EP4402108A1 - Verfahren und vorrichtung zur laserbearbeitung eines werkstücks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur laserbearbeitung eines werkstücks

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EP4402108A1
EP4402108A1 EP22783432.2A EP22783432A EP4402108A1 EP 4402108 A1 EP4402108 A1 EP 4402108A1 EP 22783432 A EP22783432 A EP 22783432A EP 4402108 A1 EP4402108 A1 EP 4402108A1
Authority
EP
European Patent Office
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workpiece
focus elements
beam splitting
focus
splitting element
Prior art date
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Pending
Application number
EP22783432.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel FLAMM
Myriam Kaiser
Jonas Kleiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4402108A1 publication Critical patent/EP4402108A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the invention relates to a method for laser processing a workpiece which has a transparent material, in which an input laser beam is divided into a plurality of partial beams by means of a beam splitting element, partial beams coupled out of the beam splitting element are focused, with a plurality of focus elements being formed by focusing the partial beams, and in which the material of the workpiece for laser processing is subjected to the focus elements.
  • the invention also relates to a device for laser processing a workpiece, which has a transparent material, comprising a beam splitting element for splitting an input laser beam into a plurality of partial beams and focusing optics for focusing partial beams coupled out of the beam splitting element, with several focusing elements for focusing the partial beams Laser processing of the workpiece are formed.
  • DE 10 2014 116 958 A1 discloses a diffractive optical beam-shaping element for impressing a phase curve on a laser beam provided for laser processing of a material that is largely transparent to the laser beam, with a phase mask that is designed to impress a plurality of beam-shaping phase curves on the laser beam striking the phase mask is, wherein at least one of the plurality of beam-shaping phase curves is associated with a virtual optical image that can be imaged in at least one elongated focus zone for forming a modification in the material to be processed.
  • EP 3 597 353 A1 discloses a method for separating a transparent material by means of an elongated focal zone of a laser beam.
  • JP 2020 004 889 A discloses a method for separating and in particular
  • Beveling of a transparent material is known by means of a spatial Light modulators are generated a plurality of focus points for laser processing of the material.
  • WO 2016/089799 A1 discloses a method for separating a transparent material using a plurality of parallel non-diffractive laser beams.
  • the invention is based on the object of providing a method mentioned at the outset and a device mentioned at the outset in order to form material modifications in the material of the workpiece, which allow the material to be separated with a separating surface which has reduced roughness.
  • this object is achieved according to the invention in that the distance between adjacent focus elements is at least 3 ⁇ m and/or at most 70 ⁇ m.
  • material modifications are formed in the material of the workpiece, which in particular enable the material to be separated. It has been shown that the roughness of the separating surface resulting from the separation of the material depends on the distance between the mutually adjacent focus elements or the distance between the material modifications formed by means of these focus elements. If this distance is selected in the specified range, the parting surface can be realized with a low level of roughness and/or a high level of smoothness. This results in increased edge stability of the material of the workpiece at the interface.
  • material modifications are formed which are arranged in the material at positions and/or distances corresponding to the focus elements.
  • the distance between the mutually adjacent focus elements corresponds to a distance between mutually adjacent material modifications, which are formed in the material of the workpiece by means of these focus elements. It has been shown that the material modifications formed in the material with the distance or
  • Distance range allow a particularly advantageous separation of the material.
  • the material can be etched particularly well for its separation.
  • material material modifications with said spacing leads to a partial overlap of adjacent material modifications, resulting in an etched connection.
  • material modifications at the specified distance are also advantageous in the event of a thermal separation of the material, since adjacent material modifications then have a crack connection in particular.
  • the focus elements which are formed by focusing the partial beams, are to be understood as meaning those focus elements with which the material is applied for laser processing and/or which are introduced into the material for laser processing.
  • the focus elements formed are each arranged at different spatial positions.
  • the spatial position of a specific focus element is to be understood in particular as a mid-point position of the corresponding focus element.
  • the focus elements are moved relative to the material of the workpiece at a feed rate.
  • the focus elements preferably lie in a plane which is in particular oriented perpendicularly to the feed direction. In particular, all focus elements formed lie in this plane.
  • the distance between adjacent focus elements is at most 50 ⁇ m and in particular at most 30 ⁇ m.
  • the distance between adjacent focus elements is at least 5 ⁇ m and/or at most 10 ⁇ m.
  • the material can be separated with a separating surface which has a particularly low level of roughness and/or a particularly high degree of smoothness.
  • a plurality of mutually adjacent focus elements are provided, each of which is at least approximately the same distance apart from one another. Provision can be made for all focus elements provided for laser processing of the workpiece to be spaced at the same distance from one another.
  • the input laser beam is divided by means of the beam splitting element by impressing a phase on a beam cross section of the input laser beam or impressing a phase on a beam cross section of the input laser beam.
  • the focus elements can be designed as copies of one another, for example. In particular, this allows the focus elements to be introduced into the material of the workpiece in a technically simple manner at different positions and/or at different distances. Provision can be made for the input laser beam to be split up exclusively by impressing phases on the beam cross section of the input laser beam.
  • the phase is impressed in the transverse direction of the input laser beam.
  • the transverse direction lies in a plane oriented perpendicularly to the beam propagation direction of the input laser beam.
  • the input laser beam is split by means of the beam splitting element by polarization beam splitting or includes polarization beam splitting.
  • mutually adjacent focus elements can then each be formed with different states of polarization. In this way, in particular, interference between focus elements that are adjacent to one another can be prevented.
  • mutually adjacent focus elements can be arranged, for example, at a particularly small distance from one another.
  • the input laser beam is split both by means of phase imprinting and by means of polarization beam splitting.
  • the distance between the mutually adjacent focus elements has a distance component that differs from zero and is oriented parallel to a thickness direction of the workpiece.
  • the respective spacing of all adjacent focus elements, which are provided for laser processing of the workpiece has a non-zero spacing component, which is oriented parallel to the thickness direction of the workpiece.
  • the distance component parallel to the thickness direction has a value which is greater than zero in absolute terms.
  • the thickness direction of the workpiece is to be understood in particular as a direction which is oriented transversely and in particular perpendicularly to an outside of the workpiece, through which the focus elements and/or a Laser beam to form the focus elements are coupled into the material.
  • the distance between the mutually adjacent focus elements has a distance component that differs from zero and is oriented parallel to a beam propagation direction of a laser beam from which the focus elements are formed.
  • the respective spacing of all adjacent focus elements, which are provided for laser processing of the workpiece has this non-zero spacing component.
  • different focus elements are arranged along a predetermined processing line, and that by applying these focus elements to the material of the workpiece, material modifications are formed in the material of the workpiece along the processing line, which in particular enable a separation of the material.
  • the focus elements are spaced apart along the processing line and/or have such an intensity that the material modifications formed by means of the focus elements along the processing line enable the material to be separated.
  • An edge geometry and/or a cross-sectional geometry of a parting surface created by parting the material can be defined by means of the machining line.
  • a shape of the machining line corresponds to a shape and/or cross-sectional shape of the separating surface formed by cutting the material.
  • the at least one processing line has a total length of between 50 ⁇ m and 5000 ⁇ m and preferably between 100 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the material of the workpiece has, for example, a thickness between 50 ⁇ m and 5000 ⁇ m and preferably between 100 ⁇ m and 1000 ⁇ m, for example approximately 500 ⁇ m.
  • the processing line is spatially continuous over a thickness of the material of the workpiece and/or over a thickness of a workpiece segment to be separated from the workpiece.
  • the processing line is not necessarily designed to be spatially connected, but can have various spatially separate sections.
  • the processing line can have gaps and/or interruptions in which no focus elements are arranged.
  • the processing line is or includes a connecting line between mutually adjacent focus elements.
  • At least a subset of the mutually adjacent focus elements, which are assigned to the processing line have a non-zero distance component, which is oriented parallel to a first spatial direction, and have a non-zero further distance component, which is perpendicular to the first is oriented in spatial direction.
  • the first spatial direction is in particular a thickness direction of the workpiece and/or a beam propagation direction and in particular the main beam propagation direction of a laser beam from which the focus elements are formed.
  • At least 10 and/or at most 20 focus elements are arranged per 100 ⁇ m length of the processing line.
  • material modifications are formed in the material of the workpiece, which are spaced apart by a distance of at least 3 ⁇ m and/or at most 70 ⁇ m, in particular at least 5 ⁇ m and/or at most 10 ⁇ m. It can be Separation of the material realize the parting surface with low roughness and / or great smoothness.
  • an angle of attack between the processing line and an outside of the workpiece, through which the focus elements for laser processing are coupled into the material of the workpiece is at least 1° and/or at most 90° and in particular at most 89°, at least in sections.
  • a vertical cut can be made on the workpiece, for example, or the workpiece can be chamfered at a certain angle.
  • machining line has a specific angle of attack or angle of attack range at least in sections is to be understood in particular as meaning that the machining line has at least one section with this angle of attack or angle of attack range.
  • the angle of attack can be at least 10° and/or at most 80°, preferably at least 30° and/or at most 60°, particularly preferably at least 40° and/or at most 50°.
  • the angle of attack of the machining line is constant at least in sections, and/or that the machining line has several sections with different angles of attack.
  • the processing line is a straight line at least in sections, and/or that the processing line is a curve at least in sections.
  • rounded segments By executing the processing line as a curve, rounded segments can be separated from the workpiece, for example. This allows rounded edges to be created, for example.
  • the machining line is designed as a curve, the machining line is assigned, for example, a specific setting angle range which the machining line has in relation to the outside of the workpiece.
  • the processing line with the focus elements for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece in a feed direction, with the processing line lying in a plane oriented perpendicularly to the feed direction.
  • a processing surface is formed which corresponds to the processing line, along which material modifications are arranged and/or along which the material of the workpiece can be separated.
  • the material of the workpiece can be separated or is separated after laser processing has taken place, it being possible in particular that the material can be separated or is separated on a processing surface on which material modifications have been formed by means of laser processing.
  • the material of the workpiece can be separated or is separated by applying thermal stress and/or mechanical stress and/or by etching using at least one wet-chemical solution.
  • the etching takes place in an ultrasonically assisted etching bath.
  • Type I is an isotropic refractive index change
  • Type II is a birefringent refractive index change
  • Type III is a so-called void.
  • the material modification produced depends on the laser parameters of the laser beam from which the focus element is formed, such as the pulse duration, the wavelength, the pulse energy and the repetition frequency of the laser beam, and on the material properties, such as the electronic structure and the thermal expansion coefficient, as well as the numerical aperture (NA) of the focusing.
  • NA numerical aperture
  • the type I isotropic refractive index changes are attributed to localized melting caused by the laser pulses and rapid resolidification of the transparent material.
  • the density and refractive index of the material is higher when the fused silica is rapidly cooled from a higher temperature. So if the material in the focus volume melts and then cools down quickly, the quartz glass has a higher refractive index in the areas of material modification than in the unmodified areas.
  • the type II birefringent refractive index changes can arise, for example, as a result of interference between the ultrashort laser pulse and the electric field of the plasma generated by the laser pulses. This interference leads to periodic modulations in the electron plasma density, which leads to a birefringent property, i.e. direction-dependent refractive indices, of the transparent material when it solidifies.
  • a type II modification is also accompanied, for example, by the formation of so-called nanogratings.
  • the voids (cavities) of the type III modifications can be generated with a high laser pulse energy, for example.
  • the formation of the voids is attributed to an explosive expansion of highly excited, vaporized material from the focus volume into the surrounding material. This process is also known as a micro-explosion. Because this expansion occurs within the bulk of the material, the microblast leaves behind a less dense or hollow core (the void), or submicron or atomic-scale microscopic defect, surrounded by a densified shell of material. Due to the compression at the impact front of the microexplosion, stresses arise in the transparent material, which can lead to spontaneous cracking or can promote cracking. In particular, the formation of voids can also be associated with type I and type II modifications.
  • Type I and Type II modifications can arise in the less stressed areas around the introduced laser pulses. Therefore, if a type III modification is introduced, then in any case a less dense or hollow core or a defect is present. For example, in a type III modification of sapphire, the microexplosion does not create a cavity, but rather an area of lower density. Due to the material stresses that occur in a type III modification, such a modification is often accompanied by cracking or at least promotes it. The formation of type I and type II modifications cannot be completely prevented or avoided when introducing type III modifications. Finding "pure" type III modifications is therefore not likely.
  • the material cannot cool down completely between the pulses, so that cumulative effects of the introduced heat from pulse to pulse can influence the material modification.
  • the repetition frequency of the laser beam can be higher than the reciprocal of the heat diffusion time of the material, so that heat accumulation can take place in the focus elements by successive absorption of laser energy until the melting temperature of the material is reached.
  • a larger area than the focus elements can be melted due to the thermal transport of the heat energy into the areas surrounding the focus elements.
  • material modifications are formed in the material by subjecting the material of the workpiece to the focus elements, the material modifications being accompanied by cracking of the material and/or the material modifications being type III material modifications.
  • a separation of the material can be realized by means of these material modifications.
  • material modifications are formed in the material by subjecting the material of the workpiece to the focus elements, with the material modifications being accompanied by a change in a refractive index of the material, and/or with the material modifications being type I material modifications and/or type II- material modifications are.
  • a separation of the material can be realized by means of these material modifications.
  • a transparent material is to be understood in particular as a material through which at least 70% and in particular at least 80% and in particular at least 90% of a laser energy of a laser beam from which the focus elements are formed is transmitted.
  • the input laser beam and/or a laser beam from which the focus elements are formed is a pulsed laser beam and in particular an ultra-short pulse laser beam.
  • laser pulses in particular and in particular ultra-short laser pulses are thereby introduced into the material.
