EP4359358A1

EP4359358A1 - Element aus sprödbrüchigem material mit strukturierter kante, zwischenprodukt und verfahren zur herstellung des elements

Info

Publication number: EP4359358A1
Application number: EP22733119.6A
Authority: EP
Inventors: Andreas Ortner; Fabian Wagner; Markus HEISS-CHOUQUET; Vanessa GLÄßER; Heong Leong TEOH; Shiuh Liang LEE; Michael DRISCH; Ulrich Peuchert; Guangjun Zhang
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2024-05-01
Also published as: WO2022268585A1; CN117545728A; KR20240026190A; TW202306916A; US20240159940A1; JP2024523527A; DE102021116398A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, kleine Bauteile aus Glas und Glaskeramik durch lasergestütztes Ätzen mit gleichbleibender Qualität herzustellen und dabei gleichzeitig deren Handhabung während der Herstellung und für eine Weiterverarbeitung zu vereinfachen. Dazu ist ein scheibenförmiges Element (10) aus sprödbrüchigem Material mit zwei gegenüberliegenden, insbesondere parallelen Seitenflächen (100, 101) und eine umlaufende Kantenfläche (13) vorgesehen, welche die Außenkontur des scheibenförmigen Elements (10) bestimmt, wobei die Kantenfläche (13) zumindest einen ersten Bereich (15) und zumindest einen zweiten Bereich (17) aufweist, wobei sich der erste Bereich (15) vom zweiten Bereich (17) in seiner Oberflächenstruktur unterscheidet, wobei der erste Bereich (15) eine geätzte Oberfläche aufweist, und wobei der zweite Bereich (17) eine Bruchfläche darstellt, und wobei die Fläche des zumindest einen ersten Bereichs (15) größer ist, als die Fläche des zumindest einen zweiten Bereichs (17), wobei die ersten und zweiten Bereiche nebeneinander in Richtung entlang der Kantenfläche (13) angeordnet sind.

Description

SCHOTT AG 1

Element aus sprödbrüchigem Material mit strukturierter Kante, Zwischenprodukt und Verfahren zur Herstellung des Elements

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Elementen aus sprödbrüchigem Material. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung solcher Elemente durch Herausarbeiten von Konturen aus einem scheibenförmigen Werkstück.

Die US 2018/215647 Al beschreibt ein Verfahren zum Einbringen von durchgehenden Kanälen in ein plattenförmiges Glaselement mittels eines Ultrakurzpulslasers, dessen Pulse durch eine fokusverlängernde Optik geformt werden, und einem anschließendem Ätzprozess, der die zueinander benachbarten Kanäle miteinander durch Wegätzen der dazwischen befindlichen Materialbrücken entfernt, so dass ein strukturiertes Bauteil vorgegebener Geometrie und speziellen Kantenmerkmalen („Kalotten“) ausgelöst und hergestellt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich Glas- oder Glaskeramik-Elemente auch mit komplexen Konturen aus einer Scheibe herausarbeiten.

Die US 10941069 B2 beschreibt ein Bearbeitungsverfahren für ein plattenartiges Werkstück mit einer Schicht aus Glas oder Glaskeramik, das in mehrere unvollständig getrennte Teilsegmente durch laserselektives Ätzen zerlegt wird, wobei die Teilsegmente durch eine netzartige Verbindung mit dem Rest des Werkstücks zunächst verbunden bleiben, wobei diese Restverbindung noch ober- und unterseitig mit einem Hinterschnitt, also strukturiert (in nur einem Teilbereich der Dicke) ausgeführt ist.

Die US 10626040 B2 offenbart einen scheibenförmigen Glasartikel, der mit zwei Feldern von Schädigungen strukturiert wurde, wobei das zweite Schädigungsfeld mindestens eine Unterbrechung aufweist, und der nach einem Ätzprozess vereinzelt wird. Die Schädigungsfelder können teilweise überlappen, sind mit einem Laserprozess in das Material eingebracht, der auch ultrakurze Pulse beinhalten kann.

Der in der US 2018/215647 Al beschriebene Prozess erlaubt die Strukturierung transparenter Substrate aus Glas- oder Glaskeramik, allgemein aus sprödbrechenden Materialien, in einem aus zwei Schritten bestehenden Verarbeitungsprozess, indem zunächst das Substrat mittels eines Ultrakurzpulslasers entlang der gewünschten Strukturen in lateraler Richtung eine Kette von Modifikationen eingebracht wird, die im zweiten Schritt durch einen vorzugsweise alkalischen Ätzprozess vergrößert werden, bis die Modifikationen räumlich verbunden werden und Innen- und Außenteil voneinander getrennt im Ätzbad vorliegen. Soll allerdings eine Vielzahl von Produkten geringer lateraler Größe aus dem Ausgangssubstrat gefertigt werden, ergibt sich ein Handlingsproblem dergestalt, dass die ausgelösten Kleinstprodukte im Ätzmedium umherschwimmen und sich im Bodenbereich des Ätztanks ablagem und so den weiteren Prozessschritten nicht mehr in kontrollierter Weise zugeführt werden können. Es kommt zu Überdeckungen der Glasteile, dadurch zu unkontrollierten Ätzprozessen, Beschädigungen beim weiteren Handling und allgemein zu erheblichen Qualitätsschwankungen in der Fertigung. Der Erfindung liegt daher ausgehend die Aufgabe zu Grunde, kleine Bauteile aus Glas und Glaskeramik durch lasergestütztes Ätzen mit gleichbleibender Qualität herzustellen und dabei gleichzeitig deren Handhabung während der Herstellung und für eine Weiterverarbeitung zu vereinfachen. Grundlegende Idee ist hierbei, dass das nach dem laserbasierten Konturdefinitionsschritt und anschließendem Ätzen hergestellte Kleinprodukt durch mindestens eine stegartige Verbindung mit einem benachbarten Halteabschnitt oder weiteren benachbarten Produkten verbunden bleibt. Der Halteabschnitt kann ein oder mehrere strukturierte Kleinprodukte fixieren und in eine Vielzahl von geometrischen Formen wie ein oder mehrere Streifen oder als umlaufender Rahmen realisiert werden.

Demgemäß sieht die Erfindung ein scheibenförmiges Element aus sprödbrüchigem Material, mit zwei gegenüberliegenden, insbesondere parallelen Seitenflächen und einer umlaufenden Kantenfläche vor, welche die Außenkontur des scheibenförmigen Elements bestimmt, wobei die Kantenfläche zumindest einen ersten Bereich und zumindest einen zweiten Bereich aufweist, wobei sich der erste Bereich vom zweiten Bereich in seiner Oberflächenstruktur unterscheidet. Dabei weist der erste Bereich insbesondere eine geätzte Oberfläche auf. Der zweite Bereich stellt eine Bruchfläche dar. Die Fläche des zumindest einen ersten Bereichs ist größer als die Fläche des zumindest einen zweiten Bereichs. Sind mehrere erste und zweite Bereiche vorhanden, so gilt diese Bedingung entsprechend für die summierten Flächen. Demgemäß ist in diesem Fall die Gesamtfläche der ersten Bereiche größer als die Gesamtfläche der zweiten Bereiche. Insbesondere sind die ersten und zweiten Bereiche nebeneinander entlang der Kantenfläche, beziehungsweise entlang der durch die Kantenfläche definierten Kontur angeordnet. Besonders bevorzugte sprödbrüchige Materialien sind Glaskeramik und insbesondere Glas.

Das Element aus sprödbrüchigem Material wird durch Abtrennen von einem größeren Zwischenprodukt hergestellt. Mit der Verbindung im Zwischenprodukt wird die Handhabung des Elements deutlich vereinfacht.

Demgemäß sieht die Erfindung auch ein scheibenförmiges Zwischenprodukt aus sprödbrüchigem Material zur Herstellung des Elements vor, wobei das Zwischenprodukt einen Halteabschnitt und ein über zumindest einen Verbindungsabschnitt mit dem Halteabschnitt verbundenes Element aufweist, wobei das Element und der Verbindungsabschnitt eine Kantenfläche mit einer geätzten Oberfläche aufweisen. Die Breite des Verbindungsabschnitts am Übergang zum Element ist kleiner, als die Länge der durch die Kantenfläche mit der geätzten Oberfläche gebildeten Kontur, so dass durch Abtrennen des Elements durch Brechen des sprödbrüchigen Materials am Verbindungsabschnitt ein separiertes Element aus sprödbrüchigem Material erhältlich ist, dessen Kantenfläche zumindest einen ersten Bereich und zumindest einen zweiten Bereich aufweist, wobei sich der erste Bereich vom zweiten Bereich in seiner Oberflächenstruktur unterscheidet, wobei der erste Bereich eine geätzte Oberfläche aufweist, und wobei der zweite Bereich eine Bruchfläche darstellt, und wobei die Fläche des zumindest einen ersten Bereichs größer ist, als die Fläche des zumindest einen zweiten Bereichs, und wobei die ersten und zweiten Bereiche nebeneinander in Richtung entlang der Kantenfläche, beziehungsweise der durch die Kantenfläche definierten Außenkontur angeordnet sind. Die Erfindung wird nachfolgend genauer und anhand der Figuren erläutert. Das Zwischenprodukt aus sprödbrüchigem Material kann mit einem Verfahren hergestellt werden, bei welchem eine Scheibe aus sprödbrüchigem Material bereitgestellt und mit einem Laser bestrahlt wird, wobei das sprödbrüchige Material der Scheibe für den Laser zumindest teilweise transparent ist, wobei der Laserstrahl des Lasers im Inneren der Scheibe Materialmodifikationen hervorruft. Der Laserstrahl wird über die Scheibe entlang eines Pfades geführt, so dass die Materialmodifikationen nebeneinander auf dem Pfad liegen. Die Scheibe wird anschließend einem Ätzprozess ausgesetzt, wobei die Materialmodifikationen durch den Ätzprozess zu Kanälen aufgeweitet werden, die sich schließlich verbinden, so dass die Scheibe entlang des Pfades aufgetrennt wird. Der Pfad definiert die Kontur eines Elements, welches über einen Verbindungsabschnitt mit einem Halteabschnitt verbunden ist, so dass ein scheibenförmiges Zwischenprodukt gemäß dieser Offenbarung erhalten wird. Zur Herstellung eines scheibenförmigen Elements aus sprödbrüchigem Material kann dann der Verbindungsabschnitt aufgetrennt werden, so dass das Element vom Halteabschnitt gelöst wird.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines scheibenförmigen Elements aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Oberflächenstruktur eines ersten Bereichs.

Fig. 3 zeigt verschiedene Varianten von Zwischenprodukten mit Elementen aus sprödbrüchigem Material, die jeweils mit einem Halteabschnitt verbunden sind.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen Ausführungsformen von jeweils mehreren mit einem gemeinsamen Halteabschnitt verbundenen Elementen aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 7 illustriert Verfahrensschritte zur Herstellung eines Elements 10 aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines in Felder untergliederten Zwischenprodukts.

Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zwischenprodukts aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 10 zeigt ein Element aus sprödbrüchigem Material in Aufsicht.

Fig. 11 zeigt für das Element aus Fig. 10 ein Diagramm des Abstands der Position der Kantenfläche zum Flächenmittelpunkt als Funktion der Wegstrecke entlang der Kontur des Elements.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines Zwischenerzeugnisses mit einem Element aus sprödbrüchigem Material in Form eines Zahnrads.

Fig. 13 zeigt ein Höhenprofil einer Kantenfläche.

Fig. 14 und Fig. 15 sind lichtmikroskopische Aufnahmen eines Elements aus

Glas. Fig. 16 und 17 zeigen zwei elektronenmikroskopische Aufnahmen der Kantenfläche eines Elements aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 18 zeigt ein Kameramodul.

Fig. 19 zeigt Weibull-Diagramme der Bruchfestigkeit von Glaselementen.

Fig. 20 zeigt ein Zwischenprodukt mit einem rechteckigen Element aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Element aus sprödbrüchigem Material.

Fig. 22 zeigt ein Beispiel einer elektro-optischen Anordnung mit einem Element.

Fig. 23 zeigt eine Anordnung mit einem Zwischenprodukt auf einem Träger zum Abtrennen von Elementen.

Fig. 24 zeigt eine weitere Anordnung zum Abtrennen eines Elements von einem Halteabschnitt.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines scheibenförmigen Elements 10 aus sprödbrüchigem Material. Als sprödbrüchige Materialien kommen allgemein besonders Glas und Glaskeramik in Frage. Diese Materialien zeichnen sich unter anderem durch eine im Allgemeinen hohe Transparenz, beispielsweise von gemittelt mehr als 80% im Bereich von 270 nm bis 2700 nm, aus, was die bevorzugte, weiter unten genauer erläuterte Herstellung mittels eines lasergestützten Ätzprozesses erleichtert. Das scheibenförmige Element 10 aus sprödbrüchigem Material weist zwei gegenüberliegende, insbesondere parallele Seitenflächen 100, 101 auf. Die Außenkontur des Elements 10 wird durch eine umlaufende Kantenfläche 13 gebildet. Die Kantenfläche 13 untergliedert sich in nebeneinander angeordnete unterschiedliche Abschnitte, beziehungsweise Bereiche. Dabei ist zumindest ein erster Bereich 15 und zumindest ein zweiter Bereich 17 vorhanden. Diese beiden Arten von Bereichen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Oberflächen. Im Speziellen weist der erste Bereich 15 eine geätzte Oberfläche auf. Der zweite Bereich 17 ist hingegen eine Bruchfläche. Dabei ist die Fläche des oder der ersten Bereiche 15 größer, als die Fläche des oder der zweiten Bereiche 17. Die Bereiche sind dabei nicht übereinander als parallel zu den Seitenflächen 100, 101 verlaufende, übereinanderliegende Streifen angeordnet, sondern liegen in Richtung des Nachfahrens der Kontur, also entlang der Kantenfläche 13 nebeneinander. Demgemäß grenzen der oder die zweiten Bereiche 17 der Kantenfläche 13 an zumindest eine der Kanten 19, 20 an, an welchen die Kantenfläche 13 in die Seitenfläche 100, 101 übergeht.

