DE102017106372A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes und ein dadurch hergestelltes Werkstück - Google Patents

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes und ein dadurch hergestelltes Werkstück Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines eine insbesondere durch Trennen erzeugten Außenkontur oder Innenkontur aufweisenden Werkstückes (1) mittels eines Laserstrahles. Dabei werden zugleich in einem einzigen unterbrechungsfreien Verfahrensschritt auch solche Verbindungsbereiche erzeugt, in welchen das Material (2) des Werkstückes (1) nicht durchtrennt wird, sondern vielmehr eine Materialschwächung (4) eingebracht wird, die als Sollbruchstelle in dem Werkstück (1) dient. Im Anschluss an die Modifikation des Werkstückes (1) mittels des Laserstrahles wird das Werkstück (1) in einem Ätzbad einer Ätzbehandlung unterzogen, wobei die Behandlung auf die Oberflächenbereiche beschränkt ist, welche die Modifikationen einschließen. Dadurch sind derart behandelte Werkstücke (1) weitaus belastbarer und zeigen auch bei den üblichen Umgebungseinflüssen im Gebrauch des Erzeugnisses keine Ausfallerscheinungen, die auf Mikrorisse zurückzuführen wären. Weiterhin verläuft die Materialschwächung (4) nach innen versetzt, wodurch ein optimaler Schutz vor äußeren Einwirkungen erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Werkstückes entlang einer Außenkontur und/oder einer Innenkontur durch eine Relativbewegung eines Laserstrahles und des Werkstückes entlang einer vorgegebenen Bearbeitungskontur und die Abgabe von Laserpulsen während der Bewegung mit vorgegebenem räumlichen und/oder zeitlichen Abstand, wobei die Parameter der Laserpulse so gewählt sind, dass das Werkstück lokal in einem Volumen des Werkstückes modifiziert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit dem Verfahren hergestelltes Werkstück.
  • Ein solches Verfahren ist zur Anbringung von Sollbruchkanten an einem plattenförmigen Werkstück bekannt, wobei auf das Werkstück mit einem elektromagnetischen Strahl hoher Leistungsdichte örtlich entlang der vorgesehenen Sollbruchstelle eingewirkt wird. Der Strahl wird dabei in einem Wirkvolumen im Inneren des Werkstückes mit Abstand von dessen Oberfläche fokussiert und die Sollbruchstelle durch Aneinanderreihung von Wirkvolumina gebildet.
  • In dem Werkstück, das für den Strahl durchlässig ist, wird der Strahl in jedem Wirkvolumen fokussiert, wobei oberhalb eines materialspezifischen Kennwertes der Leistungsdichte eine Energieabsorption stattfindet. Die absorbierte Energie wird zum größten Teil in Wärme umgesetzt, wodurch sich innerhalb des Wirkvolumens das Material des Werkstückes örtlich rasch aufwärmt. Unter dem Wärmeeinfluss verändert sich die Werkstoffstruktur und in der Folge eines Aufbrechens von Molekülen oder der Bildung von Gaskavitäten wird eine Schwächung der Festigkeit in diesem Wirkvolumen erzielt.
  • Durch eine Aneinanderreihung von Wirkvolumina wird die Sollbruchstelle innerhalb des Werkstückes gebildet. Die Sollbruchkante kann dabei in beliebigem Abstand von der Oberfläche des Werkstückes vorgesehen sein, indem der Strahl in entsprechender Eindringtiefe im Werkstoff fokussiert wird und so jedes Wirkvolumen dort hingelegt wird.
  • Zweckmäßig wird zur Anbringung von Sollbruchkanten innerhalb des Werkstückes ein Laserstrahl eingesetzt. Die Materialerwärmung aufgrund der Absorption der Laserstrahlung in dem Wirkvolumen führt bei mineralischen Gläsern und ähnlichen Materialien zur Bildung von Rissen und Kavitäten im Material. In dem Material, welches die zur Anbringung von Sollbruchkanten geschwächten Bereiche umgibt, treten aufgrund der Hohlraumbildung und Materialverdrängung in den Wirkvolumina Druckspannungen auf, welche die definierte Trennbarkeit im Bereich der Sollbruchkante unterstützen.
