drehen der Schneidkante in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Glassubstrates und/oder Kippen der Schneidkante in der Neigung, um die Schneidkante des Ritzwerkzeuges in die gewünschte Soll-Ausrichtung relativ zur Verfahrrichtung zu bringen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Schritte Aufsetzen des Ritzwerkzeuges in Verfahrrichtung auf der Oberfläche des Glassubstrates im Bereich des Ritzweges und Aufbringen einer Schneidkraft auf das Ritzwerkzeug umfassen.
Das Ritzwerkzeug kann sodann nach erfolgter Ausrichtung in die Soll-Ausrichtung relativ zu der zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates zum Einbringen eines Anrisses entlang dem vorbestimmten Ritzweg in Verfahrrichtung bewegt werden, um einen Anriss auf der Oberfläche des Glassubstrates zu erzeugen.
Auf diese Weise können kleine Dünnglasplatten gewonnen werden. Es können aber auch vorgeritzte Platten oder Folien aus Glas, insbesondere Dünnglas, hergestellt werden.
Mittels des vorstehend genannten Verfahrens kann die tatsächliche Lage der Schneidkante des Ritzwerkzeuges, also die Ist-Ausrichtung der Schneidkante, vor dem Erzeugen des Anrisses auf der Oberfläche des Glassubstrates automatisiert erfasst und mit sehr hoher Präzision in eine Soll-Ausrichtung ausgerichtet werden. Während bei einer manuellen Ausrichtung der Schneidkante häufig Abweichungen von der Ideal-Ausrichtung anzutreffen sind, die in einem Bereich von +/–5° oder mehr liegen können, so kann mittels des vorstehend genannten Verfahrens eine Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges erreicht werden, die deutlich weniger als +/–5° von der Ideal-Ausrichtung der jeweiligen Schneidkante, also der Soll-Ausrichtung, beträgt. Die Soll-Ausrichtung definiert die ideale Lage der Schneidkante des Ritzwerkzeuges in Bezug auf die Verfahrrichtung des Ritzwerkzeuges.
Vorzugsweise weicht die aktuelle Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges beim Erzeugen des Anrisses weniger als +/–2°, bevorzugt weniger als +/–1°, von der Soll-Ausrichtung ab. Demnach ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die tatsächliche Schneidkante des Ritzwerkzeuges hochpräzise zur vorgesehenen Bewegungsrichtung, also der Verfahrrichtung, und zur Oberfläche des zu ritzenden Glassubstrates auszurichten.
Auf diese Weise können Ungenauigkeiten im Anriss, aber auch Querkräfte, die auf das Ritzwerkzeug wirken, vermieden werden. So kann auch eine mögliche Querrissbildung in der Ritzspur entgegengewirkt werden. Diese können zu einer reduzierten Kantenfestigkeit des vorgeritzten Glassubstrates führen oder sogar zu einem vorzeitigen, ungewollten Ritzbrechen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine hohe Kantenfestigkeit der Ritzkante erreicht werden, die bei einem Wert von circa 300 MPa liegt. Dieser Wert ist vergleichbar mit der Kantenfestigkeit einer Ritzkante, welche durch ein CO₂-Laserschneidverfahren hergestellt wurde. Eine hohe Kantenfestigkeit vermindert die Gefahr ungewollten und vorzeitigen Brechens des geritzten Glassubstrates.
Die Kantenfestigkeit kann mit einem Verfahren festgestellt werden, welches eine Vorrichtung mit einer sogenannten Stufenwalze umfasst. Hierbei wird die Oberfläche einer Probe an eine kreisförmige, elliptische oder parabolische Lehrenoberfläche gepresst. Dadurch wird einem Abschnitt der Probe und damit auch einem Abschnitt des Randes der Probe eine Biegung aufgezwungen. Der Biegeradius R dieser Biegung ist proportional zur Zugspannung σ. Weiterhin liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Zugspannung σ mit sinkendem Biegeradius R steigt. Ausgewertet wird letztendlich, bei welcher Zugspannung σ oder bei welchem Biegeradius R die Probe gebrochen ist. Mit der Bruchspannung σb wird anschließend auf die Festigkeit der Kante geschlossen.
