WO2005018874A1 - Verfahren zur herstellung von bauteilen - Google Patents

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WO2005018874A1
WO2005018874A1 PCT/EP2004/009177 EP2004009177W WO2005018874A1 WO 2005018874 A1 WO2005018874 A1 WO 2005018874A1 EP 2004009177 W EP2004009177 W EP 2004009177W WO 2005018874 A1 WO2005018874 A1 WO 2005018874A1
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components
substrate
carrier
protective layer
subsequently
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PCT/EP2004/009177
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Markus Vos
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Schott Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/047—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by ultrasonic cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of a plurality of separate components in general and a process for the production of glass plates, e.g. Windows for optical components in particular.
  • Glass is suitable as a contact or cover material in many areas of application.
  • glass is difficult to machine, which is particularly disadvantageous when very small components such as Windows for optocaps are to be produced.
  • Anti-reflective coating with a variety of extremely thin and different layers called. Under certain circumstances, these coatings are particularly sensitive to scratches due to their mechanical properties.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing components which is inexpensive and at the same time high Component quality achieved.
  • Another object of the invention is to provide such a method, which is particularly suitable for very small components, e.g. Glass plate, suitable.
  • Another object of the invention is to provide such a method which enables the simultaneous and efficient production of a large number of components.
  • a laterally uniform or one-piece flat substrate is provided.
  • laterally in one piece means that the substrate, which extends in a lateral plane, forms a structural unit in the substrate plane in this process stage.
  • the substrate is preferably single-layered across the plane, but it can also be multi-layered.
  • the substrate also has a first and a second surface, which in particular extend along the lateral plane and lie parallel opposite one another.
  • a flat carrier which has a first and a second, preferably parallel and has opposite surfaces.
  • the first surface of the carrier is connected to the first surface of the substrate in a planar and detachable manner, so that the substrate and the carrier form a layer composite in which the carrier and the substrate are arranged in particular parallel to one another.
  • a multiplicity of components are produced from the substrate by working the components out of the substrate, in particular separating or cutting them out.
  • the substrate is divided into a plurality of laterally adjacent sections, laterally separate components being produced.
  • the components are held together at least immediately after they have been worked out, although in particular they are laterally completely separated from one another, in that the components are or remain attached to the carrier and the carrier is not or at least not completely divided.
  • the orientation and the position of the components is consequently obtained by the attachment to the carrier.
  • an intermediate product is thus produced in the form of a layer composite, which comprises a plurality of laterally separated components and a common flat carrier, the components being releasably fastened laterally adjacent to the common carrier.
  • the components are only detached from the carrier in a further work step, if appropriate with the interposition of further work steps, to finally separate or separate the components while eliminating cohesion.
  • This step can advantageously be carried out even under clean room conditions.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of very small and thin glass plates, e.g. made of display glass and / or with a diameter ⁇ 5 mm.
  • Such glass plates are e.g. used for so-called optocaps to encapsulate optical components.
  • the processing time is advantageously short.
  • a carrier film in particular made of plastic, is preferably laminated onto the glass substrate as the carrier or vice versa. It should be noted here that the carrier provides sufficient stability, since it later has to temporarily hold the glass plates together. Furthermore, the connection is releasable in order to subsequently separate the plates.
  • a carrier film has proven particularly useful, the adhesive force of which can be released by UV light.
  • Such films advantageously leave no soiling on the component surface and prevent the optical functional surface from being scratched during processing and handling of the intermediate product.
  • the detachment of the components from the carrier is therefore preferably carried out in two stages, the adhesive force being released first and the components then being picked.
  • the working out of the components is preferably carried out as section-by-section removal of the substrate material. In this case, work is carried out transversely to the substrate plane from the second surface of the substrate at least to the first surface of the substrate, optionally into the carrier film. Abrasive or abrasive removal methods are particularly suitable, in which annular structures are worked out in order to produce and separate the sections within the annular structure. It should be noted here that the carrier film should not be completely ground through, so that its function as a carrier which holds together is advantageously retained.
  • a plurality of laterally adjacent components are preferably simultaneously machined out of the substrate or laterally separated from one another in one work step.
  • the components are particularly preferred by means of
  • Vibrating lapping especially ultrasonic vibrating lapping, worked out in a structured manner.
  • the components are punched out of the substrate with a plurality of hollow lapping dies, with exactly one lapping die being assigned to each component to be produced.
  • a lapping tool is used which has a plurality of laterally adjacent lapping dies which process the composite element in the same work step.
  • An array or a matrix is preferably composed of many, for example several hundred to thousand, lapping dies on a sonotrode attached.
  • the ultrasonic vibratory lapping is carried out in particular without stacking or connecting the glass substrates, so that the risk of damage to the components can advantageously be reduced.
  • lapping stamp is adapted to the shape of the components to be manufactured.
  • the lapping process can thus be advantageously adapted to the respective requirement.
  • lapping dies are each provided with a closed ring, e.g. circular cross-section, i.e. in particular tubular lapping dies in the form of a hollow body or cylinder open at the bottom, in order to e.g. to get circular glass plates.