  • Derartige Sollbruchstellen werden beispielsweise an plattenförmigen Werkstücken vorgesehen, um später durch Biegung oder ähnliche Materialbeanspruchung des Werkstückes auf einfache Weise mit einer vordefinierten Bruchkante zu trennen. Hierzu wird die Wandstärke des Werkstückes verringert und so die Biegesteifigkeit des Werkstückes im Bereich der Sollbruchstelle geschwächt.
  • Aus der DE 197 28 766 C1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Sollbruchstelle bei einem Glaskörper bekannt, bei dem auf den Glaskörper mit einem Strahl hoher Leistungsdichte eingewirkt wird, wobei der Strahl in einem Wirkvolumen im Inneren des Glaskörpers mit Abstand von dessen Oberfläche fokussiert wird.
  • Bei der DE 199 57 317 C2 wird der Laserstrahl in ein Wirkvolumen fokussiert, welches ebenfalls innerhalb einer Glasplatte mit Abstand zu der Oberfläche der Glasplatte liegt. Zur Anbringung der Sollbruchkante wird die Glasplatte relativ zum Werkzeugkopf bewegt. Entlang der vorgesehenen Sollbruchkante können mehrere Wirkvolumina entlang der Sollbruchkante, jedoch in unterschiedlichen Abständen zur Oberfläche bearbeitet werden. Die Fokussierung des Laserstrahles in verschiedene Eindringtiefen ergibt dabei in Überdeckung liegende Wirkvolumina, wodurch insbesondere bei größeren Materialstärken perforierte Sollbruchstellen ausgebildet werden können, die eine Trennung mit sauberen Bruchkanten ermöglichen.
  • Aus WO 2012/006736 A2 ist bekannt, dass man mit dem Kerr-Effekt die Bildung von Filamenten in Glas als irreversible Schädigungen verursachen kann. Die Aneinanderreihung solcher Schädigungen in Glas ermöglicht das Trennen von transparenten Substraten. Ein Filament entsteht durch einen ultrakurzen Laserpuls. Dabei erlebt der Laserstrahl im Inneren des Glases infolge des Kerr Effektes eine Selbstfokussierung.
  • Die DE 102 13 044 B3 beschreibt ein Verfahren zum Schneiden oder Bohren von Material. Auch hier wird der durch hochintensive ultrakurze Laserpulse auftretende nichtlineare optische Effekt ausgenutzt, um mittels der alternierenden Fokussierung und Defokussierung des Laserstrahles ein Filament zu erzeugen. Ein Filament ist demnach ein durch ein hochintensives Laserlichtbündel erzeugter Kanal kleinen Durchmessers.
  • Weiterhin beschreibt das Dokument DE 10 2006 042 280 A1 ein Verfahren zur Bearbeitung von transparentem Material mit einem Laser. Hiernach werden ultrakurze Laserimpulse genutzt.
  • Die DE 10 2014 109 792 A1 offenbart bereits ein Verfahren zum Erzeugen eines langzeitstabilen Anrisses auf der Oberfläche eines Elementes aus sprödharten Material, beispielsweise Glas, zur Vorbereitung für ein späteres Trennen und Vereinzeln auch sehr dünner Elemente. Insbesondere sollen das Einbringen der Oberflächenschädigung bzw. das Erzeugen des Anrisses und das Brechen zum Trennen zeitlich unabhängig voneinander erfolgen können, ohne dass es zu Nachteilen oder Qualitätseinbußen beim Brechen oder zu ungünstigen Bruchkanten kommt. Die Oberflächenschädigung kann mittels mechanischer oder chemischer Verfahren, beispielsweise durch Ätzen, oder durch Laserstrahlung als ein Sackloch erzeugt werden.
  • Das Trennen und Brechen, das beispielsweise für das Vereinzeln von auf dieser Weise modifizierten Substraten erforderlich ist, ist dagegen bisher noch nicht ausreichend industriellen Prozessen zugänglich. Dieses Problem stellt sich insbesondere bei Substraten, umfassend vorgespannten Gläser oder Glaskeramiken, da diese aufgrund der Vorspannung zu einem unkontrollierten Brechen neigen, wenn sie mit ultrakurzer, gepulster Laserstrahlung bearbeitet werden.