Bei dem dargestellten Beispiel sind zwei zweite Bereiche 17 vorhanden. Da die zweiten Bereiche 17 voneinander beabstandet sind, ist zwischen diesen beiden zweiten Bereichen 17 ein erster Bereich 15 mit geätzter Oberfläche vorhanden. Ein weiterer erster Bereich erstreckt sich entlang der Kantenfläche 13 um das Element 10 herum und grenzt jeweils an den beiden voneinander abgewandten Übergängen an die zweiten Bereiche 17 an. Es ist möglich, nur einen einzelnen zweiten Bereich 17 vorzusehen. Sofern die Kantenfläche nicht anderweitig behandelt wird, ist dann auch nur ein einzelner erster Bereich 15 vorhanden. Bevorzugt wird aber eine Ausführungsform, die wie beim dargestellten Beispiel zwei oder mehr zueinander beabstandete zweite Bereiche 17 aufweist. Dies ist von Vorteil, um bei einer leichten Abtrennbarkeit des Elements 10 eine stabile Verbindung zum Halteabschnitt zu ermöglichen. Aus dem gleichen Grund ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der zumindest eine zweite Bereich 17, oder die mehreren zweiten Bereiche 17 zusammen eine Breite von mindestens 0,5 %, vorzugsweise von mindestens einem Prozent der größten lateralen Dimension des Elements 10 aufweisen. Bei dem Beispiel der Fig. 1 mit der rechteckigen Kontur des Elements 10 ist die größte laterale Dimension folglich durch die Länge einer Diagonalen zwischen zwei gegenüberliegenden Ecken gegeben. Mindestens sollte die Breite des zweiten Bereichs 17, beziehungsweise die Gesamtbreite von mehreren zweiten Bereichen 20 pm, bevorzugt mindestens 50 pm, mehr bevorzugt mindestens 100 pm betragen.

Die geätzte Oberfläche des ersten Bereichs, welche den größten Teil der Kantenfläche 13 einnimmt, ist allgemein von Vorteil, da eine solche Kantenfläche 13 eine hohe Stabilität, d.h. eine hohe (mechanische) (Kanten-)Festigkeit aufweist. Daher ist andererseits allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle dargestellte Beispiel in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Summe aller Flächenanteile des oder der ersten Bereiche 15 einen Anteil an der Gesamtfläche der Kantenfläche 13 von mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 98 %, insbesondere mindestens 99%. haben. Weil die Festigkeit eines Glasteils wesentlich bestimmt wird von den Eigenschaften seiner Oberfläche, insbesondere durch die von der Oberfläche in das Substratmaterial hineinlaufende Mikrorisse, ist die Festigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Kleinbauteils gekennzeichnet von allgemein hoher Festigkeit in dem überwiegenden Teil der dem Ätzprozess (Auslöseprozess) ausgesetzten Oberflächen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Festigkeit des Elements 10 gegenüber einer Biegebelastung der Kantenfläche 13 in einem ersten Bereich höher, insbesondere signifikant höher sein, als in einem zweiten Bereich 17. Als eine signifikant höhere Festigkeit wird eine Festigkeit verstanden, die im Mittel mindestens 50 MPa höher ist. So wird gemäß einer Weiterbildung bei einem Glaselement bei einer Kante, die durch Filamentieren mit einem Ultrakurzpulslaser vorgeschädigt und dann gebrochen wurde, eine charakteristische Festigkeit von 80 - 200 MPa gemessen. Bei Kombination mit einem Ätzprozess und damit einer Ausbildung einer Oberfläche wie in einem ersten Bereich wurde eine charakteristische Festigkeit von mehr als 150 MPa bis 500 MPa gemessen. Dabei ergibt sich die charakteristische Festigkeit a_c durch Anfitten einer zweiparametrigen Weibullverteilung an die experimentell ermittelten Daten nach der Maximum-Likelihood-Methode.

Wird also ein gemäß dieser Offenbarung hergestelltes Element 10 bezüglich der Festigkeit einzelner Seiten/Kanten getestet, beispielsweise mit einer 3 -Punkt- oder 4- Punkt-Biegung oder einer Stufenrohe, so kann ein signifikanter Unterschied der charakteristischen Festigkeiten zwischen den Kanten, die einen zweiten Bereich aufweisen (d.h.entfernten/gebrochenen Haltestegen) und Kanten ohne einen zweiten Bereich bestehen. Die durch Entfernen der Stegverbindungen, beziehungsweise Halteabscnitte freigelegten Oberflächen in den zweiten Bereichen weisen eine geringere mechanische Festigkeit auf und können somit als Sollbruchstelle verwendet oder vorgesehen werden.

Auch wenn eine herabgesetzte Festigkeit im Bereich der durch Separieren freigelegten Oberfläche, also der Bruchflächen des oder der zweiten Bereiche 17 vorliegt, bleibt damit eine hohe Festigkeit des Kleinbauteils erhalten. Auch besteht wie gesagt die Möglichkeit, den oder die zweiten Bereiche 17 als Sollbruchstehen zu verwenden und konstruktiv zu berücksichtigen. Ein weiterer Vorteil der Untergliederung der Kantenfläche 13 in zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Bereich 15, 17 besteht in der Möglichkeit eines Alignments. So kann der zweite Bereich als Orientierungsmarke für eine Bauteilausrichtung dienen. Beispielsweise kann ein Roboter diesen zweiten Bereich erkennen und anhand dieser das Elements 10 mit der vorgesehenen Orientierung greifen oder einbauen. So kann bei einer asymmetrischen Ausrichtung des zweiten Bereichs 17 im Verhältnis zu Symmetrieachsen des Elements auch durch einen Roboter bestimmt werden, wie die Seitenflächen orientiert sind, etwa, welche Seitenfläche oben liegt. Dies kann unter anderem wichtig sein, falls eine der Seitenflächen eine Beschichtung aufweist.

Die Anzahl derartig als Bruchflächen eingebrachter zweiter Bereiche 17 mit geänderter Festigkeit ist in bevorzugter Ausführungsform zu minimieren. Allgemein ist es günstig, wenn die Anzahl der Verbindungsabschnitte und damit der zweiten Bereiche höchstens 50, vorzugsweise höchstens 10, mehr bevorzugt höchstens 5 und ganz besonders bevorzugt höchstens 3 beträgt. Die Strukturierung erfolgt in besonders bevorzugter Ausgestaltung so, dass das Kleinteil mit einem oder zwei Verbindungsabschnitten mit dem Halteabschnitt verbunden wird. Wie weiter unten anhand von Fig. 3 erläutert wird, können mehrere Verbindungsabschnitte das Kleinteil aus unterschiedlichen Richtungen fixieren, in bevorzugter Ausführungsform aus Gründen der Stabilität aus gleicher Richtung oder sogar parallel. In bevorzugter Ausführungsform wird das Kleinteil, beziehungsweise Element 10 durch parallele Verbindungsabschnitte, vorzugsweise zwei parallele Verbindungsabschnitte mit dem Halteabschnitt verbunden.

Die beiden Arten von Bereichen 15, 17 können sich auch in weiteren Merkmalen als der Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden. So kann die Kantenfläche in den beiden Bereichen unterschiedliche Winkel zu den Seitenflächen 100, 101 aufweisen. Beispielsweise kann in dem oder den ersten Bereichen 15 aufgrund des Ätzprozesses ein Taperwinkel an beiden Kanten 19, 29 aufweisen. Durch den Brechvorgang kann der zweite Bereich 17 weiterhin eine Neigung aufweisen, so dass eine Kante hervorspringt und/oder die andere Kante zurückgesetzt ist. Auch können die ersten und zweiten Bereiche 15, 17 neben unterschiedlicher Oberflächenstruktur unterschiedliche Kantengeometrie oder Kantenform aufweisen. Generell kann ein Taperwinkel der Kantenfläche in einem ersten Bereich auch durch die Einstrahlrichtung des Laserstrahls erzeugt werden. In diesem Fall werden schräg im Material verlaufende filamentförmige Schädigungen eingefügt, so dass sich beim Ätzen eine Kantenfläche mit einer entsprechend schräg entlang der Richtung der Filamente liegenden Oberfläche hergestellt wird.

Die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen der ersten und zweiten Bereiche 15, 17 lassen sich unter anderem anhand eines der Merkmale Rauheit, Reflexionsgrad, optische Anmutung unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden Bereiche 15, 17 zwar unterscheidbar, weisen aber die gleiche oder zumindest eine mit dem bloßen Auge ununterscheidbare optische Anmutung auf.

Das Element 10 ist vorzugsweise als Kleinprodukt, etwa für feinmechanische oder mikro mechanische Anwendungen ausgeführt, wie beispielsweise Design- und Funktionselemente z.B. für die Uhrenindustrie, Packaging (Verkapselungs-) Bauteile für optoeletronische Lichtemitter oder Verkapselungsbauteile für optoelektronische Sensoren. Bevorzugt beträgt dazu die größte laterale Abmessung des Elements maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 80 mm, besonders bevorzugt maximal 50 mm. Es können auch kleinere Bauteile mit einer größten lateralen Abmessung von 30 mm hergestellt werden. Weiterhin werden größte laterale Abmessungen ab 0,3 mm, insbesondere ab 1 mm, vorzugsweise ab 3 mm, besonders vorzugsweise ab 5 mm bevorzugt.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Oberflächenstruktur eines ersten Bereichs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Allgemein ist es bevorzugt, wenn die geätzte Oberfläche des ersten Bereichs 15 kalottenförmige Vertiefüngen 22 aufweist. Besonders können die kalottenförmigen Vertiefüngen auch mehr oder weniger direkt aneinandergrenzen, so dass benachbarte Vertiefungen 22 durch Grate 24 getrennt sind. Die Tiefe der kalottenförmigen, beziehungsweise abgerundeten Vertiefungen beträgt vorzugsweise weniger als 5 pm. Die lateralen Abmessungen der Vertiefungen 22 liegen durchschnittlich gemäß einer Ausführungsform im Bereich von 5 pm bis 200 pm, vorzugsweise von 5 pm bis 100 pm, insbesondere von 5 pm bis 50 pm, besonders bevorzugt von 5 pm bis 20 pm. Die Grate 24 bilden dabei gemäß einer Weiterbildung in Aufsicht auf den ersten Bereich 15 gesehen polygonale Begrenzungen der kalottenförmigen Vertiefüngen 22. Die durchschnittliche laterale Abmessung der kalottenförmigen Vertiefungen kann durch die Dauer des Ätzprozesses beeinflusst werden. Die kalottenförmigen Vertiefungen werden typischerweise bei niedrigen Abtragsraten und vorzugsweise unter Verwendung alkalischer Ätzmedien, wie etwa KOH- oder NaOH-Lösungen erzeugt. Auch ein Ätzen mit einem sauren Ätzmedium ist aber möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit einer Abtragsrate von kleiner als 15 pm bevorzugt kleiner als 10 pm besonders bevorzugt kleiner 8 pm pro Stunde abgetragen. Je nachdem, wieviel Material abgetragen wird, nachdem sich die entlang der filamentförmigen Schädigungen erzeugten Kanäle vereinigen, sind die Kanäle an der Kante des scheibenförmigen Elements noch als seitlich offene, aneinandergrenzende Kanäle, oder umgekehrt als Rippen zu erkennen. Diese Rippen bleiben dort stehen, wo die Kanäle beim Ätzen aneinanderstoßen. Wird nach dem Vereinigen der Kanäle länger weiter geätzt, gleichen sich diese Strukturen aus und es entsteht eine Oberfläche, die neben den kalottenförmigen Vertiefungen keine Überstruktur in Form von halboffenen Kanälen oder Rippen aufweist. Vorzugsweise beträgt die mittlere Anzahl von Seiten der mit den Graten gebildeten Polygone weniger als acht, vorzugsweise weniger als sieben. Die Grate 24 sind im Vergleich zur Krümmung der kalottenförmigen Vertiefungen relativ scharf. Damit geht einher, dass der Flächenanteil konvex gekrümmter Bereiche, wie sie etwa mittig auf dem Grat vorliegen müssen, nur klein ist. Der Flächenanteil konvex gekrümmter Bereiche der geätzten Oberfläche beträgt vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere weniger als 2%.

Die insbesondere durch geringe Ätzraten hervorgerufene Struktur der Oberfläche zeichnet sich allgemein durch hohe Kantenfestigkeiten aus, was bei mechanisch belasteten Kleinbauteilen von besonderem Vorteil ist.

Die Eigenschaften einer solchen Oberfläche und deren Herstellung wird in der US 2018/215647 Al beschrieben, die in Bezug auf das Verfahren der lasergestützten Ätzung und der damit erzeugten Oberflächenstruktur vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Fig. 3 zeigt in den Teilbildern (a) bis (e) verschiedene Ausführungsformen von strukturierten scheibenförmigen Zwischenprodukten 1 aus sprödbrüchigem Material.

Die Zwischenprodukte weisen jeweils als abtrennbarer Materialabschnitt ein Element 10 auf, die über einen Verbindungsabschnitt 2 in Form einer vorzugsweise stegförmigen Materialbrücke mit einem Halteabschnitt 6 verbunden sind. Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist hier der Halteabschnitt 6 als Rahmen ausgebildet. Dabei ist das Element 10 innerhalb des Rahmens 8, beziehungsweise innerhalb der durch den Rahmen 8 definierten Öffnung 9 angeordnet und mit dem Rahmen 8, beziehungsweise allgemeiner mit dem Halteabschnitt 6 über ein oder mehrere Verbindungsabschnitte 2 verbunden. Bei dem Beispiel des Teilbilds (a) ist das Element 10 über einen einzelnen Verbindungsabschnitt 2 in Gestalt eines Stegs mit dem Rahmen 8 verbunden. Herstellungsbedingt weist die Innenkanten-Fläche 80 der Öffnung 9 des rahmenförmigen Halteelements 6 im Allgemeinen die gleiche Oberflächenstruktur auf, wie der erste Bereich 19 der Kantenfläche 13 des scheibenförmigen Elements 10, also eine insbesondere gleichartige geätzte Oberfläche. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise auch der Rahmen 8 eine hohe Stabilität erhält.