  • the working out of the components can also be carried out by blasting with a blasting material, for example by means of sand blasting, the material of the substrate being removed between the components to be produced by the blasting.
  • a blasting material for example by means of sand blasting
  • the substrate is covered in regions, for example with structured photoresist or a solid mask, in particular a metal mask, before the irradiation.
  • the second surface of the substrate for example while the substrate and the carrier are still connected, can be structured before, after or simultaneously with the working out of the components. For example, depressions, cavities, etc. are produced in the substrate.
  • the advantage of sandblasting lies in the fact that there is no need to produce a mold. Furthermore, the position accuracy, e.g. high using a photolithographic mask. The dimensions of the components or structures are not limited by the tool geometry.
  • the components are detached from the carrier, in particular after they have been worked out.
  • the components are picked from the carrier by means of vacuum.
  • the method according to the invention proves to be particularly advantageous if a solder, e.g. a solder paste is to be applied, e.g. subsequently solder the windows onto a corresponding optical component.
  • a solder e.g. a solder paste
  • solder is used in particular as a structured solder layer, e.g. printed on the second substrate surface using screen printing technology.
  • a structured solder layer e.g. printed on the second substrate surface using screen printing technology.
  • other structured functional layers can also be applied or printed on.
  • a protective layer for example a protective lacquer, which advantageously protects the surface from damage, is preferably applied, in particular before the components are worked out and / or after the solder has been applied, to the second surface of the substrate or to the solder layer.
  • the substrate or glass substrate is provided with a coating, for example an anti-reflective coating, for example on its first or second surface. Either the protective lacquer is applied to the coating in order to protect it or the coating is protected by the carrier film.
  • the protective layer is divided into a multiplicity of sections which are separate from one another, each section being assigned to a specific component.
  • the solder layer is divided immediately before, but in the same step as working out the components into laterally adjacent and separate sections. As a result, after the components have been worked out and before the components have been detached from the carrier, the solder layer is divided into a plurality of laterally adjacent and separate sections, each section being assigned to exactly one specific component.
  • the protective layer is furthermore preferably removed, in particular after the working out and / or before the components are separated from the carrier or before the separation, for example by means of a continuous or ultrasonic washing machine.
  • the protective layer is therefore removed in particular from the flat substrate or substrate-carrier composite. In this way, damage to the substrate surface can advantageously be largely avoided and the removal is considerably less complex compared to removal on the individual component.
  • the latter is particularly advantageous in the case of components with small dimensions, for example with a diameter of ⁇ 5 mm and the associated low weight.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of the embodiment from FIG. 1 in a later process stage
  • FIG. 3 shows a schematic view of the embodiment from FIG. 2 in a later process stage
  • FIG. 4 shows a schematic cross section according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic cross section of the embodiment from FIG. 4 in a later process stage
  • FIG. 6 shows a top view of the embodiment from FIG. 5
  • FIG. 7 shows a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 8 shows a flow diagram of a further embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a composite element 8 comprising a glass substrate 10 with a laminated-on plastic film 12, the lower surface 10a of the glass substrate 10 and the upper surface 12a of the plastic film 12 being connected to one another in a detachable manner.
  • a protective lacquer 14 is applied to an upper surface 10b of the substrate 10. With a lower surface 12b of the carrier film 12, the composite element 8 can e.g. be placed on a worktop.
  • the lapping dies 20 are excited by a sonotrode via a common holder 22 for ultrasonic oscillation and are acted upon in the direction of arrow 24. Due to their shape, the lapping dies 20 remove the material of the protective lacquer 14, the substrate 10 and the carrier film 12 in sections, more precisely in an annular manner, in order to pierce a large number of components 16 from the substrate 10. The substrate 10 is thus processed over the entire surface in one work step.
  • the lapping dies 20 are shown in Fig. 1 in a position in which they along the force application direction 24 or transverse to the
  • FIG. 2 shows the composite element 8, consisting of the substrate 10, the carrier film 12 and the protective layer 14, after which the components 16 have been worked out by means of the lapping dies 20 and the lapping dies 20 have been removed.
  • the composite element 8 consisting of the substrate 10, the carrier film 12 and the protective layer 14, after which the components 16 have been worked out by means of the lapping dies 20 and the lapping dies 20 have been removed.
  • Fig. 2 shows the composite element 8, consisting of the substrate 10, the carrier film 12 and the protective layer 14, after which the components 16 have been worked out by means of the lapping dies 20 and the lapping dies 20 have been removed.
  • the recess 28 completely penetrates the protective layer
  • FIG. 3 shows a top view of the composite element 8 from FIG. 2 after the protective layer 14 has been removed or washed off.
  • the upper surface 10b of the substrate 10 is thus exposed both on the components 16 and on the spaces 18 between the components 16.
  • the carrier film 12 is exposed in the annular recesses 28 which have been worked out by the lapping dies.
  • the composite element 8' differs from the composite element 8 only in that under the protective layer 14 a solder layer 32 is printed in the form of a plurality of annular solder rings is.
  • the solder layer 32 has been structured printed and dried as a solder paste before the protective layer 14 is applied by means of screen printing. In order to increase the adhesion of the solder layer to the substrate, the solder layer can additionally be pre-vitrified.
