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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, flächiger Substrate, speziell Glassubstrate.
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Zum Trennen von Glassubstraten sind verschiedene Verfahren bekannt, z.B. das sogenannte Laser-Filamentieren. Dabei wird in einem ersten Schritt mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers eine definierte Materialschwächung entlang einer vorbestimmten Trennlinie in das Material eingebracht (Preprocessing bzw. Vortrennen). In einem zweiten Schritt wird das Substrat dann entlang der erzeugten Vorschädigung getrennt (Separierprozess), wobei die Materialtrennung z.B. durch mechanisch induzierte Zugspannungen ausgelöst werden kann. Ein anderes Verfahren zum Trennen von Glassubstraten ist das Ritzen und Brechen. Dabei wird das Material in einem ersten Schritt entlang einer vorbestimmten Trennlinie mittels eines Ritzrades, einer Diamantnadel oder einem ähnlichen Werkzeug eingeritzt (Vortrennen) und in einem zweiten Schritt entlang der Trennlinie getrennt (Separierprozess).
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Insbesondere bei der Anwendung dieses Verfahrens auf dünne Gläser (z.B. < 100µm) können hierbei jedoch Schwierigkeiten auftreten. Diese können daher rühren, dass insbesondere dünne Gläser mit produktionsbedingten Borten nach ihrem Heißformgebungsprozess mit intrinsischen Spannungen behaftet sind, die aus dem „Einfrieren“ des Zustandes folgen. Insbesondere der Unterschied aus der Abkühlgeschwindigkeit im dünnen Substrat und im dickeren Bortenbereich führt zum Aufbau von Spannungen im abgekühlten Zustand. Diese prägen sich als metastabile Deformation des Glassubstrates aus, so dass es, auf einem planen Bearbeitungstisch liegend, Wellen wirft („Ebenheit“).
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Um für die Prozessierung, z.B. mittels Laser-Filamentieren oder Ritzen, eine hinreichende Ebenheit zu erreichen, kann das Glassubstrat gespannt und auf den Untergrund plan gezogen werden. Durch diese Deformation entstehen jedoch zusätzliche Spannungen, welche, je nach Ausgangsmaterial, in der Höhe so hoch sein können, dass die Festigkeiten der prozessierten Trennlinien überschritten werden und diese unkontrolliert aufbrechen. Dies kann z.B. beim Lösen der Fixierung eintreten, bei dem sich Spannungen im Material umverteilen und dabei Zugspannungen auf die prozessierte Trennlinie treffen.
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Unkontrollierte Brüche können mitunter sogar zu Schäden an den herzustellenden Substraten führen. Unkontrolliert können solche Brüche beispielsweise dann auftreten, wenn die dominante Spannung (1. Hauptspannung) die Bruchfestigkeit übersteigt, aber geometrisch abweichend von der eingebrachten Vorschädigung orientiert ist. Dadurch kann ein unkontrollierter Bruch auch in den Bereich des finalen Produktes laufen.
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Die beschriebenen Schwierigkeiten werden insbesondere mit zunehmender Größe der Glassubstrate kritischer, da die beim Planziehen der Deformationen aus dem Heißformgebungsprozess entstehenden Spannungen größer werden.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, eines flächigen Substrats anzugeben, welches die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten vermeidet, insbesondere ein Vortrennen dünner Glassubstrate ermöglicht, wobei das Substrat entlang vorgetrennter Trennlinien zusammenhält, insbesondere nicht unkontrolliert entlang solcher Trennlinien aufbricht. Das Bearbeiten, insbesondere Vortrennen, soll bevorzugt auch dann ermöglicht werden, wenn in dem Substrat innere Zugspannungen herrschen und/oder Bortenbereiche vorhanden sind und/oder das Substrat eine relativ große Fläche aufweist. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ggf. eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe offenbart die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, eines flächigen Substrats, insbesondere eines Glassubstrats, wobei das Substrat auf einen Substratträger aufgelegt wird, im Bereich einer Einwirkungszone einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt wird, insbesondere derart, dass das Substrat im Bereich der Einwirkungszone dem Substratträger nähergebracht wird, und im Bereich einer Ausgleichszone der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft nicht ausgesetzt wird, insbesondere derart, dass das Substrat im Bereich der Ausgleichszone temporäre Verformungen ausbilden kann.
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Indem das Substrat insbesondere im Bereich der Einwirkungszone, nicht jedoch im Bereich der Ausgleichszone, gespannt wird, kann lokal die Ebenheit des Glassubstrats erhöht werden, so dass die Prozessierung, z.B. mittels Laser-Filamentieren, Ritzen oder anderen Formen der Bearbeitung, ermöglicht wird. Zugleich können die dabei im Substrat auftretenden Spannungen gering gehalten werden, insbesondere geringer gehalten werden als bei einem vollflächig gespannten, d.h. global plangezogenen Substrat. Dies begründet sich darin, dass die erforderliche Energie für die Deformation deutlich geringer ist und damit auch die durch die Verformung auftretenden zusätzlichen Spannungen.