Elm die mechanische Stabilität des abgetrennten Elements (10) zu erhöhen, kann gemäß einer Ausführungsform, die auch bei dem Beispiel aus Fig. 3, Teilbild (a) realisiert ist, die Kontur des Elements 10 angrenzend zum zweiten Bereich 17 konvex geformt, beziehungsweise nach außen gewölbt sein. Diese Geometrie reduziert bei mechanischer Belastung im Vergleich zu einer gerade verlaufenden oder eingewölbten Kontur die am zweiten Bereich 17 auftretenden Zugkräfte.

Beim Beispiel des Teilbilds (b) sind zur Halterung des Elements 10 zwei an gegenüberliegende Seiten des Elementes angreifende Verbindungsabschnitte 2 vorhanden. Auch bei den Beispielen der Teilbilder (c) und (d) sind jeweils zwei Materialbrücken, beziehungsweise Verbindungsabschnitte 2 vorgesehen. Dabei halten bei dem Beispiel (c) die Verbindungsabschnitte 2 das Element 10 an zwei verschiedenen Seiten. Anders gesagt, liegen die Längsrichtungen der Materialbrücken 2 hier quer, insbesondere senkrecht zueinander. Bei dem Beispiel (d) sind die Verbindungsabschnitte, beziehungsweise Materialbrücken 2 nebeneinander angeordnet. Die Längsrichtungen dieser Verbindungsabschnitte 2 liegen daher im Wesentlichen parallel.

Damit der Halteabschnitt 6 den hergestellten Elementen, beziehungsweise Klein oder Kleinstprodukten die notwendige mechanische Stabilität vermitteln kann ist es ohne Beschränkung auf die speziellen dargestellten Beispiele gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in mindestens einer lateralen Dimension größer als der Verbindungsabschnitt 2 und/oder das Element 10.

Aus Gründen der mechanischen Stabilität besitzt der Verbindungsabschnitt 2 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform allgemein, ohne Beschränkung auf bestimmte Beispiele, eine Breite von mindestens einem halben Prozent (0,5%), vorzugsweise von mindestens einem Prozent der größten lateralen Dimension des anhängenden Kleinstproduktes, beziehungsweise des Glas- oder Glaskeramikelements 10, gemäß noch einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform mindestens aber eine Breite von 100 pm. Um eine gute Abtrennbarkeit des Elements 10 zu ermöglichen, ist es allgemein weiterhin bevorzugt, dass die Breite des Verbindungsabschnitts maximal 50%, vorzugsweise maximal 30%, besonders bevorzugt maximal 20%, besonders vorzugsweise maximal 10% der größten lateralen Dimension des Halteabschnitts 6 oder des mit dem Verbindungsabschnitt 2 verbundenen Glas- oder Glaskeramikelement 10 beträgt.

Für eine gute Abtrennbarkeit des Elements 10 vom Halteabschnitt 6 einerseits und einer dennoch stabilen Halterung des Elements 10 ist es gemäß noch einer Ausführungsform allgemein bevorzugt, wenn bei zumindest zwei ein Element 10 haltenden Verbindungsabschnitten 2 deren gegenseitiger Abstand mindestens halb so groß, vorzugsweise mindestens so groß, besonders bevorzugt mindestens doppelt so groß ist, wie die Dicke des Zwischenprodukts 1, beziehungsweise des Elements 10. Mit dem gegenseitigen Abstand ist hier der Zwischenraum zwischen den Kanten der Verbindungsabschnitte 2 gemeint. Dementsprechend ist gemäß dieser Ausführungsform dann auch die Breite des ersten Bereichs 15 zwischen den beiden zweiten Bereichen 17 bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel mindestens doppelt so groß wie die Dicke des Elements 10. Gemäß noch einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform beträgt der gegenseitige Abstand der Verbindungsabschnitte mindestens 20 pm.

Es können auch noch mehr als zwei Verbindungsabschnitte 2 vorgesehen werden. Teilbild (e) der Fig. 3 zeigt hierzu ein Beispiel einer Ausführungsform, bei welcher ein Element 10 mit drei Verbindungsabschnitten 2 mit dem Halteabschnitt 6 verbunden ist. Auch hier ist es bevorzugt, wenn die Verbindungsabschnitte 2 im Wesentlichen parallel verlaufen. Wie oben erläutert, ist es aber allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele von Vorteil, wenn nur eine geringe Anzahl von Verbindungsabschnitten vorgesehen wird. Wie auch im Falle der gezeigten Beispiele gilt, dass es von Vorteil ist, wenn die Anzahl der Verbindungsabschnitte höchstens 50, insbesondere höchstens 10, bevorzugt höchstens 5 und besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 beträgt. Oft ist ein einzelner Verbindungsabschnitt 2 ausreichend.

Sind mit dem Halteabschnitt 6 mehrere Elemente 10 unterschiedlichen Typs und Dimension verbunden, so sind die vorgenannten Dimensionierungen vorzugsweise für jedes Element mit zugehörigem Verbindungsabschnitt 2 gegeben.

Das Abtrennen des Kleinbauteils, beziehungsweise des Elements 10 erfolgt im einfachsten Fall rein mechanisch, d.h. durch Einbringen einer mechanischen Spannung an der Übergangsposition von Element 10 zum Verbindungselement 2. Derart durchgeführte Trennprozesse können allerdings ausreißende Risse in das Kleinbauteil oder dem Verbindungselement 2 verursachen, so dass kleine Materialvorsprünge oder muschelartige Einbuchtungen/Einschnitte an der Kontur des Elements 10 Zurückbleiben. Elm derartige Fehlstellen zu vermeiden kann der Übergangsbereich zwischen Verbindungselement und Kleinbauteil strukturiert werden indem gezielt Vorschädigungen eingebracht werden, mit dem Ziel den Spannungsverlauf und damit den Rissverlauf zu kontrollieren. Hierzu können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wie beispielsweise mechanisches Ritzen oder aber auch laserbasierte Verfahren wie Ablation, Stealth Dicing, laserbasiertes thermisches Trennen oder auch Filamentieren entlang der gewünschten Trennungslinie zur Anwendung kommen. Gemäß einer Ausführungsform ist also, wie auch in Fig. 3 gezeigt, eine Schwächungsstruktur 4 vorgesehen, welche entlang der vorgesehenen Trennungslinie zwischen Verbindungsabschnitt 2 und Element 10 verläuft.

Insbesondere kann die Schwächungsstruktur 4 zwischen Verbindungsabschnitt 2 und Kleinbauteil, beziehungsweise Element 10 durch einen Filamentierungsprozess strukturiert werden, bei welchem entlang der gewünschten Kontur oder Trennungslinie eine Kette von Durchgangslöchern mit einem Durchmesser typischerweise im Submikron-Bereich oder filamentförmigen Schädigungen, die auch als Durchgangslöcher ausgebildet sein können, in vorgegebenem Abstand mittels eines fokussierten Ultrakurzpulslasers eingebracht. Hierzu kann gemäß einer Ausführungsform das bereits strukturierte Zwischenprodukt 1, mit Halteabschnitt 6, Verbindungselement 2 und Element 10, in eine Ultrakurzpuls-Laseranlage eingebracht und entsprechend prozessiert werden. Eine durch ein solches Filamentieren vorbehandelte Bruchkante ist gegenüber einer etwa ohne Schwächungsstruktur vorbereitete Bruchkante von Vorteil, da das Trennen vom Verbindungsabschnitt 2 bei einer geringeren Kraft möglich ist. Die notwendige Kraft zum Trennen ist auch fast immer gleich und es gibt nahezu keine visuelle Auffälligkeit der Kanten.

Demgegenüber kann es bei einer nicht filamentierten Kante eher zu sichtbarem Chipping an der Oberfläche kommen. Es muss deutlich mehr Kraft aufgebracht werden, das erhöht auch das Risiko dass das eigentliche Element 10 beschädigt wird.

In bevorzugter Ausführungsform werden diese zusätzlichen Modifikationen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der oder des Verbindungselementes und in Ergänzung zur bereits bestehenden Kontur eingebracht.

Weiterhin ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass die Schwächungsstruktur 4 einen Bereich verringerter Dicke umfasst. Beispielsweise kann eine solche Dickenreduzierung durch Laserablation erfolgen.

Noch eine weitere Möglichkeit ist das Einfügen eine Ritzlinie, beispielsweise mit einem Ritzwerkzeug, wie etwa einem Ritzrad oder einem Ritzdiamanten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schwächungsstruktur 4 nach dem Herausarbeiten der Kontur des Zwischenprodukts 1, also nach dem Ätzprozess, in einem separaten Verfahrensschritt erfolgt. Die Schwächungsstruktur kann sich zum Beispiel als durchgehender oder unterbrochener Graben auf mindestens einer der beiden Oberflächen (und damit als lokale Verdünnung), als Perforation (beispielsweise durch Filamentierung mit einem Ultrakurzpulslaser) oder durch Innenmodifikation wie beispielsweise beim sogenannten Stealth Dicing darstellen. Im allgemeinen kann die Schwächungsstruktur mit einem Licht- oder Elektronenmikroskop nachgewiesen werden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen Ausführungsformen von Zwischenprodukten 1 in Form von strukturierten Scheiben aus sprödbrüchigem Material, die jeweils mehrere mit einem gemeinsamen Halteabschnitt 6 verbundene Elemente 10 aufweisen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der Halteabschnitt 6 streifenförmig ausgebildet. Der Halteabschnitt 6 umgibt die Elemente 10 hier also nicht ring- oder rahmenförmig. Dadurch liegt mindestens eine Kante der Elemente 10 frei, ohne dass der Halteabschnitt 6 den Zugriff behindert. Dies kann von Vorteil sein, etwa, wenn die Glas- oder Glaskeramikelemente 10 mit einer Zange gegriffen und vom Halteabschnitt 6 getrennt werden. Beispielsweise kann ein zangenförmiges Werkzeug als Bestandteil eines Roboters bei einer automatisierten Fertigung vorgesehen sein.

Bei dem Beispiel der Fig. 5 sind mehrere Glas- oder Glaskeramikelemente 10 in einer Matrixanordnung innerhalb einer gemeinsamen Öffnung 9 des als Rahmen 8 ausgebildeten Halteabschnitts 6 angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform sind die Glas- oder Glaskeramikelemente 10 am Halteabschnitt 6 in Form eines Rahmens 8 in einer Reihenanordnung, insbesondere in einer Matrix- Anordnung mit mehr als einer Reihe von Elementen 10 angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung mit zwei Reihen innerhalb einer Öffnung 9 des Rahmens, wie im dargestellten Beispiel. Dies ermöglicht die separate Befestigung der Elemente 10 an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung mittels der Verbindungsabschnitte 2. Wie gezeigt können jeweils mehrere, insbesondere zwei Verbindungsabschnitte 2 pro Element 10 vorgesehen sein. Ähnlich wie bei dem Beispiel der Fig. 3, Teilbild (d), sind hier zwei parallel verlaufende Verbindungsabschnitte 2 vorgesehen. Die hier gezeigten Ausführungsformen mit zwei insbesondere parallelen, stegartigen Verbindungsabschnitten 2 sind beispielhaft, es können auch weniger oder sogar mehr als zwei Verbindungselemente je Kleinbauteil verwendet werden. Bei dem Beispiel der Fig. 6 ist eine allgemeine Ausführungsform realisiert, bei welcher zumindest zwei Elemente 10 innerhalb der Öffnung 9 eines als Rahmen 8 ausgebildeten Halteabschnitts 6 angeordnet sind, wobei die beiden Elemente 10 mit zumindest einem Verbindungsabschnitt 20, der sich von einem Element 10 zum anderen Element 10 erstreckt, miteinander verbunden sind.

Fig. 7 illustriert Verfahrensschritte zur Herstellung eines Elements 10 aus sprödbrüchigem Material gemäß dieser Offenbarung und wie es als Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist. Allgemein, ohne Beschränkung auf die speziellen dargestellten Beispiele, basiert das Verfahren zur Herstellung eines Zwischenprodukts 1 und das Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Elements 10 aus sprödbrüchigem Material auf den folgenden Schritten: Es wird eine Scheibe 3 aus sprödbrüchigem Material bereitgestellt, wie in Fig. 7, Teilbild (a) gezeigt.

Als sprödbrüchiges Material kommen insbesondere Glas oder Glaskeramik, im Speziellen: Alkalifreies (AF-)Glas, Borosilikatglas, Gläser mit den Produktbezeichnungen AF32, AF35, AS87, D263, D263T, B270, MEMPAX, Willow, G-Leaf, EN-Al, BDA-E in Betracht.

