EP3810556A1

EP3810556A1 - Flachglas mit wenigstens einer sollbruchstelle

Info

Publication number: EP3810556A1
Application number: EP19729256.8A
Authority: EP
Inventors: Thomas Kuckelkorn; Patrick BARTHOLOME; Dietmar KNOLL; Oliver Kirchner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-04-28
Also published as: DE102018114973A1; US20210107823A1; WO2019243053A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachglas mit wenigstens einer linienförmigen Sollbruchstelle, wobei wenigstens zwei voneinander beabstandete Punkte vorgesehen sind, die beide jeweils auf einer linienförmigen Sollbruchstelle liegen, so dass sich die zum Brechen des Flachglases benötigten Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag und/oder ihrer Richtung voneinander unterscheiden. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Flachglases als Substrat für Anwendungen im Bereich der medizinischen Diagnostik.

Description

Flachglas mit wenigstens einer Sollbruchstelle

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Flachglas mit wenigstens einer linienförmigen

Sollbruchstelle, wobei wenigstens zwei voneinander beabstandete Punkte vorgesehen sind, die beide jeweils auf einer linienförmigen Sollbruchstelle liegen, so dass sich die zum Brechen des Flachglases benötigten Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag und/oder ihrer Richtung voneinander unterscheiden. Weiterhin Betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Flachglases als Substrat für Anwendungen im Bereich der medizinischen Diagnostik.

Flachglas wird in industriellen Produktionsverfahren wie dem Floaten, Walzen oder Gießen hergestellt. Diese Verfahren haben gemeinsam, dass sie umso wirtschaftlicher betrieben werden können, je größer die Abmessungen des hergestellten Flachglases sind. Deswegen besteht in der Flachglasfertigung ein Trend in Richtung größerer Glasformate. Für viele typische Anwendungen von Flachglas, wie beispielsweise Abdeckgläsern für Displays oder Solarzellen, Objektträger für die Mikroskopie oder Glasscheiben für mikrofluidische

Anwendungen ist es erforderlich, die großen Glasformate im Laufe der

Produktion in kleinere Formate zu vereinzeln.

Dabei kann es vorteilhaft sein, die Vereinzelung des Flachglases erst nach einer Weiterverarbeitung durchzuführen, da auch eine Vielzahl an

Weiterverabreitungsprozessen durch Skalierungseffekte aufgrund eines größeren Glasformats wirtschaftlicher betrieben werden können. Dies gilt insbesondere für die meisten Druck- und Beschichtungsverfahren und ganz besonders für Vakuumbeschichtungsverfahren. Insbesondere kann es auch notwendig sein, im Laufe einer Produktion das Flachglas in mehrere

Zwischenformate zu vereinzeln, bevor es in das finale Lieferformat vereinzelt wird. Hierbei kann es beispielsweise möglich sein, allgemein notwendige Verfahrensschritte an großen Formaten durchzuführen, und künden- oder projektspezifische Verfahrensschritte an kleineren oder spezifischeren

Formaten durchzuführen. Ein solcher, allgemein notwendiger Verfahrensschritt ist beispielsweise das Reinigen vor dem Aufbringen einer Beschichtung. Ein spezifischer Verfahrensschritt kann beispielsweise das Aufbringen einer kundenspezifischen Beschichtung oder Markierung sein.

Bei den meisten Verfahren zum Vereinzeln von Flachglas wird zunächst eine Sollbruchstelle in Form einer grabenförmigen Vertiefung auf einer der

Seitenflächen erzeugt. Anschließend wird das Glas durch Krafteinwirkung entlang der Sollbruchstelle aufgetrennt. Die Krafteinwirkung kann

beispielsweise maschinell oder manuell erfolgen.

Zur Erzeugung der Vertiefung gibt es eine Reihe unterschiedlicher Methoden. Die Vertiefung kann beispielsweise mittels mechanischem Ritzen,

Wasserstrahlabtrag oder Laserabtrag erzeugt werden. Das mechanische Ritzen ist kostengünstig, jedoch im Wesentlichen auf gerade Schnitte beschränkt. Der Wasserstrahlabtrag erlaubt zwar die Herstellung von Freiformgeometrien, ist jedoch relativ langsam und teuer bei gleichzeitig begrenzter Kantenqualität. Der Materialabtrag mittels Laser erlaubt ebenfalls Freiformgeometrien und ist relativ langsam und teuer. Der Laserabtrag verursacht außerdem eine lokale Erhitzung des Glases im Bereich der Sollbruchstelle. Deshalb ist er nicht für Gläser mit empfindlichen Beschichtungen geeignet.

Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen einer Sollbruchstelle in Flachglas ist das Verfahren der Laser-Filamentierung. Dabei wird vorzugsweise keine

grabenförmige Vertiefung erzeugt, sondern die Mikrostruktur des Glases lokal geschwächt. Hierfür wird mit einem Ultrakurzpuls-Laser eine Trennlinie, z.B. in Form einer Perforierung, in das Glas eingebracht.

Wie etwa die WO 2012/006736 A2 beschreibt, können mit einem gepulsten fokussierten Laserstrahl Filamente in einem transparenten Substrat erzeugt werden, wobei ein aus mehreren Filamenten gebildeter Pfad das Trennen des Substrats ermöglicht. Ein Filament wird dabei durch einen hochenergetischen kurzen Laserpuls hergestellt, der durch nichtlineare optische Prozesse im Substrat absorbiert wird, wodurch eine Plasmabildung bewirkt wird. Dieses Plasma führt zu einer Veränderung der Mikrostruktur des Substrats.

Auch die DE 10 2012 110 971 A1 beschreibt ein Verfahren der

Trennvorbereitung von transparenten Werkstücken, bei welchem sich quer durch das Werkstück erstreckende, aneinander gereihte Filamentstrukturen durch ultrakurze Laserpulse entlang einer Sollbruchlinie erzeugt werden.