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Grundsätzlich kann die lokal begrenzte Einwirkungszone an einer beliebigen Stelle des Substrats vorgesehen sein und die Einwirkungszone kann insbesondere auch abweichen von der Stelle an welcher das Substrat bearbeitet wird und/oder die lokal erhöhte Ebenheit auftritt.
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So kann z.B. das Material nur in kleinen Einwirkungszonen entfernt, insbesondere möglichst weit entfernt, von der zu prozessierenden Zone fixiert werden. Im Fall einer Bearbeitung mittels Laser, aber auch allgemein, kann die hierdurch erreichte Ebenheit in der Prozesszone jedoch mitunter noch nicht ausreichen, um etwa das Glassheet mit einem Laser in Fokuslage zu prozessieren.
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Daher kann es sich im Fall einer Bearbeitung mittels Laser, aber auch allgemein, auch anbieten, das Glassheet in einem hinreichend kleinen Bereich in bzw. um die Prozesszone zu spannen, derart, dass es in dieser Zone hinreichend eben auf dem Substratträger aufliegt.
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Das Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, eines flächigen Substrats, umfasst vorzugsweise zudem eine Bearbeitung, insbesondere ein Vortrennen, z.B. mittels Laser-Filamentieren, Ritzen oder allgemein jeder Art des Vortrennens, des Substrats während das Substrat im Bereich der Einwirkungszone der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich speziell für dünne und großflächige Substrate, wobei das Substrat eine Nutzfläche und eine Ausschussfläche (z.B. Borten) aufweisen kann. Das Substrat umfasst vorzugsweise sprödbrüchiges Material, insbesondere mit intrinsischen Materialspannungen, z.B. Glas, glasartige Materialien, Keramik oder Glaskeramik oder besteht aus einem solchen Material.
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Vorzugsweise weist das Substrat im Bereich einer Nutzfläche eine Dicke auf, welche geringer ist als 100 µm, bevorzugt geringer ist als 70 µm, besonders bevorzugt geringer ist als 50 µm, oder geringer ist als 40 µm.
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Vorzugsweise weist das Substrat im Bereich einer Ausschussfläche eine größere Dicke auf, insbesondere eine Dicke, welche mindestens um einen Faktor 2, mindestens um einen Faktor 3 oder mindestens um einen Faktor 5 größer ist, als die Dicke im Bereich der Nutzfläche.
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Die Ausschussfläche umfasst vorzugsweise einen entlang einer Kante des Substrats verlaufenden Randbereich des Substrats, besonders bevorzugt zwei gegenüberliegende, jeweils entlang einer Kante des Substrats verlaufende Randbereiche des Substrats, zwischen welchen sich die Nutzfläche befindet, wobei der eine oder die zwei gegenüberliegenden Randbereiche des Substrats z.B. als Borte ausgebildet sein können.
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Die Ausschussfläche kann ferner einen oder zwei weitere jeweils entlang dazu senkrechter Kanten verlaufende Randbereiche des Substrats umfassen, z.B. derart, dass bei einem viereckigen Substrat entlang jeder Kante ein abzutrennender Randbereich vorgesehen ist.
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Das Substrat weist vorzugsweise eine Länge auf, welche größer ist als 100 mm, bevorzugt größer ist als 300 mm, besonders bevorzugt größer ist als 500 mm, oder größer ist als 600 mm, oder größer ist als 700 mm. Unter der Länge ist insbesondere diejenige Abmessung zu verstehen, welche entlang der Borte verläuft.
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Das Substrat weist vorzugsweise eine Breite auf, welche größer ist als 100 mm, bevorzugt größer ist als 300 mm, besonders bevorzugt größer ist als 500 mm, oder größer ist als 600 mm, oder größer ist als 700 mm. Unter der Breite ist insbesondere diejenige Abmessung zu verstehen, welche senkrecht zu der Borte verläuft.
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Insgesamt kann das Substrat eine Fläche aufweisen, welche größer ist als 0,01 m2, größer ist als 0,1 m2, oder auch größer ist als 0,25 m2.
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Wie bereits beschrieben wird das Substrat im Rahmen der Erfindung nicht vollflächig, sondern lediglich lokal einer Kraft ausgesetzt. Die Einwirkungszone, innerhalb welcher das Substrat der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt wird, ist insbesondere kleiner als 80% der Fläche des Substrats, bevorzugt kleiner als 60% der Fläche des Substrats, besonders bevorzugt kleiner als 40% der Fläche des Substrats.
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Die Ausgleichszone, innerhalb welcher das Substrat der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft nicht ausgesetzt wird, ist insbesondere größer als 20% der Fläche des Substrats, bevorzugt größer als 40% der Fläche des Substrats, besonders bevorzugt größer als 60% der Fläche des Substrats.