Im Folgenden werden für das Herstellungsverfahren mit Laserbestrahlung, Ausbildung filamentförmiger Schädigungen und einem nachfolgenden Ätzen unter Vereinigung sich erweiternder Kanäle entlang der filamentförmigen Schädigungen besonders geeignete Gläser aufgelistet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung des Glases folgende Bestandteile in Gewichtsprozent:

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung des Glases des Elements 10 folgende Bestandteile:

In noch einer Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung des Glases folgende Bestandteile: gegeben durch:

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung des Glases des Elements 10 folgende Bestandteile Für alle vorgenannten Glaszusammensetzungen gilt, dass gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie NdiO^, Fe₂0₃, CoO, NiO, V2O5, Mn02, CuO, Cr203. 0 - 2 Gew.-% AS2O3, Sb2Ü₃, SnÜ2, SO3, CI, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt jeweils 100 Gew.-%. Allgemein liegt die Dicke der Scheibe 3 vorzugsweise im Bereich von 20 gm bis

6000 gm, vorzugsweise im Bereich bis 5000 gm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 20 gm bis 3000 gm. In einem ersten Schritt wird die Kontur von Halte- und Verbindungselement sowie vom Kleinprodukt, beziehungsweise Element 10, definiert. Die Scheibe 3 aus sprödbrüchigem Material wird dazu mit einem Laser bestrahlt, wobei das sprödbrüchige Material der Scheibe 3 für den Laser zumindest teilweise transparent ist, und wobei der Laserstrahl des Lasers im Inneren der Scheibe 3 Materialmodifikationen 5 hervorruft. Der Laserstrahl wird über die Scheibe 3 entlang eines Pfades 50 geführt, so dass die Materialmodifikationen nebeneinander auf dem Pfad 50 liegen. Die Scheibe 3 mit den nebeneinander auf dem Pfad 50 liegenden Materialmodifikationen zeigt Fig. 7, Teilbild (b). Unter Modifikationen können hierbei Materialänderungen, wie insbesondere Brechungsindexänderungen (lokal begrenzt oder durchgehend), lokale Materialverdünnungen in Form von Gräben, Ritzen, Kavitäten, Innenschädigungen im Substrat wie Mikrorisse, lokales Anschmelzen, durchgehende Löcher (zylindrischer oder allgemeinerer Form) oder Filamente, beziehungsweise filamenförmige Schädigungen verstanden werden.

Um die für Halteabschnitt 6, Verbindungselement 2 und Kleinprodukt, beziehungsweise Element 10 benötigten Substratanteile von nicht benötigten, überschüssigen Anteilen zu trennen, werden im nächsten Schritt die vorhandenen Modifikationen durch einen Ätzprozess derartig intensiviert, also vergrößert, dass die modifizierten Bereiche sich berühren bzw. überlappen und damit eine kontinuierliche, ununterbrochene Material Schwächung bzw. sogar Trennung entlang der beabsichtigten Sollkontur vorgenommen wird. Die Scheibe 3 wird also anschließend einem Ätzprozess ausgesetzt, wobei die Materialmodifikationen 5 durch den Ätzprozess zu Kanälen aufgeweitet werden, die sich schließlich verbinden, so dass die Scheibe 3 entlang des Pfades 50 aufgetrennt wird. Der Pfad 50 definiert die Kontur eines Elements 10, welches über einen Verbindungsabschnitt 2 mit einem Halteabschnitt 8 verbunden ist. Dadurch wird nach dem Auftrennen entlang des Pfads ein scheibenförmiges Zwischenprodukt 1 gemäß dieser Offenbarung erhalten.

Das Ätzen kann mit einem sauren Ätzmedium, wie etwa wässrigen Lösungen von HF, HCl, H2SO4, HNO3 oder anderen Säuren geätzt wurden. Bevorzugt ist ein Ätzen mit einem alkalischen Ätzmedium, wie etwa mit Kalilauge, KOH, oder Natronlauge, NaOH. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ätzen in einem alkalischen Ätzmedium mit einem pH-Wert größer als 12 und einem Komplexbildner erfolgt. Dabei ist der Komplexbildner so ausgewählt, dass er zumindest einen der Bestandteile des sprödbrüchigen Materials komplexiert. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, einen Komplexbildner einzusetzen, der Komplexe mit Erdalkalimetallionen, bevorzugt Kalziumionen (Ca²⁺) bildet. Gemäß noch einer Weiterbildung wird ein Komplexbildner ausgewählt aus der Gruppe der Phosphate, bevorzugt ATMP (Nitrilotris(methylenephosphonic Acid) , Phosphonsäuren, Salze von Hydroxycarbosäuren, bevorzugt Alkaligluconate, EDTA, und/oder Übergangsmetallsalze, insbesondere CrCh. Die vorstehenden Maßnahmen können vorteilhaft durch Komplexierung ausgelöster Bestandteile einer lokalen Inhibierung des Ätzvorgangs entgegenwirken. Vielmehr kann selbst innerhalb der zu erzeugenden Strukturen ein selbststabilisierender oder sogar selbstverstärkender Effekt bezüglich der Ätzrate auftreten.

Weiterhin kann auch eine Ätzlösung verwendet werden, die ein Silikat, bevorzugt ein Alkali-Silikat, besonders bevorzugt Wasserglas, in gelöster Form enthält. Bei der Verwendung von Ätzlösungen, welche gelöste Silikate enthalten, kann die Ätzrate deutlich erhöht werden. Dieser Effekt ist insbesondere bei hohen Silikatkonzentrationen in der Ätzlösung zu beobachten. Insbesondere bei hohen Silikatkonzentrationen fungieren die Silikate zudem als Alkaliüberträger und erhöhen somit die Mobilität bzw. Ionenbeweglichkeit der Hydroxidionen. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen mit sehr hohen Hydroxidkonzentration in der Ätzlösung vorteilhaft. So nimmt die Ionenbeweglichkeit der Hydroxidionen bei sehr konzentrierten Laugen mit steigender Konzentration ab, was sich auch auf die Ätzrate auswirkt. Durch Zugabe von Silikaten als Alkaliüberträger kann dieser Effekt jedoch zumindest teilweise kompensiert werden.

Wird durch den Ätzprozess die Scheibe 3 entlang des Pfades 50 aufgetrennt, der die Kontur des Elements 10 und des Verbindungsabschnitts 2 nachbildet, löst sich ein zum Element 10 mit dem Verbindungsabschnitt 2 komplementäres Element 14 von der Scheibe 3 ab. Nicht benötigte Substratanteile fallen also während des Ätzprozesses in Teilen (zum Beispiel, falls vor dem Ätzen noch Hilfsschnitte eingefügt wurden) oder als Ganzes aus dem strukturierten Substrat heraus. Am Ende dieses Schrittes steht ein Bauteil, dass aus einem oder mehreren Halteabschnitten, einen oder mehreren Kleinprodukten und deren einfache oder mehrfache Verbindungen mit den Haltelementen oder gegeneinander besteht. Kennzeichen dieses Bauteils ist insbesondere die aus dem Ätzprozess resultierende Oberflächenstruktur. Durch das Ablösen dieses Elements 14 wird das Zwischenprodukt 1 erhalten. Dies ist in Fig. 7, Teilbild (c) dargestellt. Anders als dargestellt, kann die Kontur des Elements 10 auch ohne Herauslösen eines komplementären Elements 14 ausgebildet werden, indem etwa nur die Kontur als Pfad mit dem Laserstrahl abgefahren und dann im Ätzprozess dem Pfad folgend ein schmaler Schlitz weggeätzt wird. Weiterhin ist es auch möglich, dass anstelle eines einzelnen komplementären Elements 14 mehrere kleinere Teile herausgelöst werden, um das Element 10 herauszuarbeiten.

Am Ende der Prozesskette steht der Schritt des Separierens, in dem das Kleinbauteil, beziehungsweise Element 10 von seinen Verbindungselementen entlang einer definierten Trennungslinie getrennt wird. Demgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Elements 10 vorgesehen, bei welchem nach der Herstellung des Zwischenprodukts 1 der Verbindungsabschnitt 2 aufgetrennt wird, so dass das Element 10 vom Halteabschnitt 6 gelöst wird. Diesen Schritt zeigt Teilbild (d) von Fig. 7.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der in Fig. 7 (d) gezeigte Schritt zeitlich getrennt vom Herstellen des Zwischenprodukts, also deutlich später und/oder an einem anderen Ort, zum Beispiel für den Einbau des Elements 10 in eine dafür vorgesehene Vorrichtung erfolgen, beispielsweise nach einem Lagerungs- oder Transportprozess. Vorteil eines derartig hergestellten Zwischenprodukts 1 ist es, dass die späteren Kleinprodukte, beziehungsweise Elemente 10 in der Lage stabilisiert sind und somit leicht weiterverarbeitet werden können, indem das Zwischenprodukt als Ganzes direkt oder mit zusätzlichen Handlingshilfen verarbeitet wird. Weitere Prozessschritte können ohne Anspruch auf Vollständigkeit sein: das Beschichten von Oberflächen oder Teilen der Oberflächen, Bedrucken, erneutes Strukturieren, oder auch Kombinationen hiervon. Gemäß noch einer Ausführungsform kann das Zwischenprodukt 1 chemisch vorgespannt werden. Auch bei dieser Weiterverarbeitung erleichtert der Verbund des Elements 10 mit dem Halteabschnitt 6 die Handhabung. Für eine chemische Vorspannung ist es allgemein günstig, ein alkalihaltiges sprödbrüchiges Material wie etwa ein Glas oder eine Glaskeramik mit einem hinreichend hohen Na₂0-Gehalt zu verwenden. Vorzugsweise liegt der Gehalt an Na O für diesen Zweck bei mindestens 5 Gew%. Elm das Trennen des Elements 10 vom Halteabschnitt 6 am Verbindungsabschnitt 2 auch im chemisch vorgespannten Zustand zu erleichtern, ist es gemäß einer Weiterbildung hier von Vorteil, wenn die Breite des Verbindungsabschnitts 2 kleiner ist als die doppelte Austauschtiefe (DoL). In diesem Fall wird der Verbindungsabschnitt 2 über seine gesamte Querschnittfläche chemisch vorgespannt, so dass die Gefahr eines unkontrollierten Bruchs durch entlang des Bruchs variierende Spannungen verringert wird. Es ist gemäß einer anderen Weiterbildung auch möglich, wenn die Breite des Verbindungsabschnitts 2 kleiner ist als die vierfache Austauschtiefe beziehungsweise vorzugsweise kleiner ist als die dreifache Austauschtiefe (DoL). Dies ist gerade bei dickeren Gläsern sinnvoll, um einerseits immer noch ein zerstörungsfreies Abtrennen zu ermöglichen und andererseits die Austauschtiefe zu begrenzen. Gemäß noch einer Ausführungsform kann ein Kanal, beispielsweise mit einer Länge von 10 pm am Verbindungsabschnitt 2 vorgesehen sein. In den Kanal kann das Austauschbad eindringen, so dass auch eine chemische Vorspannung um diesen Kanal erzeugt wird. Auf diese Weise kann ebenfalls der Übergangsbereich vom Verbindungsabschnitt zum Element 10 im Volumen so weit chemisch vorgespannt werden, dass hohe Spannungsdifferenzen an der Bruchstelle vermieden werden. Der zumindest eine Kanal kann wie die in Fig. 1 gezeigten Schwächungsstrukturen 4 sowohl in eine Seitenfläche, als auch in die Kantenfläche eingefügt sein.

Am Ende des Separier-Prozessschrittes liegen Halteabschnitte mit Verbindungselementen und die Kleinbauteile, beziehungsweise Elemente 10 getrennt vor. Dabei können die Seitenflächen 100, 101 auch Strukturierungen oder andere Formen der Weiterverarbeitungen erfahren haben.

Wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, besitzt die durch den Trennprozess freigelegte Oberfläche eine andere, zweite Oberflächenstruktur als in den ersten, durch den Ätzprozess freigelegten Bereichen, beispielsweise im Falle eines vorhergehenden mechanischen Trennens eine glatte Oberfläche oder im Falle einer Laserperforation mittels Filamentierungsprozess typischerweise eine optisch raue Oberfläche, die von den geöffneten senkrecht verlaufenden Filamentierungskanälen durchzogen wird. Die Kantenfläche 13 des Elements 10 besitzt für jeden ehemaligen Verbindungsabschnitt 2 einen zweiten Bereich 17 mit dem Flächeninhalt entsprechend dem Querschnitt des Verbindungsabschnitts 2 im Kontaktbereich von Verbindungsabschnitt 2 und Element 10. Mithin ist Summe der Anteile der Oberfläche des oder der zweiten Bereiche 17 an der Gesamtfläche der Kantenfläche 13 deutlich kleiner als die Summe der Anteile der ersten Bereiche 15. Bevorzugt ist der Anteil der zweiten Bereiche 17 kleiner als 20%, vorzugsweise kleiner als 10 % insbesondere bevorzugt kleiner als 5 %. Ganz besonders bevorzugt ist ein Flächenanteil kleiner als 2% und insbesondere kleiner als 1%.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Ausfiihrungsform eines in Felder untergliederten Zwischenprodukts 1. Mit dieser Ausführungsform kann das im Rahmen 8 befindliche Kleinbauteil, beziehungsweise Element 10 auch kaskadierend gefertigt werden, indem in einem ersten Prozessschritt die Scheibe 3 zunächst gemäß der Geometrie der Halteabschnitte 6 strukturiert bzw. vorgeschädigt wird und in einem zweiten Prozessschritt die Strukturierung der Unterfelder in Rahmen 8, Verbindungselement 2 und Element 10 vorgenommen wird. Hier kann durch entsprechende Wahl der Prozessparameter - wie beispielsweise dem Pitch - gewährleistet werden, dass durch den Ätzprozess nur die Elemente 10 freigestellt werden, nicht aber die Perforationslinien 26 zwischen den Rahmen 8. Die Ausführungsform des Zwischenprodukts 1 basiert darauf, dass das Zwischenprodukt 1 mehrere Halteabschnitte 6 in Form von Rahmen 8 aufweist, wobei in den Rahmen 8 jeweils mindestens ein Element 10 angeordnet ist, welches mit dem Rahmen 8 über mindestens einen Verbindungsabschnitt 2 verbunden ist, wobei die Rahmen 8 über eine oder mehrere Perforationslinien 26 trennbar miteinander verbunden sind.