  • the input laser beam and/or a laser beam from which the focus elements are formed has a diffractive beam profile and/or a Gaussian beam profile.
  • a wavelength of the input laser beam and/or of the laser beam from which the focus elements are formed is at least 300 nm and/or at most 1500 nm.
  • the wavelength is 515 nm or 1030 nm.
  • the input laser beam and/or the laser beam from which the focus elements are formed has an average power of at least IW to 1 kW.
  • the laser beam includes pulses with a pulse energy of at least 10 pJ and/or at most 50 mJ. It can be provided that the laser beam comprises individual pulses or bursts, the bursts having 2 to 20 sub-pulses and in particular a time interval of approximately 20 ns.
  • a focus element is to be understood as meaning a radiation area with a specific spatial extent. In order to determine the spatial dimensions of a specific focus element, such as a diameter of the focus element, only intensity values that are above a specific intensity threshold are considered.
  • the intensity threshold is selected here, for example, in such a way that values lying below this intensity threshold have such a low intensity that they are no longer relevant for an interaction with the material for the formation of material modifications.
  • the intensity threshold is 50% of a global maximum intensity of the focus element.
  • a spatial interaction area is assigned to a specific focus element, in which the focus element interacts with the material of the workpiece when it is introduced into it.
  • the focus elements introduced into the material interact with the material through non-linear absorption.
  • material modifications are formed in the material due to non-linear absorption by means of the focus elements.
  • the focus elements have a diffractive beam profile.
  • the focus elements are designed to be diffraction-limited.
  • a specific focus element has a Gaussian shape and/or a Gaussian intensity profile.
  • the respective focus elements according to the above definition have a maximum spatial extension of at least 0.5 ⁇ m and/or at most 30 ⁇ m, preferably at least 2 ⁇ m and/or at most 10 ⁇ m.
  • a maximum spatial extent of an interaction region associated with a specific focus element with the material of the workpiece is at least 0.5 ⁇ m and/or at most 30 ⁇ m, and preferably at least 2 ⁇ m and/or at most 10 ⁇ m.
  • the maximum spatial extent of a specific focus element is to be understood in particular as the greatest spatial extent of the focus element in any spatial direction.
  • a respective maximum spatial extent of the focus elements is less than 20% and preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of a thickness of the material.
  • the distance between adjacent focus elements is at least 3 ⁇ m and/or at most 70 ⁇ m.
  • the device according to the invention has one or more further features and/or advantages of the method according to the invention.
  • Advantageous configurations of the device according to the invention have already been explained in connection with the method according to the invention.
  • the method according to the invention can be carried out using the device according to the invention or the method according to the invention is carried out using the device according to the invention.
  • the distance between mutually adjacent focus elements is at least 5 ⁇ m and/or at most 10 ⁇ m.
  • the beam splitting element and/or the focusing optics are set up in order to form focus elements with the mentioned distance or distance range.
  • the beam splitting element is a 3D
  • Beam splitting element is formed or comprises a 3D beam splitting element. Provision can then be made for the input laser beam to be divided by impressing phases on a beam cross section of the input laser beam and in particular exclusively by impressing phases on the beam cross section of the input laser beam.
  • the beam splitting element is designed as a polarization beam splitting element or includes a polarization beam splitting element.
  • the beam splitting element includes multiple components and/or functionalities. It can be provided that the beam splitting element comprises both a 3D beam splitting element and a polarization beam splitting element.
  • the device comprises a laser source for providing the input laser beam, wherein the input laser beam is in particular a pulsed laser beam and/or an ultra-short pulse laser beam.
  • the terms “at least approximately” or “approximately” generally mean a deviation of at most 10%. Unless otherwise stated, the terms “at least approximately” or “approximately” mean in particular that an actual value and/or distance and/or angle deviates by no more than 10% from an ideal value and/or distance and/or angle .
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for laser machining a workpiece
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a portion of a
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional illustration of a section of the workpiece in which material modifications, which are associated with cracking of the material, were produced by subjecting the workpiece to focus elements;
  • 4a shows a cross-sectional representation of a simulated intensity distribution of focus elements for laser processing of the workpiece, wherein mutually adjacent focus elements are each spaced at a distance of approximately 17.5 ⁇ m;
  • 4b shows a cross-sectional representation of a simulated intensity distribution of focus elements for laser processing of the workpiece, wherein mutually adjacent focus elements are each spaced at a distance of approximately 8.0 ⁇ m;
  • 5a shows a schematic perspective illustration of a workpiece with material modifications formed thereon, which extend along a machining line and/or machining surface;
  • FIG. 5b shows a schematic perspective representation of two workpiece segments which are formed by separating the workpiece according to FIG. 4a along the machining line and/or machining surface;
  • 6a shows a micrograph of a section of a parting surface formed by parting the material of the workpiece, the distance between adjacent focus elements, by means of which the material on the parting surface was processed, being approximately 7.0 ⁇ m;
  • FIG. 6b shows a height profile measured along the line AA according to FIG. 6a
  • 6c shows a micrograph of a section of a separating surface formed by separating the material of the workpiece, the distance between adjacent focus elements, by means of which the material on the separating surface was processed, being approximately 25.0 ⁇ m;
  • Fig. 6d shows a height profile measured along the line B-B according to Fig. 6c.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a device for laser machining a workpiece is shown in FIG. 1 and is denoted by 100 there.
  • the device 100 can be used to produce localized material modifications in a material 102 of the workpiece 104, such as defects in the submicrometer range or at the atomic level, which result in a material weakening.
  • the workpiece 104 can be separated at these material modifications. For example, a workpiece segment can be separated from the workpiece 104 by means of the material modifications produced.
  • the device 100 can be used to introduce material modifications into the material 102 at an angle of attack, so that an edge region of the workpiece 104 can be chamfered or beveled by separating a corresponding workpiece segment from the workpiece 104 .
  • the device comprises a beam splitting element 106 into which an input laser beam 108 is coupled.
  • This input laser beam 108 is provided by a laser source 110, for example.
  • the input laser beam 108 is a pulsed laser beam and/or an ultrashort pulse laser beam.
  • the input laser beam 108 is to be understood, in particular, as a bundle of rays which comprises a plurality of beams, which in particular run parallel.
  • the input laser beam 108 has in particular a transverse Beam cross section 112 and/or a transverse beam extension with which or which the input laser beam 108 strikes the beam splitting element 106 .
  • the input laser beam 108 impinging on the beam splitting element 106 has, in particular, at least approximately flat wave fronts 114 .
  • the input laser beam 108 is divided into a plurality of partial beams 116 and/or partial beam bundles by means of the beam splitting element 106 .
  • the beam splitting element 106 In the example shown in FIG. 1, two different partial beams 116a and 116b are indicated.
  • the partial beams 116 or partial beam bundles coupled out of the beam splitting element 106 have in particular a divergent beam profile.
  • the beam splitting element 106 is designed as a far-field beam-shaping element.
  • the device 100 comprises focusing optics 118 into which the partial beams 116 are coupled.
  • the focusing optics 118 have, for example, one or more lens elements.
  • the focusing optics 118 are designed as a microscope objective.
  • the beam splitting element 106 is arranged at least approximately in a rear focal plane of the focusing optics 118 .
  • the focusing optics 118 has a focal length of between 5 mm and 50 mm, for example.
  • partial beams 116 that are different from one another impinge on the focusing optics 118 with a spatial offset and/or angular offset.
  • the partial beams 116 are focused by means of the focusing optics 118, so that a plurality of focus elements 120 are formed, which are each arranged at different spatial positions. It's fundamental possible that mutually adjacent focus elements spatially overlap in sections.
  • one or more partial beams 116 and/or partial beams of rays are assigned to a specific focus element 120 .
  • a respective focus element 120 is formed by focusing one or more partial beams 116 and/or partial beams of rays.
  • a focus element 120 is to be understood in particular as a focused radiation area, such as a focus spot and/or a focus point.
  • the focus elements 120 each have a specific geometric shape and/or a specific intensity profile, the geometric shape being understood to mean, for example, a spatial shape and/or spatial extent of the respective focus element 120 .
  • the geometric shape and/or the intensity profile of a specific focus element 120 is referred to below as the focus distribution 121 of the focus element 120 .
  • the focus distribution 121 is a property of the respective focus elements 120 and describes their respective shape and/or intensity profile.
  • a plurality of focus elements 120 or all focus elements 120 formed have the same focus distribution.
  • the focus distribution of the focus elements 120 formed is defined by the input laser beam 108, the focus elements 120 being formed as a result of the division thereof by means of the beam splitting element 106. If the input laser beam 108 were to be focused before it is coupled into the beam splitting element 106, then a single focus element would be formed with the focus distribution assigned to the input laser beam 108.
  • the input laser beam 108 has a Gaussian beam profile when it is provided, for example, by means of the laser source 110 .
  • a focus element would be formed which has a focus distribution with a Gaussian shape and/or a Gaussian intensity profile.
  • a Bessel-like beam profile is assigned to the input laser beam 108, so that focusing the input laser beam 108 would form a focus element which has a focus distribution with a Bessel-like shape and/or Bessel-like intensity profile.
  • the focus distribution of the input laser beam 108 is assigned to the partial beams 116 and/or partial beam bundles formed by splitting the input laser beam 108 by means of the beam splitting element 106 in such a way that the focus elements 120 are formed with this focus distribution and/or with a focus distribution based on this focus distribution by focusing the partial beams 116 .
  • the input laser beam 108 has a Gaussian beam profile, i. H. a focus distribution with a Gaussian shape and/or Gaussian intensity profile is assigned to the input laser beam 108 .
  • the focus elements 120 then each have, for example, the focus distribution 121 with this Gaussian shape and/or this Gaussian intensity profile or with a shape and/or intensity profile based on this Gaussian shape and/or this Gaussian intensity profile (cf. also Fig. 5a and 5b ).
  • the focus elements 120 designed for laser processing of the workpiece 104 each have a focus distribution 121 with this Bessel-like beam profile or with a beam profile based on this Bessel-like profile.
  • the focus elements 120 can each be formed, for example, with a focus distribution which has an elongate shape and/or an elongate intensity profile.
  • the device 100 has a beam shaping device 122 for beam shaping of the input laser beam 108 (indicated in FIG. 1).
  • this beam shaping device 122 is arranged in front of the beam splitting element 106 with respect to a beam propagation direction 124 of the input laser beam 108 and/or arranged between the laser source 110 and the beam splitting element 106 .
  • a beam propagation direction is to be understood in particular as a main beam propagation direction and/or a mean propagation direction of laser beams.
  • a specific focus distribution and/or a specific beam profile can be assigned to the input laser beam 108 by means of the beam shaping device 122 .
  • the focus distribution 121 of the focus elements 120 can be defined by means of the beam shaping device 122 .
  • the beam shaping device 122 can be set up, for example, to form a laser beam with a quasi-non-diffracting and/or Bessel-like beam profile from a laser beam with a Gaussian beam profile.
  • the input laser beam 108 coupled into the beam splitting element 106 then has the quasi-non-diffractive and/or Bessel-like beam profile.
  • the focus elements 120 then also have this quasi-non-diffractive and/or Bessel-like beam profile or a beam profile based on this beam profile.
  • the focus elements 120 are in particular each formed identically to one another and/or each formed as copies of one another.
  • Each of the focus elements 120 formed is assigned a specific local position xo, zo, at which a respective focus element 120 is arranged with respect to the material 102 of the workpiece 104 (FIG. 2).
  • the local position of a focus element 120 is to be understood as meaning the position of its spatial center point and/or center of gravity.
  • a specific intensity I is assigned in particular to each of the focus elements 120 that are formed.
  • the local position xo, zo and in particular also the intensity I of the respective focus elements 120 can be defined by means of the beam splitting element 106 .
  • focus elements 120 designed for laser processing of the workpiece 104 have the same intensity I.
  • focus elements 120 formed it is also possible for several of the focus elements 120 formed to have different intensities I.
  • a respective distance d and/or a respective spatial offset between adjacent focus elements 120 can be set by means of the beam splitting element 106 .
  • a distance direction of the distance d that can be set by means of the beam splitting element 106 preferably lies in a plane that is oriented transversely and in particular perpendicularly to a feed direction 126 with which the focus elements 120 for laser processing of the workpiece 104 are moved relative to the workpiece 104.
  • the distance d can be set component by component in two spatial directions by means of the beam splitting element 106, which span the plane mentioned or lie in the plane mentioned (x-direction and z-direction in the example shown in FIG. 1).
  • the beam splitting element 106 is preferably designed as a 3D beam splitting element or comprises a 3D beam splitting element.
  • the focus elements 120 can be formed, for example, in such a way that they are identical to one another and/or that they each represent copies of one another.
  • the beam splitting element 106 designed as a 3D beam splitting element reference is made to the scientific publication "Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing" by D. Flamm et al., arXiv:2012.10119vl [physics. optics], December 18, 2020. This is expressly and fully referred to.
  • a defined transverse phase distribution is impressed on the transverse beam cross section 112 of the input laser beam 108 .
  • a transverse beam cross section or a transverse phase distribution is to be understood in particular as a beam cross section or a phase distribution in a plane oriented transversely and in particular perpendicularly to the beam propagation direction 124 of the input laser beam 108 .
  • the focus elements 120 are formed by interference of the focused sub-beams 116, where, for example, constructive interference, destructive interference or incidents thereof can occur, such as partially constructive or destructive interference.
  • the phase distribution imposed by the beam splitting element 106 has a specific optical grating component and/or optical lens component for each focus element 120.