Nachdem mittels Laser-Filamentierung ein Filamentpfad, insbesondere in Form einer Vorschädigungslinie bzw. einer Perforationslinie, in das Glas eingebracht wurde, kann das Glas in einem weiteren Schritt aufgetrennt werden. Während des Auftrennens kann es jedoch insbesondere bei komplexen Geometrien zu Fehlern kommen, etwa dergestalt, dass der Riss nicht der voreingebrachten Trennlinie folgt und ausreißt oder abbricht. Deshalb werden auch bei diesem Verfahren die Trennlinien so eingestellt, dass sie eine möglichst homogene Bruchkraft entlang ihrer Länge aufweisen.

Die Bruchkraft ist dabei als die Kraft zu verstehen, die zum Brechen

beziehungsweise Auftrennen des Flachglases an einer Sollbruchstelle benötigt wird.

Alle diese Verfahren sind also dafür optimiert, möglichst konstante Bruchkräfte zum Vereinzeln des Flachglases einzustellen, um eine möglichst hohe

Kantenqualität zu erzeugen. Die erreichbare Schwankungsbreite solcher Bruchkräfte ist durch die üblichen Produktionsschwankungen limitiert. Selbst bei relativ starken Produktionsschwankungen beträgt dabei der niedrigste Betrag einer Bruchkraft mindestens 95 % der höchsten Bruchkraft.

Dies hat aber den Nachteil, dass es unabhängig vom Ort der Krafteinwirkung immer zu einem Vereinzeln entlang der Sollbruchstelle kommt. Es kann also zu einer unbeabsichtigten Vereinzelung kommen, wenn die Bruchkraft an einer falschen Stelle auf das Flachglas einwirkt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Flachglas bereitzustellen, bei dem das Risiko eines unbeabsichtigten Auftrennens einer Sollbruchstelle reduziert wird.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung betrifft demnach ein Flachglas mit einer ersten Seitenfläche, einer gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche, wenigstens einer Kantenfläche, wenigstens einer linienförmigen Sollbruchstelle auf der ersten oder zweiten Seitenfläche und wenigstens zwei voneinander beabstandeten Punkten, welche jeweils auf einer linienförmigen Sollbruchstelle liegen und dadurch jeweils als Angriffspunkt für eine Kraft zum Brechen des Flachglases ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der beiden Punkte auf der ersten linienförmigen

Sollbruchstelle liegt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum Brechen des Flachglases benötigten Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag und/oder ihrer Richtung voneinander unterscheiden.

Unter einem Flachglas ist erfindungsgemäß wie üblich ein scheiben- oder plattenförmiger Glaskörper zu verstehen. Ein Flachglas kann also

beispielsweise als rechteckige Platte mit einer Breite, Länge und Dicke vorliegen, wobei die Dicke kleiner als die Breite und kleiner als die Länge ist. Ebenso kann ein Flachglas beispielsweise als kreisrunde Scheibe mit einem Durchmesser und einer Dicke vorliegen, wobei die Dicke wiederrum kleiner als der Durchmesser ist. Das Flachglas kann in der Grundform beliebige

Geometrien annehmen, insbesondere kreisrund, elliptisch, dreieckig, rechteckig oder sechseckig oder eine Freiform. Das Flachglas weist eine erste und eine zweite Seitenfläche auf, deren Abstand der Dicke des Glaskörpers entspricht. Vorzugsweise hat das Flachglas eine Dicke von 0,7 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 bis 4 mm. Diese Seitenflächen sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Seitenflächen des Flachglases können je nach Verwendung des Flachglases beispielsweise eine Vorder- und eine Rückseite oder eine Unter- und eine Oberseite bilden. Darüber hinaus hat das Flachglas je nach Geometrie noch wenigstens eine Kantenfläche. Die Flöhe der Kantenfläche entspricht dabei der Dicke des Glaskörpers. Eine Kantenfläche ist also eine Verbindungsfläche zwischen den beiden Seitenflächen. Bei einer kreisrunden Geometrie der Seitenflächen weist das Flachglas nur eine umlaufende Kantenfläche auf. Bei einer dreieckigen Geometrie weist das Flachglas drei Kantenflächen auf. Bei einer rechteckigen Geometrie weist es vier Kantenflächen auf. Bei einer sechseckigen Geometrie weist es sechs Kantenflächen.

Das Flachglas ist nicht auf eine bestimmte Materiaklasse von Gläsern beschränkt. Es kann beispielsweise Kalk-Natron-Glas, Borosilikat-Glas, Alumosilikat-Glas, LAS-Glas oder andere silikatische Gläser enthalten oder daraus bestehen. Insbesondere kann es aus einem der folgenden kommerziell erhältlichen Gläsern bestehen: SCFIOTT AF32®, SCFIOTT D263® und

SCHOTT BOROFLOAT® 33.

Das Flachglas weist wenigstens eine linienförmige Sollbruchstelle auf der ersten oder zweiten Seitenfläche auf. Die linienförmige Sollbruchstelle ist so angeordnet, dass das Flachglas beim Brechen entlang der Sollbruchstelle in zwei Flachgläser vereinzelt wird. Zu diesem Zweck kann die Linie

beispielsweise von einer Kante des Flachglases zu einer anderen Kante verlaufen, eine in sich geschlossene Kontur bilden, von einer linienförmigen Sollbruchstelle zu einer weiteren linienförmigen Sollbruchstelle oder von einer linienförmigen Sollbruchstelle zu einer Kante verlaufen. Eine in sich

geschlossene Kontur kann insbesondere ein Kreis oder ein Rechteck sein. Unter einer linienförmigen Sollbruchstelle ist dabei ein linienförmig

ausgedehnter Bereich zu verstehen, in dem das Glas lokal strukturell

Geschwächt ist. Die zum Brechen des Glases benötigte Kraft ist in diesem Bereich also niedriger als in seiner unmittelbar angrenzenden Umgebung. Ein solcher Bereich ist linienförmig, wenn seine Querausdehnung gegenüber der Längserstreckung klein ist. Das Verhältnis von Querausdehnung zu

Längserstreckung kann beispielsweise kleiner als 0,1 , kleiner als 0,01 oder sogar kleiner als 0,001 sein. Linienförmig bedeutet darüber hinaus, dass die Sollbruchstelle keine Verzweigungen aufweist. Zwei linienförmige

Sollbruchstellen können sich aber kreuzen. Weiterhin kann eine linienförmige Sollbruchstelle geradlinig oder gekrümmt sein.