  • Für einen industrialisierten Einsatz ist eine exakt vorherbestimmbare Trennfläche von wesentlicher Bedeutung, um Bruchkanten mit gleichbleibend hoher Qualität zu erzielen und die Stabilität und Sicherheit des Prozesses zu gewährleisten. Dies ist insbesondere im Falle von vorgespanntem Glas sehr schwierig, da die durch die Laserbestrahlung bewirkten Materialmodifikationen zum unkontrollierten Auftreten und Ausbreiten von Rissen führen können, sodass eine genaue Steuerung des Trennens sehr erschwert wird.
  • Die durch Selbstfokussierung hervorgerufenen Plasmaentstehungsstellen besitzen im Wesentlichen eine kugelsymmetrische Form mit kugelsymmetrischer Energieverteilung, was richtungsunabhängige statistisch verteilte Mikrorisse um das Plasmavolumen zur Folge hat. Dadurch ragen Risse auch in die spätere Bruchkante hinein und wirken sich festigkeitsmindernd aus.
  • Die DE 10 2012 110 971 A1 soll vor allem die Qualität der erzeugten Kanten durch eine geringere Konizität der einzelnen Filamentstrukturen verbessern und dadurch soll eine höhere geometrische Genauigkeit des Bearbeitungskanals und eine höhere Randfestigkeit der Bruchkante nach Trennen des Werkstückes erreicht werden.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes zu schaffen, mit dem sich eine wesentlich verbesserte Oberflächenbeschaffenheit der entlang der Sollbruchstelle entstandenen Bruchkante sowie der Trennfläche erreichen lässt. Insbesondere soll dabei die unerwünschte Entstehung von Mikrorissen in der Trennfläche vermieden werden. Weiterhin soll ein nach diesem Verfahren hergestelltes Werkstück geschaffen werden.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem nach der Modifikation des Werkstückes mittels des Laserstrahles das Werkstück in einem Ätzbad einer Ätzbehandlung unterzogen wird und dabei die Modifikationen geätzt werden.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch das Ätzen nach der Modifizierung und vor dem Brechen entlang der Sollbruchstelle bereits entlang einer die Modifikationen verbindenden Ebene das Material dahingehend zu verändern, dass die Bindungskräfte wesentlich vermindert sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Sollbruchstellen durch beabstandete Sacklöcher als lokal begrenzte Trennflächen und unbehandelten und somit unveränderten Bereichen des Werkstückes entlang der späteren Trennebene einander abwechseln, wird erfindungsgemäß über die gesamte Erstreckung der Sollbruchstelle bereits eine Reduzierung der Bindungskräfte erreicht. Dadurch sind einerseits die für das spätere Brechen des Werkstückes erforderlichen mechanischen Kräfte geringer, andererseits hat sich überraschend auch gezeigt, dass die Oberflächenbeschaffenheit der Trennfläche weitaus bessere Eigenschaften aufweist, insbesondere keine scharfen Bruchkanten und vor allem keine Mikrorisse mehr hat. Dies hat nach derzeitigem Kenntnisstand seine Ursache darin, dass die Wirkung des Ätzangriffes zu einer lokalen Umlagerung bzw. Umorganisation auf atomarer Ebene im Bereich der späteren Trennfläche führt, sodass die mechanische Krafteinwirkung beim Einbringen der Bruchkraft sich nicht ausgehend von der Bruchkante in das Material des Werkstückes hinein fortsetzt.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass in dem Werkstück mittels der Laserstrahlung zumindest eine das Werkstück nicht trennende Materialschwächung und hieran angrenzend zumindest eine das Werkstück trennende Schnittfläche zur Herstellung der Außen- oder Innenkontur in einem unterbrechungsfreien Verfahrensschritt während der fortlaufenden Relativbewegung vorbereitet und durch den anschließenden Ätzschritt erzeugt werden. Somit werden die Modifikationen für die Außen- oder Innenkontur und die Materialschwächung in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt, wobei insbesondere die Bearbeitungsgschwindigkeit im Bereich der Materialschwächung und der Schnittfläche entlang der Außenkontur zumindest im Wesentlichen übereinstimmt. Somit ergibt sich ein in der Praxis besonders schnell durchführbarer und zudem gut in die üblichen Produktionsabläufe integrierbarer Prozess.
