WO2001083180A1 - Verfahren zum bearbeiten von glasscheiben - Google Patents

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WO2001083180A1
WO2001083180A1 PCT/EP2001/006800 EP0106800W WO0183180A1 WO 2001083180 A1 WO2001083180 A1 WO 2001083180A1 EP 0106800 W EP0106800 W EP 0106800W WO 0183180 A1 WO0183180 A1 WO 0183180A1
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WO
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layer
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glass
soluble
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PCT/EP2001/006800
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Patrick MARKSCHLÄGER
Heinrich Ostendarp
Axel BRÖMSTRUP
Dirk Schlatterbeck
Joachim Ebmeier
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Schott Glas
Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Schott Glas
Carl-Zeiss-Stiftung
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    • C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
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Definitions

  • the invention relates to a method for processing glass panes.
  • Glass panes such as those obtained from the hot molding process, for example the float process or a drawing process, for example the down-draw process, have to be subjected to a wide variety of processing steps, depending on the application, until the corresponding glass product is finally obtained from the glass ribbon.
  • circular substrates have to be separated from the isolated pane and, if necessary, provided with a circular inner hole.
  • opto-caps that is, glass plates for in-coupling in housings for electronic circuits or watch glasses.
  • the method according to the invention for processing glass panes comprises the following steps:
  • the glass panes to be processed are packed as a stack, with at least one full or partially applied intermediate layer between two panes. Then the slices are processed in the stack. The stack is then released again by removing at least one of the at least one intermediate layer.
  • the glass panes to be processed are stacked, each with one or more intermediate layers, which consist of organic or inorganic adhesives with or without organic or inorganic
  • the batch can then be edited as a block.
  • Contour are separated out, so that a stack of smaller glass surface with an inner hole, preferably with a central inner hole, is formed.
  • the intermediate layers when applied over the entire surface, also serve as protective layers which are intended to protect the surfaces of the panes from mechanical damage.
  • an intermediate layer consists of at least one layer, which is preferably applied by spraying, dipping, rolling or knife coating.
  • the layers are placed directly at the cold end of the hot forming device, e.g. of the down-draw glass slide, applied on-line to the glass ribbon, preferably by rolling, knife coating or spraying.
  • the surface quality of the production is preserved even before any abrasive or dirt particles have the opportunity to reduce it.
  • the glass panes are then processed further coated.
  • Suitable layers are described in DE 199 06 333 A1 and EP 00 100 898 A1 by the applicant, to which reference is made in full.
  • the at least one intermediate layer preferably consists of a polymer which can be detached again with water. It preferably has protective thicknesses between 5 and 30 ⁇ m, in particular between 10 and 15 ⁇ m.
  • the water-soluble layer preferably comprises a polyvinyl alcohol with an average molecular weight> 55000 g / mol and a degree of hydrolysis> 95%, particularly preferably> 98%.
  • the resulting layer is removable, preferably with water at a temperature> 50 ° C, but it is very difficult to dissolve in cold water, which is why cooling during drilling and edge processing with cold water is possible without attacking the layer.
  • the water solubility of polyvinyl alcohol depends on the molecular weight and the degree of hydrolysis. The shorter the molecular chains, i.e. the lower the molecular weight and the lower the degree of hydrolysis, the more water-soluble the coating.
  • a polyvinyl alcohol with an average molecular weight ⁇ 55000 g / mol and a degree of hydrolysis ⁇ 90% is also cold water soluble. If during the processing steps the layer does not come into contact with water, or at least does not come into permanent contact with it, the use of such coatings is possible and preferred because the subsequent removal is even easier.
  • the layer consists of a polymer which is soluble in a polar organic solvent.
  • the polymer which is soluble in an organic solvent for the coating is preferably polyacrylate or polyvinyl acetate copolymer or polyvinyl caprolactam.
  • the intermediate layer consists of a water-insoluble epoxy resin: In a further preferred embodiment, the intermediate layer consists of a photo-initiated adhesive (PI).
  • PI or epoxy adhesives are preferably filled with glass, preferably highly filled, so that the adhesive, in that it contains as much glass as possible, matches its mechanical properties to glass.
  • the layers harden by drying in air, for example by blowing with heated air, by radiation with infrared radiators or by UV radiation.
  • the layers are layers of polyacrylate or epoxy resin.
  • the mentioned water-soluble polyvinyl alcohols are preferably cured at temperatures> 100 ° C, in particular at about 120 ° C.
  • the layer hardening in the stack is formed as an edge, since the diffusion paths are shorter in this way.
  • fillers in the adhesives are dispersing fillers, e.g. Methacrylate-acrylate copolymers or magnesium aluminum layer silicates.