  • FIG. 5 shows a cross section through the composite element 8 'after the protective layer 14 has been removed, the composite element 8' also comprising the substrate 10, the carrier film 12 and the solder layer 32. 6, a top view of the composite element 8 'is shown. The components 16 cleaned from the protective layer 14 can be seen, each with a solder ring 32 on the upper surface 10b.
  • the working out of the components 16 is carried out without a so-called stacking.
  • the solder pastes can be applied inexpensively with a structured screen printing in order to form the solder rings 32. The cut is made after the solder paste has been applied.
  • solder rings are used for example on windows of optocaps for semiconductor lasers or LEDs for soldering.
  • the solder is therefore applied in the edge region of the optical component or the window 16.
  • FIG. 7 a flow diagram for the method according to the invention using ultrasonic vibrating lapping is shown.
  • the carrier film is laminated onto the glass substrate.
  • the solder paste for producing the solder structures or solder rings 32 is optionally printed on and then dried.
  • the protective lacquer 14 is then optionally applied. Subsequently, as shown in FIG. 4, the components or optocaps 16 are worked out into the carrier film 12 by means of ultrasonic vibratory lapping with a shaping tool which comprises the lapping dies 20.
  • the protective lacquer if present, is then removed again, for example in an ultrasonic washing machine.
  • the carrier film 12 is then irradiated with UV light, as a result of which the adhesive force on the substrate 10 is released, ie weakened, without the carrier film being separated from the substrate 10.
  • the optocaps 16 are then picked off the carrier film 12.
  • the elaborate handling of the small opto-windows 16 up to the point of picking off the carrier film is thus eliminated.
  • FIG. 8 a flow diagram for the method according to the invention, similar to FIG. 7, is shown.
  • Fig. 8 differs in that instead of
  • Ultrasonic vibratory lapping is used to work out the optocaps using sandblasting.
  • a photoresist is applied to the upper surface 10b of the substrate 10 and structured photolithographically. After structuring, the annular recesses 28 are exposed around the optocaps 16. Now the substrate material is removed from the upper surface 10b by means of sandblasting, at least until the upper surface 12a of the carrier film 12 is reached. The photoresist is then removed and the process continues as shown in FIG. 7.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Glasplättchen, z.B. als Fenster für Optokappen für optische Bauelemente. Es ist eine Aufgabe ein kostengünstiges Verfahren bereit zu stellen, welches eine hohe Oberflächenqualität der Bauteile gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Substrats (10), Bereitstellen eines Trägers (12), Verbinden einer ersten Oberfläche (10a) des Substrats (10) mit einer ersten Oberfläche (12a) des Trägers (12), z.B. Auflaminieren einer Trägerfolie, Herausarbeiten der Bauteile (16) aus dem Substrat (10), z.B. mittels Ultraschallschwingläppen oder Sandstrahlen, wobei die Bauteile (16) zumindest unmittelbar nach dem Herausarbeiten von dem Träger (12) zusammengehalten werden und Ablösen der Bauteile (16) von dem Träger (12), um die Bauteile (16) zu separieren.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen
Beschreibung
Art der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von separaten Bauteilen im Allgemeinen und ein Verfahren zur Herstellung von Glasplättchen, z.B. Fenster für optische Bauelemente im Speziellen.
Hintergrund der Erfindung
Glas eignet sich in vielen Anwendungsgebieten als Kontaktoder Abdeckmaterial. Allerdings ist Glas schwierig zu bearbeiten, was sich insbesondere nachteilig auswirkt, wenn sehr kleine Bauteile wie z.B. Fenster für Optokappen hergestellt werden sollen.
Für solche Anwendungen sind konventionelle Techniken der Glasbearbeitung, wie Ritzen und Brechen aufgrund der
Bauteilgröße schwierig einzusetzen. Ferner erfordern die genannten Techniken eine anschließende Kantenbearbeitung, welche gegebenenfalls einzeln durchgeführt werden muss, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.
Um die Kosten dieser Verfahren dennoch in vertretbaren Grenzen zu halten, wird typischer Weise im Stapelverbund gearbeitet. Hierbei werden mehrere optische Komponenten zu einem Stack verbunden und gebohrt. Nachteiliger Weise werden in einem gesonderten Arbeitsschritt noch die Kanten bearbeitet. Die Verbindung zwischen den Schichten erfolgt üblicher Weise mit Wachs oder anderen Klebersubstanzen.
Zwar werden durch das Stacking einerseits die Kosten reduziert, aber durch den Einsatz der Verbindungsmaterialien entstehen Verschmutzungen, welche durch aufwändige Reinigungsprozesse wieder entfernt werden müssen, was andererseits die Kosten wieder in die Höhe treibt.
In der Praxis zeigt sich noch eine weitere Schwierigkeit, die das Verfahren nicht nur kostenintensiv machen, sondern auch die Qualität der Produkte erheblich beeinträchtigt. Bei der Reinigung der Gläser von den Klebersubstanzen kommt es nämlich zu Relativbewegungen zwischen den Gläsern, was häufig zu Kratzern in der Oberfläche führt.