Im Beispiel der Fig. 8 ist noch eine weitere Ausführungsform realisiert. Mit dem lasergestützten Ätzprozess, mit welchem die Kontur des Elements 10 definiert und herausgearbeitete wird, können auch Ausrichtungsmarken 28 in Form von Durchgangslöchern hergestellt werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, können bei mehreren Feldern, beziehungsweise durch Perforationslinien verbundenen Rahmen 8, alle Halteelemente 6 in Form von Rahmen solche Ausrichtungsmarken 28 erhalten. Dies ermöglicht nach der Separierung der Rahmen 8 deren einfache und exakte Ausrichtung, etwa für weiterverarbeitende Prozesse.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ultrakurzpuls-Laserstrukturierung inline im Herstellungsprozesses eines Substratglases durchgeführt wird. Besonders ist daran gedacht, die Laserstrukturierung inline in einen kontinuierlichen Ziehprozess zu integrieren, bei dem ein kontinuierliches Glasband hergestellt wird. Weiterhin bevorzugt ist vorgesehen, die Laserstrukturierung mit der Herstellung von Dünn- und Dünnstgläsern mit einer Dicke kleiner 400 pm, bevorzugt höchstens 200 pm, insbesondere höchstens 100 pm, oder sogar höchstens 50 pm oder höchstens 30 mih zu kombinieren. Die Herstellung des Dünnglases kann im Downdraw- oder Overflow-Fusion-Verfahren erfolgen. Das strukturierte Glasband kann entweder direkt inline geätzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach der Laserstrukturierung das Glasband zu einer Rolle aufgewickelt werden oder durch weitere Prozesse quer zur Vorschubrichtung des Glasbandes getrennt und damit in Vorschubrichtung auf ein gewünschtes Maß abgelängt werden. In diesen Varianten können Strukturierung, Ätzschritt und ggf. Separieren zeitlich und räumlich voneinander getrennt werden. Fig. 9 zeigt dazu eine Vorrichtung 29 zur Herstellung eines Glasbands, die zu einer Vorrichtung zur Herstellung eines Zwischenprodukts 1 gemäß dieser Offenbarung weitergebildet ist. Die Vorrichtung 29 ist im dargestellten Beispiel dazu ausgebildet, die zunächst unstrukturierte Scheibe 3 in Form eines kontinuierlichen Glasbands 30 zu einer Rolle 44 aufzuwickeln. Zunächst wird eine Glasschmelze 32 aus einer Düse 34 zu einem Glasband 30 ausgezogen, wobei unterhalb der Düse 34 angeordnete Ziehrollen 36 eine Zugkraft auf das aus der Düse 34 austretende Glas ausüben. Die dargestellte Variante stellt ein Downdraw-Verfahren dar, bei welchem das Glas aus einer nach unten geöffneten Düse austritt. Beim Overflow- Fusion- Verfahren läuft das Glas über die Ränder eines oben offenen, länglichen Trogs und dann an den Seitenwänden des Trogs herunter. Unterhalb des Trogs vereinigen sich die Teilströme zu einem Glasband.

Wie dargestellt wird das Glasband 30 vorzugsweise in horizontale Richtung umgelenkt und mit einer Transportvorrichtung 38, beispielsweise mit Transportbändern bewegt. Die Strukturierung durch Einbringen filamentförmiger Materialmodifikationen entlang eines Pfads 50, wie dies in Fig. 7, Teilbild (b) gezeigt ist, erfolgt inline am unzerteilten Glasband 30 mittels eines Ultrakurzpulslasers 40. Der Laserstrahl 41 des Ultrakurzpulslasers 40 wird mittels einer Strahloptik 42 auf das Glasband 30 fokussiert und entlang des gewünschten Pfades 50 über das Glasband 30 geführt. In der dargestellten Variante wird das Glasband 30 dann auf einem Rollenkern 46 zu einer Rolle 44 aufgewickelt. Alternativ oder zusätzlich kann das Glasband 30 durch ein Ätzbad geführt werden, um die Kontur der Elemente 10 freizulegen, wie in Fig. 7, Teilbild (c) gezeigt. Das Verfahren und die Vorrichtung 29 gemäß dieser Ausführungsform basieren also darauf, dass

- als unstrukturierte Scheibe 3 aus sprödhartem Material ein kontinuierliches Glasband 30 in einem kontinuierlichen Ziehprozess hergestellt wird, wobei - während des Ziehprozesses am sich bewegenden, kontinuierlichen Glasband 30 entlang des vorbestimmten Pfades 50 Materialmodifikationen mit dem Ultrakurzpulslaser 40 eingefiigt werden.

Da der oder die zweiten Bereiche 17 der Kantenfläche 13 eine geringere Festigkeit aufweisen können, als die ersten Bereiche 15, ist es von Vorteil, die zweiten Bereiche dort vorzusehen, wo im Allgemeinen geringere mechanische Belastungen auftreten. Im Idealfall kann sich ein zweiter Bereich 17 dort befinden, wo in einem definierten, zum Beispiel symmetrischen Lastfall ein Spannungsminimum vorliegt. Im Folgenden werden dazu bevorzugte Ausführungsformen bezüglich der Anordnung des oder der zweiten Bereiche auf der Kantenfläche 13 beschrieben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zumindest eine zweite Bereich 17 sich entlang von Positionen auf der Kantenfläche 13 erstreckt, die eine Entfernung von mindestens 2/3 der maximalen Entfernung vom Flächenmittelpunkt haben. Zum gleichen Zweck kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der zumindest eine zweite Bereich 17 sich entlang eines Abschnitts der Kantenfläche 13 erstreckt, welcher im Belastungsfall zu maximal 80%, vorzugsweise maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40% der Maximallast mechanisch belastet ist.

Fig. 10 zeigt zur Verdeutlichung ein Beispiel eines L-förmigen Elements 10 in Aufsicht auf eine Seitenfläche 100. Der Flächenmittelpunkt 103 muss nicht innerhalb der Seitenfläche 100 des Elements 10 liegen. Dies ist auch bei dem dargestellten Element 10 der Fall. Für jeden Punkt entlang der äußeren Kontur des Elements 10, beziehungsweise der Kantenfläche 13 oder der Kante 19 mit den Koordinaten (p_x, p_y) lässt sich der Abstand d zum Flächenmittelpunkt 103, der die Koordinaten (m_x, m_y) hat, gemäß d=((p_x-m_x)²+(p_y-m_y)²)^1/2 bestimmen.

Fig. 11 zeigt dazu für das Element aus Fig. 10 ein Diagramm des Abstands d der Position der Kantenfläche oder Kontur zum Flächenmittelpunkt als Funktion der Wegstrecke s entlang der Kontur des Elements 10. Als Startpunkt wurde der Punkt 104 gewählt, welcher der Punkt mit minimalem Abstand der Kontur zum Flächenmittelpunkt 103 ist. Der Pfeil zeigt die Richtung an, entlang der die Kontur abgefahren wurde. Die Eckpunkte der Kontur sind in Fig. 10 mit den Buchstaben a, b, c, d, e, f bezeichnet. Diese Punkte sind im Diagramm der Fig. 11 ebenfalls bezeichnet und als Peaks gut zu erkennen. Die maximale Entfernung zum Flächenmittelpunkt 103 findet sich bei der Ecke e. In Fig. 11 ist eine gestrichelte Linie eingezeichnet, welche einen Wert von 2/3 der Entfernung am Punkt e markiert. Im Maßstab der Fig. 11 hat die Ecke e eine Entfernung von etwa 51 (in willkürlichen Einheiten). Die Grenze von 2/3 dieses Werts liegt demnach bei etwa 34. Demnach befinden sich die bevorzugten Positionen für die Verbindung mit einem Verbindungsabschnitt 2 bei dem dargestellten Beispiel an den Enden der Schenkel 105, 106. Die bevorzugten Befestigungsbereiche 107 sind zur Verdeutlichung mit gestrichelten Linien markiert. Wie auch anhand des Diagramms der Fig. 11 zu erkennen ist, ist zwar auch die Ecke d relativ weit vom Flächenmittelpunkt 103 entfernt, genügt aber noch nicht der Bedingung einer Entfernung von mindestens 2/3 der Maximaldistanz. Tatsächlich wäre dieser Bereich für die Befestigung mit dem Verbindungsabschnitt 2 auch weniger geeignet, da eine Bruchfläche im Bereich der Ecke d bei einer mechanischen Belastung, die an den Schenkeln 105, 106 angreift, mit Zugspannung belastet werden kann.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel, bei welchem die Anordnung der zweiten Bereiche, beziehungsweise beim Zwischenerzeugnis 1 die Position der Verbindung des Elements 10 mit dem Halteabschnitt 6 über den oder die Verbindungsabschnitte 2 der oben erläuterten Konstruktionsvorschrift genügt. Fig. 12 zeigt dabei ein Zwischenerzeugnis 1 mit einem Halteelement 6 in Form eines Rahmens. In der Öffnung des Rahmens ist ein Element 10 in Form eines Zahnrads über zwei Verbindungsabschnitte 2 mit dem Rahmen 8 verbunden. Die Verbindungsabschnitte 2 sind dabei an der äußeren Kante der Zähne 108 mit dem Element 10 verbunden. Diese Teile der Kontur weisen einen größeren Abstand zum Flächenmittelpunkt 103 auf, als die Einbuchtungen zwischen den Zähnen 108. Diese äußeren Bereiche der Zähne 108 weisen zudem den maximalen Abstand zum Flächenmittelpunkt 103 in der Mitte des Zahnrads auf.

Generell ist es nicht nur möglich, Kantenflächen mit geradlinigem Profil, insbesondere mit im Wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen 100, 101 verlaufendem Profil zu erzeugen. Vielmehr ist es auch möglich, Kantenflächen mit gewölbtem Profil, beziehungsweise Querschnitt zu erzeugen. Neben einem nach innen gewölbten, also konkaven Profil kann insbesondere auch ein nach außen gewölbtes Profil hergestellt werden. Fig. 13 zeigt dazu ein Höhenprofil einer Kantenfläche 13 eines Elements 10 innerhalb eines ersten Bereichs 15. Die steilen Abfälle des Höhenprofils zu den Minima bei den x-Positionen von etwa

-321 pm und +372 pm markieren die Lage der Seitenflächen 100, 101. Wie anhand des Profils zu erkennen ist, wölbt sich die Kantenfläche um einen Betrag im Bereich von 10 pm bis 15 pm nach außen. Eine solche Profilierung kann allgemein dadurch erzielt werden, indem die filamentförmigen Schädigungen ganz oder teilweise schräg eingefügt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ätzabtragsrate beeinflusst werden, indem filamentförmige Schädigungen erzeugt werden, die zumindest einseitig im Material enden.

Ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel ist dazu vorgesehen, dass die Kantenfläche 13 mit der geätzten Oberfläche im ersten Abschnitt ein Profil aufweist, welche sich um mindestens 1% der Dicke des Elements 10 nach außen oder innen wölbt.

Fig. 14 und Fig 15 sind lichtmikroskopische Aufnahmen eines Elements aus Glas. Die Kantenfläche 13 des Elements 10 ist, wie anhand des Beispiels der Fig. 13 nach außen gewölbt. Wie in Fig. 14 gezeigt hat das Element 10 einen ringförmigen Teil, an den sich ein im Bild rechts oben zu erkennender stabförmiger Abschnitt anschließt. Die beiden Bereiche 15, 17 sind in der Aufnahme der Fig. 14 kaum optisch zu unterscheiden. Fig. 15 zeigt eine weiter vergrößerte Aufnahme der Kantenfläche 13 mit den Bereichen 15 und 17. Besonders die als Linien erkennbare Übergänge 18 zwischen den Bereichen 15, 17 sind hier sichtbar. Jedenfalls ist auch hier die Bruchkante des zweiten Bereichs 17 optisch kaum von der geätzten Oberfläche des ersten Bereichs zu unterscheiden. Dies liegt insbesondere daran, dass die Rauigkeit der beiden Bereiche aneinander anpassbar ist. So kann die Rauigkeit des ersten Bereichs durch die Ätzparameter beeinflusst werden. Beim zweiten Bereich 17 kann die Rauigkeit unter anderem durch die Art und Gestaltung einer Schwächungsstruktur 4, beispielsweise den Abstand filamentförmiger Schädigungen entlang einer Schwächungslinie beeinflusst werden. Ohne Beschränkung auf das gezeigte Beispiel ist daher in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Verhältnis des Mittenrauwerte Ra eines ersten Bereichs 15 und eines angrenzenden zweiten Bereichs 17 im Bereich von 0,75 bis 1,25 liegt. Beide Bereiche 15, 17 weisen, wie auch beim dargestellten Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Anmutung ähnlich wie bei einer geschliffenen Oberfläche auf. Insbesondere können also die beiden Bereiche ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel allgemein die gleiche optische Anmutung aufweisen.

Da der zweite Bereich 17 vorzugsweise eine Bruchkante darstellt, ist dieser typischerweise plan ausgebildet. Auch hier kann aber mit bestimmten Maßnahmen eine andere, etwa konvex oder konkav gewölbte Form erreicht werden. Beispielsweise könnten dazu als Schwächungsstruktur mehrere filamentförmige Schädigungen unter unterschiedlichen Winkeln eingefügt werden.

Um die beiden Bereiche 15, 17 optisch aneinander anzugleichen, ist es weiterhin von Vorteil, wenn zwischen einem zweiten Bereich 17 und einem angrenzenden ersten Bereich 15 der Höhenversatz weniger als 20 pm beträgt. Auch bei dem in Fig. 14, 15 gezeigten Beispiel ist dieses Merkmal erfüllt. Der zweite Bereich 17 ragt weder hervor, noch ist er erkennbar zurückgesetzt. Dieses Merkmal lässt sich realisieren, indem am Verbindungsabschnitt 2 eine Schwächungsstruktur 4 nahe an der Außenkontur am angrenzenden ersten Bereich 15 endet, beziehungsweise diese Außenkontur fortsetzt.

Die Fig. 16 und 17 zeigen zwei elektronenmikroskopische Aufnahmen der Kantenfläche 13 eines Elements 10 aus sprödbrüchigem Material, hier speziell ebenso wie bei den Beispielen der Fig. 14, 15 Elemente aus Glas.