  • a water-insoluble adhesive for example an epoxy resin
  • W water-soluble, preferably already hardened, layer
  • W for example a polyvinyl alcohol
  • G glass pane
  • a glass pane coated with a water-soluble layer is again applied to this adhesive, so that the structure of an intermediate layer can be described as G-W-K-W-G.
  • the adhesive can also be applied over the entire surface.
  • the adhesive is only partially applied, preferably as an adhesive edge, for example rolled, or preferably as an adhesive bead. educated.
  • the adhesive edge or bead of adhesive is preferably applied along the course of the later drilling line and, with a width of a few millimeters, is somewhat wider than the drilling line. So the drilling site is completely through Kleber supports and is. drilled stacks are still permanently connected.
  • the adhesive is preferably applied by knife coating, screen printing or conventional metering systems.
  • the at least one full or partially applied layer has sufficient adhesive properties to hold the stack of glass panes together.
  • the layer or layers of each intermediate layer contain spacers in order to bring and keep the slices within the stack at a defined distance.
  • the subsequent processing steps on the stack such as edge processing or drilling, can be carried out precisely and with identical results for all discs in the stack.
  • Suitable spacers are, for example, small beads, for example made of glass or polymers, which also improve the mechanical workability of the adhesive or, if it is desired that the intermediate layer is electrically conductive, electrically conductive beads, for example made of graphite or nickel. These beads are part of the adhesive or protective layer.
  • the stack of glass panes and intermediate layers is pressed in such a way that the panes are held at a defined distance from one another.
  • the one, or if several intermediate layers are present at least one layer is cured, so that a stack is obtained which behaves like a monolithic glass composite block.
  • the processing of a stack for separating purposes that is to say to remove a stack with a smaller glass surface, in a preferred embodiment to remove a stack with a circular glass surface, is preferably carried out using a drill.
  • the glass substrate can be detached from the pane, ie the outer hole can be carried out, and also before, after or simultaneously, if necessary with a second drill, the inner hole can be made, ie the inner hole can be created.
  • the inner bore is also preferably circular and central. Hollow drills are preferably used, for example drills with a grain size D 46 (ISO 6106 DIN 848 Part 1), where D stands for diamond and 46 denotes the sieve grain according to the FEPA standard.
  • the cooling lubricant of the tool for mechanical processing of the stack does not affect the layers.
  • the coatings which shrink after application, are under tensile stress and thus create compressive stress in the coated glass.
  • the polyvinyl alcohol mentioned are particularly suitable here.
  • the compressive stress has the advantage, on the one hand, that microcracks do not propagate in the glass, or only poorly, on the other hand, the remaining wall thickness, from which the glass is no longer drilled, but rather expressed, i.e. broken, becomes smaller, so that fewer shells and cracks and so that clean edges are created.
  • the drilling is preferably carried out with ultrasound support. Common frequencies are approx. 20 kHz ( ⁇ 2 kHz).
  • feed rates> 100 mm / min can be achieved, e.g. with a grain size of d46 and a drill inner diameter of 65 mm, while with the comparable conventional drilling with the same grain and the same drill inner diameter, feed speeds of max. 30 mm / min are possible, but the additional disadvantages mentioned also occur.
  • Suitable feed speeds for ultrasound-assisted drilling are 5-180 mm / min, preferably 20-30 mm / min.
  • the machining quality improves with decreasing feeds, but the drill becomes rather blunt.
  • High feed rates deteriorate the edge quality, so that the edges have to be reground.
  • machining quality becomes better as the speed of rotation increases.
  • Preferred speeds are 500-3000 1 / min] preferably 2500-300 1 / min.
  • drilling can also be carried out from two sides, which doubles the drillable stack thicknesses.
  • stack thicknesses between 3 mm and 100 mm, with the distances between the panes between 0.05 mm and 1 mm, the stacks can easily consist of 10 to 100 glass panes.
  • the drilling process meets the requirements placed on hard disk substrates in terms of roundness and concentricity.
  • the glass panes which are glued together or which are separated and glued together, e.g. the circular substrates with an inner hole are also subjected to further processing steps in the stack, for example edge processing, for example blasted, ground, polished, chamfered or rounded by brushes.
  • Edge grinding, polishing or chamfering in a stack results in the edges being rounded due to the different hardness of glass and adhesive between the panes, as at the transition from the glass to the softer adhesive and the further layers, which are also softer, more glass is removed due to the lower entry of abrasive or abrasive.
  • a minimum thickness of 0.05 mm is advisable for the tool to penetrate between the plates. At least 0.1 mm are preferred, particularly preferably at least 0.2 mm.