Dies wirkt sich ganz besonders nachteilig aus, wenn hochwertig und aufwändig beschichtete Gläser verarbeitet werden.
Als Beispiel hierfür sei eine komplexe
Entspiegelungsbeschichtung mit einer Vielzahl von extrem dünnen und verschiedenartigen Schichten genannt. Diese Beschichtungen sind unter Umständen nämlich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften besonders kratzempfindlich.
Bei den herkömmlichen Verfahren besteht also eine Wechselbeziehung zwischen sich zuwiderlaufenden Anforderungen an Kosteneffizienz und Qualität.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, bereit zu stellen, welches kostengünstig ist und gleichzeitig eine hohe Bauteilqualität erzielt.
Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung ein derartiges Verfahren bereit zu stellen, welches eine hohe Oberflächenqualität der Bauteile, insbesondere aus empfindlichen Materialien, z.B. Glas gewährleistet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren bereit zu stellen, welches sich besonders für sehr kleine Bauteile, z.B. Glasplättchen, eignet.
Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren bereit zu stellen, welches die gleichzeitige und effiziente Erzeugung einer Vielzahl von Bauteilen ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Mehrzahl von separaten Bauteilen, z.B. von Glasplättchen, wird ein lateral einheitliches oder einstückiges flächiges Substrat bereitgestellt. Hierbei bedeutet lateral einstückig, dass das Substrat, welches sich in einer lateralen Ebene erstreckt, in diesem Verfahrensstadium in der Substratebene eine strukturelle Einheit bildet. Quer zu der Ebene ist das Substrat bevorzugt einschichtig, es kann aber auch mehrschichtig sein. Das Substrat weist ferner eine erste und zweite Oberfläche auf, welche sich insbesondere entlang der lateralen Ebene erstrecken und sich parallel gegenüber liegen.
Weiter wird ein flächiger Träger bereitgestellt, welcher eine erste und zweite, vorzugsweise parallele und sich gegenüberliegende Oberflächen aufweist. Es wird die erste Oberfläche des Trägers mit der ersten Oberfläche des Substrats flächig und lösbar verbunden, so dass das Substrat und der Träger einen Schichtverbund bilden, bei welchem der Träger und das Substrat insbesondere parallel zueinander angeordnet sind.
Nach dem Verbinden wird eine Vielzahl von Bauteilen aus dem Substrat erzeugt, in dem die Bauteile aus dem Substrat heraus gearbeitet, insbesondere heraus getrennt oder ausgestochen werden. Mit anderen Worten wird das Substrat in eine Vielzahl von lateral benachbarten Abschnitten zerteilt, wobei lateral getrennte Bauteile entstehen.
Allerdings werden die Bauteile zumindest unmittelbar nach dem Herausarbeiten, obwohl sie insbesondere lateral vollständig voneinander getrennt sind, zusammengehalten, dadurch dass die Bauteile auf dem Träger befestigt sind oder bleiben und der Träger nicht oder zumindest nicht vollständig zerteilt wird. Die Orientierung und die Lage der Bauteile wird folglich durch die Befestigung an dem Träger erhalten.
Dies gestattet eine effiziente Herstellung der Bauteile und ein einfaches Handling, wobei eine Bauteil-, insbesondere Oberflächenqualität von höchster Güte erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird folglich ein Zwischenprodukt in Form eines Schichtverbundes erzeugt, welches eine Vielzahl von lateral getrennten Bauteilen und einen gemeinsamen flächigen Träger umfasst, wobei die Bauteile lateral benachbart an dem gemeinsamen Träger lösbar befestigt sind.
Erst nachfolgend in einem weiteren Arbeitsschritt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Arbeitsschritte, werden die Bauteile von dem Träger abgelöst, um die Bauteile unter Aufhebung des Zusammenhalts endgültig zu vereinzeln oder zu separieren.
Dieser Schritt kann in vorteilhafter Weise sogar unter Reinraumbedingungen vorgenommen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Erzeugung von sehr kleinen und dünnen Glasplättchen, z.B. aus Displayglas und/oder mit einem Durchmesser < 5 mm. Derartige Glasplättchen werden z.B. für sogenannte Optokappen verwendet, um optische Bauelemente zu verkapseln. Bei dünnem Glas ist in vorteilhafter Weise die Bearbeitungsdauer kurz.
Es wird ein, vorzugsweise ebenes, Substrat oder eine Schicht umfassend oder bestehend aus Glas oder einem glasartigen
Material verwendet. Es ist auch möglich eine Glasschicht auf den Träger aufzudampfen.
Als Träger wird vorzugsweise eine Trägerfolie, insbesondere aus Kunststoff, auf das Glassubstrat auflaminiert oder umgekehrt. Hierbei ist zu beachten, dass der Träger eine ausreichende Stabilität bereitstellt, da dieser später die Glasplättchen temporär zusammenhalten muss. Ferner ist die Verbindung lösbar, um die Plattchen nachfolgend zu vereinzeln. Hierbei hat sich eine Trägerfolie besonders bewährt, deren Haftkraft durch UV-Licht lösbar ist.