Das Beispiel der Fig. 16 wurde mit 200-facher Vergrößerung aufgenommen. Deutlich ist hier der zweite Bereich 17 zu erkennen, an den sich links und rechts erste Bereiche 15 anschließen. Ebenfalls gut erkennbar sind die kalottenförmigen Vertiefungen 22 im ersten Bereich. Gemäß einer Ausführungsform, die auch bei dem dargestellten Beispiel realisiert ist, ist jeweils ein Übergang 18 zwischen dem ersten Bereich 15 und dem zweiten Bereich 17 vorhanden, wobei der Übergang 18 kalottenförmige Vertiefüngen aufweist, die im Mittel größer sind, als die kalottenförmigen Vertiefüngen des ersten Bereichs. Die sich entlang des Übergangs 18 erstreckenden größeren Vertiefungen 22 sind in der Mikroskopaufnahme deutlich zu erkennen. Die Entstehung der Vertiefungen kann auf eine Änderung der Ätzrate am Übergang des Verbindungsabschnitts 2 zum Element 10 bei der Herausarbeitung der Kontur im Ätzbad zurückgeführt werden. Diese größeren Kalotten sind von Vorteil, um einen unkontrollierten Bruch oder Ausmuschelungen beim Abtrennen des Elements 10 vom Verbindungsabschnitt 2 zu vermeiden. Fig. 17 zeigt die Kantenfläche in 500-facher Vergrößerung. Bei dieser Vergrößerung sind auch die durch den Ultrakurzpulslaser eingefügten filamentförmigen Schädigungen 39 in der Bruchfläche des ersten Bereichs 17 als feine dunkle, gerade Linien zu erkennen, da die Bruchfläche an den filamentförmigen Schädigungen entlangläuft. Damit liegen die Schädigungen danach als teilweise halboffene Kanäle in der Bruchfläche vorliegen. Die filamentförmigen Schädigungen 39 verlaufen im Bild der Fig. 17 von oben nach unten, also in Richtung von einer Seitenfläche zur gegenüberliegenden Seitenfläche des Elements 10. Der Abstand der filamentförmigen Schädigungen 39 beträgt bei dem dargestellten Beispiel etwa 6 pm. Wie oben ausgeführt erfolgt vorzugsweise zuerst eine Ausarbeitung der Kontur des scheibenförmigen Zwischenprodukts mit Verbindungsabschnitt 2 und Element 10 durch Filamentieren und Ätzen. Erst danach werden die filamentförmigen Schädigungen 39, welche die Schwächungsstruktur 4 bilden und die damit in der Bruchfläche des zweiten Bereichs sichtbar sind, eingefügt. Denkbar sind aber auch andere Varianten, wie etwa ein Einfügen aller filamentförmiger Schädigungen und ein nachfolgendes Maskieren der Schädigungen 39 im Verbindungsabschnitt 2, um ein Aufätzen dieser Schädigungen 39 zu vermeiden.

In einer Ausführungsform werden die Zwischenprodukte 1, wie sie etwa beispielhaft in den Fig. 4 bis Fig. 6 gezeigt sind, nach dem Strukturierungsprozess (Laserfilamentierung und nachfolgendes Ätzverfahren) beschichtet. Demgemäß kann dann auch das vom Zwischenprodukt abgetrennte Element 10 mit einer Beschichtung, insbesondere einer optisch wirksamen Beschichtung versehen sein.

Unterschiedliche Beschichtungsverfahren wie Sputtern und PVD, Tauchbeschichtung oder das Bedrucken der Bauteile und Halteabschnitte als Ganzes sind prinzipiell möglich. Auch sind unterschiedliche Arten von aufgebrachten Schichten denkbar, wie optisch wirksame Schichten (Antireflexschichten, Filter schichten, beispielsweise IR-Cut-Filter), Funktionsschichten (Anti-Fingerprint, antimikrobielle oder antibakterielle Beschichtungen (z.B. basierend auf Silberionen), Anti-Kratz- Beschichtungen, oder auch rein dekorative Beschichtungen in Form aufgebrachter Farben oder Lacke. Für Anti-Kratz-Beschichtungen eignen sich typischerweise Schichten mit hohem Brechungsindex und Schichtdicken von 1 pm und mehr, etwa basierend auf Aluminium-/Siliziumnitrid oder Zirkonoxid. Für IR-Cut oder Bandpaßfilter können viellagige Schichtsysteme aus wechselweise einer hochbrechenden Beschichtung (zumeist TiCk, Ta₂0s, NbiOs, HIΌ2, ZrÜ2) und einer niedrigbrechenden Beschichtung (vorzugsweise S1O2) geeigneter Dicke kombiniert werden, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen. Auch für andere Beschichtungen, wie etwa Antireflex-Beschichtungen, können solche mehrlagigen Schichtsysteme verwendet werden. Ohne Beschränkung auf spezielle Beispiele ist daher in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die optisch wirksame Beschichtung mehrere Lagen mit unterschiedlichen Brechungsindex, insbesondere mit abwechselnden Lagen mit höherem und relativ dazu niedrigerem Brechungsindex, umfasst.

Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht das Fertigen und Handhaben besonders kleiner Bauteile, insbesondere mit lateralen Dimensionen im Bereich von 1 mm bis maximal 10 mm und bei einer Dicke des Substratmaterials von 50 pm, zumindest aber 70 pm bis 400 pm. Eine mögliche Applikation eines derartig kleinen Elementes ist die Verwendung als IR-Cut-Filter, beispielsweise für einen Kamerasensor in einem Mobiltelefon oder in Kameramodulen, wie sie andere tragbare elektronische Geräte, wie Laptops oder Tablet-PCs aufweisen. Hierzu wird im Allgemeinen eine optisch wirksame Schicht mit den geforderten optischen Eigenschaften aufgebracht. Das Abscheiden der Schicht wird durch die vorgegebene Positionierung der Elemente 10 mittels der Verbindungsabschnitte 2 und Halteabschnitte 6 erleichtert oder sogar überhaupt erst ermöglicht.

Unter anderem für diesen vorstehend genannten Anwendungsbereich ist weiterhin auch die Festigkeit des Elements eine wichtige Größe. Die Fertigung eines hochfesten Filterelementes gelingt dabei durch geeignete Kombination eines sich an den Strukturierungsprozess anschließenden Beschichtungsprozess mit einem vor- oder nachher durchgeführten Vorspannungsprozess.

Das Beschichten von Elementen und die Möglichkeit, die Orientierung auch der abgetrennten beschichteten Elemente 10 anhand der Bereiche 15, 17 mittels eines Roboters zu identifizieren, sowie das Vorspannen sind bereits oben beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher allgemein ein scheibenförmiges optisches Filterelement vorgesehen, bei welchem das Element 10 aus sprödbrüchigem Material mit einer optischen Filterbeschichtung beschichtet ist. Dabei kann zumindest eine der Seitenflächen 100, 101 mit der optischen Filterbeschichtung versehen sein, gegebenenfalls kann auch eine beidseitige Beschichtung vorhanden sein. Dabei können sich die Beschichtungen auch unterscheiden. Die optische Filterbeschichtung kann eine IR-Cut-Beschichtung sein, also eine Beschichtung, welche insbesondere Strahlung im nahen Infrarotbereich absorbiert oder reflektiert. Typisch für ein solches optisches Filterelement ist hierbei, dass das Substrat, beziehungsweise das Element 10 für die Infrarotstrahlung transparent ist, beziehungsweise allgemeiner eine höhere Transmission für die Infrarotstrahlung aufweist, als die Filterbeschichtung. Als naher Infrarotbereich wird im Sinne der Funktion der IR-Cut-Beschichtung ein Wellenlängenbereich von 0,7 pm bis 2,5 gm verstanden. Gemäß noch einer Ausführungsform ist allgemein ein Kameramodul vorgesehen, welches einen Sensor aufweist, welcher mit einem scheibenförmigen Element 10 gemäß dieser Offenbarung abgedeckt ist, wobei das scheibenförmige Element 10 einen optischen Filter bildet. Insbesondere kann dazu wie oben beschrieben eine optische Filterbeschichtung auf dem Element 10 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Glas des scheibenförmigen Elements 10 ein Filterglas sein.

Fig. 18 zeigt zu dieser Ausführungsform ein Kameramodul 52, wie es beispielsweise in einem Mobiltelefon oder einem anderen tragbaren elektronischen Gerät verwendbar ist. Das Kameramodul 52 umfasst einen Kamerasensor 56 für die Bildaufnahme, ein Objektiv 58 und gegebenenfalls ein Gehäuse 59 zur Aufnahme und Befestigung von Sensor 56 und Objektiv 58. Auf der lichtempfindlichen Schicht des Sensors 56 ist ein optisches Filterelement 60 aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt mit einer Bond-Schicht 61. Das optische Filterelement 60 wird durch ein beschichtetes Element 10 gebildet. Die optische Filterbeschichtung 54 ist dabei so ausgebildet, dass Strahlung im nahen Infrarotbereich größtenteils reflektiert oder absorbiert wird, so dass auf dem Sensor im Wesentlichen nur sichtbares Licht auftrifft.

In einer weiteren Ausführungsform geht dem Beschichtungsprozess ein Vorspannen, bevorzugt ein ehern. Vorspannen des Substrates, voraus. Hierzu werden der oder die Halteabschnitte 6 und Rahmen 8, sowie Verbindungsabschnitte 2, beziehungsweise das scheibenförmige, sprödbrüchige Zwischenprodukt 1 mit den vorgenannten Teilen als Ganzes dem Vorspannprozess im Austauschbad unterworfen. Von hoher Bedeutung sind die Festigkeiten der Bauteile sowohl im Verbund mit dem Halteabschnitt, als auch nach dem Herauslösen. Die Festigkeiten werden dabei maßgeblich durch die Bruchfestigkeiten der jeweiligen Kanten bestimmt. Die Weibull- Diagramme der Fig. 19 zeigen dazu typische Werte für die Kantenfestigkeit eines 100 pm dicken Dünnstglases, gemessen direkt nach dem Filamentieren, also dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen mit einem Ultrakurzpulslaser (Messwerte „ A“, kreisförmige Symbole). Weiterhin sind Messwerte für Glasscheiben nach einem sich anschließenden KOH- Ätzprozess (Messwerte „B“, dreieckige Symbole), sowie nach einem dem Ätzprozess folgenden chemischen Vorspannprozess (Messwerte „C“, rautenförmige Symbole) gezeigt. Die Glasscheiben wurden aus einem Glas des Typs D263T hergestellt.

Die in Fig. 19 eingezeichneten Linien stellen an die Messwerte angepasste Funktionen der Ausfallwahrscheinlichkeit H der Form H=100%^,(l-exp(-t/T)^b) dar. Die Geraden repräsentieren demnach die kumulativen Dichtefünktionen der Bruchwahrscheinlichkeit mit dem Formparameter b und dem Skalenparameter T. Für die Messwerte „A“ nach Filamentieren ergeben sich T=53,55, b=25,25, für die Messwerte „B“, nach Ätzen T=826,35, b=l,69 und für die Messwerte „C“, also nach Ätzen und Vorspannen ergibt sich T=508,8, b=8,27.

Während die filamentierte Kante des Dünnstglassubstrates (Messwerte „A“) eine Mindestbruchspannung von ca. 50 MPa besitzt, werden bei geätzten Kanten (Messwerte „B“) mindestens ca. 200 MPa und im Fall der vorgespannten Kanten (Messwerte „C“) sogar mehr als mindestens ca. 300 MPa erreicht. Durch den Vorspannprozess ist die Breite der Verteilung der Bruchspannungen der geätzten Kante deutlich schmäler, also definierter geworden: Die mittlere Bruchspannung der geätzten und vorgespannten Kanten liegt bei ca. 500 MPa.

Die Festigkeitserhöhung durch den Vorspannprozess ist materialabhängig und es können, wie das Beispiel der Fig. 19 zeigt, gegenüber nicht vorgespannten Glasscheiben generell deutlich höhere Festigkeitswerte erreicht werden.

Diese Werte sind für den Trennprozess eines insbesondere auch kleinen Bauteils, beziehungsweise Elements 10 von Halterahmen 8, beziehungsweise von der Materialbrücke, also dem Verbindungsabschnitt 2 wichtig: Ist eine Schwächungsstruktur 4 in die schmale Materialbrücke eingebracht worden, so entspricht deren Festigkeit etwa dem Referenzwert für die filamentierte Kante (Messwerte „A“), damit ist ihre Festigkeit etwa um einen Faktor 4 geringer als die Festigkeit der geätzten Kante (bezogen auf den charakteristischen blO-Wert). Wurden die Bauteile auch einem Vorspannprozess unterzogen, so vergrößert sich dieser Abstand weiter auf einen Faktor 6. Somit brechen beim Vereinzeln zunächst Materialbrücken im Bereich der Schwächungsstruktur 4 und das Bauteil 10 kann sicher vom Halteabschnitt 6, insbesondere in Form eines Rahmens 8 getrennt werden. Dieser Effekt ermöglicht ein einfaches Abtrennen des Elements 10 vom Rahmen 8 also auch nach einem chemischen Vorspannen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist daher ein scheibenförmiges Zwischenprodukt 1 vorgesehen, bei welchem eine Schwächungsstruktur 4 entlang einer vorgesehenen Trennungslinie zwischen Verbindungsabschnitt 2 und Element 10 verläuft, wobei die Schwächungsstruktur 4 eine Kette von filamentförmigen Schädigungen aufweist, und wobei das Zwischenprodukt 1 chemisch vorgespannt ist. Dabei sind sowohl das Element 10, als auch mindestens der Verbindungsabschnitt 2 im Bereich der Schwächungsstruktur 4 chemisch vorgespannt.

