WO2017009379A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von glas- oder glaskeramikteilen - Google Patents

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WO2017009379A1
WO2017009379A1 PCT/EP2016/066663 EP2016066663W WO2017009379A1 WO 2017009379 A1 WO2017009379 A1 WO 2017009379A1 EP 2016066663 W EP2016066663 W EP 2016066663W WO 2017009379 A1 WO2017009379 A1 WO 2017009379A1
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glass
ceramic element
laser
glass ceramic
damage
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PCT/EP2016/066663
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Andreas Ortner
Albrecht Seidl
Frank-Thomas Lentes
Fabian Wagner
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Schott Ag
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    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24777—Edge feature

Definitions

  • the invention generally relates to the separation of
  • Glass parts such as glass parts made of glass plates.
  • the invention relates to the separation of
  • Filaments in glass can be caused as irreversible damage.
  • the juxtaposition of such damage in glass allows the separation of transparent substrates.
  • a filament is formed by an ultrashort laser pulse, whereby self-focusing occurs inside the glass due to the Kerr effect until the energy density at a point becomes so high that a plasma is ignited.
  • There is a plasma explosion in which the glass undergoes irreversible damage around this plasma formation site. From there emanates further radiation, which is subject to self-focusing and ends in a plasma explosion. This effect is repeated several times depending on the intensity. The energy decreases across the entire glass thickness, so the first plasma spots have the most energy and also produce the greatest damage.
  • Fracture created without a separating gap / joint is generated.
  • filaments are introduced in this way, which are located on the surface of a truncated cone, which makes it easier to trigger such geometrical
  • WO 2015/075059 A1 describes an arrangement in which a plurality of layers arranged one above the other in the substrate
  • WO 2016/010991 Al attempts the disadvantages of the refraction of the laser beam at the first To circumvent substrate surface by a prism is placed on the substrate whose surfaces
  • the invention has the object to enable a clean separation of glass parts along such a non-linear parting line.
  • the invention is very well applicable to brittle, especially glass-containing materials. Materials that come into question for the invention are therefore
  • the method is also for editing and cutting in the
  • Ultra short pulse laser which is used for the invention, based on the local destruction of the glass in the interaction zone with the laser light by generating close-lying submicron hollow channels, so hollow channels with a diameter smaller than 1 micron.
  • these submicron hollow channels as
  • the laser radiation is preferably introduced into the glass or glass ceramic with the aid of a beam shaping system in such a way that this line-shaped damage zone is set deterministically.
  • known optical systems such as externally fed beams, e.g. Beam-forming systems with strong spherical aberration or Bessel beams are used.
  • the method according to the invention for separating parts from glass or glass ceramic elements is based in particular on the fact that side by side along a parting line
  • Ultracurzpulslasers are generated, wherein the material of the glass or glass ceramic element for the wavelength of the laser pulses is transparent and wherein the laser pulses in the volume of the glass or glass ceramic element produce a plasma which the filamentous damage
  • Filamentous damage obliquely to the surface run.
  • the dividing line runs obliquely, preferably perpendicular to the light incidence plane.
  • Filamentous damage is then a part of the glass or glass ceramic element along the dividing line separated on the adjacent filamentous damage.
  • the damage channels are inserted so that their longitudinal direction from the
  • obtained dividing line is obtained without an additional subsequent processing step, such as a polishing, for obtaining the oblique edge shape is required. According to a development of the invention, it is provided, after insertion of the filament-shaped damages arranged side by side along the dividing line
  • Such a method step is also referred to as a cleaving step.
  • a cleaving step serves for pre-separation.
  • the glass element is preferably irradiated along the parting line with a CC> 2 laser in order to generate thermomechanical stresses in the glass element at the parting line. This can connect the filamentous damage
  • Material represent pre-damage in the material that runs along the dividing line.
  • micro-perforation ion used for the invention is - apart from tiny amounts - no material from the
  • the method has a special optical configuration in order to also obtain oblique edges of the glass or glass ceramic element at an angle of at least 12 °, at least 15 ° or even beyond after the separation.
  • This optical configuration comprises an optical element, preferably for guiding the laser beam.
  • This element may comprise a prism in a preferred embodiment. This can be particularly favorable
  • the starting point in this context is the point from which the plasma is generated when a laser pulse hits. At an angle of incidence as low as about 5 ° or more, this may cause the lateral intensity distribution to change and form secondary maxima around the central intensity maximum
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the refraction of laser pulses in the glass or glass ceramic element
  • Fig. 4 is a sketch for explaining the insertion
  • Fig. 6 is a glass or glass ceramic element with
  • Fig. 7 shows a cross section through a glass
  • FIG. 8 is a schematic side view of a development of a laser processing apparatus for processing thicker glass or glass ceramic elements
  • FIG. 9b schematically in side view a
  • Fig. 11 sketchy a section through a glass or glass ceramic element with filament-like
  • FIG. 12 schematically shows an optical arrangement in which a circular conic section can be generated by means of a laser beam.