Derartige Folien hinterlassen in vorteilhafter Weise keine Verschmutzungen auf der Bauteiloberfläche und verhindern ein Verkratzen der optischen Funktionsfläche während der Bearbeitung und beim Handling des Zwischenprodukts.
Vorzugsweise wird das Ablösen der Bauteile von dem Träger also zweistufig durchgeführt, wobei zunächst die Haftkraft gelöst und anschließend die Bauteile abgepickt werden. Das Herausarbeiten der Bauteile wird vorzugsweise als abschnittsweises Abtragen des Substratmaterials durchgeführt. Dabei wird quer zu der Substratebene von der zweiten Oberfläche des Substrats zumindest bis zu der ersten Oberfläche des Substrats, gegebenenfalls bis in die Trägerfolie hinein gearbeitet. Insbesondere eignen sich abrasive oder schleifende Abtragungsverfahren, bei welchen ringförmige Strukturen herausgearbeitet werden, um die Abschnitte innerhalb der ringförmigen Struktur zu erzeugen und zu vereinzeln. Es ist hierbei zu beachten, dass die Trägerfolie nicht vollständig durchgeschliffen werden sollte, so dass in vorteilhafter Weise ihre Funktion als zusammenhaltender Träger erhalten bleibt.
Es wird also bevorzugt erst das Substrat vollständig durchtrennt und anschließend das Trägermaterial teilweise abgetragen, nämlich bis eine Position zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche des Trägers erreicht ist oder zumindest bis zu der ersten Oberfläche des Trägers. Dabei werden vorzugsweise gleichzeitig in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von lateral benachbarten Bauteilen aus dem Substrat herausgearbeitet oder lateral voneinander getrennt .
Besonders bevorzugt werden die Bauteile mittels
Schwingläppen, insbesondere Ultraschallschwingläppen strukturiert herausgearbeitet. Hierbei werden die Bauteile mit einer Mehrzahl von hohlförmigen Läppstempeln aus dem Substrat ausgestochen, wobei jedem zu erzeugenden Bauteil genau ein Läppstempel zugeordnet ist. Vorzugsweise wird also ein Läppwerkzeug verwendet, welches eine Vielzahl von lateral benachbarten Läppstempeln aufweist, welche in dem selben Arbeitsschritt das Verbundelement bearbeiten. Vorzugsweise ist ein Array oder eine Matrix aus vielen, z.B. mehreren hundert bis tausend Läppstempeln an einer Sonotrode befestigt .
Mit dem Ultraschallschwingläppen können vorteilhafter Weise Bauteile mit Abmessungen von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Zentimetern hergestellt werden. Ferner ist die Bearbeitungsqualität am Rand bereits so hochwertig, dass unter Umständen auf eine konventionelle Bearbeitung wie Schleifen verzichtet werden kann, was mit einer enormen Kostenersparnis verbunden ist.
Das Ultraschallschwingläppen wird insbesondere ohne Stapeln bzw. Verbinden der Glassubstrate durchgeführt, so dass vorteilhafter Weise die Gefahr von Beschädigungen der Bauteile verringert werden kann.
Die Form der Läppstempel ist an die Form der herzustellenden Bauteile angepasst . Damit kann das Läppverfahren in vorteilhafter Weise an die jeweilige Anforderung angepasst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung werden Läppstempel mit je einem geschlossen ringförmigen, z.B. kreisringförmigen Querschnitt, d.h. insbesondere rohrförmige Läppstempel in Form eines nach unten offenen Hohlkörpers oder -Zylinders eingesetzt, um z.B. kreisrunde Glasplättchen zu erhalten.
Alternativ kann das Herausarbeiten der Bauteile auch mittels Strahlen mit einem Strahlgut, z.B. mittels Sandstrahlen durchgeführt werden, wobei das Material des Substrats zwischen den zu erzeugenden Bauteilen durch das Strahlen abgetragen wird. Dazu wird das Substrat z.B. mit strukturiertem Fotoresist oder einer festen Maske, insbesondere einer Metallmaske vor dem Bestrahlen bereichsweise abgedeckt . Insbesondere mittels des Strahlverfahrens kann die zweite Oberfläche des Substrats, z.B. noch während das Substrat und der Träger verbunden sind, vor, nach oder gleichzeitig mit dem Herausarbeiten der Bauteile strukturiert werden. Es werden z.B. Vertiefungen, Kavitäten etc. in dem Substrat erzeugt .
Der Vorteil des Sandstrahlens liegt darin begründet, dass auf die Herstellung eines Formwerkzeuges verzichtet werden kann. Ferner ist die Positionsgenauigkeit, z.B. unter Verwendung einer fotolithografischen Maske hoch. Die Abmessungen der Bauteile oder Strukturen sind hierbei nicht durch die Werkzeuggeometrie beschränkt .
Das Ablösen der Bauteile von dem Träger, wird insbesondere nach dem Herausarbeiten vorgenommen. Z.B. werden die Bauteile mittels Vakuum von dem Träger gepickt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn ein Lotmittel, z.B. eine Lotpaste aufgebracht werden soll, um z.B. die Fenster nachfolgend auf ein entsprechendes optisches Bauelement aufzulöten.