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Insbesondere im Fall einer Bearbeitung mittels Laser, aber auch allgemein, kann es sich anbieten, das Substrat im Bearbeitungsbereich, in der Nähe des Bearbeitungsbereichs oder auch um den Bearbeitungsbereich umliegend einer Kraft auszusetzen. In diesem Fall, aber auch allgemein, kann die laterale Ausprägung der Breite um die zu prozessierende Zone empirisch aus den materialspezifisch vorliegenden Spannungen bestimmt oder bestimmbar sein. Diese können je nach Heißformgebungsprozess und Material sehr unterschiedlich ausfallen.
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Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Einwirkungszone, in welcher die Kraft wirkt, zumindest einen Teil der Ausschussfläche, insbesondere eines Randbereichs, insbesondere einer Borte, sowie einen Teil der Nutzfläche des Substrats umfasst.
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Vorzugsweise kann die Einwirkungszone als Streifen ausgebildet sein, welcher insbesondere entlang der Länge des Substrats verläuft, insbesondere entlang einer Borte verläuft, wobei der Streifen eine Breite aufweist, welche bevorzugt geringer ist als 50% der Breite des Substrats, besonders bevorzugt geringer ist als 40% der Breite des Substrats, oder geringer ist als 30% der Breite des Substrats.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Einwirkungszone z.B. auch nur auf der Innenseite oder nur auf der Außenseite befindlich sein oder auch eine Kombination bei verschiedenen Schnitten (400) vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäß im Bereich der Einwirkungszone in Richtung des Substratträgers wirkende Kraft, welche z.B. eine lokale Fixierung des Glassheets bewirkt, kann durch verschiedene Mechanismen erzeugt werden, wobei z.B. Vakuum, Elektrostatik oder Mechanik, aber auch andere Formen der Krafterzeugung in Betracht kommen.
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Die im Bereich der Einwirkungszone in Richtung des Substratträgers wirkende Kraft kann z.B. durch Anlegen eines Unterdrucks an die dem Substratträger zugewandte Oberfläche des Substrats bewirkt werden, insbesondere mittels Öffnungen in dem Substratträger oder einer offenen Porosität des Substratträgers. Die Kraft kann z.B. auch durch einen Niederhalter von oben auf das Substrat ausgeübt werden. Ferner kann die Kraft auch durch eine elektrische Spannungsquelle (z.B. Aufladesystem, lonisationssystem) bewirkt werden.
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Die im Bereich der Einwirkungszone in Richtung des Substratträgers wirkende Kraft kann auch durch elektrostatisches Aufladen des Substrats und/oder des Substratträgers bewirkt werden.
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Die im Bereich der Einwirkungszone in Richtung des Substratträgers wirkende Kraft kann ferner durch mechanisches Andrücken oder Anziehen des Substrats auf den Substratträger bewirkt werden.
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Allgemein kann es sich demnach bei der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft, welcher das Substrat im Bereich der Einwirkungszone ausgesetzt ist, im physikalischen Sinne insbesondere um eine flächenbezogene Kraft („Druck“ oder „Flächenkraft“) handeln.
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Unabhängig davon, wie die Kraft im Bereich der Einwirkungszone bewirkt wird, kann die Ebenheit des Substrats, insbesondere im Bereich der Einwirkungszone, aber grundsätzlich auch außerhalb der Einwirkungszone, erhöht werden. Zugleich können durch die lokale Begrenztheit der Einwirkungszone die im Substrat auftretenden Spannungen gering gehalten werden, insbesondere geringer gehalten werden als bei einem global gespannten Substrat.
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Während das Substrat im Bereich der Einwirkungszone der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt ist kann der maximale Abstand zwischen dem Substratträger und dem Substrat im Bereich der Einwirkungszone geringer sein als 5 mm, vorzugsweise geringer sein als 3 mm, besonders bevorzugt geringer sein als 1 mm.
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Die so erzeugten Zustände können als bistabil bezeichnet werden. Die beispielhaft genannten Zahlenwerte können nur lokal gegeben sein. Zudem kann der Abstand mitunter von der Materialdicke und/oder den initialen Materialspannungen abhängen. In einem Beispiel können die genannten Zahlenwerte z.B. bei einem Substrat mit einer Dicke von weniger als 100µm, insbesondere von weniger als 70µm oder auch von weniger als 50µm, gegeben sein. In einem Beispiel können sich die Zahlenwerte bei einem Substrat ergeben, welches ohne weitere Einwirkung von außen punktuell eine Erhebung über der Auflageebene von mehr als 4 mm aufweist.
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Ferner kann, während das Substrat im Bereich der Einwirkungszone der in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt ist, die maximale Zugspannung in dem Substrat, insbesondere umfassend die Einwirkungszone sowie die Ausgleichzone, geringer sein als 50 MPa, vorzugsweise geringer sein als 30 MPa, besonders bevorzugt geringer sein als 20 MPa.