  • FIGS. 1 and 2 schematically show a
  • Laser processing device 1 with which a glass or glass ceramic part 2 microperforated by introducing filamentous damage and thus for a
  • the laser processing apparatus 1 comprises a
  • the laser pulses 8 are directed to the glass ⁇ or glass ceramic part.
  • the laser pulses 8 are directed by means of a scanner 11 in the desired direction and focused by means of a focusing device 13 on the glass or glass ceramic part.
  • Wavelength of ultrashort pulse laser 10 is chosen that the laser pulses 8 in the glass or glass ceramic element
  • the laser pulses 8 thereby generate in the volume of the glass or glass ceramic element 2 a plasma which the
  • Glass ceramic element 2 are successively moved over the surface 20 along the intended dividing line 4.
  • the laser pulses are also directed obliquely onto the surface 20 of the glass or glass ceramic element 2, so that an angle exists between the surface normal 21 and the direction of the laser pulses 8.
  • the longitudinal direction of the filament-shaped damage 6, as shown in Fig. 1 obliquely to the surface 20.
  • the influence of the refraction of the laser light on the surface 20 of the glass ⁇ or glass ceramic element 2 is not shown in Fig. 1 simplifying.
  • the separation can, as mentioned above, furthermore be facilitated by a cleaving step carried out after insertion of the filamentary damage, preferably by means of a CC> 2 laser.
  • Laser pulses 8 continue obliquely directed to the surface 20 that the light incidence plane 82 is transverse, preferably perpendicular to the dividing line 4. Accordingly, the direction of travel, along which lies the
  • Impact point 80 is moved across the surface 20, transversely, preferably perpendicular to the Lichteinfallsebene 82.
  • the Lichteinfallsebene 82 is spanned by the light incident direction and the surface normal 21. Is the
  • Dividing line as curved in the example shown, for example, circular, so the orientation of the dividing line 4 transverse to the Lichteinfallsebene 82 is to be understood that the tangent to the dividing line 4 transversely, preferably perpendicular to the Lichteinfallsebene 82.
  • Glass ceramic element 2 which comprises:
  • the holder for the glass or glass ceramic element 2 is given by a support.
  • a lateral support is not necessarily necessary.
  • the scanning device is given by the scanner 11 in the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • Glass ceramic element 2 is performed.
  • a movement of the laser beam by means of a scanner 11 and a movement of the glass or glass ceramic element 2 by means of a holder can be combined.
  • After insertion of the oblique to the surface 20 extending filament-shaped damage is then a part 3 of the glass or glass ceramic element along the
  • the astigmatism can be corrected.
  • a cylindrical lens or other optical device By a cylindrical lens or other optical device, the astigmatism can be corrected. According to one embodiment of the invention is therefore a
  • Focusing device 13 is provided, which is arranged, an astigmatic deformation of the beam profile of the laser pulses 8 when entering the glass or
  • the laser pulses 8 according to a preferred development of the invention filament-shaped damage 6 with a length of at least 200 microns, particularly preferred
  • pulse energies and pulse durations are selected.
  • filamentous damage is an operation of the laser 10 in burst mode.
  • the laser pulse is not delivered as a single pulse, but as a result of shortly successively delivered pulses, which together
  • Pulse packet forming a so-called burst. Accordingly, in an embodiment of the invention, an operation of the laser 10 in the form of a chronologically successive delivery of
  • Such a pulse packet generally has a slightly greater energy than a single pulse in conventional single-shot operation.
  • the pulses of a burst itself contain significantly less energy than a single pulse.
  • the pulse energies of the pulses decrease within a burst.
  • a suitable laser source according to the present invention is a neodymium-doped yttrium-aluminum garnet laser having a wavelength of 1064 nanometers, preferably 532 nanometers, more preferably 355 nanometers.
  • Laser source works in particular with a
  • Repetition rate which is between 10 kHz and 120 kHz, preferably between 30 kHz and 110 kHz, and most preferably between 35 kHz and 105 kHz.
  • Scan speed may preferably be selected so that the distance depends on the repetition rate
  • the suitable pulse duration of a laser pulse is in a range of less than 100 picoseconds, preferably less than 10 picoseconds.
  • the pulse duration can also be less than 1 picosecond.
  • the typical power of the laser source is particularly favorable in a range of 40 to 100 watts.
  • a pulse energy in the burst of more than 200 microjoules is used, further advantageously a total burst energy of more than 500 microjoules.
  • the power of the laser source is particularly favorable in a range of about 7 to 12 watts.
  • the laser energy deposited in the glass is> 80 pJ, preferably> 100 pJ and very particularly preferably> 150 pJ.
  • the repetition rate is the repetition rate of the output of
  • Bursts The pulse duration is essentially independent of whether a laser is operated in single-pulse mode or in burst mode.
  • the pulses within a burst typically have a similar pulse length as a pulse in single pulse mode.
  • Algorithm to compensate for the lateral offset as a function of the angle of incidence, the focus position and the material to be processed.
  • the offset is thus compensated, so that the filamentous damage in different depths are generated and their
  • This offset is preferably in the range of a few microns to max. 50 pm.