  • This effect of the different erosion can be intensified by making the adhesive and / or the possibly further materials between the glass panes electrically conductive, for example by adding them before applying small conductive beads, For example, made of graphite or nickel, which can also function as a spacer, and then the edges with an electrically conductive polishing material, for example also by mixing in conductive balls, or processed with an electrically conductive tool. Surface effects when creating a potential difference between the tool and the substrate result in a greater removal in these layers and thus again on the adjacent glass.
  • sparking may occur during polishing, which increases the abrasive effect.
  • the surfaces of the glass panes or glass substrates lying in the stack are protected from surface damage and contamination.
  • At least one of the at least one intermediate layer is removed by washing with optionally heated water, in the case of layers of water-soluble polyvinyl alcohols with water up to 85 ° C. warm, or aqueous solutions and / or with organic solvents , for example with alcohols, especially ethanol or isopropanol, with ketones or esters or with aqueous solutions thereof.
  • the layer (s) is or are dissolved.
  • the dissolving process is carried out with ultrasound support.
  • the washing process can also take place in several stages.
  • the water-soluble layer can be dissolved in a first step with water and a further protective lacquer can be removed in a second step with an organic solvent.
  • the water-soluble coating is removed by dissolving and the non-dissolving layer or adhesive bead K is also separated.
  • the thickness of the layer W and the width of the adhesive bead K have an influence on the duration of the dissolving process.
  • the water-insoluble layer K is removed with a suitable organic solvent in which W does not dissolve, so that the stack is separated into substrates which are still coated ,
  • a suitable organic solvent in which W does not dissolve so that the stack is separated into substrates which are still coated .
  • the method according to the invention for processing glass panes in a stack is not limited to processing hard disk substrates, but can also be advantageous for circular panes with other uses, for example for optocaps, or also for non-round panes, for example for substrates in display technology.
  • the method is particularly suitable when high demands are placed on the surface quality of the panes, since the surfaces are protected during processing and possibly also during handling and transport.
  • the method is also particularly suitable when it comes to processing large quantities, i.e. is about the production of mass-produced items, since its rationality, namely the simultaneous processing of a large number of disks with just one device, then pays off.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben, bei dem die zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel mit jeweils wenigstens einer Zwischenlage gepackt werden, der Stapel bearbeitet wird und der Stapel durch Entfernen jeweils wenigstens einer Zwischenlage gelöst wird.

Description

Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben.
Glasscheiben, wie sie aus dem Heißformgebungsprozeß, beispielsweise dem Float-Verfahren oder einem Ziehverfahren, beispielsweise dem Down- Draw-Verfahren, erhalten werden, müssen je nach Anwendungszweck den verschiedensten Bearbeitungsschritten unterworfen werden, bis schließlich aus dem Glasband das entsprechende Glaserzeugnis erhalten wird. Dazu gehören insbesondere Schritte, die dem Erzeugnis die gewünschte Kontur vermitteln, also z.B. Schneid-, Brech-, Ritz-Brech- oder andere Trennverfahren, beispielsweise Bohrverfahren oder Sägen, und nachgeschaltete Kantenbearbeitungsschritte wie Polieren, Läppen, Schleifen usw.
Beispielsweise bei der Hersteilung von Glassubstraten für optische oder magnetische Speichermedien, also für Festplatten, müssen kreisrunde Substrate aus der vereinzelten Scheibe herausgetrennt und gegebenenfalls mit einem kreisrunden Innenloch versehen werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel für kreisrunde Glasplättchen, hergestellt aus dünnen Scheiben, sind Optokappen, also Glasplättchen für ichteinkopplungen in Gehäusen für elektronische Schaltungen, oder Uhrengläser.
Es ist rationell, wenn solche Bearbeitungsschritte in einem Arbeitszyklus an mehreren Substraten durchgeführt werden können. Beispielsweise können mit mehreren Vorrichtungen aus einer großen Scheibe gleichzeitig mehrere Substrate herausgetrennt werden. Noch rationeller wäre es, wenn mittels einer Vorrichtung gleichzeitig mehrere Scheiben bearbeitet werden könnten.
Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein rationelles, das heißt schnelles, billiges, einfaches Verfahren um Bearbeiten einer Zahl von Glasscheiben zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben umfaßt die folgenden Schritte:
Zunächst werden die zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel gepackt, wobei sich zwischen zwei Scheiben wenigstens eine vollflächig oder teilweise aufgebrachte Zwischenlage befindet. Dann werden die Scheiben im Stapel bearbeitet. Danach wird der Stapel wieder gelöst, indem jeweils wenigstens eine der wenigstens einen Zwischenlage entfernt wird.