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Ferner kann, während das Substrat im Bereich der Einwirkungszone der Kraft ausgesetzt ist, die maximale Zugspannung im Bereich der Einwirkungszone in dem Substrat geringer sein als 33 MPa, vorzugsweise geringer sein als 20 MPa, besonders bevorzugt geringer sein als 15 MPa.
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Im Vergleich zu den vorstehend genannten Zugspannungen können sich in einem Beispiel bei einem vollflächig flach gezogenen Substrat im Randbereich Zugspannungen von bis zu oder im Bereich von 100 MPa ausbilden.
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Die vorstehend angegebenen Werte in MPa können beispielsweise mittels Simulation ermittelbar sein. Durch ein zonales Spannen kann die Spannung stärker an die Kante wandern.
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Wie bereits beschrieben umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, eines flächigen Substrats, vorzugsweise auch eine Bearbeitung, insbesondere ein Vortrennen des Substrats während das Substrat im Bereich der Einwirkungszone der Kraft ausgesetzt ist.
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Die Bearbeitung, insbesondere das Vortrennen, des Substrats erfolgt vorzugsweise entlang einer vorbestimmten Trennlinie, welche zumindest teilweise, oder auch überwiegend, innerhalb der Einwirkungszone verlaufen kann.
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Die vorbestimmte Trennlinie verläuft vorzugsweise entlang der Länge des Substrats, insbesondere entlang einer Borte, wobei die Trennlinie insbesondere die Ausschussfläche von der Nutzfläche trennt, so dass die Ausschussfläche abtrennbar ist und aus der Nutzfläche ein Glassubstrat als Endprodukt gefertigt werden kann.
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Grundsätzlich können Trennlinien geradlinig verlaufen, gekrümmt verlaufen und/oder auch mehrere Trennlinien vorgesehen sein, welche sich kreuzen. Insbesondere im Fall von sich kreuzenden Trennlinien kann eine sequentielle Prozessierung vorgesehen sein.
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Die Bearbeitung, insbesondere das Vortrennen, des Substrats umfasst vorzugsweise ein Einbringen von Laserstrahlung in das Substrat, insbesondere im Bereich der Einwirkungszone. Dabei können insbesondere nebeneinander entlang der vorbestimmten Trennlinie voneinander beabstandete Schädigungen in das Substrat eingebracht werden, wobei die Schädigungen vorzugsweise als filamentförmige Schädigungen ausgebildet sind und besonders bevorzugt mit einer gepulsten Laserstrahlung eines Ultrakurzpulslasers erzeugt werden.
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Die Bearbeitung, insbesondere das Vortrennen, des Substrats kann allgemein das Einbringen einer Vorschädigung jeglicher Art in das Substrat, insbesondere im Bereich der Einwirkungszone, umfassen. Dabei kann insbesondere entlang der vorbestimmten Trennlinie eine Schädigung in das Substrat eingebracht werden, wobei die Schädigung z.B. mittels eines Lasers, mittels eines Ritzrades, mittels einer Nadel (z.B. Diamantnadel) oder anderen Werkzeugen zur Bearbeitung des Substrats erfolgen kann.
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Die Einwirkungszone, innerhalb welcher das Substrat einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt wird, kann insbesondere als Streifen entlang einer ersten Borte ausgebildet sein und die vorbestimmte Trennlinie, entlang derer das Vortrennen des Substrats erfolgt, kann neben der Borte verlaufen, insbesondere entlang der gesamten Länge des Substrats verlaufen, derart, dass die Borte entlang der Trennlinie abtrennbar ist.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die globalen Spannungen gering bleiben, so dass die Vorschädigung des Substrats auch über die Glaskante erfolgen kann. Demgegenüber zeigten Versuche, dass bei einer vollflächigen Fixierung eine Vorschädigung häufig nicht bis über die Glaskante eingebracht werden kann, sondern ein hinreichender Abstand nötig ist, damit kein unkontrolliertes Auftrennen erfolgt. Ursächlich hierfür ist, dass die durch das Planziehen der dominanten Verformung großer Ortswellenlänge (Dom, Schüssel, Sattel) auftretenden Zugspannungen an der Substrat-Kante so hoch sind, dass sie häufig die Bruchfestigkeit einer Vorschädigung übersteigen.
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In einer Weiterbildung können auch verschiedene kombinierbare Einwirkungszonen vorgesehen sein, die je nach Prozess die spezifischen Bereiche lokal spannen und/oder plan fixieren können.
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Vorzugsweise kann etwa eine zweite Einwirkungszone vorgesehen sein, welche als Streifen entlang einer der ersten Borte gegenüberliegenden zweiten Borte ausgebildet ist, und eine zweite vorbestimmte Trennlinie vorgesehen sein, welche neben der zweiten Borte verläuft, insbesondere entlang der gesamten Länge des Substrats verläuft, derart, dass die zweite Borte entlang der Trennlinie abtrennbar ist.