Weiterhin weist das Flachglas wenigstens zwei voneinander beabstandete Punkte auf, welche jeweils auf einer solchen linienförmigen Sollbruchstelle liegen und dadurch jeweils als Angriffspunkt für eine Kraft zum Brechen des Flachglases ausgebildet sind. Der Begriff Punkt ist dabei im geometrischen Sinne zu verstehen. Vorzugsweise weisen die beiden Punkte einen Abstand von wenigstens 5 mm auf. Unter der Kraft zum Brechen des Flachglases ist nur die senkrecht zur Oberfläche des Glases gerichtete Komponente der am jeweiligen Punkt einwirkenden Kraft zu verstehen. Die Kraft zum Brechen des Glases entspricht ihrem Betrag nach der Zerstörschwelle des Glases im

Bereich der Sollbruchstelle. Wenigstens einer der beiden Punkte liegt auf der ersten linienförmigen Sollbruchstelle.

Weiterhin ist das Flachglas dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum

Brechen des Flachglases benötigten Kräfte, die jeweils an diesen beiden Punkten angreifen, in ihrem Betrag und/oder ihrer Richtung voneinander unterscheiden.

Ein derart ausgestaltetes Flachglas weist also mindestens an zwei Punkten unterschiedliche Bruchkräfte zum Auftrennen auf. Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Auftrennen einer Sollbruchstelle von einem nicht

beabsichtigten Punkt ausgehend effektiv verhindert werden.

Wenn sich die Kräfte ihrem Betrag nach unterscheiden ist es vorteilhaft, wenn sie sich bei einem Abstand der Punkte von mindestens 5 mm um wenigstens 10 %, vorzugsweise wenigstens 20 %, besonders bevorzugt mindestens 30 % bezogen auf den größeren der beiden Beträge unterscheiden. Der kleinere Betrag sollte also höchstens 90 %, vorzugsweise höchstens 80 %, besonders bevorzugt höchstens 70 % des größeren Betrages betragen. Je größer der Unterschied zwischen dem Betrag der Bruchkräfte ist, desto effektiver kann ein unbeabsichtigtes Auftrennen einer Sollbruchstelle verhindert werden.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform liegen beide Punkte auf der ersten Sollbruchstelle. Dann müssen sich die zum Brechen benötigten Kräfte erfindungsgemäß Ihrem Betrag nach unterscheiden. Weiterhin weisen die zum Brechen benötigten Kräfte dann die gleiche Richtung auf. Diese

Ausführungsform entspricht also einer Variante, bei der entlang einer einzigen Sollbruchstelle unterschiedlich starke Kräfte zum Brechen des Glases einwirken müssen.

Dies ist insbesondere bei Flachgläsern mit inhomogenen Eigenschaften vorteilhaft. Ein Flachglas kann beispielsweise eine Beschichtung aufweisen, die einen Gradienten in ihrer Dicke aufweist, der parallel zu einer solchen

Sollbruchstelle verläuft. Die Sollbruchstelle kann dabei wiederrum von einer Kante des Glases zu einer Gegenüberliegenden Kante verlaufen. Dann kann es vorteilhaft sein, wenn die Bruchkraft auf in der Nähe einer Kante des

Flachglases höher ist als auf einer anderen, damit der Verlauf des Risses beim Brechen entlang des Gradienten der Beschichtung verläuft.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Betrag der zum Brechen des Glases benötigten Kraft entlang der Sollbruchstelle kontinuierlich abnimmt. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass dann die resultierende Trennlinie sehr genau entlang der Sollbruchstelle verläuft. Es wird also eine bessere

Kantenqualität erzielt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Betrag mit wenigstens 10 % pro cm, vorzugsweise mit wenigstens 20 % pro cm und ganz besonders bevorzugt mit wenigstens 30 % pro cm abnimmt.

Mit einem solchen Flachglas ist es beispielsweise möglich, das Flachglas im Bereich der Sollbruchstelle mit hoher Bruchkraft, an einer starken

mechanischen Flalterung für eine Weiterverarbeitungsprozess , beispielsweise eine Beschichtung zu fixieren, ohne das die Sollbruchstelle aufgetrennt wird. Trotzdem ist dann nach diesem Prozessschritt die Sollbruchstelle mit einer niedrigen Bruchkraft an der zuvor nicht fixierten Stelle auftrennbar. Dabei wird also ein unbeabsichtigtes Auftrennen durch die mechanische Flalterung effektiv verhindert und gleichzeitig eine einfache Trennbarkeit mit hoher Kantenqualität sichergestellt.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Flachglas wenigstens eine zweite linienförmige Sollbruchstelle liegt, so dass einer der beiden Punkte auf der ersten Sollbruchstelle liegt und der andere Punkt auf der zweiten Sollbruchstelle liegt. Wenn beide dieser Sollbruchstellen auf der ersten Seitenfläche liegen, müssen sich die Bruchkräfte an den jeweiligen Punkten ihrem Betrag nach unterscheiden. Die Richtung der Bruchkräfte ist dann gleich.