Vor der Bearbeitung werden die zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel mit jeweils einer oder mehreren Zwischenlagen, die aus organischen oder anorganischen Klebemitteln mit oder ohne organische oder anorganische
Füllstoffe bestehen, gepackt.
Der Stapel kann dann als Block bearbeitet werden.
Der Vorteil eines solchen Stapels ist auch, daß er bei der Bearbeitung, beispielsweise beim Heraustrennen eines Stapels mit kleinerer
Glasoberfläche als der des ursprünglichen Stapels, beispielsweise mittels eines Bohrers, eine Stützwirkung ausübt, so daß die Kantenqualität der
Scheiben verbessert ist, da weniger Ausmuschelungen auftreten.
Vor, nach oder gleichzeitig zu einem solchen Heraustrennen eines Stapels < kleinerer Oberfläche kann auch eine weitere, beispielsweise geschlossene Kontur herausgetrennt werden, so daß ein Stapel kleinerer Glasoberfläche mit Innenloch, vorzugsweise mit zentrischem Innenloch, entsteht. Die Zwischenschichten, wenn sie vollflächig aufgebracht sind, dienen auch als Schutzschichten, die die Oberflächen der Scheiben vor mechanischer Beschädigung schützen sollen.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine Zwischenlage aus wenigstens einer Schicht, die vorzugsweise durch Sprühen, Tauchen, Aufwalzen oder Rakeln aufgebracht wird.
Vorzugsweise werden die Schichten direkt am kalten Ende der Heißformgebungsvorrichtung, z.B. des Down-Draw-Glaszuges, on-line auf das Glasband aufgebracht, vorzugsweise durch Walzen, Rakeln oder Sprühen. So wird die Oberflächengüte der Herstellung konserviert, noch bevor irgendwelche Äbrasiv- oder Schmutzpartikel Gelegenheit haben, diese zu mindern. Die Glasscheiben werden dann schon beschichtet weiterverarbeitet.
Geeignete Schichten sind in der DE 199 06 333 A1 und der EP 00 100 898 A1 der Anmelderin beschrieben, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Bevorzugt besteht die wenigstens eine Zwischenlage aus einem Polymer, das mit Wasser wieder abgelöst werden kann. Bevorzugt weist sie Schutzdicken zwischen 5 und 30 μm, insbesondere zwischen 10 und 15 μm auf.
Bevorzugt umfaßt die wasserlösliche Schicht einen Polyvinylalkohol mit einer mittleren Molekülmasse > 55000 g/mol und einem Hydrolysegrad > 95 %, besonders bevorzugt > 98 %. Die so entstehende Schicht ist zwar wieder ablösbar, vorzugsweise mit Wasser bei einer Temperatur > 50 °C, sie ist aber nur sehr schwer kalt wasserlöslich, weswegen eine Kühlung beim Bohren und bei der Kantenbearbeitung mit kaltem Wasser möglich ist, ohne daß die Schicht angegriffen wird. Die Wasserlöslichkeit des Polyvinylalkohol ist abhängig von der Molekülmasse und vom Hydrolysegrad. Je kürzer die Molekülketten, d h. je niedriger die Molekülmasse ist und je niedriger der Hydrolysegrad ist, desto wasserlöslicher ist die Beschichtung. So ist beispielsweise ein Polyvinylalkohol mit einer mittleren Molekülmasse < 55000 g/mol und einem Hydrolysegrad < 90 % auch kalt wasserlöslich. Wenn bei den Bearbeitungsschritten die Schicht nicht oder zumindest nicht dauerhaft in Kontakt mit Wasser kommt, ist die Verwendung solcher Beschichtungen möglich und bevorzugt, weil das spätere Entfernen noch einfacher möglich ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführung besteht die Schicht aus einem Polymer, das in einem polaren organischen Lösungsmittel lösbar ist. Bei dem in einem organischen Lösungsmittel lösbaren Polymer für die Beschichtung handelt es sich bevorzugt um Polyacrylat oder Poiyvinylacetat-Copolymer oder Polyvinylcaprolactam.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenlage aus einem wasserunlöslichen Epoxydharz: In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenlage aus einem photoinitiierten Klebstoff (Pl). Vorzugsweise sind die Pl- oder Epoxidklebstoffe mit Glas gefüllt, vorzugsweise hochgefüllt, damit der Klebstoff, indem er möglichst viel Glas enthält, sich in seinen mechanischen Eigenschaften an Glas angleicht.