  • Die Modifikationen können mit Einzelpulsen mit einer Pulsdauer von <10 ps erzeugt werden. Zudem können sie auch mit einzelnen Pulsfolgen erzeugt werden. Eine Pulsfolge besteht aus 2-20 Pulsen, die mit einer Wiederholrate im hohen Megahertzbereich von der Laserstrahlquelle abgegeben werden können. Die Wiederholrate hängt von der Bauform der Strahlquelle ab und beträgt z. B. zwischen 20 und 80 MHz.
  • Dabei hat es sich in der Praxis bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn beim Vorbereiten der Materialschwächung einerseits und der Schnittfläche anderseits die Leistung oder die Fokuslage der Laserstrahlung variiert wird, um so die Intensität der einwirkenden Laserstrahlung bezogen auf die Werkstückoberfläche mit geringem Aufwand variieren zu können. Obwohl sich dabei eine sprunghafte Änderung der so einstellbaren Parameter bereits als Erfolg versprechend erwiesen hat, um einen klar definierten Bereich und damit mit reproduzierbarer Genauigkeit abgrenzbare Materialschwächung als Sollbruchstelle zu erhalten, ist es darüber hinaus auch denkbar, einen Übergangsbereich zu schaffen, in dem andere als für die Schnittfläche oder die Materialschwächung bestimmte und geeignete Parametereinstellung der Laserstrahlung als Zwischenwerte genutzt werden. Hierdurch kann beim Einbringen der Bruchstelle entlang der Sollbruchstelle der Verlauf der Bruchfläche, insbesondere der Startpunkt der Bruchstelle und gegebenenfalls der geometrische Verlauf der Bruchfläche, gezielt beeinflusst und vorbestimmt werden.
  • Hierbei ist klarzustellen, dass die Materialschwächung und die Außen- oder Innenkontur erst durch den Ätzschritt tatsächlich entstehen. Die Parameter des Ätzschrittes müssen dabei nicht verändert werden, da die unterschiedlichen Bereiche bereits durch die Lasermodifikation definiert werden. Dabei hat es sich bereits als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Schnittflächen entlang einer Hüllebene angeordnet und durch zumindest einen Bereich, der zumindest eine Materialschwächung aufweist, unterbrochen sind, wobei die Materialschwächung zu dieser Hüllebene mit einem je nach Anwendungszwecke medial oder lateral bzw. nach innen oder außen gerichteten Abstand verläuft und vorzugsweise parallel zu dieser Hüllebene eingebracht wird. Dabei bestimmt sich die Richtung der zurückspringenden Anordnung danach, ob die Materialschwächung Bestandteil der Außenkontur, einer eine Ausnehmung in dem Werkstück einschließenden Innenkontur oder einer sonstigen Kontur ist. Insbesondere hängt der einzuhaltende Abstand nach Betrag und Richtung von der Einwirkung möglicher äußerer Einwirkungen, insbesondere mechanischer Krafteinwirkungen, im Gebrauch des Werkstückes ab.
  • Hierzu könnte die Materialschwächung an die Schnittfläche beispielsweise in einem bogenförmigen Verlauf anschließen. Besonders Erfolg versprechend ist es dabei, wenn die Laserstrahlung in einem Übergangsbereich zwischen der Schnittfläche und der Materialschwächung entlang einer stetig verlaufenden Bearbeitungslinie auf das Werkstück gelenkt wird. Dadurch werden nach der durch die mechanische Krafteinleitung bewirkten späteren Trennung entlang der Sollbruchstelle wesentlich bessere Oberflächeneigenschaften erreicht als bei unstetigen Übergängen zwischen der Materialschwächung und der Schnittfläche. Zudem hat sich dabei die Einhaltung minimaler Radien von mehreren Millimeter im Verlauf der linienförmigen Materialschwächung als praxisgerecht erwiesen.
  • Die Materialschwächung kann durch lokale Schädigungen im Inneren des Werkstückes erreicht werden, sodass die Oberfläche des Werkstückes im Bereich der Materialschwächung unverändert erhalten bleibt. Besonders zweckmäßig ist hingegen eine Abwandlung der Erfindung, bei welcher in das Werkstück einseitig oder beidseitig Blindlöcher oder Durchgangslöcher in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen als Materialschwächung, insbesondere als Perforation, eingebracht werden. Hierdurch lässt sich eine definierte und steuerbare Einwirkung während der Ätzbehandlung erreichen, indem die der ätzenden Substanz, insbesondere in einem Ätzbad, ausgesetzte Oberfläche des Werkstückes durch die Art und Beschaffenheit sowie auch die Anzahl der von außen zugänglichen Löcher eingestellt wird.