  • the optical lattice component Due to the optical lattice component, after the partial beams 116 have been focused, there is a corresponding spatial offset of the focus elements 120 formed in a first spatial direction, for example in the x-direction. Due to the optical lens component, partial beams 116 or partial beams of rays impinge on the focusing optics 118 at different angles or different convergence or divergence, which results in a spatial offset in a second spatial direction, eg in the z-direction, after focusing has taken place.
  • the intensity I of the respective focus elements 120 is determined by the phase positions of the focused partial beams 116 relative to one another. These phase angles can be defined by the stated optical grating components and optical lens components. When designing the beam splitting element 106, the phase angles of the focused partial beams 116 can be selected relative to one another such that the focus elements 120 each have a desired intensity.
  • the beam splitting element 106 is designed as a polarization beam splitting element or comprises a polarization beam splitting element.
  • the beam splitting element 106 is used to carry out a polarization beam splitting of the input laser beam 108 into beams which each have one of at least two different polarization states.
  • the stated polarization states are to be understood as meaning linear polarization states, with two different polarization states being provided, for example, and/or polarization states oriented perpendicularly to one another being provided.
  • the polarization states are such that an electric field is oriented in a plane perpendicular to the beam propagation direction of the polarized beams (transverse electric).
  • the beam splitting element 106 comprises, for example, a birefringent lens element and/or a birefringent wedge element.
  • the birefringent lens element and/or the birefringent wedge element are made of, for example, a quartz crystal or comprise a quartz crystal.
  • the beam splitting element 106 as a polarization beam splitting element, reference is made to the German patent application with file number 10 2020 207 715.0 (filing date: June 22, 2020) by the same applicant and to DE 10 2019 217 577 A1.
  • the partial beams 116 can be formed with different polarization states as a result of the polarization beam splitting.
  • the focus elements 120 can each be formed from beams with a specific polarization state. As a result, a specific polarization state can be assigned to the focus elements 120 in each case.
  • focus elements 120 can be formed, which are each arranged at specific positions xo, zo, with adjacent focus elements being spaced apart by the distance d.
  • the focus elements 120 can be arranged and formed by polarization beam splitting by means of the beam splitting element 106 such that mutually adjacent focus elements 120 each have different polarization states.
  • focus elements 120 are introduced into material 102 of workpiece 104 and moved in feed direction 126 relative to material 102, focus elements 120 being moved in feed direction 126 in particular at a specific feed rate.
  • the feed direction 126 corresponds to the y-direction.
  • Each of the focus elements 120 formed is assigned a specific local position xo, zo, at which a respective focus element 120 is arranged with respect to the material 102 of the workpiece 104 .
  • the local positions xo, zo of the respective focus elements 120 lie in a plane oriented perpendicularly to the feed direction 126, with in particular all focus elements 120 designed for laser processing of the workpiece 104 lying in this plane.
  • the centers and/or focal points of the focus elements 120 and in particular of all focus elements 120 are arranged in the said plane.
  • the coupling of the focus elements 120, which are introduced into the material 102 for the laser processing of the workpiece 104, takes place, for example, through a first outer side 130 of the workpiece 104.
  • the workpiece 104 is plate-shaped and/or panel-shaped.
  • a second outer side 132 of the workpiece 104 is arranged at a distance from the first outer side 130, for example in the direction of thickness 134 and/or depth direction of the workpiece 104.
  • the material 102 of the workpiece 104 has, for example, a thickness D that is at least approximately constant in the thickness direction 134 .
  • the feed direction 126 is oriented transversely and in particular perpendicularly to the thickness direction 134 of the workpiece 104 .
  • the formed focus elements 120 are arranged along a defined processing line 136 .
  • This processing line 136 corresponds to a desired processing geometry with which the laser processing of the workpiece 104 is to be carried out.
  • the respective distances d and intensities I of the focus elements 130 arranged along the processing line 136 are selected such that material modifications 138 are formed (FIG. 3) by impinging the material 102 with these focus elements 120, which result in a separation of the material along this processing line 136 and/or or allow a processing surface corresponding to this processing line 136 .
  • the processing line 136 extends between the first outer side 130 and the second outer side 132 and in particular continuously and/or without interruption between the first outer side 130 and the second outer side 132 of the workpiece 104 .
  • the processing line 136 has a plurality of different sections 140 .
  • the processing line 136 has a first section 140a, a second section 140b and a third section 140c, wherein with respect to the thickness direction 134, the second section 140b adjoins the first section 140a and the third section 140c adjoins the second section 140b.
  • the processing line 136 is not necessarily designed to be continuous and/or differentiable.
  • the processing line 136 may have discontinuities. Provision can be made for the processing line 136 to have interruptions and/or gaps at which, in particular, no focus elements 120 are arranged.
  • the processing line 136 and/or different sections 140 of the processing line 136 can be formed, for example, as a straight line or a curve.
  • the respective distance d of the focus elements 120 provided for the laser processing of the workpiece 104 can be selected differently for different focus elements 120 and/or different pairs of focus elements 120 . However, in principle it is also possible for the respective distance d to be identical for all focus elements 120 provided for laser processing of the workpiece 104 .
  • focus elements 120 with different distances d are assigned to different sections 140 of the processing line.
  • the respective distances d of the focus elements 120 assigned to a specific section 140 are then at least approximately constant.
  • a distance component dz of distance d oriented parallel to thickness direction 134 of material 102, differs from zero for all focus elements 120 and/or for all pairs of mutually adjacent focus elements 120.
  • all adjacent focus elements 120 with a non-zero distance component dz in the thickness direction 134 at a distance differs from zero for all focus elements 120 and/or for all pairs of mutually adjacent focus elements 120.
  • the machining line 136 and/or the respective sections 140 of the machining line 136 are assigned a specific angle of incidence ⁇ and/or angle of incidence range, which the machining line 136 or the respective section 140 encloses with the first outer side 130 of the workpiece 104 .
  • the angle of incidence ⁇ of the first section 140a and of the third section 140c is 45° and that of the second section 140b is 90°.
  • the material modifications 146 can be formed, for example, as type III modifications, which are associated with spontaneous formation of cracks 139 in the material 102 of the workpiece 104 .
  • cracks 139 are formed between material modifications 146 adjacent to one another.
  • the material modifications 146 are formed as type I and/or type II modifications, which are associated with heat accumulation in the material 102 and/or with a change in a refractive index of the material 102.
  • the formation of the material modifications 146 as Type I and/or Type II modifications is associated with heat accumulation in the material 102 of the workpiece 104 .
  • the respective distance d between the Focus elements 120 selected so small that when the
  • Fig. 4a shows a simulated intensity distribution of a plurality of focus elements 120, the distance d in these focus elements 120 being approx.
  • 4b shows a simulated intensity distribution of a plurality of focus elements 120, the distance d being approximately 8.0 ⁇ m.
  • the laser processing of the workpiece 104 using the device 100 works as follows:
  • the material 102 of the workpiece 104 is acted upon by the focus elements 120 and the focus elements 120 are moved in the feed direction 126 relative to the workpiece 104 through its material 102 .
  • the material 102 is a material that is transparent to a wavelength of laser beams from which the focus elements 120 are each formed, such as a glass material.
  • the focus elements are formed by beam shaping of the input laser beam 108 .
  • material modifications 138 are formed in the material 102, which are arranged along the processing line 136 (FIG. 5a). In the example shown in FIG. 5a , material modifications 138 are formed throughout the thickness D of the material 102 .
  • a processing surface 144 corresponding to the processing line 136 is formed, on which the material modifications 138 are arranged. This results in a flat Formation and/or arrangement of the material modifications 146 along the processing surface 152.
  • the trajectory 142 can have rectilinear and curved sections.
  • the processing line 136 is in particular rotated during the laser processing in such a way that it always lies in a plane oriented perpendicularly to the feed direction 126 . This can be implemented, for example, by rotating the beam splitting element 106 accordingly or by rotating the entire device 100 relative to the workpiece 104 .
  • a distance from material modifications 138 that are adjacent in the feed direction 126 can be defined, for example, by setting a pulse duration of the input laser beam 108 and/or by setting the feed rate.
  • the material modifications 146 formed along the processing line 136 result in particular in a reduction in the strength of the material 102 .
  • the material 102 can be separated into two workpiece segments 146a, 146b that are different from one another (FIG. 5b) after the material modifications 146 have formed on the processing surface 144, for example by exerting a mechanical force.
  • the workpiece segment 146a is a workpiece segment with a parting surface 148 which has a shape that corresponds to the shape of the processing line 136 .
  • the workpiece segment 154a is a remaining workpiece segment and/or a waste segment.
  • the material 102 of the workpiece 104 is quartz glass, for example.
  • a laser beam from which the focus elements 120 are formed then has a wavelength of 1030 nm and a pulse duration of 1 ps.
  • a numerical aperture assigned to the focusing optics 118 is 0.4 and a pulse energy assigned to a single focus element 120 is 50 to 200 nJ.
  • the pulse energy assigned to a single focus element 120 is 500 to 2000 nJ.
  • FIGS. 6a and 6c Microscope images of two different parting surfaces 148 are shown in FIGS. 6a and 6c.
  • the material 102 was processed with focus elements 120 which were arranged along a processing line 136 extending in the z-direction.
  • the focus elements 120 were moved in the feed direction 126 (in the y-direction in the example shown), so that material modifications 138 were formed on the processing surface 144 shown (z-y plane).
  • the material 102 was then separated at this processing surface 144 by etching using a wet-chemical solution, so that the separation surface 148 shown was formed.
  • FIGS. 6b and 6d each show height profiles of the parting surfaces 148 shown in FIGS. 6a and 6c, with a height direction h associated with these height profiles being oriented perpendicularly to the respective parting surface 148.
  • the distance d between the focus elements 120 was approximately 7.0 ⁇ m and in the example shown in FIG. 6b it was approximately 25.0 ⁇ m.
  • the height profile shown in FIG. 6b has significantly lower fluctuations than the height profile according to FIG. 6d.
  • the profile shown in FIG. 6d has clear breakouts.
  • the roughness Ra was determined experimentally according to the ISO 25178 standard, with the roughness Ra being determined over the entire parting surface (and not only on the basis of that shown in Figs. 6b and 6d elevation profiles).
  • the roughness Ra is less than 2 ⁇ m, while in the example according to FIGS. 6c and 6d the roughness is more than 4 ⁇ m.
  • the roughness of the separating surface 148 can be reduced by a suitable choice of the distance d between mutually adjacent focus elements. As a result, a smoother and/or leveler parting surface 148 can be implemented.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein transparentes Material (102) aufweist, bei dem ein Eingangslaserstrahl (108) mittels eines Strahlteilungselements (106) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (116) aufgeteilt wird, aus dem Strahlteilungselement (106) ausgekoppelte Teilstrahlen (116) fokussiert werden, wobei durch Fokussierung der Teilstrahlen (116) mehrere Fokuselemente (120) ausgebildet werden und wobei ein Abstand (d) zueinander benachbarter Fokuselemente (120) mindestens 3 µm und/oder höchstens 70 µm beträgt, und bei dem das Material (102) des Werkstücks (104) zur Laserbearbeitung mit den Fokuselementen (120) beaufschlagt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, welches ein transparentes Material aufweist, bei dem ein Eingangslaserstrahl mittels eines Strahlteilungselements in eine Mehrzahl von Teilstrahlen aufgeteilt wird, aus dem Strahlteilungselement ausgekoppelte Teilstrahlen fokussiert werden, wobei durch Fokussierung der Teilstrahlen mehrere Fokuselemente ausgebildet werden, und bei dem das Material des Werkstücks zur Laserbearbeitung mit den Fokuselementen beaufschlagt wird.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, welches ein transparentes Material aufweist, umfassend ein Strahlteilungselement zur Aufteilung eines Eingangslaserstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen und eine Fokussieroptik zur Fokussierung von aus dem Strahlteilungselement ausgekoppelten Teilstrahlen, wobei durch die Fokussierung der Teilstrahlen mehrere Fokuselemente zur Laserbearbeitung des Werkstücks ausgebildet werden.
Aus der DE 10 2014 116 958 Al ist ein diffraktives optisches Strahlformungselement zur Aufprägung eines Phasenverlaufs auf einen zur Laserbearbeitung eines für den Laserstrahl weitgehend transparenten Materials vorgesehenen Laserstrahl mit einer Phasenmaske bekannt, die zur Aufprägung einer Mehrzahl von strahlformenden Phasenverläufen auf den die Phasenmaske fallenden Laserstrahl ausgebildet ist, wobei mindestens einem der Mehrzahl von strahlformenden Phasenverläufe ein virtuelles optisches Bild zugeordnet ist, das in mindestens eine langgezogene Fokuszone zum Ausbilden einer Modifikation im zu bearbeitenden Material abbildbar ist.
Aus der EP 3 597 353 Al ist ein Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials mittels einer langgezogenen Fokuszone eines Laserstrahls bekannt.
Aus der JP 2020 004 889 A ist ein Verfahren zum Trennen und insbesondere
Abschrägen eines transparenten Materials bekannt, wobei mittels eines Spatial Light Modulators eine Mehrzahl von Fokuspunkten zur Laserbearbeitung des Materials erzeugt werden.
Aus der US 2020/0147729 Al und der US 2020/0361037 Al sind jeweils Verfahren zur Ausbildung eines abgeschrägten Kantenbereichs an einem transparenten Material mittels eines Laserstrahls bekannt.
Aus der WO 2016/089799 Al ist ein Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials mittels mehrerer paralleler nichtbeugender Laserstrahlen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren und eine eingangs genannte Vorrichtung bereitzustellen, um Materialmodifikationen im Material des Werkstücks auszubilden, welche eine Trennung des Materials mit einer Trennfläche ermöglichen, die eine verringerte Rauheit aufweist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente mindestens 3 pm und/oder höchstens 70 pm beträgt.