Das Lotmittel wird insbesondere als strukturierte Lotmittelschicht, z.B. mittels Siebdrucktechnik auf die zweite Substratoberfläche aufgedruckt . Es können aber auch andere strukturierte Funktionsschichten aufgebracht oder aufgedruckt werden.
Vorzugsweise wird, insbesondere vor dem Herausarbeiten der Bauteile und/oder gegebenenfalls nach dem Aufbringen des Lotmittels auf die zweite Oberfläche des Substrats bzw. auf die Lotmittelschicht eine Schutzschicht, z.B. ein Schutzlack aufgebracht, welcher in vorteilhafter Weise die Oberfläche vor Beschädigungen schützt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat oder Glassubstrat mit einer Beschichtung, z.B. einer Entspiegelungsbeschichtung, z.B. auf dessen erster oder zweiter Oberfläche versehen. Entweder wird der Schutzlack auf die Beschichtung aufgebracht, um diese zu schützen oder der Schutz der Beschichtung erfolgt durch die Trägerfolie.
Nach dem Herausarbeiten der Bauteile ist die Schutzschicht in eine Vielzahl von voneinander getrennten Abschnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt einem bestimmten Bauteil zugeordnet ist .
Ferner bevorzugt sind die Bauteile und Abschnitte der Schutzschicht durch das Herausarbeiten in demselben
Arbeitsschritt und mit demselben Werkzeug quer zu der Substratebene bündig bearbeitet oder abgetragen.
Die Lotmittelschicht wird unmittelbar vor, aber in demselben Arbeitsschritt wie das Herausarbeiten der Bauteile in lateral benachbarte und voneinander getrennte Abschnitte zerteilt. Dadurch ist die Lotmittelschicht nach dem Herausarbeiten der Bauteile und vor dem Ablösen der Bauteile von dem Träger in eine Vielzahl von lateral benachbarten und getrennten Abschnitten zerteilt, wobei jeder Abschnitt genau einem bestimmten Bauteil zugeordnet ist.
Ferner bevorzugt wird die Schutzschicht, insbesondere nach dem Herausarbeiten und/oder vor dem Trennen der Bauteile von dem Träger, bzw. vor dem Separieren, die Schutzschicht, z.B. mittels einer Durchlauf- oder Ultraschall-Waschmaschine entfernt. Die Entfernung der Schutzschicht erfolgt also insbesondere am flächigen Substrat bzw. Substrat-Träger- Verbund . In vorteilhafter Weise kann so eine Beschädigung der Substratoberfläche weitgehend vermieden werden und die Entfernung ist verglichen mit einer Entfernung am vereinzelten Bauteil wesentlich weniger aufwändig. Letzteres macht sich besonders bei Bauteilen mit geringen Abmessungen, z.B. mit einem Durchmesser von < 5 mm und dem damit verbundenen geringen Gewicht höchst vorteilhaft bemerkbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei die Merkmale der verschiedenen Ausfuhrungsformen miteinander kombiniert werden können und gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Kurzbeschreibung der Figuren Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt der Ausfuhrungsform aus Fig. 1 in einem späteren Verfahrensstadium, Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf die Ausfuhrungsform aus Fig. 2 in einem späteren Verfahrensstadium,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 5 einen schematischen Querschnitt der Ausfuhrungsform aus Fig. 4 in einem späteren Verfahrensstadium, Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausfuhrungsform aus Fig. 5, Fig. 7 ein Flussdiagramm einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 8 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Verbundelement 8 umfassend ein Glassubstrat 10 mit einer auflaminierten Kunststofffolie 12, wobei die untere Oberfläche 10a des Glassubstrats 10 und die obere Oberfläche 12a der Kunststofffolie 12 flächig lösbar miteinander verbunden sind. Auf eine obere Oberfläche 10b des Substrats 10 ist ein Schutzlack 14 aufgetragen. Mit einer unteren Oberfläche 12b der Trägerfolie 12 kann das Verbundelement 8 z.B. auf eine Arbeitsplatte aufgelegt werden.
Vier nebeneinander angeordnete hohlzylindrische Läppstempel 20 werden von einer Sonotrode über einen gemeinsamen Halter 22 zum Ultraschallschwingen angeregt und in Richtung des Pfeils 24 kraftbeaufschlagt. Die Läppstempel 20 tragen aufgrund ihrer Formgebung das Material des Schutzlackes 14, des Substrates 10 und der Trägerfolie 12 abschnittsweise, genauer kreisringförmig ab, um eine Vielzahl von Bauteilen 16 aus dem Substrat 10 auszustechen. Das Substrat 10 wird also vollflächig in einem Arbeitsschritt bearbeitet.
Die Läppstempel 20 sind in Fig. 1 in einer Position dargestellt, in welcher sie entlang der Kraftbeaufschlagungsrichtung 24 oder quer zu der
Substratebene 26 die Schutzschicht 14 vollständig und das Substrat 10 teilweise durchdrungen haben. Die Trägerfolie 12 ist noch nicht erreicht.