  • Dabei hat es sich bereits als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn während der Ätzbehandlung zumindest Teile der Fläche des Werkstückes mit einem Ätzresist, beispielsweise einer Polymerfolie, gegenüber der Ätzwirkung geschützt werden, sodass deren Wirkung lokal auf die gewünschten Flächenbereiche beschränkt werden kann. Das Ätzresist kann hierzu beispielsweise eine Maskierung aufweisen und lediglich diejenigen Bereich aussparen, welche die Modifikation mit geringem Abstand einschließen.
  • Die Trennung entlang der Sollbruchstelle in dem Werkstück erfolgt bevorzugt durch eine insbesondere mechanische Krafteinwirkung entlang der Materialschwächung. Es sind darüber hinaus auch bereits Überlegungen angestellt worden, den Bruch durch eine Schwingungsanregung herbeizuführen, beispielsweise auch berührungslos durch eine Schallinduzierung.
  • Obwohl sich in der Praxis bereits eine Vielzahl von Strahlungsquellen und Wellenlängen als grundsätzlich geeignet erwiesen haben, haben sich für das Werkstück im Wesentlichen transparente Wellenlängen der Laserstrahlung bereits als besonders geeignet erwiesen. Dadurch können die Modifikationen beispielsweise im Inneren des Werkstückes zwischen zwei Außenflächen oder dort beginnend bis zu einer Werkstückoberfläche fortgesetzt eingebracht werden.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch durch ein Erzeugnis mit zumindest einem ersten Bereich mit einer Schnittfläche und zumindest einem zweiten Bereich mit einer zwei beabstandete Schnittflächen verbindende, das Werkstück nicht trennende, durch eine Modifikation mittels Laserstrahlung und einer Ätzbehandlung gebildete Materialschwächung gelöst, indem die Materialschwächung zu einer die benachbarten Schnittflächen verbindenden Hüllebene mit einem Abstand, insbesondere parallel zu der Hüllebene, angeordnet ist. Durch die Ätzbehandlung werden erstmals unerwünscht auftretende Spannungen in dem Material des Werkstückes signifikant reduziert und diese zudem durch die versetzt verlaufende Anordnung der Materialschwächung so eingebracht, dass diese bei der weiteren Bearbeitung des Erzeugnisses ebenso wie im praktischen Einsatz keiner oder nur in wesentlich verringertem Umfang äußeren Krafteinwirkungen ausgesetzt sind. Auf diese Weise kann beispielsweise besonders ein Glaswafer hergestellt werden, aus dem entlang der Materialschwächung Glaschips vereinzelt werden.
  • Figurenliste
  • Ein Glassubstrat vom Typ Schott AF 32 eco der Dicke 300 µm wird entlang einer kreisförmigen Kontur mit einem Durchmesser von 5 mm mit Laserstrahlung entsprechend des beanspruchten Verfahrens modifiziert. Für einen 200 µm langen Teil der Kontur wird die Fokuslage um 100 µm angehoben. Anschließend wird das Glassubstrat für 15 min in 5 % Flusssäure HF geätzt. Dabei wird die Modifikation zu einer Schnittfuge von 30 µm Breite aufgeätzt. In dem Teil der Kontur, in dem die Fokuslage angehoben wurde, werden lediglich Sacklöcher erzeugt, die später das Abbrechen des kreisförmigen Ausschnittes vereinfachen.
  • Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
    • 1 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Materialschwächung versehenes, durch eine umfangsseitige Schnittfläche in dem Material begrenztes Werkstück;
    • 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Werkstückes;
    • 3 eine vergrößerte geschnittene Ansicht des Werkstückes im Bereich der Materialschwächung;
    • 4 eine weitere Variantes des Werkstückes mit einer Materialschwächung;
    • 5 weitere Varianten des Werkstückes mit einer jeweiligen Materialschwächung.