Bei der Laserbearbeitung des Werkstücks mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Materialmodifikationen im Material des Werkstücks ausgebildet, welche insbesondere eine Trennung des Materials ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Rauheit der sich bei Trennung des Materials ergebenden Trennfläche von dem Abstand der zueinander benachbarten Fokuselemente bzw. dem Abstand der mittels dieser Fokuselemente ausgebildeten Materialmodifikationen abhängig ist. Bei Wahl dieses Abstands im angegebenen Bereich lässt sich die Trennfläche mit einer niedrigen Rauheit und/oder großen Glattheit realisieren. Es ergibt sich daraus eine erhöhte Kantenstabilität des Materials des Werkstücks an der Trennfläche.
Durch Beaufschlagung des Materials des Werkstücks mit den Fokuselementen werden Materialmodifikationen ausgebildet, welche in dem Material an mit den Fokuselementen korrespondierenden Positionen und/oder Abständen angeordnet sind. Insbesondere entspricht der Abstand der zueinander benachbarten Fokuselemente einem Abstand zueinander benachbarter Materialmodifikationen, welche mittels dieser Fokuselemente im Material des Werkstücks ausgebildet werden. Es hat sich gezeigt, dass die im Material ausgebildeten Materialmodifikationen mit dem erfindungsgemäßen Abstand bzw.
Abstandsbereich eine besonders vorteilhafte Trennung des Materials ermöglichen.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Abstands der Materialmodifikationen ergibt sich eine besonders gute Ätzbarkeit des Materials zu dessen Trennung.
Insbesondere führt die Ausbildung von Materialmaterialmodifikationen mit dem genannten Abstand zu einer teilweisen Überlappung von benachbarten Materialmodifikationen, wodurch sich eine Ätzverbindung ergibt. Zudem sind Materialmodifikationen in dem genannten Abstand auch vorteilhaft bei einer thermischen Trennung des Materials, da benachbarte Materialmodifikationen dann insbesondere eine Rissverbindung aufweisen.
Falls ein Abstand der zueinander benachbarten Fokuselemente zu gering wird, können sich hieraus unerwünschte Interferenzeffekte zwischen benachbarten Fokuselementen ergeben, welche beispielsweise Schwebungseffekte in der Intensität der Fokuselemente zur Folge haben können. Dies kann eine Kontrollierbarkeit der Ausbildung der Materialmodifikationen erschweren und insbesondere eine Ausbildung gleichartiger Materialmodifikationen erschweren.
Insbesondere sind unter den Fokuselementen, welche durch Fokussierung der Teilstrahlen ausgebildet werden, diejenigen Fokuselemente zu verstehen, mit denen das Material zur Laserbearbeitung beaufschlagt wird, und/oder welche zur Laserbearbeitung in das Material eingebracht werden.
Insbesondere sind die ausgebildeten Fokuselemente jeweils an unterschiedlichen räumlichen Positionen angeordnet. Unter der räumlichen Position eines bestimmten Fokuselements ist insbesondere eine Mittelpunktsposition des entsprechenden Fokuselements zu verstehen.
Insbesondere ist unter dem Abstand der zueinander benachbarten
Fokuselemente ein Abstand der jeweiligen Mittelpunktspositionen der
Fokuselemente zu verstehen. Insbesondere ist unter dem Abstand der Fokuselemente deren Abstand innerhalb des Materials des Werkstücks zu verstehen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass zur Laserbearbeitung des Werkstücks die Fokuselemente relativ zu dem Material des Werkstücks mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden. Vorzugsweise liegen die Fokuselemente in einer Ebene, welche insbesondere senkrecht zur Vorschubrichtung orientiert ist. Insbesondere liegen alle ausgebildeten Fokuselemente in dieser Ebene.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente höchstens 50 |jm und insbesondere höchstens 30 |jm beträgt.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente mindestens 5 |jm und/oder höchstens 10 |jm beträgt. Es lässt sich dadurch eine Trennung des Materials mit einer Trennfläche realisieren, welche eine besonders geringe Rauheit und/oder eine besonders großer Glattheit aufweist.
Beispielsweise sind mehrere zueinander benachbarte Fokuselemente vorgesehen, welche jeweils zumindest näherungsweise mit einem gleichen Abstand zueinander beabstandet sind. Es kann vorgesehen sein, dass alle zur Laserbearbeitung des Werkstücks vorgesehenen Fokuselemente mit dem gleichen Abstand zueinander beabstandet sind.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Aufteilung des Eingangslaserstrahls mittels des Strahlteilungselements durch Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt des Eingangslaserstrahls erfolgt oder eine Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt des Eingangslaserstrahls umfasst. Es lassen sich dadurch die Fokuselemente beispielsweise als Kopien zueinander ausbilden. Insbesondere lassen sich dadurch die Fokuselemente auf technisch einfache Weise an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlichen Abständen in das Material des Werkstücks einbringen. Es kann vorgesehen sein, dass die Aufteilung des Eingangslaserstrahls ausschließlich durch Phasenaufprägung auf den Strahlquerschnitt des Eingangslaserstrahls erfolgt.
Insbesondere erfolgt die Phasenaufprägung in transversaler Richtung des Eingangslaserstrahls. Die transversale Richtung liegt in einer zur Strahlausbreitungsrichtung des Eingangslaserstrahls senkrecht orientierten Ebene.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Aufteilung des Eingangslaserstrahls mittels des Strahlteilungselements durch Polarisationsstrahlteilung erfolgt oder eine Polarisationsstrahlteilung umfasst. Beispielsweise lassen sich dann zueinander benachbarte Fokuselemente jeweils mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ausbilden. Es kann dadurch insbesondere eine Interferenz zueinander benachbarter Fokuselemente verhindert werden. Dadurch lassen sich zueinander benachbarte Fokuselemente beispielsweise mit einem besonders geringen Abstand zueinander anordnen.
Es ist grundsätzlich möglich, dass die Aufteilung des Eingangslaserstrahls sowohl mittels Phasenaufprägung als auch mittels Polarisationsstrahlteilung erfolgt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Abstand der zueinander benachbarten Fokuselemente eine von Null verschiedene Abstandskomponente aufweist, welche parallel zu einer Dickenrichtung des Werkstücks orientiert ist. Insbesondere weist der jeweilige Abstand aller benachbarter Fokuselemente, welche zur Laserbearbeitung des Werkstücks vorgesehen sind, eine von Null verschiedene Abstandskomponente auf, welche parallel zur Dickenrichtung des Werkstücks orientiert ist.
Insbesondere weist die zur Dickenrichtung parallele Abstandskomponente einen Wert auf, welcher betragsmäßig größer als Null ist.
Unter der Dickenrichtung des Werkstücks ist insbesondere eine Richtung zu verstehen, welche quer und insbesondere senkrecht zu einer Außenseite des Werkstücks orientiert ist, durch welche die Fokuselemente und/oder ein Laserstrahl zur Ausbildung der Fokuselemente in das Material eingekoppelt werden.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Abstand der zueinander benachbarten Fokuselemente eine von Null verschiedene Abstandskomponente aufweist, welche parallel zu einer Strahlausbreitungsrichtung eines Laserstrahls orientiert ist, aus welchem die Fokuselemente gebildet sind. Insbesondere weist der jeweilige Abstand aller benachbarter Fokuselemente, welche zur Laserbearbeitung des Werkstücks vorgesehen sind, diese von Null verschiedene Abstandskomponente auf.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass voneinander verschiedene Fokuselemente entlang einer vorgegebenen Bearbeitungslinie angeordnet werden, und dass durch Beaufschlagung des Materials des Werkstücks mit diesen Fokuselementen in dem Material des Werkstücks entlang der Bearbeitungslinie Materialmodifikationen ausgebildet werden, welche insbesondere eine Trennung des Materials ermöglichen.
Insbesondere sind die Fokuselemente entlang der Bearbeitungslinie so beabstandet und/oder weisen eine solche Intensität auf, dass die mittels der Fokuselemente entlang der Bearbeitungslinie ausgebildeten Materialmodifikationen eine Trennung des Materials ermöglichen.
Mittels der Bearbeitungslinie lässt sich eine Kantengeometrie und/oder eine Querschnittsgeometrie einer durch Trennung des Materials entstehenden Trennfläche definieren. Insbesondere korrespondiert eine Form der Bearbeitungslinie mit einer Form und/oder Querschnittsform der durch Trennung des Materials ausgebildeten Trennfläche.
Beispielsweise weist die mindestens eine Bearbeitungslinie eine Gesamtlänge zwischen 50 pm und 5000 pm und vorzugsweise zwischen 100 pm und 1000 pm auf. Es lassen sich dadurch Werkstücke mit einer Dicke im genannten Bereich bearbeiten und insbesondere Trennen. Das Material des Werkstücks weist beispielsweise eine Dicke zwischen 50 pm und 5000 pm und vorzugsweise zwischen 100 pm und 1000 pm, beispielsweise ca. 500 pm, auf.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Bearbeitungslinie über eine Dicke des Materials des Werkstücks und/oder über eine Dicke eines von dem Werkstück abzutrennenden Werkstücksegments räumlich durchgängig ausgebildet ist.
Die Bearbeitungslinie ist nicht notwendigerweise räumlich zusammenhängend ausgebildet, sondern kann verschiedene räumlich getrennte Abschnitte aufweisen. Insbesondere kann die Bearbeitungslinie Lücken und/oder Unterbrechungen aufweisen, in denen keine Fokuselemente angeordnet sind.
Insbesondere ist oder umfasst die Bearbeitungslinie eine Verbindungslinie zwischen zueinander benachbarten Fokuselementen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine Teilmenge der zueinander benachbarten Fokuselemente, welche der Bearbeitungslinie zugeordnet sind, eine von Null verschiedene Abstandskomponente aufweisen, welche parallel zu einer ersten Raumrichtung orientiert ist, und eine von Null verschiedene weitere Abstandskomponente aufweisen, welche senkrecht zur ersten Raumrichtung orientiert ist. Die erste Raumrichtung ist insbesondere eine Dickenrichtung des Werkstücks und/oder eine Strahlausbreitungsrichtung und insbesondere Haupt-Strahlausbreitungsrichtung eines Laserstrahls, aus welchem die Fokuselemente gebildet sind.
Günstig kann es sein, wenn pro 100 pm Länge der Bearbeitungslinie jeweils mindestens 3 und/oder höchstens 30 Fokuselemente angeordnet sind.
Insbesondere sind pro 100 pm Länge der Bearbeitungslinie mindestens 10 und/oder höchstens 20 Fokuselemente angeordnet. Dadurch werden im Material des Werkstücks Materialmodifikationen ausgebildet, welche mit einem Abstand von mindestens 3 pm und/oder höchstens 70 pm, insbesondere mindestens 5 pm und/oder höchstens 10 pm, beabstandet sind. Es lässt sich dadurch bei Trennung des Materials die Trennfläche mit geringer Rauheit und/oder großer Glattheit realisieren.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Anstellwinkel zwischen der Bearbeitungslinie und einer Außenseite des Werkstücks, durch welche die Fokuselemente zur Laserbearbeitung in das Material des Werkstücks eingekoppelt werden, zumindest abschnittsweise mindestens 1° und/oder höchstens 90° und insbesondere höchstens 89° beträgt. Je nach Wahl des Anstellwinkels lässt sich dadurch beispielsweise ein senkrechter Schnitt an dem Werkstück ausführen oder es lässt das Werkstück unter einem bestimmten Winkel anfasen.
Darunter, dass die Bearbeitungslinie zumindest abschnittsweise einen bestimmten Anstellwinkel bzw. Anstellwinkelbereich aufweist, ist insbesondere zu verstehen, dass die Bearbeitungslinie zumindest einen Abschnitt mit diesem Anstellwinkel bzw. Anstellwinkelbereich aufweist.
Insbesondere kann der Anstellwinkel mindestens 10° und/oder höchstens 80°, bevorzugt mindestens 30° und/oder höchstens 60°, besonders bevorzugt mindestens 40° und/oder höchstens 50°, betragen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, der Anstellwinkel der Bearbeitungslinie zumindest abschnittsweise konstant ist, und/oder dass die Bearbeitungslinie mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Anstellwinkeln aufweist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Bearbeitungslinie zumindest abschnittsweise eine Gerade ist, und/oder dass die Bearbeitungslinie zumindest abschnittsweise eine Kurve ist.
Durch Ausführung der Bearbeitungslinie als Kurve lassen sich beispielsweise abgerundete Segmente von dem Werkstück abtrennen. Dadurch lassen sich beispielsweise abgerundete Kanten erzeugen. Bei Ausführung der Bearbeitungslinie als Kurve ist der Bearbeitungslinie beispielsweise ein bestimmter Anstellwinkelbereich zugeordnet, welchen die Bearbeitungslinie bezüglich der Außenseite des Werkstücks aufweist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Bearbeitungslinie mit den Fokuselementen zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück in eine Vorschubrichtung bewegt wird, wobei die Bearbeitungslinie in einer zur Vorschubrichtung senkrecht orientierten Ebene liegt. Es wird dadurch insbesondere eine mit der Bearbeitungslinie korrespondierende Bearbeitungsfläche ausgebildet, entlang welcher Materialmodifikationen angeordnet sind und/oder entlang welcher das Material des Werkstücks trennbar ist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Material des Werkstücks nach erfolgter Laserbearbeitung trennbar ist oder getrennt wird, wobei es insbesondere vorgesehen sein kann, dass das Material an einer Bearbeitungsfläche, an welcher mittels der Laserbearbeitung Materialmodifikationen ausgebildet wurden, trennbar ist oder getrennt wird.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Material des Werkstücks durch Ausübung einer thermischen Beaufschlagung und/oder einer mechanischen Spannung und/oder durch Ätzen mittels mindestens einer nasschemischen Lösung trennbar ist oder getrennt wird. Beispielsweise erfolgt das Ätzen in einem ultraschallunterstützten Ätzbad.
