DE102016201910A1 - Creation of a transparent surface for the use of a laser-based separation process - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, welches eine Transparenzsteigerung matter, da bearbeiteter Oberflächen ermöglicht. Insbesondere betrifft die Erfindung die Nutzbarmachung eines lasergestützten Verfahrens zur Materialtrennung bei Materialien mit ansonsten unzureichend transparenten Oberflächen.The subject matter of the present invention is a process which makes it possible to increase the transparency of dull since machined surfaces. In particular, the invention relates to the utilization of a laser-assisted method for material separation in materials with otherwise insufficiently transparent surfaces.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches eine Transparenzsteigerung matter, da bearbeiteter Oberflächen ermöglicht. Insbesondere betrifft die Erfindung die Nutzbarmachung eines lasergestützten Verfahrens zur Materialtrennung bei Substraten mit ansonsten unzureichend transparenten Oberflächen.The invention relates to a method which allows an increase in transparency of dull since processed surfaces. In particular, the invention relates to the utilization of a laser-assisted method for material separation in substrates with otherwise insufficiently transparent surfaces.
Der Prozess des Lasertrennens wie er beispielsweise in der
Das eigentliche Trennen erfolgt dann durch Rissbildung entlang der beschriebenen Sollbruchfläche. Hierzu werden durch starkes lokales Erhitzen entlang der Perforation mittels eines CO2-Lasers thermische Spannungen erzeugt.The actual separation then takes place by cracking along the predetermined breaking surface described. For this purpose, thermal stresses are generated by strong local heating along the perforation by means of a CO 2 laser.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass die Transparenz einer bearbeiteten, beispielsweise einer gesägten, geschliffenen, geläppten, gehonten und/oder mit einem vorherigen Lasertrennprozess bearbeiteten Substratoberfläche für diesen Trennprozess nicht ausreichend ist. Der Laserstrahl wird an der Oberfläche zu stark gestreut bzw. reflektiert. Es wäre zwar möglich die Transparenz mittels einer Politur zu erhöhen. Eine solche ist jedoch teuer und aufwändig.Applicant's experiments have shown that the transparency of a processed, for example a sawn, ground, lapped, honed and / or substrate surface processed with a previous laser separation process is not sufficient for this separation process. The laser beam is scattered or reflected too much on the surface. It would be possible to increase the transparency by means of a polish. However, such is expensive and expensive.
Zudem treten beim laserbasierten Schneiden im Randbereich von transparenten Bauteilen, insbesondere von solchen mit einer Dicke von über 4 mm, Probleme auf. Da hier ein Übergang von zwei Medien (Luft und Keramik) vorliegt, strahlt ein Teil am Bauteil „vorbei“, sodass nicht genügend Laserenergie in das Material eingebracht werden kann. Der erforderliche Abstand vom Randbereich des entsprechenden Bauteils führt dabei zu einem entsprechenden Materialverlust.In addition, problems occur in laser-based cutting in the edge region of transparent components, in particular of those with a thickness of more than 4 mm. Since there is a transition from two media (air and ceramic), a part of the component "overshoots", so that not enough laser energy can be introduced into the material. The required distance from the edge region of the corresponding component leads to a corresponding loss of material.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die Transparenz bearbeiteter, insbesondere gesägter, geschliffener, geläppter, gehonter und/oder mit einem vorherigen Lasertrennprozess bearbeiteter Substratoberflächen zu erhöhen, so dass eine Lasertrennbearbeitung mittels Filamenterzeugung ermöglicht wird. Die bearbeiteten Substratoberflächen weisen eine Transparenz von höchstens 40% auf, insbesondere von 10 bis 40%, wodurch eine gezielte Lasertrennbearbeitung schwierig bis unmöglich ist. Die Rauigkeit Ra ist bevorzugt kleiner 1 µm.The object of the invention was therefore to increase the transparency of processed, in particular sawn, ground, lapped, honed and / or processed with a previous laser cutting process substrate surfaces, so that a laser cutting processing is made possible by means of filament production. The processed substrate surfaces have a transparency of at most 40%, in particular from 10 to 40%, whereby a targeted laser cutting processing is difficult to impossible. The roughness Ra is preferably less than 1 μm.
Zudem sollte ein Verfahren bereitgestellt werden, das das laserbasierte Schneiden im Randbereich von transparenten Bauteilen ermöglicht. Der Randbereich umfasst den Bereich des Substrats, der einen Abstand von 0–5 mm zum Rand des Substrats aufweist, Der Randbereich an sich ist dabei abhängig von der Dicke des Substrats, d.h. je dicker das Substrat ist, desto tiefer muss sich die Filamentspur im Material befinden, wodurch der Randbereich, indem sich keine Filamente ausbilden, immer breiter wird.In addition, a method should be provided which enables laser-based cutting in the edge region of transparent components. The edge region comprises the region of the substrate which is at a distance of 0-5 mm from the edge of the substrate. The edge region per se is dependent on the thickness of the substrate, i. The thicker the substrate is, the deeper the filament trace must be in the material, whereby the edge area, in which no filaments form, becomes wider and wider.