In dieser Ausführungsform können die Bruchkräfte entlang jeder der

Sollbruchstellen im Wesentlichen konstant sein. Dann weisen beide

Sollbruchstellen eine in sich konstante Bruchkraft auf, wobei sich die Bruchkraft zum Auftrennen der ersten Sollbruchstelle von der Bruchkraft zum Auftrennen der zweiten Sollbruchstelle wie oben beschrieben voneinander unterscheiden.

Alternativ können auch beide Sollbruchstellen jeweils eine nicht konstante Bruchkraft, insbesondere eine kontinuierlich ab- oder zunehmende Bruchkraft aufweisen. Dann ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn bei benachbarten Sollbruchstellen die Bruchkraft entlang einer Bruchstelle zunimmt und entlang der benachbarten Bruchstelle abnimmt. Diese Anordnung führt zu einem weiteren Schutz vor unbeabsichtigtem Auftrennen von benachbarten

Sollbruchstellen.

Diese Ausführungsform entspricht also einer Anordnung bei der das Flachglas wenigstens eine zweite linienförmige Sollbruchstelle und wenigstens zwei weitere voneinander beabstandete Punkte aufweist, wobei die ersten beiden Punkte auf der ersten Sollbruchstelle liegen und die beiden weiteren Punkte beide auf der zweiten linienförmigen Sollbruchstelle liegen und dadurch jeweils als Angriffspunkt für eine Kraft zum Brechen des Flachglases ausgebildet sind, wobei sich die zum Brechen des Flachglases benötigen Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag voneinander unterscheiden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die erste linienförmige Sollbruchstelle auf der ersten Seitenfläche und die zweite linienförmige

Sollbruchstelle auf der gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des

Flachglases. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Bruchkräfte in jedem Fall in ihrer Richtung. Die Bruchkräfte müssen dann jeweils in

entgegengesetzter Richtung einwirken, um die jeweilige Sollbruchstelle aufzutrennen. Sie können sich zusätzlich auch in ihrem Betrag unterscheiden. Auch in dieser Ausführungsform können beide Sollbruchstellen konstante oder variierende Bruchkräfte aufweisen.

Diese Ausführungsformen mit wenigstens zwei Sollbruchstellen mit

unterschiedlichen Bruchkräften sind besonders vorteilhaft, wenn das Flachglas in einem schrittweisen Prozess in mehreren Zwischenschritten in

unterschiedliche Zwischenformate aufgetrennt und weiterverarbeitet werden. Über Richtung und Betrag lässt sich genau einstellen welche Sollbruchstelle bei welchem Verfahrensschritt aufgetrennt werden soll, ohne das die anderen Bereiche unbeabsichtigt aufgetrennt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zuerst aufzutrennenden Sollbruchstellen eine niedrigere Bruchkraft aufweisen als die später aufzutrennenden. Ein versehentliches Auftrennen eines unbeabsichtigten Bereichs wird also effektiv verhindert. Dies ist insbesondere bei Verfahren, die ein manuelles Auftrennen der Sollbruchstellen vorsehen von Vorteil.

Weiterhin ist diese Ausführungsform insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich zwei Sollbruchstellen kreuzen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannt Sollbruchstellen mit konstanter Bruchkraft kann es an Kreuzungspunkten Vorkommen, dass der sich in Richtung der Kreuzung ausbreitende Riss beim Auftrennen auf die kreuzende Sollbruchstelle überspringt und diese

unbeabsichtigt auftrennt. Für kreuzende Sollbruchstellen ist also durch die erfindungsgemäße Ausführungsform ebenfalls ein besonders hoher Schutz vor unbeabsichtigtem Auftrennen einer Sollbruchstelle gegeben. Dies gilt insbesondere, wenn die kreuzenden Sollbruchstellen einen Winkel zwischen 90° und 180° bilden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Flachglas auf wenigstens einer Seitenfläche wenigstens eine Beschichtung auf, die

wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: Epoxysilan, Aminosilan, Aldehydsilan, ein Polymer mit einer reaktiven N-Flydroxysuccinimid Endgruppe, Streptavidin, Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Chrom.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die linienförmige

Sollbruchstelle durch eine lokal reduzierte Dicke des Flachglases, insbesondere eine grabenförmige Vertiefung in einer Seitenfläche, oder durch eine lokal beschränkte Schwächung der Mikrostruktur des Glases, insbesondere einen Riss entlang der Sollbruchstelle an einer Seitenfläche des Flachglases mit einer definierten Eindringtiefe oder eine durch Filamentierung mittels eines

Ultrakurzpulslasers lokal modifizierte Mikrostruktur ausgebildet.

Eine reduzierte Dicke, insbesondere eine grabenförmige Vertiefung kann mittels mechanischem Materialabtrag wie beispielsweise Ritzen erfolgen. Alternativ kann Material mittels Laserablation abgetragen werden. Diese Verfahren sind dem Fachmann wohl bekannt. Der Betrag der Bruchkraft hängt dabei von der Dicke des Materials ab. Wenn sich also bei einer solchen Ausführungsform die Bruchkraft an den beiden Punkten ihrem Betrag nach unterscheidet, so unterscheidet sich an diesen Punkten auch die Dicke des Flachglases.