Die durch ultrakurze Laserpulse in transparente Materialien eingebrachten Materialmodifikationen werden in drei verschiedene Klassen unterteilt, siehe K. Itoh et al. "Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials" MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006): Typ I ist eine isotrope Brechungsindexänderung; Typ II ist eine doppelbrechende Brechungsindexänderung; und Typ III ist ein sogenannter Void beziehungsweise Hohlraum. Die erzeugte Materialmodifikation hängt hierbei von Laserparametern des Laserstrahls, aus welchem das Fokuselement gebildet ist, wie z.B. der Pulsdauer, der Wellenlänge, der Pulsenergie und der Repetitionsfrequenz des Laserstrahls, und von den Materialeigenschaften, wie unter Anderem der elektronischen Struktur und dem thermischen Ausdehnungskoeffizient, sowie von der numerischen Apertur (NA) der Fokussierung, ab.
Die isotropen Brechungsindexänderungen des Typs I werden auf ein örtlich begrenztes Aufschmelzen durch die Laserpulse und eine schnelle Wiedererstarrung des transparenten Materials zurückgeführt. Beispielsweise ist bei Quarzglas die Dichte und der Brechungsindex des Materials höher, wenn das Quarzglas von einer höheren Temperatur schnell herunter gekühlt wird. Wenn also das Material im Fokusvolumen schmilzt und dann schnell abkühlt, weist das Quarzglas in den Bereichen der Materialmodifikation einen höheren Brechungsindex auf, als in den nicht modifizierten Bereichen.
Die doppelbrechenden Brechungsindexänderungen des Typs II können beispielsweise durch Interferenzen zwischen dem ultrakurzen Laserpuls und dem elektrischen Feld des durch die Laserpulse erzeugten Plasmas entstehen. Diese Interferenz führt zu periodischen Modulationen in der Elektronenplasmadichte, welche beim Erstarren zu einer doppelbrechenden Eigenschaft, also richtungsabhängigen Brechungsindizes, des transparenten Materials führt. Eine Typ II Modifikation geht beispielsweise auch mit der Bildung von sogenannten Nanogratings einher.
Die Voids (Hohlräume) der Typ III-Modifikationen können beispielsweise mit einer hohen Laserpulsenergie erzeugt werden. Hierbei wird die Bildung der Voids einer explosionsartigen Ausdehnung von hoch angeregtem, verdampftem Material aus dem Fokusvolumen in das umgebende Material zugeschrieben. Dieser Prozess wird auch als Mikroexplosion bezeichnet. Da diese Ausdehnung innerhalb der Masse des Materials stattfindet, hinterlässt die Mikroexplosion einen weniger dichten oder hohlen Kern (der Void), beziehungsweise eine mikroskopische Fehlstelle im Submikrometer-Bereich oder im atomaren Bereich, der oder die von einer verdichteten Materialhülle umgeben ist. Durch die Verdichtung an der Stoßfront der Mikroexplosion entstehen in dem transparenten Material Spannungen, die zu einer spontanen Rissbildung führen können, beziehungsweise eine Rissbildung begünstigen können. Insbesondere kann die Bildung von Voids auch mit Typ I und Typ II Modifikationen einhergehen. Beispielsweise können Typ I und Typ II Modifikationen in den weniger beanspruchten Gebieten um die eingebrachten Laserpulse herum entstehen. Wenn demnach vom Einbringen einer Typ III Modifikation die Rede ist, dann ist in jedem Fall ein weniger dichter oder hohler Kern beziehungsweise eine Fehlstelle vorhanden. Beispielsweise wird in Saphir bei einer Typ III Modifikation durch die Mikroexplosion kein Hohlraum erzeugt, sondern ein Bereich geringerer Dichte. Aufgrund der auftretenden Materialspannungen bei einer Typ III Modifikation geht eine solche Modifikation zudem oft mit einer Rissbildung einher oder begünstig diese zumindest. Die Bildung von Typ I und Typ II Modifikationen kann beim Einbringen von Typ III Modifikationen nicht vollständig unterbunden oder vermieden werden. Das Auffinden von "reinen" Typ III Modifikationen ist daher nicht wahrscheinlich.
Bei hohen Repetitionsraten des Laserstrahls kann das Material zwischen den Pulsen nicht vollständig abkühlen, sodass kumulative Effekte der eingebrachten Wärme von Puls zu Puls einen Einfluss auf die Materialmodifikation nehmen können. Beispielsweise kann die Repetitionsfrequenz des Laserstrahls höher sein als der Kehrwert der Wärmediffusionszeit des Materials, sodass in an den Fokuselementen durch sukzessive Absorption von Laserenergie eine Wärmeakkumulation stattfinden kann, bis die Schmelztemperatur des Materials erreicht ist. Durch den thermischen Transport der Wärmeenergie in die die Fokuselemente umliegenden Gebiete kann zudem ein größerer Bereich als die Fokuselemente aufgeschmolzen werden. Nach dem Einbringen von ultrakurzen Laserpulsen, kühlt das erwärmte Material schnell ab, so dass die Dichte und andere strukturelle Eigenschaften des Hochtemperaturzustands im Material gewissermaßen eingefroren werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn durch Beaufschlagung des Materials des Werkstücks mit den Fokuselementen Materialmodifikationen in dem Material ausgebildet werden, wobei die Materialmodifikationen mit einer Rissbildung des Materials einhergehen, und/oder wobei die Materialmodifikationen Typ-III- Materialmodifikationen sind. Insbesondere lässt sich mittels dieser Materialmodifikationen einen Trennung des Materials realisieren. Günstig kann es sein, wenn durch Beaufschlagung des Materials des Werkstücks mit den Fokuselementen Materialmodifikationen in dem Material ausgebildet werden, wobei die Materialmodifikationen mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials einhergehen, und/oder wobei die Materialmodifikationen Typ-I-Materialmodifikationen und/oder Typ-II- Materialmodifikationen sind. Insbesondere lässt sich mittels dieser Materialmodifikationen einen Trennung des Materials realisieren.
Unter einem transparenten Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, durch welches mindestens 70 % und insbesondere mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 % einer Laserenergie eines Laserstrahls, aus welchem die Fokuselemente gebildet sind, transmittiert wird.
Insbesondere ist der Eingangslaserstrahl und/oder ein Laserstrahl, aus welchem die Fokuselemente ausgebildet sind, ein gepulster Laserstrahl und insbesondere ein Ultrakurzpulslaserstrahl. Durch Beaufschlagung des Materials mit den Fokuselementen werden dadurch insbesondere Laserpulse und insbesondere ultrakurze Laserpulse in das Material eingebracht.
Insbesondere weist der Eingangslaserstrahl und/oder ein Laserstrahl, aus welchem die Fokuselemente ausgebildet sind, ein beugendes Strahlprofil und/oder ein gaußförmiges Strahlprofil auf.
Beispielsweise beträgt eine Wellenlänge des Eingangslaserstrahls und/oder des Laserstrahls, aus welchem die Fokuselemente ausgebildet sind, mindestens 300 nm und/oder höchstens 1500 nm. Beispielsweise beträgt die Wellenlänge 515 nm oder 1030 nm.
Insbesondere weist der Eingangslaserstrahl und/oder der Laserstrahl, aus welchem die Fokuselemente ausgebildet sind, eine mittlere Leistung von mindestens IW bis 1kW auf. Beispielsweise umfasst der Laserstrahl Pulse mit einer Pulsenergie von mindestens 10 pJ und/oder höchstens 50 mJ. Es kann vorgesehen sein, dass der Laserstrahl Einzelpulse oder Bursts umfasst, wobei die Bursts 2 bis 20 Subpulse und insbesondere einen zeitlichen Abstand von näherungsweise 20ns aufweisen. Insbesondere ist unter einem Fokuselement ein Strahlungsbereich mit einer bestimmten räumlichen Ausdehnung zu verstehen. Zur Bestimmung von räumlichen Dimensionen eines bestimmten Fokuselements, wie z.B. eines Durchmessers des Fokuselements, werden nur Intensitätswerte betrachtet, welche oberhalb einer bestimmten Intensitätsschwelle liegen. Die Intensitätsschwelle wird hierbei beispielsweise so gewählt, dass unterhalb dieser Intensitätsschwelle liegende Werte eine derart geringe Intensität aufweisen, sodass diese für eine Wechselwirkung mit dem Material zur Ausbildung von Materialmodifikationen nicht mehr relevant sind. Beispielsweise beträgt die Intensitätsschwelle 50% eines globalen Intensitätsmaximums des Fokuselements.
Insbesondere ist einem bestimmten Fokuselement jeweils ein räumlicher Wechselwirkungsbereich zugeordnet, in welchem das Fokuselement mit dem Material des Werkstücks wechselwirkt, wenn es in dieses eingebracht wird.
Insbesondere wechselwirken die in das Material eingebrachten Fokuselemente mit dem Material durch nichtlineare Absorption. Insbesondere werden mittels den Fokuselementen Materialmodifikationen im Material aufgrund nichtlinearer Absorption ausgebildet.
Insbesondere weisen die Fokuselemente ein beugendes Strahlprofil auf. Insbesondere sind die Fokuselemente beugungsbegrenzt ausgebildet.
Beispielsweise weist ein bestimmtes Fokuselement eine gaußförmige Form und/oder ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die jeweiligen Fokuselemente gemäß der vorstehenden Definition eine maximale räumliche Ausdehnung von mindestens 0,5 pm und/oder höchstens 30 pm, bevorzugt mindestens 2 pm und/oder höchstens 10 pm, aufweisen. Insbesondere beträgt eine maximale räumliche Ausdehnung eines einem bestimmten Fokuselement zugeordneten Wechselwirkungsbereichs mit dem Material des Werkstücks mindestens 0,5 pm und/oder höchstens 30 |jm, und vorzugsweise mindestens 2 pm und/oder höchstens 10 pm.
Unter der maximalen räumlichen Ausdehnung eines bestimmten Fokuselements ist insbesondere die größte räumliche Ausdehnung des Fokuselements in einer beliebigen Raumrichtung zu verstehen.
Insbesondere ist eine jeweilige maximale räumliche Ausdehnung der Fokuselemente kleiner als 20% und bevorzugt kleiner als 10 % und besonders bevorzugt kleiner als 5 % einer Dicke des Materials.
Erfindungsgemäß ist es bei der eingangs genannten Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks vorgesehen, dass ein Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente mindestens 3 pm und/oder höchstens 70 pm beträgt.
Insbesondere weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein oder mehrere weitere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführbar oder das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente mindestens 5 pm und/oder höchstens 10 pm beträgt.
Insbesondere sind das Strahlteilungselement und/oder die Fokussieroptik eingerichtet, um Fokuselemente mit dem genannten Abstand bzw. Abstandsbereich auszubilden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Strahlteilungselement als 3D-
Strahlteilungselement ausgebildet ist oder ein 3D-Strahlteilungselement umfasst. Dann kann es vorgesehen sein, dass die Aufteilung des Eingangslaserstrahls durch Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt des Eingangslaserstrahls und insbesondere ausschließlich durch Phasenaufprägung auf den Strahlquerschnitt des Eingangslaserstrahls erfolgt.
Günstig kann es sein, wenn das Strahlteilungselement als Polarisations- Strahlteilungselement ausgebildet ist oder ein Polarisations- Strahlteilungselement umfasst.
Beispielsweise umfasst das Strahlteilungselement mehrere Komponenten und/oder Funktionalitäten. Es kann vorgesehen sein, dass das Strahlteilungselement sowohl ein 3D-Strahlteilungselement als auch ein Polarisations-Strahlteilungselement umfasst.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Laserquelle zur Bereitstellung des Eingangslaserstrahls, wobei der Eingangslaserstrahl insbesondere ein gepulster Laserstrahl und/oder ein Ultrakurzpulslaserstrahl ist.
Insbesondere ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" im Allgemeinen eine Abweichung von höchstens 10 % zu verstehen. Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" insbesondere zu verstehen, dass ein tatsächlicher Wert und/oder Abstand und/oder Winkel um höchstens 10 % von einem idealen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
Materials des Werkstücks, in welchem das Material zur Laserbearbeitung mit mehreren Fokuselementen beaufschlagt wird;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts des Werkstücks, in welchem durch Beaufschlagung des Werkstücks mit Fokuselementen Materialmodifikationen erzeugt wurden, welche mit einer Rissbildung des Materials einhergehen;
Fig. 4a eine Querschnittsdarstellung einer simulierten Intensitätsverteilung von Fokuselementen zur Laserbearbeitung des Werkstücks, wobei zueinander benachbarte Fokuselemente jeweils mit einem Abstand von ca. 17,5 |jm beabstandet sind;
Fig. 4b eine Querschnittsdarstellung einer simulierten Intensitätsverteilung von Fokuselementen zur Laserbearbeitung des Werkstücks, wobei zueinander benachbarte Fokuselemente jeweils mit einem Abstand von ca. 8,0 |jm beabstandet sind;
Fig. 5a eine schematische perspektivische Darstellung eines Werkstücks mit daran ausgebildeten Materialmodifikationen, welche sich entlang einer Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche erstecken;
Fig. 5b eine schematische perspektivische Darstellung von zwei Werkstücksegmenten, welche durch Trennung des Werkstücks gemäß Fig. 4a entlang der Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche gebildet sind;
Fig. 6a eine Mikroskopaufnahme eines Abschnitts einer durch Trennung des Materials des Werkstücks ausgebildeten Trennfläche, wobei der Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente, mittels welchen das Material an der Trennfläche bearbeitet wurde, ca. 7,0 pm beträgt;
Fig. 6b ein entlang der Linie A-A gemäß Fig. 6a gemessenes Höhenprofil; Fig. 6c eine Mikroskopaufnahme eines Abschnitts einer durch Trennung des Materials des Werkstücks ausgebildeten Trennfläche, wobei der Abstand zueinander benachbarter Fokuselemente, mittels welchen das Material an der Trennfläche bearbeitet wurde, ca. 25,0 pm beträgt; und
Fig. 6d ein entlang der Linie B-B gemäß Fig. 6c gemessenes Höhenprofil.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks ist in Fig. 1 gezeigt und dort mit 100 bezeichnet. Mittels der Vorrichtung 100 lassen sich in einem Material 102 des Werkstücks 104 lokalisierte Materialmodifikationen, wie beispielsweise Fehlstellen im Submikrometerbereich oder atomaren Bereich, erzeugen, welche eine Materialschwächung zur Folge haben. An diesen Materialmodifikationen lässt sich das Werkstück 104 trennen. Beispielsweise lässt sich mittels der erzeugten Materialmodifikationen ein Werkstücksegment von dem Werkstück 104 abtrennen.