Eine ausführliche Beschreibung dieser Vorrichtung sowie dieses Verfahrens ist dem Dokument DE 10 2014 110 855.8 zu entnehmen, welches hiermit vollumfänglich inkorporiert wird.
Insbesondere bei ultradünnen Gläsern mit einer Dicke von weniger als 350 µm, insbesondere von weniger als 150 µm, bietet das genannte Verfahren daher große Vorteile, da die einzuhaltenden geometrischen Bedingungen für den Anriss sehr eng sind, um ein reproduzierbares Ritzbrechen zu ermöglichen.
Das Verfahren ermöglicht zudem die Verwendung von Diamantnadeln, insbesondere auch von sehr scharfen Diamantnadeln, bei denen die Anforderung an eine exakte Ausrichtung des Ritzwerkzeuges während des Ritzens und an die Tiefe und die Kantenneigung des Anrisses sehr hoch sind. Diamantnadeln zeichnen sich durch eine besonders hohe Standzeit aus und ermöglichen von daher ein sehr wirtschaftliches Verfahren.
Auf die bislang übliche Durchführung mehrerer Schneidtests mit anschließender lichtmikroskopischer Analyse der Ritzspur kann durch das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet werden.
Auf diese Weise kann das Verfahren auch unter Produktionsbedingungen ohne aufwendige manuelle Eingriffe erfolgreich betrieben werden. So kann beispielsweise auch ein Wechsel des Ritzwerkzeuges während eines Ritzvorgangs erfolgen, wobei die Qualität des Anrisses gleich bleibt aufgrund der Ausrichtung der jeweiligen Schneidkante des Ritzwerkzeuges.
Das Glassubstrat kann als Tafel, Platte, Band oder Folie vorliegen. Das mechanische Ritzwerkzeug wird an das zu ritzende Glassubstrat herangeführt, vorzugsweise ist es mit seiner Schneidkante bereits grob ausgerichtet in die Verfahrrichtung, also die Richtung des vorbestimmten Ritzweges. Vor dem ersten Kontakt mit der Oberfläche des Glassubstrates wird die exakte Lage der Schneidkante des Ritzwerkzeuges optisch erfasst.
Hierzu wird die räumliche Lage, also die Ist-Ausrichtung, der zumindest einen Schneidkante des Ritzwerkzeuges erfindungsgemäß mittels des Positionsmessverfahrens bestimmt. Das Positionsmessverfahren basiert dabei auf dem Prinzip der Triangulation, bei dem eine Strahlquelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung und ein Detektor zum Empfang dieser elektromagnetischen Strahlung vorgesehen sind. Vorzugsweise ist die Strahlquelle eine Lichtquelle, insbesondere eine Punktlichtquelle. Der Detektor kann ein Photodetektor sein.
Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, wird auf den die zumindest eine Schneidkante umfassenden Bereich des Ritzwerkzeuges geworfen und das Licht, das von dort reflektiert wird, wird von dem Photodetektor empfangen. Hierbei wird ausgenutzt, dass plan geschliffene Flächen des Ritzwerkzeuges, wie sie beidseitig der Schneidkante verlaufen, eine reflektive Wirkung aufweisen und demnach wie ein Spiegel wirken. Wird nun aus der Verfahrrichtung das Ritzwerkzeug im Bereich der zumindest einen Schneidkante mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt, so kann der von den Flanken reflektierte Anteil der Strahlung mittels des Detektors empfangen und zur Ausrichtung genutzt werden.
Zur Unterstützung der Ausrichtung können mittels Schablonen sowohl der Abstand der Strahlquelle zur Schneidkante des Ritzwerkzeuges als auch die geforderte Lage der projizierten Bildpunkte gekennzeichnet werden. Auf diese Weise kann mit wenigen Einstellmaßnahmen die Ausrichtung der Schneidkante in Bezug auf die Verfahrrichtung geändert und in die Soll-Ausrichtung überführt werden.