Weiterhin kann eine Sollbruchstelle als lokal beschränkte Schwächung der Mikrostruktur des Glases ausgebildet sein. Eine Form einer solchen

Schwächung ist ein Riss entlang der Sollbruchstelle auf einer Seitenfläche des Flachglases. Ein solcher Riss kann gezielt in das Glas eingebracht werden, indem es zunächst mittels eines Lasers sehr schnell lokal erhitzt und

anschließend durch aktive Kühlung sehr rasch abgekühlt wird. Durch diese starke Temperaturwechselbelastung kann sich entlang des bestrahlten

Bereichs ein solcher Riss ausbilden. Durch die Aufheiz- und Abkühlraten kann die Tiefe des Risses gesteuert werden. Die Aufheizrate lässt sich durch die Wellenlänge der Laserstrahlung sowie der optischen Leistungsdichte des Laserstrahles einstellen. Die Kühlrate kann beispielsweise durch die Wahl des Kühlfluids, dessen Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit eingestellt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur lokal beschränkten Schwächung der Mikrostruktur ist es, die Mikrostruktur durch Filamentierung mittels eines Ultrakurzpulslasers lokal zu modifizieren. Das Verfahren der Laserfilamentierung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Bei der Laserfilamentierung werden in das Glas mittels Ultrakurzpulslaser, also Laser mit einer Pulslänge von ungefähr weniger als 100 ps, eine Aneinanderreihung näherungsweise zylindrischer

Materialmodifikationen in das Flachglas eingebracht. Die Modifikationen können durch nichtlineare Wechselwirkungen zwischen dem Glas und dem Laser erzeugt werden, beispielsweise durch laserinduzierte Plasmabildung. Da thermische Prozess dabei keine nennenswerte Rolle spielen, ist dieses

Verfahren sehr schnell und räumlich sehr stark lokalisiert. Die räumlich begrenzten, zylindrischen Modifikationen können beispielsweise einen

Durchmesser von weniger als 500 miti, von weniger als 100 pm oder sogar von weniger als 20 miti aufweisen. Die Modifikationen können an einer Seitenfläche des Flachglases angeordnet sein. Alternativ können sich die Modifikationen durch die gesamte Dicke des Flachglases erstrecken und somit an beiden Seitenflächen angeordnet sein. Alternativ können sich die Modifikationen nur im Volumen des Flachglases erstrecken, ohne an einer der Seitenflächen angeordnet zu sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Modifikationen zumindest teilweise durch die Dicke des Flachglases, wobei sie an wenigstens einer der Seitenflächen des Flachglases, bevorzugt an der dem Angriffspunkt der Kraft zum Brechen des Glases gegenüberliegenden Seite oder im Volumen des Flachglases ohne einen Kontakt zu einer der Seitenflächen des

Flachglases ausgebildet ist.

Das Ausmaß beziehungswiese die Stärke der Modifikation sowie das Volumen der Modifikation und somit die resultierende Bruchkraft kann über die

Parameter des Lasers eingestellt werden. Dazu zählen beispielsweise die Leistung, die Pulswiederholrate, der Vorschub der lateralen Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Flachglas, die Burstrate, die Anzahl der Pulse pro Modifikation oder der Durchmesser des Laserstahls im Bereich der

Modifikation. Aus Vorschub und Pulswiederholrate lässt sich insbesondere der Abstand der einzelnen Modifikationen beeinflussen.

Mit dem Verfahren der Laserfilamentierung lassen sich Sollbruchstellen mit unterschiedlicher Bruchkraft besonders einfach hersteilen. So genügt es beispielsweise, den relativen Vorschub zwischen Laser und Flachglas bei konstanter Pulswiederholrate zu verändern, um Sollbruchstellen mit

unterschiedlicher Bruchkraft herzustellen. Durch Erhöhung des Vorschubs wird dabei die Bruchkraft reduziert, da der Abstand zwischen den einzelnen

Modifikationen reduziert wird. Ebenso kann der Vorschub während dem

Herstellen einer einzelnen Sollbruchstelle variiert werden, so dass der Abstand zwischen einzelnen lokalen Modifikationen auf der Sollbruchstelle unterschiedlich ist. Dadurch können auf einfache Weise Sollbruchstellen mit variabler, insbesondere mit kontinuierlich abnehmender Bruchkraft hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, auf diese Weise den Abstand der

Modifikationen entlang der Sollbruchstelle kontinuierlich, insbesondere linear, zu- oder abnehmen zu lassen. Eine lineare Veränderung des Abstandes kann überraschenderweise besonders einfach durch eine gleichmäßige

Beschleunigung der Relativbewegung zwischen Laser und Flachglas eingestellt werden. Dafür ist es unerheblich, ob der Laserstrahl über das ruhende

Flachglas bewegt wird, oder ob das Flachglas an dem ruhenden Laserstrahl vorbeibewegt wird.

Der maximale Vorschub ist jedoch in jedem Fall so zu wählen, dass bei der gegebenen Pulswiederholrate die einzlenen Modifkationen räumlich nicht überlappen. Der maximale Wert des Vorschubs ergibt sich also aus der

Pulswiederholrate und dem Durchmesser der Materialmodifikationen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Flachglas wenigstens eine linienförmige Sollbruchstelle auf, die durch eine Modifikation der

Mikrostruktur des Glases ausgebildet ist, wobei diese Sollbruchstelle von einer Aneinanderreihung von räumlich begrenzten, nicht überlappenden

Modifikationen der Mikrostruktur gebildet wird.

Der Abstand und/oder das Volumen der Modifikationen im Bereich des ersten Punktes können dabei kleiner oder größer als der Abstand und/oder das Volumen der Modifikationen im Bereich des zweiten Punktes. Die

Modifikationen im Bereich des ersten Punktes können zusätzlich oder alternativ stärker oder schwächer modifiziert sein, als die Modifikationen im Bereich des zweiten Punktes.

Bei der Laserfilamentierung ist es weiterhin gezielt möglich einzelne Laserpulse an beliebigen Positionen auf das Flachglas zu lenken und somit an beliebigen Positionen Materialmodifikationen der Mikrostruktur zu erzeugen. Es lassen sich damit also besonders präzise Bruch kraftverläufe und Freiformen von Sollbruchstellen generieren.