Je nach verwendetem Beschichtungsmaterial härten die Schichten durch Trocknung an der Luft, z.B. durch Beblasen mit erwärmter Luft, durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlern oder durch UV-Bestrahlung aus. Beispiele für letzteres sind Schichten aus Polyacrylat oder Epoxydharz. Die genannten wasserlöslichen Polyvinylalkohole werden vorzugsweise bei Temperaturen > 100 °C, insbesondere bei ca. 120 °C ausgehärtet.
Der Vorgang des Ablüftens, das heißt des Aushärtens bei lösemittelhaltigen Beschichtungen, von vollflächigen Beschichtungen läuft bei nicht gestapelten Scheiben leichter ab, da die Abhängigkeit von der Diffusionsstrecke nicht gegeben ist.
Auch deswegen ist es bevorzugt, die im Stapel härtende Schicht als Rand auszubilden, da so die Diffusionswege kürzer sind.
Beispiele für Füllstoffe in den Klebemitteln sind dispergierende Füllstoffe, z.B. Methacrylat-Acrylat-Copolymere oder Magnesiumalu inoschichtsilicate.
In einer bevorzugten Ausführung wird auf der Glasscheibe (G) auf eine wasserlösliche, vorzugsweise bereits ausgehärtete, Schicht (W), beispielsweise einen Polyvinylalkohol, ein wasserunlöslicher Kleber (K), beispielsweise ein Epoxydharz, aufgetragen. In bevorzugter Ausführung wird auf diesen Kleber wieder eine mit einer wasserlöslichen Schicht beschichtete Glasscheibe aufgebracht, so daß der Aufbau einer Zwischenlage als G - W - K - W - G beschrieben werden kann.
Der Kleber kann ebenfalls vollflächig aufgebracht sein.
Vorzugsweise, insbesondere dann, wenn durch Bohren Substrate aus dem Stapel herausgetrennt werden sollen, ist der Kleber nur teilweise aufgebracht, und zwar vorzugsweise als Kleberand, beispielsweise gewalzt, oder vorzugsweise als Kleberaupe. ausgebildet. Vorzugsweise ist der Kleberand oder die Kleberaupe entlang des Verlaufs der späteren Bohrlinie aufgebracht und ist sie mit einer Breite von einigen wenigen Millimetern etwas breiter als die Bohrlinie. So ist die Bohrstelle vollkommen durch den Kleber unterstützt und ist der. ausgebohrte Stapel noch dauerhaft verbunden. Der Kleber wird vorzugsweise durch Rakeln, Siebdruck oder konventionelle Dosiersysteme aufgebracht.
Unabhängig, davon, ob als Schutzschicht oder explizit als Kleber bezeichnet, hat die wenigstens eine vollflächig oder teilweise aufgebrachte Schicht ausreichende Hafteigenschaften, um den Stapel von Glasscheiben zusammenzuhalten.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält die Schicht oder enthalten die Schichten einer jeden Zwischenlage Abstand halter, um die Scheiben innerhalb des Stapels in einen definierten Abstand zu bringen und zu halten. So können die nachfolgenden Bearbeitungsschritte am Stapel, beispielsweise die Kantenbearbeitung oder das Bohren, präzise und für alle Scheiben im Stapel mit identischem Ergebnis durchgeführt werden.
Geeignete Abstandhalter sind beispielsweise kleine Kügelchen, beispielsweise aus Glas oder Polymeren, die auch die mechanische Bearbeitbarkeit des Klebers verbessern oder, wenn gewünscht ist, daß die Zwischenlage elektrisch leitfähig ist, elektrisch leitfähige Kügelchen, beispielsweise aus Graphit oder Nickel. Diese Kügelchen sind Bestandteile der Klebe- oder Schutzschicht.
Der Stapel aus Glasscheiben und Zwischenlagen wird gepreßt, derart, daß die Scheiben in definiertem Abstand zueinander gehalten werden. Bei oder nach diesem Preßvorgang wird die eine, oder bei Vorhandensein mehrerer Zwischenschichten wenigstens noch eine Schicht ausgehärtet, so daß ein Stapel erhalten wird, der sich wie ein monolithischer Glasverbundblock verhält. Die Bearbeitung eines Stapels zu Trennzwecken, das heißt zum Heraustrennen eines Stapels mit kleinerer Glasoberfläche, in bevorzugter Ausführungsform zum Heraustrennen eines Stapels mit kreisrunder Glasoberfläche, geschieht vorzugsweise mittels eines Bohrers. Mit einem solchen Bohrer kann sowohl das Glassubstrat aus der Scheibe gelöst werden, d.h. die Außenbohrung durchgeführt werden, als auch vorher, nachher oder gleichzeitig, ggf. mit einem zweiten Bohrer, die Innenbohrung durchgeführt werden, d.h. das Innenloch erzeugt werden. Auch die Innenbohrung ist vorzugsweise kreisrund und zentrisch. Zur Anwendung kommen vorzugsweise Hohlbohrer, beispielsweise Bohrer mit einer Körnung D 46 (ISO 6106 DIN 848 Teil 1), wobei D für Diamant steht und 46 nach dem FEPA-Standard die Siebkörnung bezeichnet.