Fig. 2 zeigt das Verbundelement 8, bestehend aus dem Substrat 10, der Trägerfolie 12 und der Schutzschicht 14 nach dem die Bauteile 16 mittels der Läppstempel 20 herausgearbeitet und die Läppstempel 20 entfernt worden sind. Um die zylindrischen Bauteile oder Glasplättchen 16 ist jeweils eine kreisringförmige Ausnehmung 28 durch das abrasive Herausarbeiten mit den Läppstempeln 20 erzeugt worden. Es ist zu sehen, dass die Ausnehmung 28 quer zu der Substratebene 26 die Schutzschicht 14 und das Substrat 10 vollständig durchdringt, wohingegen die Läppstempel 20 in die Trägerfolie lediglich teilweise eingedrungen sind. Fig. 2 zeigt den
Zustand des Verbundelements 8 nach dem Herausarbeiten, aber vor dem Ablösen der Bauteile 16 von der Trägerfolie 12.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Verbundelement 8 aus Fig. 2 nach dem Entfernen oder Abwaschen der Schutzschicht 14. Es ist also die obere Oberfläche 10b des Substrats 10 sowohl an den Bauteilen 16 als auch an den Zwischenräumen 18 zwischen den Bauteilen 16 freigelegt. In den kreisringförmigen Ausnehmungen 28, welche von den Läppstempeln herausgearbeitet wurden, ist die Trägerfolie 12 freigelegt .
Bezug nehmend auf Fig. 4 ist ein Verbundelement 8' mit einem ähnlichen Aufbau wie das Verbundelement 8. Das Verbundelement 8' unterscheidet sich von dem Verbundelement 8 lediglich dadurch, dass unter der Schutzschicht 14 eine Lotmittelschicht 32 in Form von einer Vielzahl von kreisringförmigen Lotringen aufgedruckt ist.
Die Lotmittelschicht 32 ist als Lotpaste vor dem Aufbringen der Schutzschicht 14 mittels Siebdruck strukturiert aufgedruckt und getrocknet worden. Um die Haftung der Lotmittelschicht auf dem Substrat zu erhöhen, kann die Lotmittelschicht zusätzlich noch vorverglast werden.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Verbundelement 8' nach dem Entfernen der Schutzschicht 14, wobei das Verbundelement 8' noch das Substrat 10, die Trägerfolie 12 und die Lotmittelschicht 32 umfasst . Bezug nehmend auf Fig. 6 ist eine Draufsicht auf das Verbundelement 8' dargestellt. Es sind die von der Schutzschicht 14 gereinigten Bauelemente 16 mit jeweils einem Lotring 32 auf der oberen Oberfläche 10b zu sehen.
Wieder Bezug nehmend auf die Fig. 4 und 5 wird das Herausarbeiten der Bauteile 16 unter Verzicht auf ein sogenanntes Stacking durchgeführt . Durch das Ausstechen oder Ausbohren der Bauteile 16 ohne Verwendung eines Stacks, können die Lotpasten mit einem strukturierten Siebdruck kostengünstig aufgebracht werden, um die Lotringe 32 zu bilden. Das Ausstechen erfolgt nach dem Aufbringen der Lotpaste .
Die Lotringe werden zum Beispiel auf Fenster von Optokappen für Halbleiterlaser oder LEDs zum Auflöten verwendet . Daher ist das Lot im Randbereich des optischen Bauteils bzw. des Fensters 16 aufgetragen.
Bezug nehmend auf Fig. 7 ist ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Ultraschallschwingläppen dargestellt. Zunächst wird die Trägerfolie auf das Glassubstrat auflaminiert . Anschließend wird optional die Lotpaste zum Erzeugen der Lotstrukturen oder Lotringe 32 aufgedruckt und anschließend getrocknet.
Anschließend wird optional der Schutzlack 14 aufgetragen. Anschließend werden, wie in Fig. 4 dargestellt, die Bauteile oder Optokappen 16 mittels Ultraschallschwingläppen mit einem Formwerkzeug, welches die Läppstempel 20 umfasst bis in die Trägerfolie 12 herausgearbeitet .
Anschließend wird, sofern vorhanden, der Schutzlack wieder entfernt, z.B. in einer Ultraschallwaschmaschine. Anschließend wird die Trägerfolie 12 mit UV-Licht bestrahlt, wodurch die Haftkraft an dem Substrat 10 gelöst, d.h. geschwächt wird, ohne dass die Trägerfolie von dem Substrat 10 getrennt wird. Anschließend werden die Optokappen 16 von der Trägerfolie 12 abgepickt.
Erfindungsgemäß entfällt also das aufwendige Handling der kleinen Optofenster 16 bis zum Abpicken von der Trägerfolie. Gegenüber dem herkömmlichen Dispensen in der Optokappe ergeben sich also deutliche Kostenvorteile.
Bezug nehmend auf Fig. 8 ist ein AblaufSchema für das erfindungsgemäße Verfahren, ähnlich Fig. 7, dargestellt. Fig. 8 unterscheidet sich dadurch, dass anstatt des
Ultraschallschwingläppens das Herausarbeiten der Optokappen mittels Sandstrahlen durchgeführt wird.