Aus den geometrischen Informationen über den Abstand und den Winkel der Strahlquelle kann unter Nutzung der zumindest zwei Reflektionsflächen am Ritzwerkzeug die Schneidkante durch Drehen in der Ebene senkrecht zum zu schneidenden Glassubstrat in ihre Soll-Ausrichtung überführt werden. Sofern das Ritzwerkzeug im Bereich der Schneidkante über eine dritte Reflektionsfläche verfügt, kann unter Nutzung dieser dritten Reflektionsfläche auch die Neigung der Schneidkante zur zu schneidenden Oberfläche des Glassubstrates in Verfahrrichtung bestimmt und diese in die Soll-Ausrichtung überführt werden.
Das Ritzwerkzeug kann demnach durch Ändern der Ist-Ausrichtung mittels Drehen der Schneidkante in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Glassubstrates und/oder Kippen der Schneidkante in der Neigung in seiner Einbaulage verändert und in die gewünschte Soll-Ausrichtung gebracht werden. Diese Soll-Ausrichtung legt die Lage der Schneidkante relativ zur Verfahrrichtung und zur zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates fest. Die Neigung der Schneidkante ist dabei der Winkel, welcher sich aus einer Geraden parallel zur Schneidkante und der durch die Oberfläche des zu ritzenden Glassubstrates festgelegten Ebene ergibt.
Zur Unterstützung der Änderung der Ausrichtung der Schneidkante kann eine Einrichtung zur Feinjustierung vorgesehen sein, welche günstigerweise in eine Vorrichtung wie eine Werkzeugmaschine integriert sein kann.
Die Soll-Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges kann beispielsweise durch Schneidversuche und nachfolgender Analyse des Anrisses ermittelt werden und in einer Datenbank abgelegt werden. Die Soll-Ausrichtung der Schneidkante kann abhängen von dem Material und der Geometrie der Schneidkante des Ritzwerkzeuges, der Glaszusammensetzung des zu ritzenden Glassubstrates und der Dicke des Glassubstrates.
Nach erfolgtem Ausrichten der Schneidkante des Ritzwerkzeuges kann das Ritzwerkzeug in Kontakt mit der Oberfläche des Glassubstrates gebracht und eine Schneidkraft aufgebracht werden. Sodann können das Ritzwerkzeug und das Glassubstrat relativ zueinander bewegt werden, um den Anriss entlang dem vorbestimmten Ritzweg zu erzeugen. Dabei wird das Ritzwerkzeug entlang dem geplanten Ritzweg in Verfahrrichtung über die Oberfläche des Glassubstrates geführt.
Um dünnes oder ultradünnes Glas zu ritzen, sind sehr geringe Schneidkräfte erforderlich. Um einen qualitativ hochwertigen Anriss zu erzeugen, ist dabei eine voreingestellte Schneidkraft während des Ritzens konstant zu halten. Um einen Anriss in ein derartiges Glassubstrat einzubringen, ist eine Schneidkraft vorgesehen, welche höchstens 1 N, bevorzugt höchstens 0,7 N und besonders bevorzugt höchstens 0,5 N beträgt und wobei die Abweichung von der vorbestimmten Schneidkraft während eines Ritzvorgangs höchstens 0,01 N beträgt.
Mit dem vorliegenden Verfahren können Glassubstrate unterschiedlicher Dicke geritzt werden. Besonders geeignet ist das Verfahren allerdings für das Ritzen von Dünnglas. Das Dünnglas kann ultradünnes Glas (UTG) umfassen. Das zu ritzende Glassubstrat kann demnach eine Dicke von höchstens 400 µm, höchstens 145 µm, höchstens 100 µm, höchstens 50 µm, höchstens 30 µm, höchstens 20 µm aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ritzwerkzeug eine Ritznadel, um einen präzisen Anriss zu erzeugen. Besonders bevorzugt weist die Ritznadel einen Ritzdiamanten zum Erzeugen des Anrisses auf, der neben einer hochpräzisen Schneidkante auch eine hohe Standzeit des Ritzwerkzeuges ermöglicht.