Das Kühlschmiermittel des Werkzeugs zur mechanischen Bearbeitung des Stapels beeinträchtigt die Schichten nicht.
Die Beschichtungen, die nach dem Aufbringen schrumpfen, stehen unter Zugspannung und erzeugen so eine Druckspannung im beschichteten Glas. Besonders geeignet sind hier die genannten Polyvinylalkohol. Die Druckspannung hat zum einen den Vorteil, daß sich entstehende Mikrorisse im Glas nicht oder nur schlecht fortpflanzen, zum anderen wird die Restwandstärke, ab der das Glas nicht mehr gebohrt, sondern ausgedrückt, also gebrochen wird, geringer, so daß weniger Ausmuschelungen und Risse und damit saubere Kanten entstehen.
Die Bohrungen werden bevorzugt mit Ultraschallunterstützung durchgeführt. Übliche Frequenzen sind ca. 20 kHz (± 2 kHz).
Zwar kann auch ein konventionelles Bohren Anwendung finden. Der Bohrer wird jedoch aufgrund der im Stapel verwendeten Kleber, die weniger spröde als Glas sind, leicht zugeschmiert, müßte also ständig abgerichtet werden, um die Schneidfähigkeit zu gewähren. Je elastischer oder schmierender der Kleber, desto eher verklebt der Bohrer. Desweiteren würden außerdem beim konventionellen Bohren gerichtete Schleifspuren auf dem Glas erzeugt. Dagegen wird das Werkzeug beim Ultraschallbohren durch die Ultraschallbewegung freigesetzt, muß also nicht so oft gerichtet werden und hinterläßt auf dem bearbeiteten Werkstück aufgrund der auf das Werkzeug aufgebrachten axialen Schwingung keine gerichteten Schleifspuren. Bei Verwendung eines Ultraschallbohrers kann mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten gebohrt werden als mit einem herkömmlichen Bohrer.
Beispielsweise können bei Glasdicken von 1 mm in Stapeln von 50 Scheiben, die in Abständen von 0,05 mm gestapelt sind, die mit Epoxydharz ausgefüllt sind, Vorschubgeschwindigkeiten > 100 mm/min erzielt werden, z.B. bei einer Körnung von d46 und einem Bohrerinnendurchmesser von 65 mm, während bei der vergleichbaren konventionellen Bohrung bei gleicher Körnung und gleichen Bohrerinnendurchmesser Vorschubgeschwindigkeiten von max. 30 mm/min möglich sind, wobei jedoch außerdem die genannten zusätzlichen Nachteile auftreten.
Geeignete Vorschubgeschwindigkeiten beim ultraschallunterstützten Bohren sind 5 - 180 mm/min, vorzugsweise 20 - 30 mm/min. Die Bearbeitungsqualität wird besser mit abnehmenden Vorschüben, jedoch wird der Bohrer dabei eher stumpf. Hohe Vorschübe verschlechtern die Kantenqualität, so daß ein Nachschleifen der Kanten erforderlich wird.
Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit wird die Bearbeitungsquaiität besser. Bevorzugte Drehzahlen sind 500 - 3000 1/min] vorzugsweise 2500 - 300 1/min. Für das Heraustrennen im Stapel besteht beim Ultraschallbohren der weitere Vorteil, daß dort eine geringere axiale Kraft nötig ist, so daß auch bei den letzten zu trennenden Scheiben Größe und Anzahl der Ausmuschelungen gegenüber dem konventionellen Bohren reduziert werden.