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Ferner kann auch eine dritte und ggf. vierte Einwirkungszone vorgesehen sein, welche z.B. jeweils als Streifen entlang eines zu einer Borte senkrecht verlaufenden Randbereichs ausgebildet sind, und eine dritte und ggf. vierte vorbestimmte Trennlinie vorgesehen sein, welche jeweils neben der Kante des Substrats verlaufen, derart, dass der jeweilige Randbereich entlang der Trennlinie abtrennbar ist.
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Im Falle mehrerer Einwirkungszonen kann die Krafteinwirkung innerhalb der mehreren Einwirkungszonen zeitlich nacheinander erfolgen. Während die Krafteinwirkung innerhalb einer bestimmten Einwirkungszone erfolgt, wird vorzugsweise das Vortrennen entlang der zugehörigen, d.h. insbesondere der durch diese Einwirkungszone verlaufenden, Trennlinie durchgeführt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Krafteinwirkung innerhalb mehrerer Gruppen von Einwirkungszonen der mehreren Einwirkungszonen gleichzeitig erfolgt und zwischen den Gruppen von Einwirkungszonen zeitlich nacheinander erfolgt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich die Zonen „überlagern“, also in zeitlicher Sequenz aktiviert werden können derart, dass z.B. mehrere zeitgleich aktiv sind (z.B. erste Zone und zweite Zone und danach dritte Zone und vierte Zone).
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Das Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen, eines flächigen Substrats, kann zudem auch einen dem Vortrennen nachfolgenden Trennschritt umfassen. Das Verfahren kann beispielsweise in einer Bearbeitungsanlage mit mehreren Bearbeitungsstationen ausgeführt werden, wobei eine Bearbeitungsstation für das Vortrennen eingerichtet ist und eine weitere Bearbeitungsstation für das Trennen eingerichtet ist.
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Insbesondere kann, nachdem das Vortrennen des Substrats entlang der vorgesehenen Trennlinie oder Trennlinien erfolgt ist (z.B. in einer für das Vortrennen eingerichteten Bearbeitungsstation erfolgt ist) ein Trennen des Substrats entlang der vorgesehenen Trennlinie oder Trennlinien erfolgen (z.B. in einer für das Trennen eingerichteten Bearbeitungsstation erfolgen).
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Während dem Trennen kann das Substrat wiederum vorzugsweise einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt sein, wobei diese insbesondere im Bereich der Nutzfläche wirken kann.
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Bevor das Vortrennen des Substrats entlang der vorgesehenen Trennlinie oder Trennlinien erfolgt (z.B. in einer für das Vortrennen eingerichteten Bearbeitungsstation erfolgt) kann ferner ein Anlegen des Substrats auf den Substratträger erfolgen (insbesondere in einer für das Anlegen eingerichteten Bearbeitungsstation erfolgen).
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Auch während dem Anlegen kann das Substrat einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft ausgesetzt werden, welche z.B. im Bereich der Nutzfläche und auch im Bereich der Ausschussfläche wirken kann, wobei die Kraft insbesondere zuerst im Bereich der Nutzfläche wirkt und danach im Bereich der Ausschussfläche wirkt, um das Substrat von innen nach außen an den Substratträger anzulegen.
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Die verschiedenen Bearbeitungsstationen können räumlich voneinander getrennt ausgebildet sind, z.B. in einer Bearbeitungsanlage räumlich nebeneinander angeordnet sein.
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Der Substratträger kann insbesondere beweglich ausgebildet sein und z.B. während des Verfahrens von einer Bearbeitungsstation zur nächsten Bearbeitungsstation bewegt werden. Der Substratträger kann z.B. innerhalb einer Anlage beweglich sein. Der Substratträger kann auch transportabel ausgebildet sein, z.B. derart, dass er zwischen Stationen oder Anlagen transportiert werden kann (z.B. per Rollengang, Roboter, und/oder fahrerlosem Transportsystem)
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Die Erfindung betrifft ferner einen Substratträger zum Auflegen eines flächigen Substrats zum Bearbeiten des Substrats, insbesondere mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben.
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Der Substratträger weist Mittel auf, um ein aufgelegtes Substrat innerhalb einer Einwirkungszone einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft auszusetzen. Die Mittel sind z.B. als Öffnungen in dem Substratträger oder als eine offene Porosität des Substratträgers ausgebildet, um einen Unterdruck auf ein auf dem Substratträger aufgelegtes Substrat auszuüben.
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Im Fall von Öffnungen in dem Substratträger können diese beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,5mm und 12mm, vorzugsweise zwischen 1mm und 6mm aufweisen. Die Öffnungen können beispielsweise als zylindrische oder quasi-zylindrische Kanäle ausgebildet sein. Im Fall einer offenen Porosität kann diese aus pulvermetallurgischen Prozessen hervorgehen.
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Allgemein können die Mittel zur Ausübung der Kraft vorzugsweise dazu ausgebildet sein, ein lokales Ausüben von Kraft zu gewährleisten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Struktur des Spannsystems (z.B. des Vakuums bzw. des Vakuumsystems) sich hinreichend gut lokal ausbilden kann. Bevorzugt wird dabei ein Übersprechen auf andere Zonen ausgeschlossen oder weitgehend vermieden. Im Fall eines Vakuums kann dies mitunter durch kleine Durchmesser der Öffnungen begünstigt werden.