Der Ritzdiamant ist dabei in seinem Schneidbereich mit plan geschliffenen Flächen ausgebildet, welche an der Spitze zusammenstoßen und an von der Spitze ausgehenden gemeinsamen Kanten zusammenstoßen. Diese Kanten bilden die Schneidkanten. Vorzugsweise ist die Spitze als spitzer Stumpf ausgebildet. Dabei kann die Spitze beispielsweise als Pyramiden-Stumpf, Tetraeder-Stumpf oder Oktaeder-Stumpf ausgebildet sein. Derartige Formen der Spitze ermöglichen es, mehrere unterschiedliche Schneidkanten an einem Werkzeug zu realisieren.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges zum Ritzen eines Glassubstrates entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst dabei ein Positionsmessverfahren zur Bestimmung der Ist-Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Justierung, vorzugsweise zur Feinjustierung, der Schneidkante. Mittels der Vorrichtung zur Feinjustierung kann mittels Drehen der Schneidkante in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Glassubstrates und/oder Kippen der Schneidkante in der Neigung diese derart in ihrer Ausrichtung verändert werden, dass sie in die gewünschte Soll-Ausrichtung gebracht werden kann.
Die Vorrichtung zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges zum Ritzen von Glassubstraten entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens nach vorstehend genannten Verfahren kann dabei die folgenden Komponenten umfassen:

– eine Werkzeugmaschine,
– eine antreibbare Zustelleinheit,
– einen Schneidkopf,
– ein Ritzwerkzeug,
– einen Antriebsmechanismus zum Ziehen des Ritzwerkzeuges entlang des vorbestimmten Ritzweges,
– eine Positionsmesseinrichtung zur Messung der Ist-Ausrichtung der Geometrie der zumindest einen Schnittkante des Ritzwerkzeuges relativ zum Ritzweg und zur zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates,
– eine Rechnereinheit zum Ermitteln von Vorgabewerten zur Ausrichtung des Ritzwerkzeuges von der Ist- in die Soll-Ausrichtung,
– einer mechanischen Einrichtung zur Feinjustierung des Ritzwerkzeuges, um das Ritzwerkzeug mittels Kippens oder Drehens aus der Ist-Ausrichtung in die vorbestimmte Soll-Ausrichtung zu bringen.

Schneidköpfe umfassend ein Ritzwerkzeug sind allgemein bekannt und können beispielsweise ausgebildet sein, wie es das Dokument DE 10 2014 117 641.3 offenbart.
Die Einrichtung zur Feinjustierung ermöglicht dabei eine feste Halterung des Ritzwerkzeuges in der Einbaulage. Die Feinjustierung ermöglicht aber weiterhin auch die Änderung der Einbaulage der Schneidkante im Raum. Die Einrichtung zur Feinjustierung kann auch automatisiert ausgebildet sein, beispielsweise mit Linearantrieben, um die Einbaulage des Ritzwerkzeuges derart zu ändern, dass die Schneidkante von der Ist-Ausrichtung in die Soll-Ausrichtung überführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Herstellung von vorgeritzten Glassubstraten, beispielsweise in Platten- oder Folienform, als Halbzeug für die spätere Weiterverarbeitung, wobei dann ein zeitlich versetztes Vereinzeln des vorgeritzten Glassubstrates erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.
Die Zeichnungen zeigen:
1 eine schematisch Darstellung von Dünnglas während einer Ritzung,
2 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines vorgeritzten Glassubstrates, und
3 eine schematische Draufsicht auf ein teilgeritztes Glassubstrat.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
1 zeigt schematisch die Herstellung von Ritzungen 3 in einem Glassubstrat 1. Der Ritzkopf 2 zeigt das mechanische Ritzwerkzeug 20. Das Ritzwerkzeug 20 umfasst einen geschliffenen Diamanten mit einer vorderen Schneidkante 21, die auch als Bug-Schneidkante bezeichnet werden kann. Die Bewegungsrichtung des Ritzwerkzeuges 20 relativ gegenüber dem Glassubstrat 1 entspricht der Verfahrrichtung und ist mit „A“ angegeben. Bei dem Glassubstrat 1 handelt es sich um eine Dünnglasplatte, wie sie zu biologischen, medizintechnischen, elektrischen oder elektronischen Bauteilen Verwendung findet.