Insbesondere können mittels der Vorrichtung 100 Materialmodifikationen unter einem Anstellwinkel in das Material 102 eingebracht werden, sodass sich durch Abtrennung eines entsprechenden Werkstücksegments von dem Werkstück 104 ein Kantenbereich des Werkstücks 104 anfasen oder abschrägen lässt.
Die Vorrichtung umfasst ein Strahlteilungselement 106, in welches ein Eingangslaserstrahl 108 eingekoppelt wird. Dieser Eingangslaserstrahl 108 wird beispielsweise mittels einer Laserquelle 110 bereitgestellt. Beispielsweise ist der Eingangslaserstrahl 108 ein gepulster Laserstrahl und/oder ein Ultrakurzpulslaserstrahl.
Unter dem Eingangslaserstrahl 108 ist insbesondere ein Strahlenbündel zu verstehen, welches eine Mehrzahl insbesondere parallel verlaufender Strahlen umfasst. Der Eingangslaserstrahl 108 weist insbesondere einen transversalen Strahlquerschnitt 112 und/oder eine transversale Strahlausdehnung auf, mit welchem bzw. welcher der Eingangslaserstrahl 108 auf das Strahlteilungselement 106 trifft.
Der auf das Strahlteilungselement 106 treffende Eingangslaserstrahl 108 weist insbesondere zumindest näherungsweise ebene Wellenfronten 114 auf.
Mittels des Strahlteilungselements 106 wird der Eingangslaserstrahl 108 in eine Mehrzahl von Teilstrahlen 116 und/oder Teilstrahlenbündeln aufgeteilt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind zwei voneinander verschiedene Teilstrahlen 116a und 116b angedeutet.
Die aus dem Strahlteilungselement 106 ausgekoppelten Teilstrahlen 116 bzw. Teilstrahlenbündel weisen insbesondere ein divergentes Strahlprofil auf. Insbesondere ist das Strahlteilungselement 106 als Fernfeldstrahlformungselement ausgebildet.
Zur Fokussierung der aus dem Strahlteilungselement 106 ausgekoppelten Teilstrahlen 116 umfasst die Vorrichtung 100 eine Fokussieroptik 118, in welche die Teilstrahlen 116 eingekoppelt werden. Die Fokussieroptik 118 weist beispielsweise ein oder mehrere Linsenelemente auf. Beispielsweise ist die Fokussieroptik 118 als Mikroskopobjektiv ausgebildet.
Beispielsweise ist das Strahlteilungselement 106 zumindest näherungsweise in einer rückseitigen Brennebene der Fokussieroptik 118 angeordnet.
Die Fokussieroptik 118 weist beispielsweise eine Brennweite zwischen 5 mm und 50 mm auf.
Insbesondere treffen voneinander verschiedene Teilstrahlen 116 mit einem Ortsversatz und/oder Winkelversatz auf die Fokussieroptik 118 auf.
Die Teilstrahlen 116 werden mittels der Fokussieroptik 118 fokussiert, sodass mehrere Fokuselemente 120 ausgebildet werden, welche jeweils an unterschiedlichen räumlichen Positionen angeordnet sind. Es ist grundsätzlich möglich, dass sich zueinander benachbarte Fokuselemente abschnittsweise räumlich überlappen.
Beispielsweise sind einem bestimmten Fokuselement 120 jeweils ein oder mehrere Teilstrahlen 116 und/oder Teilstrahlenbündel zugeordnet. Beispielsweise wird ein jeweiliges Fokuselement 120 durch Fokussierung ein oder mehrerer Teilstrahlen 116 und/oder Teilstrahlenbündel ausgebildet.
Unter einem Fokuselement 120 ist insbesondere ein fokussierter Strahlungsbereich zu verstehen, wie z.B. ein Fokusspot und/oder ein Fokuspunkt. Insbesondere weisen die Fokuselemente 120 jeweils eine bestimmte geometrische Form und/oder ein bestimmtes Intensitätsprofil auf, wobei unter der geometrischen Form beispielsweise eine räumliche Form und/oder räumliche Ausdehnung des jeweiligen Fokuselements 120 zu verstehen ist.
Die geometrische Form und/oder das Intensitätsprofil eines bestimmten Fokuselements 120 wird im Folgenden als Fokusverteilung 121 des Fokuselements 120 bezeichnet. Die Fokusverteilung 121 ist eine Eigenschaft der jeweiligen Fokuselemente 120 und beschreibt deren jeweilige Form und/oder Intensitätsprofil. Insbesondere weisen mehrere Fokuselemente 120 oder alle ausgebildeten Fokuselemente 120 dieselbe Fokusverteilung auf.
Die Fokusverteilung der ausgebildeten Fokuselemente 120 wird durch den Eingangslaserstrahl 108 definiert, durch dessen Aufteilung mittels dem Strahlteilungselement 106 die Fokuselemente 120 ausgebildet werden. Würde der Eingangslaserstrahl 108 vor dessen Einkopplung in das Strahlteilungselement 106 fokussiert werden, so würde ein einziges Fokuselement mit der dem Eingangslaserstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung ausgebildet werden.
Beispielsweise weist der Eingangslaserstrahl 108, wenn dieser z.B. mittels der Laserquelle 110 bereitgestellt wird, ein gaußförmiges Strahlprofil auf. Durch Fokussierung des Eingangslaserstrahls 108 würde in diesem Fall ein Fokuselement ausgebildet werden, welches eine Fokusverteilung mit gaußförmiger Form und/oder gaußförmigem Intensitätsprofil aufweist. Alternativ hierzu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass dem Eingangslaserstrahl 108 ein Bessel-artiges Strahlprofil zugeordnet ist, sodass durch Fokussierung des Eingangslaserstrahls 108 ein Fokuselement ausgebildet werden würde, welches eine Fokusverteilung mit Bessel-artiger Form und/oder Bessel-artigem Intensitätsprofil aufweist.
Den durch Aufteilung des Eingangslaserstrahls 108 mittels des Strahlteilungselements 106 ausgebildeten Teilstrahlen 116 und/oder Teilstrahlenbündeln ist die Fokusverteilung des Eingangslaserstrahls 108 derart zugeordnet, dass durch Fokussierung der Teilstrahlen 116 die Fokuselemente 120 mit dieser Fokusverteilung und/oder mit einer auf dieser Fokusverteilung basierenden Fokusverteilung ausgebildet werden.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel weist der Eingangslaserstrahl 108 ein gaußförmiges Strahlprofil auf, d. h. dem Eingangslaserstrahl 108 ist eine Fokusverteilung mit gaußförmiger Form und/oder gaußförmigem Intensitätsprofil zugeordnet. Die Fokuselemente 120 weisen dann beispielsweise jeweils die Fokusverteilung 121 mit dieser gaußförmigen Form und/oder diesem gaußförmigem Intensitätsprofil oder mit einer auf dieser gaußförmigen Form und/oder diesem gaußförmigem Intensitätsprofil basierenden Form und/oder basierendem Intensitätsprofil auf (vgl. auch Fig. 5a und 5b).
Falls dem Eingangslaserstrahl 108 beispielsweise ein Bessel-artiges Strahlprofil zugeordnet ist, weisen die zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 ausgebildeten Fokuselemente 120 jeweils eine Fokusverteilung 121 mit diesem Bessel-artigen Strahlprofil oder mit einem auf diesem Bessel-artigen Profil basierenden Strahlprofil auf. Die Fokuselemente 120 lassen sich dadurch beispielsweise jeweils mit einer Fokusverteilung ausbilden, welche eine längliche Form und/oder ein längliches Intensitätsprofil aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 100 eine Strahlformungseinrichtung 122 zur Strahlformung des Eingangslaserstrahls 108 aufweist (angedeutet in Fig. 1). Beispielsweise ist diese Strahlformungseinrichtung 122 bezüglich einer Strahlausbreitungsrichtung 124 des Eingangslaserstrahls 108 vor dem Strahlteilungselement 106 angeordnet und/oder zwischen der Laserquelle 110 und dem Strahlteilungselement 106 angeordnet.
Unter einer Strahlausbreitungsrichtung ist insbesondere eine Haupt- Strahlausbreitungsrichtung und/oder eine mittlere Ausbreitungsrichtung von Laserstrahlen zu verstehen.
Mittels der Strahlformungseinrichtung 122 lässt sich dem Eingangslaserstrahl 108 insbesondere eine bestimmte Fokusverteilung und/oder ein bestimmtes Strahlprofil zuordnen. Insbesondere lässt sich mittels der Strahlformungseinrichtung 122 die Fokusverteilung 121 der Fokuselemente 120 definieren.
Die Strahlformungseinrichtung 122 kann beispielsweise eingerichtet sein, um aus einem Laserstrahl mit gaußförmigem Strahlprofil einen Laserstrahl mit quasi- nichtbeugendem und/oder Bessel-artigem Strahlprofil auszubilden. Der in das Strahlteilungselement 106 eingekoppelte Eingangslaserstrahl 108 weist dann das quasi-nichtbeugende und/oder Bessel-artige Strahlprofil auf. Entsprechend weisen dann die Fokuselemente 120 ebenfalls dieses quasi-nichtbeugende und/oder Bessel-artige Strahlprofil auf oder ein auf diesem Strahlprofil basierendes Strahlprofil auf.
Hinsichtlich der Definition und der Realisierung quasi-nichtbeugender und/oder Bessel-artiger Strahlen wird auf das Buch "Structured Light Fields: Applications in Optical Trapping, Manipulation and Organisation", M. Wördemann, Springer Science & Business Media (2012), ISBN 978-3-642-29322-1 sowie auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen "Bessel-like optical beams with arbitrary trajectories" von I. Chremmos et al., Optics Letters, Vol. 37, No. 23 , 1. Dezember 2012 und "Generalized axicon-based generation of nondiffracting beams" von K. Chen et al., arXiv: 1911.03103vl [physics. optics], 8. November 2019, verwiesen.
Durch Strahlteilung mittels des Strahlteilungselements 106 werden die Fokuselemente 120 insbesondere jeweils identisch zueinander ausgebildet und/oder jeweils als Kopien zueinander ausgebildet. Jedem der ausgebildeten Fokuselemente 120 ist eine bestimmte örtliche Position xo, zo zugeordnet, an welcher ein jeweiliges Fokuselement 120 bezüglich dem Material 102 des Werkstücks 104 angeordnet ist (Fig. 2). Beispielsweise ist unter der örtlichen Position eines Fokuselements 120 die Position seines räumlichen Mittelpunkts und/oder Schwerpunkts zu verstehen.
Weiter ist insbesondere jedem der ausgebildeten Fokuselemente 120 eine bestimmte Intensität I zugeordnet. Mittels des Strahlteilungselements 106 lässt sich die örtliche Position xo, zo und insbesondere auch die Intensität I der jeweiligen Fokuselemente 120 definieren.
Insbesondere weisen mehrere oder alle zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 ausgebildeten Fokuselemente 120 dieselbe Intensität I auf. Es ist allerdings auch möglich, dass mehrere der ausgebildeten Fokuselemente 120 unterschiedliche Intensitäten I aufweisen.
Insbesondere lässt sich mittels des Strahlteilungselements 106 ein jeweiliger Abstand d und/oder ein jeweiliger Ortsversatz zwischen einander benachbarten Fokuselementen 120 einstellen. Eine Abstandsrichtung des mittels des Strahlteilungselements 106 einstellbaren Abstands d liegt vorzugsweise in einer Ebene, welche quer und insbesondere senkrecht zu einer Vorschubrichtung 126 orientiert ist, mit welcher die Fokuselemente 120 zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 relativ zu dem Werkstück 104 bewegt werden. Beispielsweise ist der Abstand d mittels des Strahlteilungselements 106 komponentenweise in zwei Raumrichtungen einstellbar, welche die genannte Ebene aufspannen oder in der genannten Ebene liegen (bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel x-Richtung und z- Richtung).
Vorzugsweise ist das Strahlteilungselement 106 als 3D-Strahlteilungselement ausgebildet oder umfasst ein 3D-Strahlteilungselement. Die Fokuselemente 120 lassen sich dadurch beispielsweise derart ausbilden, dass diese jeweils identisch zueinander sind und/oder dass diese jeweils Kopien zueinander darstellen. Hinsichtlich der technischen Realisierung und Eigenschaften des als 3D- Strahlteilungselement ausgeführten Strahlteilungselements 106 wird auf die wissenschaftliche Veröffentlichung "Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing" von D. Flamm et al., arXiv:2012.10119vl [physics. optics], 18. Dezember 2020, verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.