Aufgrund der Tatsache, daß beim Ultraschallbohren durch die Ultraschallbewegung das Werkzeug sich kontinuierlich selbst freisetzt, gibt es diesbezüglich gegenüber dem konventionellen Bohren weniger Beschränkungen in der Auswahl der Materialien und Dicken der Zwischenlagen.. Jedoch ist zu berücksichtigen, daß elastische Kleber die Ultraschallschwingung abdämpfen. Da aber auf jeden Fall der Kleber schlechter bearbeitbar ist als das Glas, führen zu große Kleberdicken (> 1 mm) zunächst zu unerwünschten Kantenausbrüchen und machen eine Vorschubreduktion nötig. Bevorzugt sind Kleberdicken < 0,5 mm. Mit abnehmendem Abstand zwischen den Glasscheiben verbessert sich die Kantenqualität. Besonders bevorzugte Abstände sind ca. 0,2 mm . Dadurch daß die Materialauswahl sich im wesentlichen nur nach den Haftungseigenschaften, der Aufbringbarkeit, der Bearbeitbarkeit, z. B. der Zerspanbarkeit, der Lösbarkeit und der Stützwirkung der Materialien auf den Scheiben zu richten braucht, kann der Gesamtprozeß effektiver gestaltet werden.
Es ist sinnvoll, für einen Bohrvorgang die Gesamtstapeldicke auf < 100 mm zu beschränken.
Beim beschriebenen Bohrverfahren kann auch von zwei Seiten aus gebohrt werden, was die bohrbaren Stapeldicken verdoppelt. Mit Stapeldicken zwischen 3 mm und 100 mm, wobei die Abstände zwischen den Scheiben zwischen 0,05 mm und 1 mm betragen, können die Stapel problemlos aus 10 bis 100 Glasscheiben bestehen.
Der Bohrprozeß erfüllt die Anforderungen, die an Festplattensubstrate hinsichtlich Rundheit und Konzentrizität gestellt werden.
Auch beim Sägen mit Ultraschallunterstützung ergeben sich gegenüber konventionellem Sägen die genannten Vorteile.
In bevorzugter Ausführungsform werden die zusammengeklebten Glasscheiben oder zusammengeklebten ausgetrennten Scheiben wie z.B. die kreisförmigen Substrate mit Innenloch auch im Stapel weiteren Bearbeitungsschritten unterworfen, beispielsweise kantenbearbeitet, beispielsweise gestrahlt, geschliffen, poliert, gefast oder durch Bürsten verrundet.
Durch das Kantenschleifen, Polieren oder Fasen im Stapel, beispielsweise mit Strahlverfahren oder flexiblem Werkzeug, oder im Slurry, wird aufgrund der unterschiedlichen Härte von Glas und Kleber zwischen den Scheiben eine Verrundung der Kanten erzielt, da am Übergang vom Glas zum weicheren Kleber und den ggf. weiteren ebenfalls weicheren Schichten aufgrund des tieferen Eintrags von Schleifmittel oder Strahlmittel auch mehr Glas abgetragen wird. Damit das Werkzeug zwischen die Platten dringt, ist eine Mindestdicke von 0,05 mm sinnvoll. Bevorzugt sind wenigstens 0,1 mm, besonders bevorzugt wenigstens 0,2 mm.
Dieser Effekt des unterschiedlichen Abtrags kann noch verstärkt werden, indem der Kleber und/oder die ggf. weiteren Materialien zwischen den Glasscheiben elektrisch leitfähig gemacht werden, beispielsweise durch Zumischen vor dem Auftragen von leitfähigen kleinen Kügelchen, beispielsweise aus Graphit oder Nickel, die auch als Abstandhalter fungieren können, und indem dann die Kanten mit einem elektrisch leitfähigen Poliermaterial, beispielsweise ebenfalls durch das Untermischen leitfähiger Kügelchen so geworden, bzw. mit einem elektrisch leitfähigen Werkzeug bearbeitet werden. Durch Oberflächeneffekte beim Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen Werkzeug und Substrat kommt es in diesen Schichten und damit wieder am angrenzenden Glas zu einem stärkeren Abtrag.
Beim Anlegen eines Potentials im Innern der Zwischenschicht, kann es beim Polieren zu Funkenübersprüngen kommen, die die abtragende Wirkung verstärken.
Die im Stapel liegenden Oberflächen der Glasscheiben bzw. der Glassubstrate werden vor Oberflächenbeschädigungen und Verschmutzungen geschützt.
Daher ist es nicht nur vorteilhaft, in der Prozeßfolge der Substratherstellung die Schichten so früh wie möglich aufzubringen, sondern auch, sie so spät wie möglich wieder zu entfernen.
Das Entfernen von jeweils wenigstens einer der wenigstens einen Zwischenlage geschieht je nach der Löslichkeit der jeweils aufgebrachten Schicht durch Waschen mit ggf. erwärmtem Wasser, bei Schichten aus wasserlöslichem Polyvinylalkoholen mit bis zu 85 °C warmen Wasser, oder wäßrigen Lösungen und/oder mit organischen Lösungsmitteln, beispielsweise mit Alkoholen, insbesondere Ethanol oder Isopropanol, mit Ketonen oder Estern oder mit wäßrigen Lösungen derselben. Dabei wird oder werden die Schicht(en) gelöst.