Zur Bestimmung der Ist-Ausrichtung der Schneidkante 21 ist ein Positionsmessverfahren vorgesehen, welches eine Lichtquelle und einen Photodetektor umfasst. Das Positionsmessverfahren basiert dabei auf dem Prinzip der Triangulation, bei dem Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, auf den Messbereich geworfen wird und das Licht, das von dem Messbereich reflektiert wird, von dem Photodetektor empfangen wird.
Der Messbereich im Sinne der Erfindung ist der in Verfahrrichtung zeigende Bereich des Ritzwerkzeuges, der die zumindest eine Schneidkante 21 umfasst.
In 1 sind schematisch eine Punktlichtquelle 10 und ein Photodetektor 11 eingezeichnet. Die Strahlquelle ist in Verfahrrichtung angeordnet. Elektromagnetische Strahlung 12 der Punktlichtquelle 10 wird in Richtung der Schneidkante 21 des Ritzwerkzeuges 20 ausgestrahlt. Ein Teil dieser Strahlung 12 trifft auf das Ritzwerkzeug und wird teilweise reflektiert an der Schneidkante 21. Ein Teil dieser reflektierten elektromagnetischen Strahlung 13 kann dann auf den Photodetektor 11 zurückgestrahlt und dort detektiert werden.
An der Schneidkante 21 reflektierte elektromagnetische Strahlung 13 kann demnach mittels des Photodetektors 11 erfasst werden. Rechnerunterstützt kann daraufhin die Ist-Position der Schneidkante 21 in Bezug auf die geplante Bewegungseinrichtung und die Oberfläche des Glassubstrates bestimmt werden. In der abgebildeten Konstellation ist das Ritzwerkzeug 20 bereits ausgerichtet in die Soll-Ausrichtung, so dass eine Ritzung 3 durchgeführt werden kann.
Das Ritzwerkzeug 20 ist demnach durch Drehen der Schneidkante 21 in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Glassubstrates 1 und/oder durch Kippen der Schneidkante 21 in der Neigung von seiner Ist-Ausrichtung in die erforderliche Soll-Ausrichtung zur Erzeugung eines optimalen Anrisses ausgerichtet. Das Kippen der Schneidkante 21 erfolgt gemäß der in der 1 mit „X“ gekennzeichneten Drehachse. Das Kippen führt dazu, dass der Winkel, der sich aus einer Geraden entlang der Schneidkante und der Verfahrrichtung A ergibt, verändert werden kann. Hierdurch kann ein vorbestimmter Winkel eingestellt werden, welcher die Neigung der Schneidkante zur Verfahrrichtung angibt.
Während die schematische Darstellung einen einzelnen Ritzkopf andeutet, werden dagegen in der Praxis häufig auch Mehrfachanordnungen vorgesehen, um gleichzeitig mehrere Ritzungen herzustellen.
Zusätzlich ist bei dem Ritzwerkzeug 20 ein Kanal 25 vorgesehen, welcher auf die rückwärtige Seite des Ritzwerkzeuges führt und eine Absprengflüssigkeit zu der vom Ritzwerkzeug gebildeten Ritzung 3 fördert. Dadurch wird die Ritzung 3 mit Absprengflüssigkeit benetzt. Hierdurch wird auf dem Glassubstrat 1 ein Feuchtigkeitsfilm ausgebildet. Um das nachfolgende Vereinzeln zur Erzeugung von Dünnglasplatten zu unterstützen, wird dieser Feuchtigkeitsfilm bis zu dessen wenigstens teilweisen Verdampfen erhitzt mit der Folge der Spaltung der Ritzungen zu dem kleineren Format. Das Vereinzeln kann direkt nach dem Aufbringen des Anrisses erfolgen oder auch zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise während einer späteren Weiterverarbeitung. Hierzu ist für den Abtrennvorgang ein Brennerkopf mit einer kleinen Flamme vorgesehen, deren Spitze entlang der Ritzungen 3 auf der Unterseite geführt wird, um das Glassubstrat dort örtlich zu erhitzen und die Absprengflüssigkeit zum Verdampfen zu bringen. Die dadurch entwickelte Sprengkraft in den Anrissen 3 spaltet und teilt das Glassubstrat in die einzelnen Dünnglasplatten auf.