Zur Durchführung der Strahlteilung wird bei einer Ausführungsform des Strahlteilungselements 106, bei welcher das Strahlteilungselement 106 beispielsweise als 3D-Strahlteilungselement ausgeführt ist, auf den transversalen Strahlquerschnitt 112 des Eingangslaserstrahls 108 eine definierte transversale Phasenverteilung aufgeprägt. Unter einem transversalen Strahlquerschnitt bzw. einer transversalen Phasenverteilung ist insbesondere ein Strahlquerschnitt bzw. eine Phasenverteilung in einer zur Strahlausbreitungsrichtung 124 des Eingangslaserstrahls 108 quer und insbesondere senkrecht orientierten Ebene zu verstehen.
Die Fokuselemente 120 werden durch Interferenz der fokussierten Teilstrahlen 116 ausgebildet, wobei beispielsweise konstruktive Interferenz, destruktive Interferenz oder Zwischenfälle hiervon auftreten können, wie z.B. teilweise konstruktive oder destruktive Interferenz.
Zur Ausbildung der Fokuselemente 120 an der jeweiligen Position xo, zo und/oder mit dem jeweiligen Abstand d weist die mittels des Strahlteilungselements 106 aufgeprägte Phasenverteilung für jedes Fokuselement 120 einen bestimmten optischen Gitteranteil und/oder optischen Linsenanteil auf.
Aufgrund des optischen Gitteranteils ergibt sich nach Fokussierung der Teilstrahlen 116 ein entsprechender Ortsversatz der ausgebildeten Fokuselemente 120 in einer ersten Raumrichtung, z.B. in der x-Richtung. Aufgrund des optischen Linsenanteils treffen Teilstrahlen 116 bzw. Teilstrahlenbündel mit unterschiedlichen Winkeln bzw. unterschiedlicher Konvergenz oder Divergenz auf die Fokussieroptik 118, was nach erfolgter Fokussierung in einem Ortsversatz in einer zweiten Raumrichtung, z.B. in der z- Richtung, resultiert. Die Intensität I der jeweiligen Fokuselemente 120 ist bestimmt durch Phasenlagen der fokussierten Teilstrahlen 116 zueinander. Diese Phasenlagen sind durch die genannten optischen Gitteranteile und optischen Linsenanteile definierbar. Die Phasenlagen der fokussierten Teilstrahlen 116 können bei der Auslegung des Strahlteilungselements 106 so zueinander gewählt werden, dass die Fokuselemente 120 jeweils eine gewünschte Intensität aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Strahlteilungselement 106 als Polarisations-Strahlteilungselement ausgebildet ist oder ein Polarisations-Strahlteilungselement umfasst. In diesem Fall wird mittels des Strahlteilungselements 106 eine Polarisationsstrahlteilung des Eingangslaserstrahls 108 in Strahlen durchgeführt, welche jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen.
Insbesondere sind unter den genannten Polarisationszuständen lineare Polarisationszustände zu verstehen, wobei beispielsweise zwei unterschiedliche Polarisationszustände vorgesehen sind und/oder zueinander senkrecht orientierte Polarisationszustände vorgesehen sind.
Insbesondere sind die Polarisationszustände derart, dass ein elektrisches Feld in einer Ebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung der polarisierten Strahlen orientiert ist (transversal elektrisch).
Zur Polarisationsstrahlteilung umfasst das Strahlteilungselement 106 beispielsweise ein doppelbrechendes Linsenelement und/oder ein doppelbrechendes Keilelement. Das doppelbrechende Linsenelement und/oder das doppelbrechende Keilelement sind beispielsweise aus einem Quarzkristall hergestellt oder umfassen einen Quarzkristall.
Hinsichtlich der Funktionsweise und Ausführung des Strahlteilungselements 106 als Polarisations-Strahlteilungselement wird auf die deutsche Patentanmeldung mit Aktenzeichen 10 2020 207 715.0 (Anmeldetag: 22. Juni 2020) der gleichen Anmelderin und auf die DE 10 2019 217 577 Al verwiesen. Durch die Polarisationsstrahlteilung lassen sich insbesondere die Teilstrahlen 116 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ausbilden. Durch Fokussierung dieser Teilstrahlen 116 mittels der Fokussieroptik 118 können die Fokuselemente 120 jeweils aus Strahlen mit einem bestimmten Polarisationszustand ausgebildet werden. Den Fokuselementen 120 lässt sich dadurch jeweils ein bestimmter Polarisationszustand zuordnen.
Mittels Polarisationsstrahlteilung lassen sich Fokuselemente 120 ausbilden, welche jeweils an bestimmten Positionen xo, zo angeordnet sind, wobei einander benachbarte Fokuselemente jeweils mit dem Abstand d beabstandet sind.
Insbesondere lassen sich durch Polarisationsstrahlteilung mittels dem Strahlteilungselement 106 die Fokuselemente 120 so anordnen und ausbilden, dass zueinander benachbarte Fokuselemente 120 jeweils unterschiedliche Polarisationszustände aufweisen.
Zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 werden die Fokuselemente 120 in das Material 102 des Werkstücks 104 eingebracht und relativ zu dem Material 102 in die Vorschubrichtung 126 bewegt, wobei die Fokuselemente 120 insbesondere mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit in die Vorschubrichtung 126 bewegt werden. Bei dem gezeigten Beispiel entspricht die Vorschubrichtung 126 der y-Richtung.
Jedem der ausgebildeten Fokuselemente 120 ist eine bestimmte örtliche Position xo, zo zugeordnet, an welcher ein jeweiliges Fokuselement 120 bezüglich dem Material 102 des Werkstücks 104 angeordnet ist.
Insbesondere liegen die örtlichen Positionen xo, zo der jeweiligen Fokuselemente 120 in einer zur Vorschubrichtung 126 senkrecht orientierten Ebene, wobei insbesondere alle zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 ausgebildeten Fokuselemente 120 in dieser Ebene liegen. Beispielsweise sind jeweils Mittelpunkte und/oder Schwerpunkte der Fokuselemente 120 und insbesondere aller Fokuselemente 120 in der genannten Ebene angeordnet. Die Einkopplung der Fokuselemente 120, welche zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 in das Material 102 eingebracht werden, erfolgt beispielsweise durch eine erste Außenseite 130 des Werkstücks 104 hindurch.
Beispielsweise ist das Werkstück 104 plattenförmig und/oder tafelförmig ausgebildet. Eine zweite Außenseite 132 des Werkstücks 104 ist beispielsweise in Dickenrichtung 134 und/oder Tiefenrichtung des Werkstücks 104 zu der ersten Außenseite 130 beabstandet angeordnet.
Das Material 102 des Werkstücks 104 weist beispielsweise eine in der Dickenrichtung 134 zumindest näherungsweise konstante Dicke D auf.
Die Vorschubrichtung 126 ist quer und insbesondere senkrecht zu der Dickenrichtung 134 des Werkstücks 104 orientiert.
Insbesondere werden die ausgebildeten Fokuselemente 120 entlang einer definierten Bearbeitungslinie 136 angeordnet. Diese Bearbeitungslinie 136 korrespondiert mit einer gewünschten Bearbeitungsgeometrie, mit welcher die Laserbearbeitung des Werkstücks 104 durchgeführt werden soll. Die jeweiligen Abstände d und Intensitäten I der entlang der Bearbeitungslinie 136 angeordneten Fokuselemente 130 sind so gewählt, dass durch Beaufschlagung des Materials 102 mit diesen Fokuselementen 120 Materialmodifikationen 138 ausgebildet werden (Fig. 3), welche eine Trennung des Materials entlang dieser Bearbeitungslinie 136 und/oder einer mit dieser Bearbeitungslinie 136 korrespondierenden Bearbeitungsfläche ermöglichen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass sich die Bearbeitungslinie 136 zwischen der ersten Außenseite 130 und der zweiten Außenseite 132 und insbesondere durchgängig und/oder unterbrechungsfrei zwischen der ersten Außenseite 130 und der zweiten Außenseite 132 des Werkstücks 104 erstreckt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitungslinie 136 mehrere unterschiedliche Abschnitte 140 aufweist. Beispielsweise weist die Bearbeitungslinie 136 bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel einen ersten Abschnitt 140a, einen zweiten Abschnitt 140b und einen dritten Abschnitt 140c auf, wobei sich bezüglich der Dickenrichtung 134 der zweite Abschnitt 140b an den ersten Abschnitt 140a anschließt und der dritte Abschnitt 140c an den zweiten Abschnitt 140b anschließt.
Die Bearbeitungslinie 136 ist nicht notwendigerweise stetig und/oder differenzierbar ausgebildet. Beispielsweise kann die Bearbeitungslinie 136 Unstetigkeiten aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitungslinie 136 Unterbrechungen und/oder Lücken aufweist, an welchen insbesondere keine Fokuselemente 120 angeordnet sind.
Die Bearbeitungslinie 136 und/oder unterschiedliche Abschnitte 140 der Bearbeitungslinie 136 können beispielsweise als Gerade oder Kurve ausgebildet sein.
Es ist vorgesehen, dass der jeweilige Abstand d benachbarter Fokuselemente 120, welche entlang der Bearbeitungslinie 136 angeordnet sind, zwischen 3 pm und 70 pm, bevorzugt zwischen 5 pm und 10 pm, beträgt.
Der jeweilige Abstand d der zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 vorgesehenen Fokuselemente 120 kann für unterschiedliche Fokuselemente 120 und/oder unterschiedliche Paare von Fokuselementen 120 unterschiedlich gewählt sein. Allerdings ist es grundsätzlich auch möglich, dass der jeweilige Abstand d bei allen zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 vorgesehenen Fokuselemente 120 identisch ist.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass unterschiedlichen Abschnitten 140 der Bearbeitungslinie jeweils Fokuselemente 120 mit unterschiedlichen Abständen d zugeordnet sind. Insbesondere sind dann die jeweiligen Abstände d der einem bestimmten Abschnitt 140 zugeordneten Fokuselemente 120 zumindest näherungsweise konstant.
Insbesondere ist eine parallel zur Dickenrichtung 134 des Materials 102 orientierte Abstandskomponente dz des Abstands d für alle Fokuselemente 120 und/oder bei allen Paaren zueinander benachbarter Fokuselemente 120 von Null verschieden. Insbesondere sind alle benachbarten Fokuselemente 120 mit einer von Null verschiedenen Abstandskomponente dz in Dickenrichtung 134 beabstandet.
Weiter ist der Bearbeitungslinie 136 und/oder den jeweiligen Abschnitten 140 der Bearbeitungslinie 136 ein bestimmter Anstellwinkel o und/oder Anstellwinkelbereich zugeordnet, welchen die Bearbeitungslinie 136 bzw. der jeweilige Abschnitt 140 mit der ersten Außenseite 130 des Werkstücks 104 einschließt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Anstellwinkel o des ersten Abschnitts 140a und des dritten Abschnitts 140c betragsmäßig 45° und derjenige des zweiten Abschnitts 140b 90°.
Durch Beaufschlagung und/oder Einbringung der Fokuselemente 120 in das Material 102 werden jeweils lokalisierte Materialmodifikationen 138 ausgebildet, welche an den jeweiligen örtlichen Positionen xo, zo der entsprechenden Fokuselemente 120 in dem Material 102 angeordnet sind (Fig. 3). Durch geeignete Wahl von Bearbeitungsparametern, wie beispielsweise den jeweiligen Abständen d zwischen den Fokuselementen 120, ihren jeweiligen Intensitäten I, der in Vorschubrichtung 126 orientierten Vorschubgeschwindigkeit und den Laserparametern des Eingangslaserstrahls 108, können die Materialmodifikationen 146 beispielsweise als Typ-III-Modifikationen ausgebildet werden, welche mit einer spontanen Bildung von Rissen 139 im Material 102 des Werkstücks 104 assoziiert sind. Insbesondere werden Risse 139 zwischen einander benachbarten Materialmodifikationen 146 ausgebildet.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, durch geeignete Wahl der Bearbeitungsparameter die Materialmodifikationen 146 als Typ-I- und/oder Typ- II-Modifikationen auszubilden, welche mit einer Wärmeakkumulation im Material 102 und/oder mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials 102 einhergehen. Die Ausbildung der Materialmodifikationen 146 als Typ-I- und/oder Typ-II-Modifikationen ist mit einer Wärmeakkumulation im Material 102 des Werkstücks 104 assoziiert. Insbesondere wird zur Ausbildung dieser Materialmodifikationen 146 der jeweilige Abstand d zwischen den Fokuselementen 120 so gering gewählt, dass es bei Beaufschlagung des
Materials 102 mit den Fokuselementen zu dieser Wärmeakkumulation kommt.
Fig. 4a zeigt eine simulierte Intensitätsverteilung einer Mehrzahl von Fokuselementen 120, wobei der Abstand d bei diesen Fokuselementen 120 ca.
17,5 |jm beträgt. In der gezeigten Graustufendarstellung stehen hellere Bereiche für höhere Intensitäten.
Fig. 4b zeigt eine simulierte Intensitätsverteilung einer Mehrzahl von Fokuselementen 120, wobei der Abstand d ca. 8,0 |jm beträgt.
Die Laserbearbeitung des Werkstücks 104 mittels der Vorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Zur Durchführung der Laserbearbeitung wird das Material 102 des Werkstücks 104 mit den Fokuselementen 120 beaufschlagt und die Fokuselemente 120 werden in Vorschubrichtung 126 relativ zu dem Werkstück 104 durch dessen Material 102 bewegt.