Wird ein gemäß dieser Offenbarung beschichtetes und/oder vorgespanntes Zwischenprodukt 1 an dem oder den Halteabschnitten 6, beziehungsweise Materialbrücken aufgetrennt, so entstehen die bereits oben beschriebene zweiten Bereiche 17 der Kantenfläche 13, die sich nicht nur wie bereits beschrieben, bezüglich Rauheitswerten, sondern auch durch ihren Beschichtungszustand und ihre Festigkeit von den ersten Bereichen 13 der Kantenfläche unterscheiden können. Die gegebenenfalls verminderte Festigkeit der Kantenfläche in den zweiten Bereichen 17 lässt es insbesondere bei einem vorgespannten und beschichteten Zwischenprodukt 1 sinnvoll erscheinen, dass die Materialbrücken / Verbindungsabschnitte 2 in denjenigen Bereichen die Kantenfläche des Elements 10 kontaktieren, in denen die verringerte Festigkeit des Elements 10 in der späteren Verwendung akzeptabel ist. Daher sind bei einem rechteckigen Element 10 die Verbindungs-, beziehungswiese Halteabschnitte 6 vorzugsweise im Bereich der Ecken oder direkt an den Ecken des Elements 10 angeordnet, da dort im Belastungsfall die geringsten Spannungen entstehen. Ein Zwischenprodukt 1 mit entsprechend angeordneten Verbindungsabschnitten 2 zeigt Fig. 20. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 8, setzen hier die Verbindungsabschnitte 2 direkt an den Ecken des hier rechteckförmigen Elements 10 an. Trennt man das Element 10 nun vom Halteabschnitt 6 ab, so wird allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel, ein Element 10 mit einer Form mit zumindest einer Ecke erhalten, wobei ein zweiter Bereich 17 der Kantenfläche vorhanden ist, dessen einer Rand mit der Ecke des Elements 10 zusammenfällt, beziehungsweise, wobei der zweite Bereich 17 an der Ecke endet. Es kann auch mit ähnlichem Effekt noch ein kleiner Abstand zwischen dem Rand des Bereichs 17 und der Ecke vorhanden sein. Gemäß einer allgemeineren Ausführungsform ist dabei der Abstand vom Rand des zweiten Bereichs zur Ecke kleiner als die Breite des zweiten Bereichs 17, vorzugsweise kleiner als die halbe Breite des zweiten Bereichs 17.

Ein Ausführungsbeispiel mit einem solchen Element 10 zeigt Fig. 21. Bei diesem Beispiel enden die zweiten Bereiche 17 nicht direkt an den jeweiligen Ecken 110, sondern noch in einem geringen Abstand dazu. Die Abstände sind allerdings kleiner als die Breite der zweiten Bereiche 17, sogar kleiner als die Hälfte der Breite der zweiten Bereiche 17. Ein kleiner Abstand, wie im dargestellten Beispiel kann von Vorteil sein, um zu verhindern, dass es beim Ablösen zum Ausbrechen von Material an der Ecke 110 kommt und die entstehende Bruchfläche des zweiten Bereiches uneben wird. Wie oben beschrieben, kann das Zwischenprodukt 1 vor dem Abtrennen eines Elements 10 beschichtet werden. Die durch den Trennungsprozess eines beschichteten Zwischenproduktes 1 an den Materialbrücken freigelegten zweiten Bereiche 17 weisen dann demzufolge keine Beschichtung auf. Diese Ausführungsform ist in Fig. 21 ebenfalls dargestellt. Die Beschichtung 70 ist hier als Schraffur dargestellt. Wie gezeigt kann die Beschichtung 70 zumindest teilweise auch auf der Kantenfläche 13 vorhanden sein. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte spezielle Beispiel ist also gemäß noch einer Ausführungsform ein Element 10 aus sprödbrüchigem Material vorgesehen, bei welchen zumindest eine der Seitenflächen 100, 101 und zumindest teilweise die Kantenfläche 13 mit einer Beschichtung 70 versehen ist, wobei die Beschichtung 70 an dem zweiten Bereich 17 ausgespart ist, beziehungsweise fehlt.

Derart entstandene zweite Bereiche können daher in einer weiteren Ausführungsform - gegebenenfalls nach Nachbearbeitung der Flächen in der späteren Verwendung zum Ein- und/oder Auskoppeln elektromagnetischer Strahlung, insbesondere sichtbarer (kohärenter oder inkohärenter) elektromagnetischer Strahlung verwendet werden. Derartige Elemente finden beispielsweise Verwendung als Lichtleiterbauteile oder auch in der Biotechnologie als mikrofluidische Elemente.

Gemäß noch einer Ausführungsform ist also allgemein, ohne Beschränkung auf das Vorhandensein bestimmter Beschichtungen eine elektro-optische Anordnung vorgesehen, welche zumindest eine Strahlungsquelle und/oder einen Sensor umfasst, wobei die Strahlungsquelle und/oder der Sensor so angeordnet sind, dass Strahlung durch den zumindest einen zweiten Bereich 17 auf der Kantenfläche 13 des Elements 10 aus sprödbrüchigem Material von der Strahlungsquelle ausgehend eingekoppelt oder zur Detektion mit dem Sensor ausgekoppelt wird.

Insgesamt weisen neben der bereits beschriebenen Änderung der Rauheitswerte in den zweiten Bereichen 17 der Kante 13 des Zwischenproduktes gegenüber den umgebenden ersten Bereichen 15 auch die fehlende Beschichtung sowie herabgesetzte Festigkeit in diesen zweiten Bereichen auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hin. In einer weiteren Ausführungsform wird der Übergangsbereich zwischen Element 10 und Materialbrücke, beziehungsweise Verbindungsabschnitt 2 mit einer Schwächungsstruktur 4 entlang der Sollkontur des Elements 10 versehen und anschließend durch einen Sputterprozess oder ein anderes PVD-Verfahren beispielsweise mit Cr / CrO beschichtet. Auf Grund der geringen Dicke des Zwischenproduktes ist hierbei zu beobachten, dass nicht nur die Seitenflächen 100, 101 des Zwischenproduktes 10 beschichtet werden, sondern auch, wie oben beschrieben - zumindest teilweise - seine umlaufenden Kantenfläche 13 und - sofern der Durchmesser der Schwächungsstruktur 4 nach dem Ätzprozess hinreichend groß ist - auch die Innenflächen der einzelnen Elemente der Schwächungsstruktur 4. Nach dem Abtrennen des Elements 10 von dem oder den Verbindungsabschnitten 2 besitzt die Kantenfläche die oben genannten Eigenschaften, also eine entsprechend der Anzahl von Materialbrücken in erste und zweite Abschnitte 15, 17 unterteilte Kantenfläche 13, die zumindest außerhalb der Bereiche der Material Stege, also dann auf den ersten Bereichen 15 die oben genannte Beschichtung und gegebenenfalls auch in den zweiten Bereichen 17 Reste der Beschichtung 70 aufweist. Zur Identifizierung der ersten und zweiten Bereiche der Kantenfläche 13 können insbesondere auch die unterschiedlichen optischen Eigenschaften hinsichtlich Reflexion / Streuung verwendet werden. Mit einem derartig hergestellten Element 10 kann dann unter anderem eine elektro-optische Anordnung realisiert werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Fig. 22 zeigt ein Beispiel einer elektro -optischen Anordnung 71 mit einem Element 10. Die elektro-optische Anordnung 71 umfasst eine Strahlungsquelle 72 und einen Strahlungssensor 74. Das Element 10 weist eine Beschichtung 70 auf, welche auch auf der Kantenfläche 13 vorhanden ist, aber die zweiten Bereiche 17 ausspart, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann die Beschichtung 70 strahlungsreflektierend ausgebildet sein. Die Strahlung der Strahlungsquelle 72 kann dann durch einen zweiten Bereich 17 in das Element 10 eingekoppelt werden und durch einen weiteren zweiten Bereich 17 wieder austreten, um von einem Strahlungssensor 74 detektiert zu werden. Ein möglicher Strahlengang ist anhand eines beispielhaften Lichtstrahls 76 verdeutlicht. Ist etwa auch eine der Seitenflächen des Elements 10 nicht beschichtet, kann hier eine Wechselwirkung der Strahlung mit einem Medium erfolgen.

Nachfolgend werden Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines Elements 10 aus sprödbrüchigem Material beschrieben. Eine Grundidee des Verfahrens besteht darin, die Handhabbarkeit der Elemente 10 durch den Verbund mit dem Halteabschnitt 6 zu vereinfachen. Spätestens mit dem Abtrennen am Verbindungsabschnitt 2 liegt das Element 10 vereinzelt vor und ab diesem Punkt kann wiederum die Handhabbarkeit erschwert sein. Um dies weiter zu verbessern, ist gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens allgemein vorgesehen, dass das Zwischenprodukt 1 auf einem Träger befestigt wird. Das Abtrennen des Elements 10 vom Halteabschnitt 6 erfolgt gemäß einer ersten Weiterbildung, während das Element 10 auf dem Träger fixiert ist, und wobei das Element 10 insbesondere auch nach dem Abtrennen mit dem Träger verbunden bleibt. Dies ermöglicht es, das Element 10 zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt vom Träger ablösen zu können, ohne dass zu diesem Zeitpunkt der Halteabschnitt 2 durchtrennt werden muss. Der Träger ist gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung deformierbar, wobei das Abtrennen des Elements 10 vom Verbindungsabschnitt 2 durch das Erzeugen einer mechanischen Spannung am Verbindungsabschnitt 2 aufgrund einer Deformation des Trägers erfolgt. Das Deformieren kann ein Strecken des Trägers und/oder ein Verbiegen des Trägers umfassen. Beim Verbiegen wird auf den Verbindungsabschnitt 2 eine Biegespannung ausgeübt, da das Zwischenprodukt 1 durch die Fixierung auf dem Träger mit verbogen wird. Wird der Träger gestreckt, so entsteht am Verbindungsabschnitt 2 eine Zugspannung in Richtung entlang der Oberfläche des Zwischenprodukts 1. Die vorstehend genannten Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Beispielen genauer erläutert. Allgemein kann der Träger als Folie ausgebildet sein. Das Zwischenprodukt 1 kann dann möglichst unter Vermeidung der Bildung von Luftblasen oder sonstigen Einschlüssen auf einen Träger in Form einer bandförmigen Folie aufgebracht werden. Die Folie kann ihrerseits an einem weiteren Halterrahmen (z.B. aus Stahl) befestigt sein, so dass in der Folie eine möglichst konstante Bandspannung vorliegt. Somit ist auch das Element 10 während des nachfolgenden Trennprozesses fixiert und gesichert. Das Element 10 kann nun durch unterschiedlichste Verfahrensvarianten vom Halteabschnitt 6 getrennt werden:

A) Strecken der Folie:

Die geometrische Form des Folien-Halterahmens wird bestimmt durch die geometrische Form der Baugruppe sowie der notwendigen Streckrichtung(en) während des Trennprozesses: Während im Falle einer runden Baugruppe das isotrope, d.h. winkelunabhängige, in alle Richtungen gleiche Strecken der Folie bevorzugt ist, ist im Falle von rechteckigen Baugruppen hingegen das gerichtete, uniaxiale Strecken der Folie geeignet, um durch das Strecken der Folie eine mechanische Zugspannung im Bereich der Material Schwächungen oder allgemein am Verbindungsabschnitt 2 zu übertragen und somit das Element 10 vom Halteabschnitt 2 zu trennen.

Fig. 23 zeigt eine entsprechende Anordnung. Das Zwischenprodukt 1 ist auf einem Träger 77 in Form einer streckbaren Folie 78 fixiert. Die Folie 78 wird ihrerseits mit einer Spannvorrichtung 82 gespannt. Die Spannvorrichtung 82 kann beispielsweise einen geeigneten Halterahmen umfassen. Über die Spannvorrichtung 82 kann dann, wie durch die mit „F“ bezeichneten Pfeile symbolisiert eine Kraft auf die Folie 78 ausgeübt werden. Dadurch wird die Folie 78 gestreckt und überträgt die Kraft als Zugspannung auf das Zwischenprodukt. Die Zugspannung verläuft dementsprechend entlang der Oberfläche des Zwischenprodukts und führt zur Auftrennung an dem oder den Verbindungsabschnitten 2. Besonders bei einem Halteabschnitt 6 in Form eines das Element 10 umgebenden Rahmens 8 wie im dargestellten Beispiel kann das Auftrennen erleichtert werden, wenn auch der Rahmen 8 eine oder mehrere Schwächungsstrukturen 4 aufweist. Auf diese Weise kann sich beim Strecken oder Dehnen der Folie zunächst der Rahmen 8 auftrennen, so dass die Dehnung auch auf die Verbindung zwischen Element 10 und Halteabschnitt 6 übertragen wird. B) Biegen:

Eine weitere Möglichkeit besteht im mechanischen Biegen des Trägers und/oder des auf dem Träger fixierten Zwischenprodukts 1 entlang der Schwächungsstrukturen oder allgemeiner am Verbindungsabschnitt 2. Beispielsweise kann ein Dreipunktbiegeprozess eingesetzt werden, bei dem von einer Seite der Anordnung aus Träger und Zwischenprodukt eine Unterstützung im Bereich rechts und links der Schwächungsstruktur 4 oder des Verbindungsabschnitts 2 mittels zweier Auflagebalken/-klingen durchgeführt wird, während von der gegenüberliegenden Seite eine Klinge den Verbindungsabschnitt selbst unter mechanische Last setzt und zum Bruch am Verbindungsabschnitt 2, vorzugsweise an einer Schwächungsstruktur 4 führt. Dieser Prozess kann - je nach Anordnung und Fixierung der Elemente 10 an dem oder den Halteabschnitten - auch nacheinander in unterschiedlichen Richtungen durchgeführt werden. Eine entsprechende Anordnung zeigt das Beispiel der Fig. 24. Der Träger 77, beispielsweise wieder in Form einer Folie 78 oder einer anderen deformierbaren Unterlage auf zwei beabstandete Auflagen 84 aufgelegt, so dass sich der Verbindungsabschnitt 2 des auf dem Träger 77 fixierten Zwischenprodukts zwischen den Auflagen 84 befindet. Eine Klinge 86 drückt von der gegenüberliegenden Seite der Auflagen auf den Träger 77 mit dem Zwischenprodukt, so dass der Träger 77 zusammen mit dem Zwischenprodukt verbogen werden und eine Biegespannung im Bereich des Verbindungsabschnitts 2 hervorgerufen wird. Fig. 24 zeigt dabei den Halteabschnitt 6 und das Element 10 bereits in aufgetrenntem Zustand.