In 2 ist schematisch eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines vorgeritzten Glassubstrates 1 gezeigt. Das abgebildete Glassubstrat 1 ist ein ultradünnes Glas mit einer Dicke von höchstens 150 µm. Die Oberseite des Glassubstrates 1 ist musterartig mit Ritzspuren 2 versehen, welche entlang der bereits erzeugten Anrisse 3 verlaufen und die zu vereinzelnden Dünnglasplatten voneinander abgrenzen.
Die Längsrichtung des Glassubstrates 1, in der 2 mit „y“ gekennzeichnet, entspricht dabei derjenigen Achse, um die das Ritzwerkzeug 20 gedreht werden kann, um von der Ist- in die Soll-Ausrichtung überführt zu werden. Die mit „x“ gekennzeichnete Querrichtung des Glassubstrates 1 entspricht derjenigen Achse, um die das Ritzwerkzeug 20 gekippt werden kann, um die Neigung in Verfahrrichtung zu ändern. Das Ritzwerkzeug 20 kann demnach um Achsen gedreht werden, welche parallel zu den beiden horizontalen Richtungen des Glassubstrates 1 verlaufen.
Schließlich zeigt die 3 eine schematische Draufsicht auf ein teilgeritztes Glassubstrat 1. Das Ritzwerkzeug 20 umfasst vorzugsweise zumindest einen Diamanten 4 mit Schneidkanten 21. Des Weiteren kann der Diamant 4 um die in 3 mit „z“ gekennzeichneten Achse rotieren. Diese Rotation ermöglicht eine Ausrichtung der Schneidkante 21 in die Bewegungsrichtung „A“ des Ritzwerkzeuges 20 und dient somit zur Schneidkrafteinstellung.
Die zum Ritzen aufzubringende Schneidkraft ist sehr gering und liegt im Fall von Dünnglas mit einer Dicke von weniger als 400 µm bei höchstens 1 N. Im Fall von ultradünnen Glassubstraten 1 mit einer Dicke in einem Bereich von 50 bis 150 µm liegt die aufzubringende Schneidkraft, je nach Schneidwinkel und Diamantengeometrie, bei höchstens 0,7 N, vorzugsweise höchstens 0,5 N. Im Fall von noch dünneren Glassubstraten liegt die erforderliche Schneidkraft noch darunter, etwa bei 0,3 N.
Dabei wird während der Ritzung eine möglichst konstante Schneidkraft aufgebracht, die sich während des Ritzvorganges um höchstens 0,05 N, bevorzugt um weniger als 0,025 N, ändert, um einen möglichst konstant ausgebildeten Anriss 3 zu erzeugen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges zum Ritzen von Glassubstraten entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens vorgesehen, welche eine Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) umfasst.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine antreibbare Zustelleinheit, das Ritzwerkzeug 20 sowie einen Antriebsmechanismus zum Ziehen des Ritzwerkzeuges entlang des vorbestimmten Ritzweges. Hierzu kann ein antreibbarer Zustellschlitten vorgesehen sein. Das Ritzwerkzeug 20 ist entlang der horizontalen Richtungen x und y verfahrbar. Für die Verstellung in z-Richtung ist ein Zustellschlitten vorgesehen, der vorzugsweise einen Präzisionsantrieb umfasst. Durch einen Schneidkopf mit Präzisionsantrieb, wie er etwa in dem Dokument DE 10 2014 117 641.3 offenbart ist, kann die Anpress-Ritzkraft des Ritzwerkzeugs 20 auf das Glassubstrat 1 erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung mit einer Positionsmesseinrichtung zur Messung der Ist-Ausrichtung der Geometrie der zumindest einen Schneidkante des Ritzwerkzeuges relativ zum Ritzweg und zur zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates ausgestattet, welche eine Strahlungsquelle 10 und einen Photodetektor 11 umfasst.