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Der Substratträger kann grundsätzlich verschiedene Materialien umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise Kunststoff oder Keramik umfassen oder daraus bestehen.
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Der Substratträger ist vorzugsweise beweglich und/oder transportabel ausgebildet, um mitsamt einem aufgelegten Substrat bewegt werden zu können, insbesondere von einer Bearbeitungsstation zur nächsten Bearbeitungsstation und/oder zwischen Anlagen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Substratträger einen Einwirkungsbereich innerhalb welchem die Mittel zur Kraftausübung angeordnet sind, wobei der Einwirkungsbereich kleiner ist als 80% der Fläche des Substratträgers, bevorzugt kleiner ist als 60% der Fläche des Substratträgers, besonders bevorzugt kleiner ist als 40% der Fläche des Substratträgers und/oder einen Ausgleichsbereich innerhalb welchem keine Mittel zur Kraftausübung angeordnet sind, wobei der Ausgleichsbereich größer ist als 20% der Fläche des Substratträgers, bevorzugt größer ist als 40% der Fläche des Substratträgers, besonders bevorzugt größer ist als 60% der Fläche des Substratträgers.
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Der Einwirkungsbereich kann auch kleiner sein als 70% der Fläche des Substratträgers oder kleiner sein als 30% der Fläche des Substratträgers.
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Der Einwirkungsbereich kann z.B. als Streifen ausgebildet sein, welcher insbesondere eine Breite aufweist, welche geringer ist als 50% der Breite des Substratträgers, besonders bevorzugt geringer ist als 40% der Breite des Substratträgers, oder geringer ist als 30% der Breite des Substratträgers. Der Substratträger kann ferner vorzugsweise einen zweiten Einwirkungsbereich umfassen, welcher besonders bevorzugt parallel zu dem ersten Einwirkungsbereich verläuft und ferner vorzugsweise einen dritten und ggf. einen vierten Einwirkungsbereich umfassen, welche besonders bevorzugt senkrecht zu dem ersten bzw. zweiten Einwirkungsbereich verlaufen.
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Ein als Streifen ausgebildeter Einwirkungsbereich kann auch eine Breite aufweisen, welche geringer ist als 70% der Breite des Substratträgers.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten, insbesondere zum Vortrennen und/oder Trennen, eines auf einem Substratträger aufgelegten flächigen Substrats, insbesondere eines Glassubstrats.
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Die Bearbeitungsanlage umfasst eine zum Vortrennen eingerichtete Bearbeitungsstation, um das auf dem Substratträger aufgelegte flächige Substrat entlang einer vorbestimmten Trennlinie vorzutrennen, z.B. umfassend einen Ultrakurzpulslaser, um nebeneinander entlang der vorbestimmten Trennlinie voneinander beabstandete Schädigungen in das Substrat einzubringen oder z.B. ein Ritzrad oder z.B. eine Nadel, um eine Schädigung entlang der Trennlinie in das Substrat einzuritzen.
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Die zum Vortrennen eingerichtete Bearbeitungsstation umfasst vorzugsweise Mittel, um eine Kraft zu bewirken, um das auf den Substratträger aufgelegte Substrat innerhalb einer Einwirkungszone einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft auszusetzen, wobei die Mittel z.B. als Unterdruckquelle ausgebildet sind, um einen Unterdruck an Öffnungen in dem Substratträger oder an eine offene Porosität des Substratträgers anzulegen oder z.B. als Niederhalter oder z.B. als elektrische Spannungsquelle ausgebildet sind.
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Ferner umfasst die Bearbeitungsanlage vorzugsweise eine zum Trennen eingerichtete Bearbeitungsstation, um das auf dem Substratträger aufgelegte flächige Substrat nach dem Vortrennen entlang der vorgesehenen Trennlinie zu trennen.
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Die zum Trennen eingerichtete Bearbeitungsstation umfasst wiederum vorzugsweise Mittel, um eine Kraft zu bewirken, um das auf den Substratträger aufgelegte Substrat einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft auszusetzen, wobei die Kraft insbesondere im Bereich der Nutzfläche des Substrats wirkt, wobei die Mittel insbesondere als Unterdruckquelle ausgebildet sind, um einen Unterdruck an Öffnungen in dem Substratträger oder an eine offene Porosität des Substratträgers anzulegen oder z.B. als Niederhalter oder z.B. als elektrische Spannungsquelle ausgebildet sind.
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Ferner umfasst die Bearbeitungsanlage vorzugsweise eine zum Anlegen eingerichtete Bearbeitungsstation, um das auf dem Substratträger aufgelegte flächige Substrat vor dem Vortrennen an den Substratträger anzulegen.