  • 1 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Werkstück 1, nämlich ein zur Vereinzelung aus dem als Material 2 dienenden Glaswafer zu einem Glaschip. Bei dem Verfahren wird zunächst in einem einheitlichen Verfahrensschritt in dem Werkstück 1 mittels der Laserstrahlung einer nicht gezeigten Strahlquelle eine Schnittfläche 3 als Außenkontur erzeugt. Dabei werden zugleich in einem einzigen unterbrechungsfreien Verfahrensschritt auch Verbindungsbereiche zwischen einzelnen Abschnitten der Schnittfläche 3 erzeugt, in welchen das Material 2 nicht durchtrennt wird, sondern vielmehr eine Materialschwächung 4 eingebracht wird, die jeweils als Sollbruchstelle in dem Werkstück 1 dient.
  • Die Modifikationen in dem Werkstück 1 werden bedarfsweise als einseitig oder beidseitig eingebrachte, sich verjüngende, beispielsweise konische Blindlöcher 5 oder als beabstandete Durchgangslöcher 6 in das Werkstück 1 eingebracht. In 3 ist eine Perforation eines Stegs im Anschluss an den Ätzschritt dargestellt.
  • Im Anschluss an die Modifikation des Werkstückes 1 mittels des Laserstrahls wird das Werkstück 1 in einem Ätzbad einer Ätzbehandlung unterzogen. Überraschend hat sich gezeigt, dass die chemisch-physikalischen Effekte, die noch nicht abschließend verstanden worden sind, auf der Ebene des atomaren Aufbaus und seiner Struktur des Glasmaterials durch den Ätzangriff im erheblichem Umfang einen Ausgleich der zuvor eingebrachten Spannungen und deren Passivierung zur Folge haben. Somit sind derart behandelte Werkstücke 1 weitaus belastbarer und zeigen auch bei den üblichen Umgebungseinflüssen im Gebrauch des Erzeugnisses keine Ausfallerscheinungen, die auf Mikrorisse zurückzuführen wären.
  • Dieser Effekt wird in besonderer Weise auch noch dadurch verbessert, dass die Schnittflächen 3 entlang einer Hüllebene 7 angeordnet sind und dass die Materialschwächung 4, welche die Schnittflächen 3 verbindet, zu dieser Hüllebene 7 mit einem Abstand a nach innen versetzt parallel zu der Hüllebene 7 verläuft.
  • Der damit verbundene Effekt führt bei der späteren Bruchkante durch die gegenüber der Umgebung hervorspringend angeordneten Schnittflächen 3 beiderseits der Bruchkante zu einem optimalen Schutz vor äußeren Einwirkungen. Insbesondere wird so ein mechanischer Kontakt bei der Handhabung des Werkstückes 1 ebenso wie bei dem späteren Erzeugnis vermieden.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt der Materialschwächung, die als Durchgangsloch 6, einseitiges Blindloch 5 und/oder beidseitiges Blindloch realisiert werden kann.
  • In den 4 und 5 sind ergänzend noch verschiedene Varianten eines Werkstückes 8 dargestellt, bei der die Schnittfläche 9 eine kreisförmige Innenkontur, beispielsweise als Ausnehmung, für ein nicht dargestelltes zylindrisches Objekt oder eine Außenkontur eine hohlzylindrischen Objektes begrenzt. Zur Vermeidung einer späteren Krafteinwirkung durch das Objekt ist die Materialschwächung 10 von einem Mittelpunkt der Ausnehmung abgekehrt mit einem Abstand A radial nach außen bzw. mit einem Abstand a nach innen versetzt angeordnet und verläuft auf einem zu der kreisförmigen Schnittfläche 9 konzentrisch versetzten Kreisbogen mit vergrößertem oder verkleinertem Radius. Weiterhin ist auch noch eine Variante dargestellt, bei der auf einen Versatz der Materialschwächung 10 verzichtet wurde.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Werkstück
    2
    Material
    3
    Schnittfläche
    4
    Materialschwächung
    5
    Blindloch
    6
    Durchgangsloch
    7
    Hüllebene
    8
    Werkstück
    9
    Schnittfläche
    10
    Materialschwächung
    a
    Abstand
    A
    Abstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19728766 C1 [0007]
    • DE 19957317 C2 [0008]
    • WO 2012/006736 A2 [0009]
    • DE 10213044 B3 [0010]
    • DE 102006042280 A1 [0011]
    • DE 102014109792 A1 [0012]