Schließlich ist eine Rechnereinheit zum Ermitteln von Vorgabewerten zur Ausrichtung des Ritzwerkzeuges von der Ist- in die Soll-Ausrichtung vorgesehen.
Zur Ausrichtung des Ritzwerkzeuges 20 ist eine mechanische Einrichtung zur Feinjustierung des Ritzwerkzeuges 20 vorgesehen, welche ein Kippen des Ritzwerkzeuges 20 in der Neigung zum zu ritzenden Glassubstrat 1 und ein Drehen des Ritzwerkzeuges 20 in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des zu ritzenden Glassubstrates 1 erlaubt.
Die Ausrichtung des Ritzwerkzeuges kann auch automatisiert erfolgen. Hierzu ist eine Prozesskontrolle mit einem Regelkreis vorgesehen, dem die Messeinrichtung, ein Ist-Soll-Regler und der Präzisionsantrieb sowie die Einrichtung zur Feinjustierung angehören. Der Ist-Soll-Regler enthält einen Sollwertspeicher zur Eingabe und Speicherung von Sollwerten bezüglich der Ausrichtung der Schneidkante. Die Sollwerte können von dem Material und der Geometrie der Schneide, der Dicke des Glassubstrates 1, der Glasart, den Umgebungsbedingungen sowie der Schneidunterlage abhängen.
Anhand der gemessenen Ist-Ausrichtung der Schneidkante 21 des Ritzwerkzeuges 20 und Vergleich mit den hinterlegten Werten für die Soll-Ausrichtung der Schneidkante 21 wird die Einrichtung zur Feinjustierung mit Antrieben ausgestattet und derart angetrieben, dass die Differenzen in der Ausrichtung der Schneidkante 21 minimiert werden.
Sobald die Soll-Ausrichtung der Schneidkante 21 erreicht ist, wird ein Signal an den Präzisionsantrieb gegeben und das Ritzwerkzeug 20 auf die Oberfläche des Glassubstrates geführt. Nach Aufbringen der vorgesehenen Schneidkraft treibt der Antriebsmechanismus den Zustellschlitten entsprechend dem vorgesehenen Ritzweg an, so dass ein Anriss entlang dem vorgesehenen Ritzweg erzeugt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung können Dünnglasplatten und ultradünne Glasplatten mit einer Dicke zwischen 400 µm und 10 µm, vorzugsweise von höchstens 150 µm, erzeugt werden. Es können aber auch vorgeritzte Glassubstrate mit folgenden Merkmalen hergestellt werden:

– die Dicke des Glassubstrates liegt in einem Bereich zwischen 400 µm und 10 µm, vorzugsweise bei höchstens 150 µm,
– die Ritztiefe beträgt zwischen 1/20 und 1/5 der Dicke des Glassubstrates, und
– die Kantenfestigkeit des zumindest einen Anrisses beträgt wenigstens 300 MPa.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014110855 [0022]
DE 102014117641 [0042, 0065]

Claims

Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges und zum Ritzen eines Glassubstrates entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens, mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen des Glassubstrates mit einer ebenen Oberfläche, b. Bereitstellen und Heranführen eines mechanischen Ritzwerkzeuges an das Glassubstrat, wobei das Ritzwerkzeug das Glassubstrat noch nicht berührt, c. Vor-Ausrichten der Schneidkante des Ritzwerkzeuges in Verfahrrichtung, d. Ermittlung der Ist-Position von mindestens einer Schneidkante des Ritzwerkzeuges mittels eines Positionsmessverfahrens, e. Ausrichten des Ritzwerkzeuges durch Ändern der Ist-Ausrichtung der Schneidkante mittels Drehen der Schneidkante in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Glassubstrates und/oder Kippen der Schneidkante in der Neigung, um die Schneidkante des Ritzwerkzeuges in die gewünschte Soll-Ausrichtung relativ zur Verfahrrichtung zu bringen.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Ausrichtung der Schneidkante des Ritzwerkzeuges in die Soll-Ausrichtung die Schneidkante des Ritzwerkzeuges auf die Oberfläche des Glassubstrates im Bereich des Ritzweges aufgesetzt und mit einer vorbestimmten Schneidkraft beaufschlagt wird.