Bei einer solchen Ausführungsform kann die Bruchkraft an jedem Punkt einer Sollbruchstelle gezielt und unabhängig eingestellt werden. Diese

Ausführungsform erlaubt damit eine sehr genaue Einstellung der Bruchkraft. Somit weist ein solches Flachglas den besten Schutz gegen unbeabsichtigtes Auftrennen einer Sollbruchstelle auf.

Die anderen genannten Verfahren, also Ritzen, Laserablation oder Rissbildung eignen sich dafür Sollbruchstellen mit konstanter Bruchkraft herzustellen. Damit können insbesondere auch zwei Sollbruchstellen auf der gleichen Seitenfläche eines Flachglases mit unterschiedlicher Bruchkraft hergestellt werden. Es ist jedoch wirtschaftlich nicht möglich, mit diesen Verfahren auf reproduzierbare Art und Weise einzelne Sollbruchstellen mit variabler Bruchkraft im Sinne der Erfindung herzustellen. Dies ist nur mittels der beschriebenen

Laserfilamentierung möglich.

Beim Ritzen ist es darüber hinaus nicht oder zumindest nicht wirtschaftlich möglich, in dünnen Gläsern, beispielsweise von weniger als 2 mm Dicke, Sollbruchstellen auf beiden Seitenflächen des Flachglases herzustellen. Die für das mechanische Ritzen der zweiten Sollbruchstelle benötigte Kraft würde zum Auftrennen der Sollbruchstelle auf der gegenüberliegenden Seitenfläche führen.

Erfindungsgemäße Flachgläser eignen sich besonders für die Verwendung in mehrstufigen Weiterverarbeitungsprozessen, die je nach Prozessschritt unterschiedliche Glasformate erfordern.

Deswegen ist ein weiterer Aspekt der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Flachglases als Substrat für Anwendungen im Bereich der medizinischen Diagnostik. Dies schließt insbesondere DNA- oder Protein- Microarrays ein. In der medizinischen Diagnostik gibt es eine Vielzahl an Verfahren bei denen biologisches Material auf beschichtete oder unbeschichtete Substrate aus Flachglas aufgebracht werden. Als Beschichtungen kommen hierbei

insbesondere die oben genannten Materialien zum Einsatz. Da hierbei aus ethischen Gründen und/oder Kostengründen immer möglichst wenig

biologisches Material zum Einsatz kommen soll, ist es in der Regel

ausreichend, wenn diese Substrate für die Verwendung kleine Abmessungen aufweisen. Sie können beispielsweise 5 ^* 5 ^* 1 mm³ betragen. Insbesondere bei beschichteten Substraten oder Substraten, die mikrofluidische Bauteile enthalten, ist eine Herstellung auf solch kleine Formaten allerdings nicht wirtschaftlich. Auch der beschädigungsfreie Transport und die Handhabung ist bei größeren Formaten weniger aufwändig als bei kleinen Formaten.

Deshalb ist es besonders Vorteilhaft, wenn solche Substrate in großen

Formaten hergestellt und dann vom Nutzer manuell vereinzelt werden.

Aufgrund des manuellen Vereinzeins und der relativ hohen Stückkosten ist es dabei von besonderer Bedeutung, dass Sollbruchstellen nicht unbeabsichtigt aufgetrennt werden. Deshalb ist die Verwendung erfindungsgemäßer

Flachgläser für solche Substrate besonders vorteilhaft.

Solche Substrate können beispielsweise als Objektträger, Platte, Wafer oder Chip mit und ohne mikrofluidischen Bauteilen oder Beschichtungen vorliegen.

Der Betrag der Bruchkraft an einem Punkt auf der Sollbruchstelle kann mit einem 3-Punkt-Biegeversuch bestimmt werden. Dieses Messverfahren wird im Folgenden anhand von Figur 1 näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine nicht maßstabsgetreue, schematische Darstellung des

Messaufbaus zur Bestimmung der Bruchkraft im Querschnitt. Für die Messung der Bruch kraft wird ein Flachglas 1 mit quadratischen

Seitenflächen mit einer Kantenlänge b und einer Dicke d verwendet.

Üblicherweise sollte die Kantenlänge 30 mm und die Dicke 1 mm betragen. Die Kantenlänge b einer Messprobe muss dabei aber mindestens das 20-fache der Dicke des Flachglases betragen: b > 20 ^* d. Messungen an anderen, insbesondere rechteckigen, Geometrien sind aber ebenso möglich.

Das Flachglas 1 liegt entlang einer schmalen Kontaktlinie gelagert auf zwei Auflagen 3 auf. Die Auflagen 3 haben dabei einen Abstand L, der auf das 15- fache der Dicke des Glases eingestellt wird: L = 15 ^* d. Bei einer Dicke von d =

1 mm beträgt der Abstand also L = 15 mm.

Gemessen wird bei Glas immer die Bruchkraft unter Zugbelastung. Das bedeutet, dass die Seitenfläche, auf der die zu messende Sollbruchstelle angeordnet ist, für die Messung auf der Unterseite 7 angeordnet sein muss. Da bei starren Körpern der Angriffspunkt einer Kraft immer entlang der Wirklinie verschoben werden kann, sind die Einwirkung einer Druckkraft auf der der Sollbruchstelle gegenüberliegenden Seite 9 und die Einwirkung einer Zugkraft auf der Seite der Sollbruchstelle 7 äquivalent. Richtung und Betrag dieser Kräfte sind dann identisch, die Kräfte sind nur entlang der Wirklinie senkrecht zur Oberfläche des Flachglases 1 verschoben.