    • DE 102012110971 A1 [0016]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Trennen eines Werkstückes (1, 8) entlang einer Außenkontur und/oder Innenkontur durch eine Relativbewegung eines Laserstrahles und des Werkstückes (1, 8) entlang einer vorgegebenen Bearbeitungskontur und die Abgabe von Laserpulsen während der Bewegung mit vorgegebenem räumlichen und/oder zeitlichen Abstand, wobei die Parameter der Laserpulse so gewählt sind, dass das Werkstück (1, 8) lokal in einem Volumen des Werkstückes (1, 8) modifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Modifikation des Werkstückes (8) mittels des Laserstrahles das Werkstück (8) einer Ätzbehandlung unterzogen wird, wodurch die Modifikationen geätzt werden und dadurch eine Trennung entlang der Außenkontur und/oder der Innenkontur und eine oder mehrere Materialschwächungen (4, 10) als Sollbruchstellen in dem Werkstück erzeugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Werkstück (8) mittels der Laserstrahlung und der Ätzbehandlung zumindest eine das Werkstück (8) nicht trennende Materialschwächung (4, 10) und hieran angrenzend zumindest eine das Werkstück (8) trennende Schnittfläche (3, 9) zur Herstellung der Außenkontur und/oder Innenkontur erzeugt werden.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Modifikationen für die Materialschwächung (4, 10) und die Schnittfläche (9) in einem unterbrechungsfreien Verfahrensschritt während der fortlaufenden Relativbewegung erfolgen.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Materialschwächung (4, 10) einerseits und der Schnittfläche (9) anderseits die Leistung und/oder die Fokuslage der Laserstrahlung variiert wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Modifikationen über die ganze Dicke des Werkstückes (1, 8) erstrecken.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationen an jedem Ort entlang der Außenkontur und/oder Innenkontur durch einen Einzelpuls oder eine Pulsfolge erzeugt werden.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittflächen (9) entlang einer Hüllebene (7) angeordnet sind und dass die Schnittflächen (9) durch zumindest einen zumindest eine Materialschwächung (10) einschließenden Bereich unterbrochen sind, wobei die Materialschwächung (10) zu dieser Hüllebene (7) mit einem Abstand (a, A) insbesondere parallel zu der Hüllebene (7), eingebracht wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung in einem Übergangsbereich zwischen der Schnittfläche (3, 9) und der Materialschwächung (4, 10) entlang einer stetig verlaufenden Bearbeitungskontur auf das Werkstück (1, 8) gelenkt wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkstück (1, 8) mehrere Durchgangslöcher (6) in einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Abstand als Materialschwächung (4, 10), insbesondere als Perforation, eingebracht werden.
  10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkstück (1, 8) die Materialschwächung (4, 10) einseitig oder beidseitig durch Blindlöcher (5) und/oder Gräben in das Werkstück (1, 8) eingebracht werden.
  11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ätzbehandlung zumindest Teile der Fläche des Werkstückes (1, 8) mit einem Ätzresist, insbesondere eine Polymerfolie, geschützt werden.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1, 8) durch eine insbesondere mechanische Krafteinwirkung entlang der Materialschwächung (4, 10) gebrochen wird.
  13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge verwendet wird, bei der das Werkstück (1, 8) im Wesentlichen transparent ist.
  14. Ein nach einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hergestelltes Werkstück (1, 8), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1, 8) ein Erzeugnis mit zumindest einem ersten Bereich mit einer Schnittfläche (3, 9) und zumindest einem zweiten Bereich mit einer zwei beabstandete Schnittflächen (3, 9) verbindenden, das Werkstück (1, 8) nicht trennenden, durch eine Modifikation mittels Laserstrahlung und eine Ätzbehandlung gebildete Materialschwächung (4, 10) ist, wobei die Materialschwächung (4, 10) zu einer zwei benachbarte Schnittflächen (3, 9) verbindenden Hüllebene (7) mit einem Abstand (a, A) insbesondere parallel zu der Hüllebene (7) angeordnet ist.
  15. Werkstück (1, 8) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1, 8) ein in Glaschips vereinzelbarer Glaswafer ist.
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