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante entlang dem geplanten Ritzweg relativ zu der zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates bewegt wird, um einen Anriss zu erzeugen.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmessverfahren eine Strahlquelle zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung umfasst.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmessverfahren einen Detektor, vorzugsweise einen Photodetektor, zum Empfang von an dem Ritzwerkzeug reflektierter elektromagnetischen Strahlung umfasst.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle eine Punktlichtquelle umfasst.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle in Verfahrrichtung angeordnet und ausgebildet ist zum Bestrahlen der zumindest einen Schneidkante des Ritzwerkzeuges zum Erfassen der Ist-Ausrichtung der Geometrie der Schneidkante relativ zum Ritzweg und zur zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor angeordnet und ausgebildet ist zum Erfassen zumindest eines Teiles der an der Schneidkante reflektierten elektromagnetischen Strahlung.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzwerkzeug eine Ritznadel, vorzugsweise eine Ritznadel mit einem Ritzdiamanten, umfasst.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritznadel im Bereich der Schnittkante mit einem spitzen Stumpf ausgebildet ist, vorzugsweise als Pyramiden-Stumpf, Tetraeder-Stumpf oder Oktaeder-Stumpf.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstart Dünnglas, insbesondere ultradünnes Glas (UTG) umfasst, vorzugsweise mit einer Dicke von höchstens 400 µm, höchstens 150 µm, höchstens 100 µm, höchstens 50 µm, höchstens 30 µm, höchstens 20 µm, höchstens 10 µm.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausrichten des Ritzwerkezuges eine Einrichtung zur Feinjustierung vorgesehen ist.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Schneidkraft höchstens 1 N, bevorzugt höchstens 0,7 N und besonders bevorzugt höchstens 0,5 N beträgt.
Verfahren zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung von der vorbestimmten Schneidkraft höchstens 0,05 N, bevorzugt weniger als 0,025 N, und besonders bevorzugt weniger als 0,01 N während eines Ritzvorganges beträgt.
Vorrichtung zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges zum Ritzen von Glassubstraten entlang eines vorbestimmten Ritzweges zwecks Ritzbrechens nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, umfassend: – eine Werkzeugmaschine, – eine antreibbare Zustelleinheit, – einen Schneidkopf, – ein Ritzwerkzeug, – einen Antriebsmechanismus zum Ziehen des Ritzwerkzeuges entlang des vorbestimmten Ritzweges, – eine Positionsmesseinrichtung zur Messung der Ist-Ausrichtung der Geometrie der zumindest einen Schnittkante des Ritzwerkzeuges relativ zum Ritzweg und zur zu ritzenden Oberfläche des Glassubstrates, – einer mechanischen Einrichtung zur Feinjustierung des Ritzwerkzeuges anhand der Vorgabewerte, um das Ritzwerkzeug mittels Kippens oder Drehens aus der Ist-Ausrichtung in die vorbestimmte Soll-Ausrichtung zu bringen.
Vorrichtung zum Ausrichten eines Ritzwerkzeuges nach vorstehendem Anspruch, ferner umfassend eine Rechnereinheit zum Ermitteln von Vorgabewerten zum Ausrichten des Ritzwerkzeuges.
Vorgeritztes Glassubstrat mit folgenden Merkmalen: – die Dicke liegt in einem Bereich zwischen 400 µm und 10 µm, vorzugsweise bei weniger als 150 µm, – die Ritztiefe beträgt zwischen 1/20 und 1/5 der Materialdicke, und – die Kantenfestigkeit des zumindest einen Anrisses beträgt wenigstens 300 MPa.