In bevorzugter Ausführung wird der Löseprozeß Ultraschall unterstützt durchgeführt. Je nach Schichtenabfolge kann der Waschprozeß auch mehrstufig ablaufen. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt mit Wasser die wasserlösliche Schicht gelöst werden und in einem zweiten Schritt mit einem organischen Lösungsmittel ein weiterer Schutzlack entfernt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bei der beschriebenen Schichtenfolge G - W - K - W - G, insbesondere bei Ausbildung von K als Kleberaupe, wird die wasserlösliche Beschichtung durch Auflösen entfernt und wird dabei die sich nicht auflösende Schicht oder Kleberaupe K mit separiert.
Einfluß auf die Dauer des Löseprozesses haben dabei die Dicke der Schicht W sowie die Breite der Kleberaupe K. Beispiel w. dauert das Lösen einer wasserlöslichen Polyvinylalkoholschicht von ca. 15 μm bei einer Klebenahtb reite von 2 - 3 mm im Ultraschall (35 - 40 kHz)-Wasserbad bei ca. 85 °C ca. 2 - 2,5 h.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei der Schichtenfolge G - W - K - W - G die wasserunlösliche Schicht K mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, in dem sich W nicht auflöst, entfernt, so daß der Stapel in Substrate vereinzelt .wird, die noch beschichtet sind. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Substrate als Einzelteile weiteren Bearbeitungsschritten, beispielsweise Kantenbearbeitungsschritten, unterworfen werden sollen, da so ihre Oberflächen noch geschützt sind. Die Schichten W können zu einem späteren Zeitpunkt in einem weiteren Waschschritt entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben in einem Stapel ist nicht auf die Bearbeitung von Festplattensubstraten beschränkt, sondern kann auch vorteilhaft für kreisrunde Scheiben mit anderen Verwendungszwecken, beispielsweise für Optokappen, oder auch für nicht runde Scheiben, beispielsweise für Substrate in der Displaytechnik angewandt werden.
Das Verfahren ist dann besonders geeignet, wenn hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Scheiben gestellt werden, da die Oberflächen während der Bearbeitung und ggf. auch während Handling und Transport geschützt werden.
Das Verfahren ist auch dann besonders geeignet, wenn es um die Bearbeitung hoher Stückzahlen, d.h. um die Herstellung von Massenartikeln geht, da dann seine Rationalität, nämlich die gleichzeitige Bearbeitung einer Vielzahl von Scheiben mit nur einer Vorrichtung, sich besonders auszahlt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben, umfassend die nachfolgenden Schritte:
1.1 Packen der zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel mit jeweils wenigstens einer Zwischenlage
1.2 Bearbeiten des Stapels
1.3 Lösen des Stapels durch Entfernen jeweils wenigstens einer der Zwischenlag e(n)
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten wenigstens das Heraustrennen eines Stapels kleinerer Glasoberfläche umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Bearbeiten ein Stapel mit einer kreisrunden Oberfläche erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor, nach oder gleichzeitig mit dem Heraustrenπen des Stapels eine weitere Kontur herausgetrennt wird, so daß ein Stapel kleinerer Glasoberfläche mit Innenloch entsteht.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel kleinerer Glasoberfläche durch Bohren wenigstens einer Kontur herausgetrennt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohren ultraschallunterstützt geschieht.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heraustrennen wenigstens ein Kantenbearbeitungsschritt im Stapel folgt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlage durch das vollflächig oder teilweise Aufbringen einer wasserlöslichen Schicht aus einem Polyvinylalkohol mit einer mittleren Molekülmasse > 55000 g/mol und einem Hydrolysegrad > 95 % auf eine Glasscheibe erzeugt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zwischenlage durch das vollflächige oder teilweise Aufbringen einer wasserlöslichen Schicht aus einem Epoxidharz auf eine Glasscheibe erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Glaskügelchen enthält.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage durch eine Schichtenfolge wasserlösliche Schicht - wasserunlöslicher Kleber - wasserlösliche Schicht dargestellt wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der aus Glasscheiben und Zwischenlagen gepackte Stapel gepreßt wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens eine Zwischenlage durch Lösen entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage durch Waschen mit erwärmtem Wasser entfernt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schichtenfolge die wasserlöslichen Schichten durch Auflösen entfernt werden und dabei die wasserlösliche Schicht separiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schichtenfolge die wasserunlösliche Schicht gelöst wird.
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