Während der Messung wird das Flachglas 1 von der Oberseite 9 mittels eines Stempels 5 mit einer Kraft beaufschlagt, die während der Messung

kontinuierlich erhöht wird, bis das Flachglas 1 bricht. Der Betrag der Kraft, bei dem das Flachglas bricht, entspricht der Bruchkraft. Der Stempel 5 wirkt dabei nur punktuell auf die Sollbruchstelle ein. Insbesondere ist die Kontaktfläche des Stempels, die mit dem Flachglas 1 in Kontakt kommt flach und kreisrund mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Der Stempel 5 kann beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein. Der in Figur 1 dargestellte Pfeil auf dem Stempel 5 deutet die Bewegungsrichtung des Stempels 5 und somit die Richtung der Krafteinwirkung beziehungsweise die Wirklinie an. Für die vorliegende Erfindung ist es nicht von Bedeutung, die absolute

Bruchkraft zu bestimmen. Es ist ausreichend nur die relativen

Bruchkraftunterschiede an unterschiedlichen Punkten einer Sollbruchstelle oder an Punkten verschiedener Sollbruchstellen zu bestimmen. Deshalb können die oben genannten Abmessungen in einem weiten Maße variiert werden. Sie müssen aber für die zu vergleichenden Messwerte konstant gehalten werden. Beispielsweise kann auch statt einer flachen kreisrunden Kontaktfläche ein kugelförmiger Stempel 5 mit einem geeignet gewählten Durchmesser, beispielsweise 2 mm, für den Stempel gewählt werden.

Für die Messung der Bruchkraft an unterschiedlichen Stellen einer einzelnen Sollbruchstelle ist es erforderlich, eine Vielzahl identischer Proben herzustellen und die Messung an jeder zu vermessenden Position auf der Sollbruchstelle an mehreren Proben durchzuführen. Über die so bestimmten Werte kann dann gemittelt werden, um eine zuverlässige Aussage über die Bruchkraftverteilung entlang einer definiert hergestellten Sollbruchstelle zu erhalten.

Im Folgenden wird beispielhaft beschrieben, wie ein erfindungsgemäßes Flachglas mittels Laserfilamentierung hergestellt werden kann.

Eine geeignete Laserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Neodym- dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern. Ein solcher Laser kann im sogenannten Burst-Modus betrieben werden. Das bedeutet, dass Anstelle von Einzelpulsen ein Paket aus mehreren Pulsen mit einer sehr kurzen Abfolge abgegeben wird. Die Pulswiederholrate eines Lasers im Burst-Modus ergibt sich aus dem zeitlichen Abstand der Pulspakete. Die Burst-Frequenz ergibt sich aus dem zeitlichen Abstand der einzelnen Pulse innerhalb eines Pulspaktes.

Die Laserquelle erzeugt beispielsweise einen Rohstrahl mit einem (1/e²)- Durchmesser von 12 mm, als Optik kann eine Bikonvex-Linse mit einer Brennweite von 16 mm zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung des Rohstrahls kann gegebenenfalls eine geeignete strahlformende Optik, wie beispielsweise ein Galilei-Teleskop zum Einsatz kommen.

Die Laserquelle arbeitet insbesondere mit einer Pulswiederholrate, welche zwischen 1 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 10 kHz und 400 kHz, besonders bevorzugt zwischen 30 kHz und 200 kHz.

Die Pulswiederholrate und/oder die Vorschubgeschwindigkeit kann dabei so gewählt werden, dass der gewünschte Abstand benachbarter Modifikationen erreicht wird. Insbesondere kann die Vorschubgeschwindigkeit variiert werden, um die Abstände zwischen benachbarten Modifikationen und somit die

Bruch kraft zu variieren.

Die geeignete Pulsdauer eines Laserpulses liegt in einem Bereich von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt bei weniger als 20 Pikosekunden.

Die typische Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von 20 bis 300 Watt. Um die filamentförmigen Modifikationen zu erzielen, wird vorzugsweise eine Pulsenergie im Burst von mehr als 400 Mikrojoule eingesetzt. Ferner vorteilhaft ist eine gesamte Burstenergie von mehr als 500 Mikrojoule. Die Burstenergie entspricht dabei der Summe der Energien aller Pulse im Pulspaket.

Die Pulsdauer ist im Wesentlichen unabhängig davon, ob ein Laser im

Einzelpulsbetrieb oder im Burst-Mode betrieben wird. Die Pulse innerhalb eines Bursts weisen typischerweise eine ähnliche Pulslänge auf, wie ein Puls im Einzelpulsbetrieb. Die Burstfrequenz kann im Intervall von 15 MHz bis 90 MHz liegen, bevorzugt im Intervall von 20 MHz bis 85 MHz liegen und beträgt beispielsweise 50 MHz und die Anzahl der Pulse im Burst kann zwischen 1 und 10 Pulsen, z.B. 6 Pulsen liegen. Aufgrund der sehr hohen Burstfrequenz treffen alle Pulse eines Pulspakets im Wesentlichen auf dieselbe Position des Substrats auf und erzeugen dort gemeinsam die Modifikation. Die Anzahl der Laserpulse zur Erzeugung jeweils einer Modifikation wird dabei insbesondere aus dem Intervall von 1 bis 20, vorzugsweise aus dem Intervall 1 bis 10, besonders bevorzugt aus dem

Intervall 2 bis 8 gewählt.

Der Abstand zwischen benachbarten Modifikationen kann insbesondere im Intervall von 1 pm bis 20 miti, insbesondere im Intervall 2 pm bis 10 pm liegen.

Der Durchmesser der Modifikationen kann beispielsweise im Intervall 0,5 pm bis 5 pm, insbesondere 0,8 pm bis 2 pm und besonders im Intervall 1 pm bis 1 ,5 pm liegen.