Weitere Ausführungsformen des mechanischen Biegens können sein, die bauteiltragende Folie durch eine Mulde - beispielsweise durch Unterdrück angezogen - oder vorzugsweise über eine erhabene, beispielsweise abgerundete Struktur zu führen, um so eine mechanische Spannung auf den Verbindungsabschnitt von Element 10 und Halteabschnitt 6 zu übertragen und den Trennvorgang auszulösen.

Geeignete Folien 78 können als Ein- oder Mehrfachschicht-Folien ausgeführt sein. In der Regel umfassen sie mindestens eine Trägerfolie und eine druckempfindliche Klebefolie, gegebenenfalls noch eine weitere Trennfolie. Als Klebeband können sogenanntes Bluetape oder - bei sehr aufwändig strukturierten Elementen 10 - auch UV-aushärtendes Band verwendet werden. Das Haftvermögen des Klebebandes sollte groß genug ist um die Bauteile, beziehungsweise Elemente 10 während der Bearbeitungsprozesse zu halten, aber noch das Ablösen der vereinzelten Bauteile von der Folie ohne Beschädigung derselben ermöglicht. Insbesondere die UV-aushärtende Folie ist hier besonders geeignet, da sie im nicht ausgehärteten Zustand ein hohes Haftvermögen aufweist, während durch den Aushärteprozess das Haftvermögen verringert wird und das Ablösen des Bauteils ermöglicht. Noch eine Möglichkeit ist auch, das Zwischenprodukt 1 elektrostatisch auf dem Träger 77 zu fixieren.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Ausführungsformen nicht auf die dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt sind, sondern in vielfältiger Weise abgewandelt und kombiniert werden können. So können unter anderem die vorstehend beschriebenen Trennverfahren auch miteinander kombiniert werden, etwa um die Elemente 10 an verschieden positionierten Verbindungsabschnitten 2 abzutrennen.

Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche

1. Scheibenförmiges Element (10) aus sprödbrüchigem Material, insbesondere aus Glas oder Glaskeramik, mit zwei gegenüberliegenden, insbesondere parallelen Seitenflächen (100, 101) und einer umlaufenden Kantenfläche (13), welche die Außenkontur des scheibenförmigen Elements (10) bestimmt, wobei die Kantenfläche (13) zumindest einen ersten Bereich (15) und zumindest einen zweiten Bereich (17) aufweist, wobei sich der erste Bereich (15) vom zweiten Bereich (17) in seiner Oberflächenstruktur unterscheidet, wobei der erste Bereich (15) eine geätzte Oberfläche aufweist, und wobei der zweite Bereich (17) eine Bruchfläche darstellt, und wobei die Fläche des zumindest einen ersten Bereichs (15) größer ist, als die Fläche des zumindest einen zweiten Bereichs (17), wobei die ersten und zweiten Bereiche nebeneinander in Richtung entlang der Kantenfläche (13) angeordnet sind.

2. Scheibenförmiges Element (10) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- der zweite Bereich (17) der Kantenfläche (13) grenzt an zumindest eine der Kanten (19, 20) an, an welchen die Kantenfläche (13) in die Seitenflächen (100, 101) übergeht,

- die geätzte Oberfläche des ersten Bereichs (15) weist kalottenförmige Vertiefungen (22) auf, die aneinandergrenzen, so dass benachbarte Vertiefungen (22) durch Grate (24) getrennt sind.

3. Scheibenförmiges Element (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- der zumindest eine zweite Bereich (17) weist eine Breite von mindestens 0,5 %, vorzugsweise von mindestens einem Prozent der größten lateralen Dimension des Elements (10) auf,

- der zumindest eine zweite Bereich (17) weist eine Breite von mindestens 20pm bevorzugt mindestens 50pm, ganz besonders bevorzugt mindestens 100 pm auf,

- die Summe des oder der Flächenanteile des zumindest einen ersten Bereichs (15) hat einen Anteil an der Gesamtfläche der Kantenfläche (13) von mindestens 90%,

- die größte laterale Abmessung des Elements (10) beträgt maximal 100 mm,

- die größte laterale Abmessungen beträgt mindestens 1mm,

- die Kontur des Elements (10) ist angrenzend zum zweiten Bereich (17) konvex geformt,

- die Anzahl der zweiten Bereiche (17) beträgt höchstens 50, vorzugsweise höchstens 10, besonders bevorzugt höchstens 3.

4. Scheibenförmiges Element (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale

- der zumindest eine zweite Bereich (17) erstreckt sich entlang von Positionen auf der Kantenfläche (13), die eine Entfernung von mindestens 2/3 der maximalen Entfernung vom Flächenmittelpunkt (103) haben,

- der zumindest eine zweite Bereich (17) erstreckt sich entlang eines Abschnitts der Kantenfläche (13), welcher im Belastungsfall zu maximal 80%, vorzugsweise maximal 60% der Maximallast mechanisch belastet ist.

5. Scheibenförmiges Element (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- der zweite Bereich (17) ist plan,

- zwischen einem zweiten Bereich (17) und einem angrenzenden ersten Bereich (15) beträgt der Höhenversatz weniger als 20 pm,

- das Verhältnis des Mittenrauwertes Ra eines ersten Bereichs (15) und eines angrenzenden zweiten Bereichs (17) liegt im Bereich von 0,75 bis 1,25,

- zwischen einem ersten Bereich (15) und einem zweiten Bereich (17) ist ein Übergang (18) vorhanden, wobei der Übergang kalottenförmige Vertiefungen (22) aufweist, die im Mittel größer sind, als kalottenförmige Vertiefungen im ersten Bereich (15),

- der zumindest eine erste Bereich und der zumindest eine zweite Bereich weisen die gleiche optische Anmutung auf,

- ein zweiter Bereich (17) der Kantenfläche (13) endet an einer Ecke des Elements (10),

- der Abstand vom Rand eines zweiten Bereichs (17) zu einer Ecke des Elements (10) ist kleiner als die Breite des zweiten Bereichs (17),

- die Festigkeit des Elements (10) gegenüber einer Biegebelastung der Kantenfläche (13) ist im ersten Bereich (15) mindestens 20 MPa, bevorzugt mindestens 50 MPa, besonders bevorzugt mindestens 80 MPa bzw. 150 MPa höher, als im zweiten Bereich (17) .

6. Scheibenförmiges Element (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (10) mit einer Beschichtung, insbesondere einer optisch wirksamen Beschichtung versehen ist.

7. Scheibenförmiges Element (10) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- das Element (10) ist mit einer optischen Filterbeschichtung (54) auf zumindest einer der Seitenflächen (100, 191) beschichtet ist, wobei die optische Filterbeschichtung vorzugsweise eine IR-Cut-Beschichtung ist, welche Strahlung im nahen Infrarotbereich absorbiert oder reflektiert, wobei das Element (10) eine höhere Transmission für die Infrarotstrahlung aufweist, als die Filterbeschichtung (54),

- die optisch wirksame Beschichtung umfasst mehrere Lagen mit unterschiedlichen Brechungsindex umfasst,

- zumindest eine der Seitenflächen (100, 101) und zumindest teilweise die Kantenfläche (13) sind mit einer Beschichtung (70) versehen, wobei die Beschichtung (70) an dem zweiten Bereich (17) ausgespart ist.

8. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) aus sprödbrüchigem Material zur Herstellung eines Elements (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Halteabschnitt (6) und ein über zumindest einen Verbindungsabschnitt (2) mit dem Halteabschnitt (6) verbundenes Element (10), wobei das Element (10) und der Verbindungsabschnitt (2) eine Kantenfläche (13) mit einer geätzten Oberfläche aufweisen, und wobei die Breite des Verbindungsabschnitts am Übergang zum Element (10) kleiner ist als die Länge der durch die Kantenfläche (13) mit der geätzten Oberfläche gebildete Kontur, so dass durch Abtrennen des Elements (10) durch Brechen des sprödbrüchigen Materials am Verbindungsabschnitt (2) ein separiertes Element (10) aus sprödbrüchigem Material erhältlich ist, dessen Kantenfläche (13) zumindest einen ersten Bereich (15) und zumindest einen zweiten Bereich (17) aufweist, wobei sich der erste Bereich (15) vom zweiten Bereich (17) in seiner Oberflächenstruktur unterscheidet, wobei der erste Bereich (15) eine geätzte Oberfläche aufweist, und wobei der zweite Bereich (17) eine Bruchfläche darstellt, und wobei die Fläche des zumindest einen ersten Bereichs (15) größer ist, als die Fläche des zumindest einen zweiten Bereichs (17), und wobei die ersten und zweiten Bereiche nebeneinander in Richtung entlang der Kantenfläche (13) angeordnet sind.

9. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- das Halteabschnitt (6) ist in mindestens einer lateralen Dimension größer als der Verbindungsabschnitt (2) oder das Element (10) aus sprödbrüchigem Material,

- der Verbindungsabschnitt (2) hat eine Breite von mindestens 0,5%, vorzugsweise von mindestens einem Prozent der größten lateralen Dimension des Elements (10) aus sprödbrüchigem Material,

- der Verbindungsabschnitt (2) hat eine Breite von mindestens 20 pm, vorzugsweise mindestens 50 pm, besonders bevorzugt mindestens 100 pm,

- die Breite des Verbindungsabschnitts (2) beträgt maximal 50 %, vorzugsweise maximal 30%, besonders vorzugsweise maximal 20%, insbesondere maximal 10% der größten lateralen Dimension des Halteabschnitts (6) oder des Elements (10) aus sprödbrüchigem Material.

10. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elemente (10) aus sprödbrüchigem Material in einer Reihenanordnung, insbesondere in einer Matrix- Anordnung mit mehr als einer Reihe von Elementen (10) aus sprödbrüchigem Material angeordnet sind.

11. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit zumindest zwei Elementen (10) aus sprödbrüchigem Material innerhalb der Öffnung (9) eines als Rahmen (8) ausgebildeten Halteabschnitts (6), wobei die beiden Elemente (10) aus sprödbrüchigem Material mit zumindest einem Verbindungsabschnitt (20), der sich von einem Element (10) zum anderen Element (10) erstreckt, miteinander verbunden sind.

12. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein Element (10) mit zumindest zwei Verbindungsabschnitten (2) mit dem Halteabschnitt (6) verbunden ist, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- der gegenseitige Abstand der Verbindungsabschnitte (2) ist mindestens 20 pm,

- der gegenseitige Abstand der Verbindungsabschnitte (2) ist mindestens halb so groß, vorzugsweise mindestens so groß, besonders bevorzugt doppelt so groß, wie die Dicke des Zwischenprodukts (1),

- das Element (10) ist durch zwei parallele Verbindungsabschnitte (2) mit dem Halteabschnitt (6) verbunden.

13. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schwächungsstruktur (4), welche entlang einer vorgesehenen Trennungslinie zwischen Verbindungsabschnitt (2) und Element (10) verläuft.

14. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungsstruktur (4) zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist:

- eine Ritzlinie

- eine Kette von Durchgangslöchern oder filamentförmigen Schädigungen, - einen Bereich verringerter Dicke.

15. Scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Halteabschnitte (6) in Form von Rahmen (8), wobei in den Rahmen (8) jeweils mindestens ein Element (10) angeordnet ist, welches mit dem Rahmen (8) über mindestens einen Verbindungsabschnitt (2) verbunden ist, wobei die Rahmen (8) über eine oder mehrere Perforationslinien (26) trennbar miteinander verbunden sind.

16. Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Elements (10) aus sprödbrüchigem Material, bei welchem eine Scheibe (3) aus sprödbrüchigem Material bereitgestellt wird und mit einem Laser bestrahlt wird, wobei das sprödbrüchige Material der Scheibe (3) für den Laser zumindest teilweise transparent ist, wobei der Laserstrahl (41) des Lasers im Inneren der Scheibe (3) Materialmodifikationen (5) hervorruft, und wobei der Laserstrahl über die Scheibe (3) entlang eines Pfades (50) geführt wird, so dass die Materialmodifikationen nebeneinander auf dem Pfad (50) liegen, und wobei die Scheibe (3) anschließend einem Ätzprozess ausgesetzt wird, wobei die Materialmodifikationen (5) durch den Ätzprozess zu Kanälen aufgeweitet werden, die sich schließlich verbinden, so dass die Scheibe (3) entlang des Pfades (50) aufgetrennt wird, und wobei der Pfad (50) die Kontur eines Elements (10) definiert, welches über einen Verbindungsabschnitt (2) mit einem Halteabschnitt (8) verbunden ist, so dass ein scheibenförmiges Zwischenprodukt (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche erhalten wird, und wobei dann der Verbindungsabschnitt (2) aufgetrennt wird, so dass das Element (10) vom Halteabschnitt (6) gelöst wird.

17. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Schwächungsstruktur (4) eingefügt wird, welche entlang einer vorgesehenen Trennungslinie zwischen Verbindungsabschnitt (2) und Element (10) verläuft. 18. Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- als unstrukturierte Scheibe (3) aus sprödhartem Material ein kontinuierliches Glasband (30) in einem kontinuierlichen Ziehprozess hergestellt wird, wobei - während des Ziehprozesses am sich bewegenden, kontinuierlichen Glasband

(30) entlang des vorbestimmten Pfades (50) Materialmodifikationen mit dem Ultrakurzpulslaser (40) eingefügt werden.

19. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, wobei das Zwischenprodukt (1) auf einem Träger befestigt wird, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der folgenden Schritte:

- das Abtrennen des Elements (10) vom Halteabschnitt (6) erfolgt, während das Element (10) auf dem Träger fixiert ist, wobei das Element (10) auch nach dem Abtrennen mit dem Träger verbunden bleibt, - der Träger ist deformierbar, wobei das Abtrennen des Elements (10) vom

Verbindungsabschnitt (2) durch das Erzeugen einer mechanischen Spannung am Verbindungsabschnitt (2) aufgrund einer Deformation des Trägers erfolgt

- der Träger wird gestreckt, so dass eine Zugspannung auf den Verbindungsabschnitt (2) ausgeübt wird, -der Träger oder das darauf fixierte Zwischenprodukt (1) werden verbogen, so dass eine Biegespannung auf den Verbindungsabschnitt (2) ausgeübt wird.