Hierbei wird nach dem Auflaminieren der Trägerfolie auf das Glassubstrat bzw. dem Trocknen der Lotpaste ein Fotoresist auf die obere Oberfläche 10b des Substrats 10 aufgetragen und fotolithografisch strukturiert. Nach der Strukturierung liegen die kreisringförmigen Ausnehmungen 28 um die Optokappen 16 frei. Nun wird von der oberen Oberfläche 10b her mittels Sandstrahlen das Substratmaterial abgetragen, zumindest bis die obere Oberfläche 12a der Trägerfolie 12 erreicht ist. Anschließend wird der Fotoresist entfernt und weiter wie gemäß Fig. 7 verfahren.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Bauteilen (16) , insbesondere von Glasplättchen, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Substrats (10) , Bereitstellen eines Trägers (12) , Verbinden einer ersten Oberfläche (10a) des Substrats (10) mit einer ersten Oberfläche (12a) des Trägers (12) , Herausarbeiten der Bauteile (16) aus dem Substrat (10) , wobei die Bauteile (16) zumindest unmittelbar nach dem Herausarbeiten von dem Träger (12) zusammengehalten werden und Ablösen der Bauteile (16) von dem Träger (12) , um die Bauteile (16) zu separieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (16) bei dem Herausarbeiten lateral voneinander getrennt werden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat (10) aus Glas oder einem glasartigen Material verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger (12) eine Trägerfolie verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausarbeiten der Bauteile (16) ein abschnittsweises Abtragen des Substratmaterials (10) von einer zweiten Oberfläche (10b) des Substrats (10) , welche der ersten Oberfläche (10a) gegenüberliegt, zumindest bis zu der ersten Oberfläche (10a) des Substrats (10) umfasst .
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Herausarbeiten der Bauteile (16) das Substratmaterial (10) und das Trägermaterial (12) abschnittsweise und nacheinander abgetragen werden, bis eine Position zwischen der ersten und einer zweiten Oberfläche (12a, 12b) des Trägermaterials (12) , wobei die zweite der ersten Oberfläche gegenüberliegt, erreicht ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von lateral benachbarten Bauteilen (16) aus dem Substrat (10) herausgearbeitet werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausarbeiten der Bauteile (16) mittels Schwingläppen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingläppen mit einer Mehrzahl von hohlförmigen Läppstempeln (20) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Läppstempel (20) mit einem geschlossen ringförmigen Querschnitt verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausarbeiten der Bauteile (16) mittels Strahlen mit einem Strahlgut durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (10b) des Substrats (10) strukturiert wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablösen der Bauteile (16) von dem Träger (12) mittels Vakuum durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotmittel (32) aufgebracht wird.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmittel in Form einer Lotmittelschicht (32) strukturiert aufgedruckt wird.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zweite Oberfläche (10b) des Substrats (10) bzw. auf die Lotmittelschicht eine Schutzschicht (14) aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (14) nach dem Herausarbeiten und/oder vor dem Separieren entfernt wird.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden: - Bereitstellen des Substrats (10) und des Trägers (12), - nachfolgend Verbinden des Substrats (10) mit dem Träger (12) , - nachfolgend Aufbringen der Lotmittelschicht (32) , - nachfolgend Aufbringen der Schutzschicht (14) , - nachfolgend Anbringen einer Maske zum Strukturieren, - nachfolgend Herausarbeiten der Bauteile (16) aus dem Substrat - nachfolgend Entfernen der Maske, - nachfolgend Entfernen der Schutzschicht (14) , - nachfolgend Lösen der Haftkraft des Trägers (12) , - nachfolgend Ablösen der Bauteile (16) von dem Träger (12) .
19. Zwischenprodukt in Form eines Schichtverbundes (8), insbesondere herstellbar mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Substrat (10) , welches in eine Vielzahl von lateral getrennten Bauteilen (16) zerteilt ist und einen gemeinsamen (flächigen) Träger (12) , wobei die Bauteile (16) lateral benachbart an dem gemeinsamen Träger (12) lösbar befestigt sind.
20. Zwischenprodukt nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lotmittelschicht (32) auf der zweiten Oberfläche (10b) des Substrats und gegebenenfalls unter der Schutzschicht (14) aufgebracht ist, wobei die Lotmittelschicht (32) in eine Vielzahl von lateral getrennten Abschnitten zerteilt ist und jeder Abschnitt einem bestimmten Bauteil (16) zugeordnet ist.
21. Zwischenprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotmittelschicht (32) strukturiert aufgedruckt ist.
22. Zwischenprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Oberfläche (10a) des Substrats (10) mit einer ersten Oberfläche (12a) des Trägers (12) verbunden ist und das Substrat (10) auf einer zweiten Oberfläche (10b) , welche der ersten Oberfläche (10a) gegenüberliegt, und/oder auf der Lotmittelschicht, eine Schutzschicht (14) aufweist.
23. Zwischenprodukt nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (14) in eine Vielzahl von voneinander getrennten Abschnitte unterteilt ist, jeder Abschnitt einem bestimmten Bauteil zugeordnet ist und das Substrat eine Ebene definiert, wobei die Bauteile und die Abschnitte der Schutzschicht (14) quer zu der Ebene bündig bearbeitet sind.
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