Je nachdem wie der Fokus des Laserstrahls relativ zu den Seitenflächen des Flachglases positioniert wird, können die Modifikationen an unterschiedlichen Stellen im Flachglas angeordnet sein. Sie können sich beispielsweise von der Oberfläche der dem Laser zugewandten Seitenfläche aus in das Volumen des Flachglases hinein erstrecken. Sie können sich ebenso von der Oberfläche der dem Laser abgewandten Seitenfläche aus in das Volumen des Flachglases hinein erstrecken. Sie können sich weiterhin von der Oberfläche der dem Laser abgewandten Seitenfläche aus durch die gesamte Dicke des Flachglases hindurch bis zur gegenüberliegenden Seitenfläche erstrecken. Ebenso können sie sich nur im Volumen des Flachglases ohne Kontakt zu einer der

Seitenflächen erstrecken. Dadurch ist es besonders einfach möglich, nur durch Veränderung der Fokuspositionierung mit einem einzigen Laser

Sollbruchstellen auf beiden Seitenflächen des Flachglases herzustellen.

Der Fachmann wird diese Parameter so einstellen beziehungsweise variieren, dass er das gewünschte Bruch kraftverhalten der Sollbruchstellen erzielt. Bezuqszeichenliste

1 Flachglas 3 Auflage 5 Stempel 7 Unterseite 9 Oberseite

Claims

Patentansprüche

1. Flachglas (1 ) mit einer ersten Seitenfläche (7,9), einer

gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (7,9), wenigstens einer Kantenfläche, wenigstens einer linienförmigen Sollbruchstelle auf der ersten oder zweiten Seitenfläche (7,9) und wenigstens zwei voneinander beabstandeten Punkten, welche jeweils auf einer linienförmigen

Sollbruchstelle liegen und dadurch jeweils als Angriffspunkt für eine Kraft zum Brechen des Flachglases ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der beiden Punkte auf der ersten linienförmigen Sollbruchstelle liegt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum Brechen des Flachglases (1 ) benötigten Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag und/oder ihrer Richtung voneinander unterscheiden.

2. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Punkte auf der ersten linienförmigen Sollbruchstelle liegen, wobei sich die zum Brechen des Flachglases (1 ) benötigten Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag voneinander unterscheiden.

3. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachglas (1 ) wenigstens eine zweite linienförmige Sollbruchstelle und wenigstens zwei weitere voneinander beabstandete Punkte aufweist, wobei die beiden weiteren Punkte beide auf der zweiten linienförmigen Sollbruchstelle liegen und dadurch jeweils als Angriffspunkt für eine Kraft zum Brechen des Flachglases ausgebildet sind, wobei sich die zum Brechen des Flachglases benötigen Kräfte, die jeweils an diesen Punkten angreifen, in ihrem Betrag voneinander unterscheiden.

4. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 1 umfassend wenigstens eine zweite

linienförmige Sollbruchstelle, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Punkte auf der ersten Sollbruchstelle liegt und der andere Punkt auf der zweiten Sollbruchstelle liegt.

5. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste linienförmige Sollbruchstelle auf der ersten Seitenfläche (7,9) und die zweite linienförmige Sollbruchstelle auf der gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (7,9) des Flachglases (1 ) angeordnet sind.

6. Flachglas (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Betrag der Bruchkraft entlang der

Sollbruchstelle kontinuierlich abnimmt.

7. Flachglas (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass sich die Beträge der Bruchkräfte bei einem Abstand der Punkte von mindestens 5 mm um wenigstens 10 %, vorzugsweise wenigstens 20 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 % bezogen auf den größeren der beiden Beträge unterscheiden.

8. Flachglas (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Flachglas (1 ) auf wenigstens einer Seitenfläche (7,9) wenigstens eine Beschichtung aufweist, die wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: Epoxysilan, Aminosilan, Aldehydsilan, ein Polymer mit einer reaktiven N-Flydroxysuccinimid Endgruppe, Indium- Zinn-Oxid oder Chrom.

9. Flachglas (1 ) gemäß einem der vorherstehenden Ansprüche, wobei die linienförmige Sollbruchstelle durch eine lokal reduzierte Dicke des

Flachglases (1 ), insbesondere eine grabenförmige Vertiefung in einer Seitenfläche (7,9), oder durch eine lokal beschränkte Schwächung der Mikrostruktur des Glases, insbesondere einen Riss entlang der

Sollbruchstelle an der Seitenfläche (7,9) des Flachglases (1 ) mit einer definierten Eindringtiefe oder eine durch Filamentierung mittels eines Ultrakurzpulslasers lokal modifizierte Mikrostruktur ausgebildet ist.

10. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 9, wobei wenigstens eine linienförmige Sollbruchstelle durch eine Modifikation der Mikrostruktur des Glases (1 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Sollbruchstelle von einer Aneinanderreihung von räumlich begrenzten, nicht überlappenden Modifikationen der Mikrostruktur gebildet wird, wobei der Abstand und/oder das Volumen der Modifikationen im Bereich des ersten Punktes kleiner oder größer ist als der Abstand und/oder das Volumen der

Modifikationen im Bereich des zweiten Punktes und/oder die

Modifikationen im Bereich des ersten Punktes stärker oder schwächer modifiziert sind, als die Modifikationen im Bereich des zweiten Punktes.

11. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 10, wobei der Abstand der Modifikationen entlang der Sollbruchstelle kontinuierlich, insbesondere linear, zunimmt oder abnimmt.

12. Flachglas (1 ) gemäß Anspruch 10 oder 11 , wobei sich die Modifikationen zumindest teilweise durch die Dicke des Flachglases (1 ) erstrecken, wobei sie an wenigstens einer der Seitenflächen (7,9) des Flachglases, bevorzugt an der dem Angriffspunkt der Kraft zum Brechen des Glases gegenüberliegenden Seite (7), oder im Volumen des Flachglases (1 ) ohne einen Kontakt zu einer der Seitenflächen (7,9) des Flachglases

ausgebildet sind.

13. Flachglas gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Dicke von 0,7 mm bis 10 mm.

14. Verwendung eines Flachglases (1 ) gemäß einem der vorstehenden

Ansprüche als Substrat für Anwendungen im Bereich der medizinischen Diagnostik.