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Die zum Anlegen eingerichtete Bearbeitungsstation umfasst wiederum vorzugsweise Mittel, um eine Kraft zu bewirken, um das auf den Substratträger aufgelegte Substrat einer in Richtung des Substratträgers wirkenden Kraft auszusetzen, wobei die Kraft insbesondere im Bereich der Nutzfläche und im Bereich der Ausschussfläche des Substrats wirkt, um das Substrat von innen nach außen an den Substratträger anzulegen, wobei die Mittel insbesondere als Unterdruckquelle ausgebildet sind, um einen Unterdruck an Öffnungen in dem Substratträger oder an eine offene Porosität des Substratträgers anzulegen oder z.B. als Niederhalter oder z.B. als elektrische Spannungsquelle ausgebildet sind.
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Der Substratträger kann in der Anlage von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation weitergereicht werden. Die Bearbeitungsanlage umfasst demnach vorzugsweise eine Substratträger-Fördereinrichtung, um einen Substratträger mitsamt eines aufgelegten Substrats von einer Bearbeitungsstation zur nächsten Bearbeitungsstation zu bewegen.
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Grundsätzlich kann jede der Bearbeitungsstation eine Unterdruckquelle, einen Niederhalter und/oder eine Spannungsquelle aufweisen, um eine Kraft innerhalb entsprechender Einwirkungszonen zu bewirken. Es kann vorgesehen sein, dass während des Transports des Substratträger keine Kraft ausgeübt wird.
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Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass die Kraft während des Bewegens bzw. während des Transports des Substratträgers erhalten bleibt. Beispielsweise, dass der Substratträger eine Unterdruckquelle umfasst, derart, dass ein Unterdruck z.B. auch während des Weiterreichens des Substratträgers besteht. In diesem Fall kann z.B. das Substrat über mehrere Arbeitsstationen fixiert bleiben. Die Spanntechnik kann demnach grundsätzlich auch während des Transports, also z.B. während des Übergangs zwischen zwei Bearbeitungsstationen, erhalten bleiben.
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Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Substrat, insbesondere herstellbar oder hergestellt mit einem Verfahren wie vorstehend beschrieben. Das Substrat umfasst vorzugsweise sprödbrüchiges Material, insbesondere mit intrinsischen Materialspannungen, z.B. Glas, glasartige Materialien, Keramik oder Glaskeramik oder besteht aus einem solchen Material.
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Das Substrat weist eine Dicke auf, welche geringer ist als 100 µm, bevorzugt geringer ist als 70 µm, besonders bevorzugt geringer ist als 50 µm, oder geringer ist als 40 µm und eine Fläche, welche größer ist als 0,01 m2, bevorzugt größer ist als 0,1 m2, besonders bevorzugt größer ist als 0,25 m2.
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Ferner weist das Substrat zumindest eine Substratkante auf welche hergestellt ist durch Trennen einer durch Vortrennen erzeugten vorgesehenen Trennlinie, insbesondere einer mittels Laser, Ritzrad oder Nadel erzeugten vorgesehenen Trennlinie. Im Fall einer mittels Laser erzeugten Trennlinie kann das Substrat voneinander beabstandete filamentförmige Schädigungen aufweisen, welche entlang zumindest einer Kante des Substrats nebeneinander angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Aufsicht auf ein Glassubstrat,
- 2 eine seitliche Schnittansicht eines Glassubstrats auf einem Substratträger,
- 3 eine Aufsicht auf ein Glassubstrat mit Einwirkungsbereichen und vorgesehenen Trennlinien.
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1 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 100 mit einer Nutzfläche 120 sowie einer Ausschussfläche 140. Die Ausschussfläche 140 umfasst zwei gegenüberliegende, jeweils entlang einer Kante des Substrats 100 verlaufende Randbereiche des Substrats zwischen welchen sich die Nutzfläche 120 befindet. Die zwei gegenüberliegenden Randbereiche des Substrats sind in diesem Fall als gegenüberliegende Borten des Substrats 100 ausgebildet.
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2 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Substrats 100, welches in diesem Beispiel als ein Dünnglas ausgebildet ist. Das Substrat 100 weist im Bereich der Nutzfläche 120 eine Dicke auf, welche z.B. geringer ist 100 µm. Im Bereich der Ausschussfläche 140, welche in diesem Beispiel die zwei gegenüberliegenden Borten umfasst, weist das Substrat allerdings eine größere Dicke auf.
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Zur Bearbeitung des Substrats 100, insbesondere zur Vortrennung, wird dieses auf einen Substratträger 500 aufgelegt. Häufig ist es wünschenswert, das dünne flache Glassubstrat definiert zu vereinzeln, d.h. z.B. die zwei gegenüberliegenden Borten abzutrennen. Aufgrund intrinsischer Eigenspannungen in dem Substrat 100, die z.B. bei der Herstellung aus der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeit des Substrats 100 im Bereich der Nutzfläche 120 und im Bereich der dickeren Ausschussfläche 140 resultieren können, liegt das Substrat 100 nicht eben auf dem Substratträger 500 auf, sondern hat lokal unterschiedliche Abstände zu dem Substratträger.