Die Aufgabe wird gelöst, indem durch das Aufbringen geeigneter Materialien, wie Flüssigkeiten und/oder Folien die Transparenz der Oberfläche des zu trennenden Substrats derart erhöht wird, dass eine Lasertrennbearbeitung mittels Filamenterzeugung ermöglicht wird. Die Transparenz wird dabei mindestens um den Faktor 2 erhöht, insbesondere um den Faktor 2 bis 10.The object is achieved by the transparency of the surface of the substrate to be separated is increased by the application of suitable materials, such as liquids and / or films such that a laser cutting processing is made possible by means of filament production. The transparency is thereby increased by at least a factor of 2, in particular by a factor of 2 to 10.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Substrate für ein lasergestützten Verfahrens zur Materialtrennung nutzbar zu machen, welche im Bereich der Wellenlänge des verwendeten Laser transparent sind. Geeignete Substrate sind beispielsweise Saphir, transparente Keramiken, Glas, Siliziumcarbid sowie Silizium.By means of the method according to the invention, it is possible to make use of substrates for a laser-supported method for material separation, which are transparent in the region of the wavelength of the laser used. Suitable substrates are, for example, sapphire, transparent ceramics, glass, silicon carbide and silicon.
Bevorzugt werden Materialien, wie Flüssigkeiten und/oder Folien aufgebracht, welche einen dem zu trennenden Substrat vergleichbaren Brechungsindex aufweisen, und es daher zu keiner nennenswerten Beugung des Lasers kommt. Der Unterschied im Brechungsindex sollte weniger als 0,1 betragen, vorzugsweise weniger als 0,05. Preferably, materials, such as liquids and / or films are applied, which have a comparable refractive index to the substrate to be separated, and therefore there is no significant diffraction of the laser. The difference in refractive index should be less than 0.1, preferably less than 0.05.
Das Aufbringen von Folien erfolgt beispielsweise durch Kleben, die Aufbringung von Flüssigkeiten beispielsweise durch Sprühen, Tauchen und/oder Pinseln. Die erzeugten Schichten sind dabei vorteilhafterweise so dünn wie möglich.The application of foils takes place for example by gluing, the application of liquids, for example by spraying, dipping and / or brushing. The layers produced are advantageously as thin as possible.
Eine geeignete Folie ist beispielsweise Tesafilm®. Geeignete Flüssigkeiten sind im allgemeinen Polymere. Dazu zählen Flüssigkeiten die aushärten und eine feste Schicht bilden, wie beispielsweise bestimmte Kleber, aber auch Flüssigkeiten, die flüssig oder viskos bleiben, wie Wachse und/oder Öle.A suitable film is, for example, Scotch Tape ®. Suitable liquids are generally polymers. These include liquids that cure and form a solid layer, such as certain adhesives, but also liquids that remain liquid or viscous, such as waxes and / or oils.
Das Aufbringen einer erfindungsgemäßen Beschichtung geht in der Regel mit einer Steigerung der Transparenz von etwa 10 bis 40 % (unbeschichtet) auf über 60 %, bevorzugt über 70%, besonders bevorzugt über 80% (beschichtet) einher.The application of a coating according to the invention is generally accompanied by an increase in the transparency of about 10 to 40% (uncoated) to more than 60%, preferably more than 70%, particularly preferably more than 80% (coated).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich die erfindungsgemäße Beschichtung nach erfolgter Materialtrennung wieder entfernen, beispielsweise durch Abziehen, thermisch, mit Wasser und/oder einem geeigneten Lösemittel. Auch der Einsatz von Ionen- oder Plasmastrahlreinigungstechnologien ist denkbarAccording to a preferred embodiment, the coating according to the invention can be removed again after the material has been separated, for example by stripping, thermally, with water and / or a suitable solvent. Also the Use of ion or plasma jet cleaning technologies is conceivable
Gemäß einer Ausführungsform wird mindestens ein Kleber aufgebracht, insbesondere aufgesprüht, wobei dieser mindestens eine Kleber aushärtet und einen dem zu trennenden Material vergleichbaren Brechungsindex aufweist.According to one embodiment, at least one adhesive is applied, in particular sprayed on, wherein it cures at least one adhesive and has a refractive index comparable to the material to be separated.
Das laserbasierte Schneiden im Randbereich eines transparenten Bauteils wird ermöglicht, indem das Bauteil mit einem anderen transparenten Werkstoff verklebt wird. Dies geschieht vorzugsweise mittels eines Klebers, welcher einen dem Bauteil vergleichbaren Brechungsindex aufweist. Durch das zusätzliche angeklebte Material kann die gesamte Laserleistung in das zu schneidende transparente Bauteil eingebracht werden.The laser-based cutting in the edge region of a transparent component is made possible by the component is glued to another transparent material. This is preferably done by means of an adhesive which has a refractive index comparable to the component. Due to the additional glued material, the entire laser power can be introduced into the transparent component to be cut.
Die vorliegende Erfindung soll durch das folgende nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiel verdeutlicht werden.The present invention shall be clarified by the following non-limiting embodiment.
Beispielexample
Eine gesägte Probe an sich transparenter Keramik wird an der Oberseite zum Teil mit Tesafilm®-Streifen beklebt. Die Transparenz der Probe wird durch die Beklebung auf dem beklebten Teil der Oberfläche deutlich gesteigert. Die Außenränder der Probe sind nicht beklebt. Am beklebten Bereich des Substrats wurde die Lasertrennung im Vergleich zum nicht beklebten Teil getestet. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse des Trennungsprozesses mittels Laser an der beklebten Seite möglich ist, während an dem nicht beklebten Teil der Probe keine befriedigende Trennung erreicht werden konnte.A sawn sample of transparent ceramics is partially covered on the top with Tesafilm ® strips. The transparency of the sample is significantly increased by the gluing on the pasted part of the surface. The outer edges of the sample are not covered. On the pasted area of the substrate, the laser separation was tested in comparison to the non-pasted part. It can be seen that the results of the laser separation process are possible on the adhered side, while no satisfactory separation could be achieved on the non-adhered part of the sample.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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