Das Material 102 ist hierbei ein für eine Wellenlänge von Laserstrahlen, aus welchen die Fokuselemente 120 jeweils gebildet sind, transparentes Material, wie z.B. ein Glasmaterial. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Fokuselemente durch Strahlformung des Eingangslaserstrahls 108 gebildet.
Durch Beaufschlagung des Materials 102 mit den Fokuselementen 120 werden in dem Material 102 Materialmodifikationen 138 ausgebildet, welche entlang der Bearbeitungslinie 136 angeordnet sind (Fig. 5a). Bei dem in Fig. 5a gezeigten Beispiel werden Materialmodifikationen 138 durchgängig über die gesamte Dicke D des Materials 102 ausgebildet.
Durch Relativbewegung der Fokuselemente 120 zu dem Material 102 entlang einer vorgegebenen Trajektorie 142 wird eine mit der Bearbeitungslinie 136 korrespondierende Bearbeitungsfläche 144 ausgebildet, an welcher die Materialmodifikationen 138 angeordnet sind. Es ergibt sich dadurch eine flächige Ausbildung und/oder Anordnung der Materialmodifikationen 146 entlang der Bearbeitungsfläche 152.
Die Trajektorie 142 kann grundsätzlich geradlinige und gekrümmte Abschnitte aufweisen. Im Fall von gekrümmten Abschnitten wird die Bearbeitungslinie 136 während der Laserbearbeitung insbesondere so gedreht, dass diese stets in einer zur Vorschubrichtung 126 senkrecht orientierten Ebene liegt. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Drehung des Strahlteilungselements 106 oder durch relative Drehung der gesamten Vorrichtung 100 zum Werkstück 104 realisiert werden.
Ein Abstand von in Vorschubrichtung 126 benachbarten Materialmodifikationen 138 lässt sich beispielsweise durch Einstellung einer Pulsdauer des Eingangslaserstrahls 108 und/oder durch Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit definieren.
Die entlang der Bearbeitungslinie 136 ausgebildeten Materialmodifikationen 146 haben insbesondere eine Verringerung einer Festigkeit des Materials 102 zur Folge. Es lässt sich dadurch das Material 102 nach Ausbildung der Materialmodifikationen 146 an der Bearbeitungsfläche 144, beispielsweise durch Ausübung einer mechanischen Kraft, in zwei voneinander verschiedene Werkstücksegmente 146a, 146b trennen (Fig. 5b).
Das Werkstücksegment 146a ist bei dem gezeigten Beispiel ein Gutstücksegment mit einer Trennfläche 148, welche eine mit der Form der Bearbeitungslinie 136 korrespondierende Form aufweist. Das Werkstücksegment 154a ist in diesem Fall ein Restwerkstücksegment und/oder ein Verschnittsegment.
Das Material 102 des Werkstücks 104 ist beispielsweise Quarzglas. Beispielsweise weist dann zur Ausbildung der Materialmodifikationen 138 als Typ-I- und/oder Typ-II-Modifikationen ein Laserstrahl, aus welchem die Fokuselemente 120 gebildet sind, eine Wellenlänge von 1030 nm und eine Pulsdauer von 1 ps auf. Weiter beträgt dann eine der Fokussieroptik 118 zugeordnete numerische Apertur 0,4 und eine einem einzigen Fokuselement 120 zugeordnete Pulsenergie 50 bis 200 nJ. Zur Ausbildung der Materialmodifikationen 138 als Typ-III-Modifikationen beträgt, bei ansonsten gleichen Parametern, die einem einzigen Fokuselement 120 zugeordnete Pulsenergie 500 bis 2000 nJ.
In den Fig. 6a und 6c sind Mikroskopaufnahmen von zwei unterschiedlichen Trennflächen 148 gezeigt. Bei den gezeigten Beispielen wurde das Material 102 mit Fokuselementen 120 bearbeitet, welche entlang einer sich in z-Richtung erstreckenden Bearbeitungslinie 136 angeordnet waren. Die Fokuselemente 120 wurden in Vorschubrichtung 126 (bei dem gezeigten Beispiel in y-Richtung) bewegt, sodass Materialmodifikationen 138 an der gezeigten Bearbeitungsfläche 144 (z-y-Ebene) ausgebildet wurden. Anschließend wurde das Material 102 an dieser Bearbeitungsfläche 144 durch Ätzen mittels einer nasschemischen Lösung getrennt, sodass die gezeigte Trennfläche 148 ausgebildet wurde.
In den Fig. 6b und 6d sind jeweils Höhenprofile der in den Fig. 6a bzw. 6c gezeigten Trennflächen 148 gezeigt, wobei eine diesen Höhenprofilen zugeordnete Höhenrichtung h senkrecht zur jeweiligen Trennfläche 148 orientiert ist.
Bei dem in Fig. 6a gezeigten Beispiel betrug der Abstand d zwischen den Fokuselementen 120 ca. 7,0 pm und bei dem in Fig. 6b gezeigten Beispiel ca. 25,0 pm.
Wie deutlich erkennbar ist, weist das in Fig. 6b gezeigte Höhenprofil deutlich geringere Schwankungen auf als Höhenprofil gemäß Fig. 6d. Das in Fig. 6d gezeigte Profil weist deutliche Ausbrüche auf.
Für die in den Fig. 6a und 6c gezeigten Trennflächen 148 wurde jeweils die Rauheit Ra nach der Norm ISO 25178 experimentell ermittelt, wobei die Rauheit Ra über die gesamte Trennfläche ermittelt wurde (und nicht nur auf Grundlage der in den Fig. 6b und 6d gezeigten Höhenprofile). Bei dem Beispiel gemäß der Fig. 6a und 6b beträgt die Rauheit Ra weniger als 2 pm, während bei dem Beispiel gemäß der Fig. 6c und 6d die Rauheit mehr als 4 pm beträgt.
Durch geeignete Wahl des Abstands d zwischen einander benachbarten Fokuselementen lässt sich die Rauheit der Trennfläche 148 reduzieren. Es lässt sich dadurch eine glattere und/oder ebenere Trennfläche 148 realisieren.
Bezugszeichenhste a Anstellwinkel d Abstand dz Abstandskomponente
D Dicke
I Intensität xo Position in x-Richtung
Zo Position in y-Richtung
100 Vorrichtung
102 Material
104 Werkstück
106 Strahlteilungselement
108 Eingangslaserstrahl
110 Laserquelle
112 Strahlquerschnitt
114 Wellenfront
116 Teilstrahlen
116a Teilstrahl
116b Teilstrahl
118 Fokussieroptik
120 Fokuselement
121 Fokusverteilung
122 Strahlformungseinrichtung
124 Strahlausbreitungsrichtung
126 Vorschubrichtung
130 erste Außenseite
132 zweite Außenseite
134 Dickenrichtung
136 Bearbeitungslinie
138 Materialmodifikation
139 Riss
140 Abschnitt
140a erster Abschnitt b zweiter Abschnittc dritter Abschnitt Trajektorie Bearbeitungsflächea Werkstücksegmentb Werkstücksegment Trennfläche

Claims

- 35 -
Patentansprüche Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein transparentes Material (102) aufweist, bei dem ein Eingangslaserstrahl (108) mittels eines Strahlteilungselements (106) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (116) aufgeteilt wird, aus dem Strahlteilungselement (106) ausgekoppelte Teilstrahlen (116) fokussiert werden, wobei durch Fokussierung der Teilstrahlen (116) mehrere Fokuselemente (120) ausgebildet werden, und bei dem das Material (102) des Werkstücks (104) zur Laserbearbeitung mit den Fokuselementen (120) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (d) zueinander benachbarter Fokuselemente (120) mindestens 3 pm und/oder höchstens 70 pm beträgt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zueinander benachbarter Fokuselemente (120) mindestens 5 pm und/oder höchstens 10 pm beträgt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander benachbarte Fokuselemente (120) vorgesehen sind, welche jeweils zumindest näherungsweise mit einem gleichen Abstand (d) zueinander beabstandet sind. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufteilung des Eingangslaserstrahls (108) mittels des Strahlteilungselements (106) durch Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt (112) des Eingangslaserstrahls (108) erfolgt oder eine Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt (112) des Eingangslaserstrahls (108) umfasst. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufteilung des Eingangslaserstrahls (108) mittels des Strahlteilungselements (106) durch Polarisationsstrahlteilung erfolgt oder eine Polarisationsstrahlteilung umfasst. - 36 - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) der zueinander benachbarten Fokuselemente (120) eine von Null verschiedene Abstandskomponente (dz) aufweist, welche parallel zu einer Dickenrichtung (134) des Werkstücks (104) orientiert ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass voneinander verschiedene Fokuselemente (120) entlang einer vorgegebenen Bearbeitungslinie (136) angeordnet werden, und dass durch Beaufschlagung des Materials (102) des Werkstücks (104) mit diesen Fokuselementen (120) in dem Material (102) des Werkstücks (104) entlang der Bearbeitungslinie (136) Materialmodifikationen (138) ausgebildet werden, welche insbesondere eine Trennung des Materials (102) ermöglichen. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der zueinander benachbarten Fokuselemente (120), welche der Bearbeitungslinie (136) zugeordnet sind, eine von Null verschiedene Abstandskomponente (dz) aufweisen, welche parallel zu einer Dickenrichtung (134) des Werkstücks (104) orientiert ist, und eine von Null verschiedene weitere Abstandskomponente aufweisen, welche senkrecht zur Dickenrichtung (134) des Werkstücks (104) orientiert ist. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass pro 100 pm Länge der Bearbeitungslinie (136) jeweils mindestens 3 und/oder höchstens 30 Fokuselemente (120) angeordnet sind und insbesondere mindestens 10 und/oder höchstens 20 Fokuselemente (120) angeordnet sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstellwinkel (o) zwischen der Bearbeitungslinie (136) und einer Außenseite (130) des Werkstücks (104), durch welche die Fokuselemente (120) zur Laserbearbeitung in das Material (102) des Werkstücks (104) eingekoppelt werden, zumindest abschnittsweise mindestens 1° und/oder höchstens 90° beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungslinie (136) mit den Fokuselementen (120) zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) relativ zu dem Werkstück (104) in eine Vorschubrichtung (126) bewegt wird, wobei die Bearbeitungslinie (136) in einer zur Vorschubrichtung (126) senkrecht orientierten Ebene liegt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Beaufschlagung des Materials (102) des Werkstücks (104) mit den Fokuselementen (120) Materialmodifikationen (138) in dem Material (102) ausgebildet werden, wobei die Materialmodifikationen (138) mit einer Rissbildung des Materials (102) einhergehen, und/oder wobei die Materialmodifikationen (120) Typ-III- Materialmodifikationen sind. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Beaufschlagung des Materials (102) des Werkstücks (104) mit den Fokuselementen (120) Materialmodifikationen (138) in dem Material (102) ausgebildet werden, wobei die Materialmodifikationen (138) mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials (102) einhergehen, und/oder wobei die Materialmodifikationen (138) Typ-I-Materialmodifikationen und/oder Typ-II-Materialmodifikationen sind. Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein transparentes Material (102) aufweist, umfassend ein Strahlteilungselement (106) zur Aufteilung eines Eingangslaserstrahls (108) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (116) und eine Fokussieroptik (118) zur Fokussierung von aus dem Strahlteilungselement (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (116), wobei durch die Fokussierung der Teilstrahlen (116) mehrere Fokuselemente (120) zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (d) zueinander benachbarter Fokuselemente mindestens 3 pm und/oder höchstens 70 pm beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlteilungselement (106) als 3D-Strahlteilungselement ausgebildet ist oder ein 3D-Strahlteilungselement umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
Strahlteilungselement (106) als Polarisations-Strahlteilungselement ausgebildet ist oder ein Polarisations-Strahlteilungselement umfasst.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023121144A1 (de) * 2023-08-08 2025-02-13 Trumpf Laser Gmbh Verfahren zum Trennen eines transparenten Werkstücks

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI250910B (en) * 2004-03-05 2006-03-11 Olympus Corp Apparatus for laser machining
DE102014116958B9 (de) 2014-11-19 2017-10-05 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsanlage, Verfahren zur Materialbearbeitung und Verwenden einer gemeinsamen langgezogenen Fokuszone zur Lasermaterialbearbeitung
US10047001B2 (en) 2014-12-04 2018-08-14 Corning Incorporated Glass cutting systems and methods using non-diffracting laser beams
LT6428B (lt) 2015-10-02 2017-07-25 Uab "Altechna R&D" Skaidrių medžiagų lazerinis apdirbimo būdas ir įrenginys
JP7190631B2 (ja) 2016-07-25 2022-12-16 アンプリテュード システム マルチビームフェムト秒レーザによって材料を切断する方法及び器具
EP3597353A1 (de) 2016-09-30 2020-01-22 Corning Incorporated Vorrichtungen zur laserbearbeitung von transparenten werkstücken mittels nichtachsensymmetrischen strahlflecken
DE102018126381A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-22 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einfügen einer Trennlinie in ein transparentes sprödbrüchiges Material, sowie verfahrensgemäß herstellbares, mit einer Trennlinie versehenes Element
JP2020004889A (ja) 2018-06-29 2020-01-09 三星ダイヤモンド工業株式会社 基板の分断方法及び分断装置
TWI678342B (zh) 2018-11-09 2019-12-01 財團法人工業技術研究院 形成導角的切割方法
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KR102791929B1 (ko) 2019-05-17 2025-04-07 코닝 인코포레이티드 투명한 워크피스의 고각 레이저 처리를 위한 위상-수정된 준-비-회절 레이저 빔
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