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Um dem entgegenzuwirken, ist es zwar grundsätzlich möglich, auf das Substrat 100 eine vollflächig in Richtung des Substratträgers 500 wirkende Kraft zu bewirken, z.B. durch ein flächiges Vakuum-System, um eine hinreichende Ebenheit für eine Prozessierung zu erreichen. Dies hat allerdings den Nachteil, dass zusätzliche Spannungen in dem Substrat 100 entstehen, welche ein sicheres Prozessieren, insbesondere ein kontrolliertes Vortrennen des Substrats 100, erschweren oder vereiteln.
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3 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 100, wobei das Substrat 100 im Bereich von lokal begrenzten Einwirkungszonen 200 (mit gepunkteten Linien begrenzte Bereiche) einer Kraft ausgesetzt werden, welche in Richtung des darunterliegenden Substratträgers 500 wirkt. Im Bereich einer Ausgleichszone 300, welche insbesondere die Mitte des Substrats umfasst, wird das Substrat 100 der in Richtung des Substratträgers 500 wirkenden Kraft nicht ausgesetzt.
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Das Bearbeiten, insbesondere das Vortrennen, des Substrats 100 erfolgt entlang vorbestimmter Trennlinien 400, welche in dem gezeigten Beispiel jeweils durch eine der Einwirkungszonen 200 verlaufen oder sich sogar überwiegend oder vollständig in diesen Einwirkungszonen 200 befinden. In dem gezeigten Beispiel sind einerseits zwei gegenüberliegende Einwirkungszonen 200 vorgesehen, welche als Streifen entlang der Länge L verlaufen und welche teilweise einen Bereich der Nutzfläche 120 sowie teilweise einen Bereich der Ausschussfläche 140 umfassen. Andererseits sind noch zwei senkrecht dazu verlaufende Einwirkungszonen 200 vorgesehen.
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Während der Krafteinwirkung innerhalb einer Einwirkungszone 200 kann nun ein Vortrennen entlang einer jeweiligen Trennlinie 400 erfolgen. Das Prozessieren der verschiedenen Zonen kann simultan oder sukzessive erfolgen.
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Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich eine hinreichende Ebenheit des Substrats entlang einer Trennlinie 400 gut erreichen lässt, indem man das Substrat 100 in einer hinreichend kleinen Einwirkungszone 200 in bzw. um die Trennlinie 400 an den Substratträger 500 näher heranbringt, derart, dass es in dieser Einwirkungszone 200 hinreichend eben auf dem Substratträger 500 aufliegt.
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Grundsätzlich können jedoch, je nach Rahmenbedingungen, auch Einwirkungszone 200 vorgesehen sein, welche sich an anderer Stelle befinden als eine zugehörige Trennlinie 400. Beispielsweise ist es auch denkbar, das Substrat nur in kleinen Zonen, möglichst weit entfernt von der zu prozessierenden Zone zu fixieren. Je nach intrinsischen Eigenspannungen und Eigenschaften des Substrats kann dies jedoch dazu führen, dass in der zu prozessierenden Zone keine hinreichende Ebenheit mehr für eine Prozessierung erreicht wird, z.B. um ein Glassheet mit einem Laser in Fokuslage zu prozessieren. In einem solchen Fall wäre demnach eine Trennlinie 400 in der Nähe oder innerhalb der Einwirkungszone 200 vorteilhaft.
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Eine beispielhafte Ausführungsform des Substrats 100 betrifft Dünnstglas mit einer Dicke von weniger als 100µm, insbesondere weniger als 70µm, z.B. 40µm oder weniger als 40µm. Die Einwirkungszone 200 kann z.B. eine Breite von mindestens 10mm, vorzugsweise mindestens 20mm, z.B. 30mm (+- 15mm) oder mehr als 30mm um die Trennlinie (Prozesszone) aufweisen. Die Trennlinie 400 kann z.B. in einem Abstand von 50mm zur Glaskante (Borte) verlaufen und z.B. durch einen UKP-Laser mittels Perforation gebildet sein. Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, Substrate zu spannen, zu prozessieren und wieder zu entspannen, ohne dass die Vorschädigung unkontrolliert aufbricht, auch dann wenn die Trennlinie 400 bis zur Glaskante reicht. In Vergleichsbeispielen sind bei gleichen Einstellungen mit einer vollflächigen Spannung (d.h. wenn das Substrat vollflächig eben fixiert ist) alle Substrate beim Entspannen unkontrolliert gebrochen. Die Erfindung eignet sich für zahlreiche Substrate, z.B. für sprödbrüchige Materialien, insbesondere solche mit intrinsischen Materialspannungen, wie z.B.
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Glassubstrate oder glasartige Substrate, z.B. technische und optische Gläser oder auch Keramik oder Glaskeramik.