  • angles of incidence are based on the
  • Glass ceramic element 2 the refractive index of the glass or glass ceramic element 2, the depth of focus and the lateral offset are coordinated so that a
  • the lateral position of the point of incidence 80 of the laser pulses are corrected depending on the depth of focus.
  • the lateral position is in particular the position in the direction of the section of the light incidence plane 82 with the surface 20 of the glass or glass ceramic element.
  • the lateral position can also be used as a distance to the
  • the points of incidence 80 of the laser pulses 8 on the glass or glass ceramic element 2 are moved over its surface 20 in the direction along the parting line 4 at least twice, that is in at least two passes, with each
  • filament-shaped damage 6 are arranged collinear in their longitudinal direction without lateral offset in the beam direction. With the collinear, or offset-free arrangement of the filament-shaped damage an offset-free interface is made in this way.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of how the laser pulses 8 in the glass or glass ceramic element 2 are broken.
  • the laser pulse 8 is offset laterally by a distance ⁇ at a depth d in relation to the impact point 80. Due to the refraction applies to the angle ß to the surface normal 21 in the interior of the glass or
  • Damages 6 lie one behind the other without lateral offset, the lateral position of the impact point 80 is changed by a distance V.
  • the point of incidence 80 of the laser pulse is shifted by a distance V.
  • Dividing line 4 traversed at least twice and the crossing depth in a crossing over a previous
  • Crossing varies, wherein the position of the impact point 80 is shifted depending on the depth of focus so that the focus points are in line during the crossings.
  • a shift of the focal point in the direction perpendicular to the parting line according to the above
  • Glass ceramic article 2 some special features: If the part 3 is separated, so the part 3 has an oblique edge surface or edge surface, by the fracture surface in the
  • FIG. 5 shows a first example of a plate or disk-shaped glass or glass-ceramic element 2 which can be produced according to the invention.
  • the invention can also be applied to straight-line separation lines, as explained above, this results in
  • the glass or glass ceramic article 2 processed according to the invention preferably applies in this case to the fact that it is a closed, circumferential surface, or the beginning and end section of the edge surface enclose an angle of at least 75 °, preferably at least 85 °.
  • the edge surface 24 adjoins the edges 27, 28 on the side surfaces 25, 26.
  • FIG. 5 represents a particularly preferred application in which a window or an opening 23 in the glass or glass ceramic element 2 has been produced by separating a part along a closed parting line. Accordingly, the opening is bounded by a peripheral edge surface 24.
  • the filamentous damage 6 continue to be transverse, preferably perpendicular to the edges
  • Edge surface 24 is an outer edge, or as shown, an inner edge of an opening, the inclination direction along the edges remains the same. So if you drive off one of the edges, the edge surface along this edge is either clockwise or counterclockwise inclined.
  • Edge surface 24 always points to the same edge 27 or 28. In the case of a limited by the edge surface 24 opening 23 in the glass or glass ceramic element, this leads to one of the edges 27, 28 (in the illustrated
  • edge 28 further than the other edge protrudes into the opening. If the edge surface 24 forms an outer edge of the glass or glass ceramic element 2, accordingly, conversely, one of the edges 27, 28 projects further out. Without limiting to the specific example shown in FIG. 5, therefore, a disc-shaped glass or glass ceramic element 2 is provided by the method according to the invention
  • the glass or glass ceramic element 2 has an opening 23, which the peripheral edge surface 24 is limited. In the case of an opening 23, this bevel causes the opening 23 generally to one of
  • the angle of incidence of light is preferably in the range of 3 ° to 30 °, more preferably in the range of 3 °, more than 5 °, more than 10 °, more than 12 °, more than 15 °, or even more than 20 ° to over 30 °.
  • the light incidence angle is also at least 5 °, about a sufficiently inclined edge surface 24 to
  • this angle which then determines the inclination of the edge surface 24, becomes somewhat smaller.
  • this angle which then determines the inclination of the edge surface 24, becomes somewhat smaller.
  • Edge surface 24 an inclination relative to the solder
  • Inclination angle is further preferably at most 55 °, more preferably at most 50 °.
  • the width is even less than 10 pm. This is accompanied by the fact that typically also the depth of the
  • Damage is generally at least 200 microns, preferably
  • edge surface 24 is favorable not only for the separation of the part to be removed from the glass or glass ceramic element 2 along an angled or curved dividing line. Rather, there are also special advantages for the further processing of the glass ⁇ or glass ceramic element 2. The oblique on all sides
  • extending, or inclined edge surface 24 facilitates the case of opening the exact fitting of parts, such as electrical or electronic
  • Fig. 6 shows an example of a glass or glass shown in cross-section
  • the tapering shape of the opening 23 results in the switch 15 being firmly anchored in the opening and also at high pressure on the switch 15 of the latter can not be pushed through the opening 24. If the switch 15 is glued, the adhesive can penetrate into depressions 6 (not shown in FIG. 6 for the sake of simplicity) and thus improve the anchoring of the part inserted into opening 23, for example a switch 15 or else an electrical display element.
  • At least one opening 23 is provided, which is bounded by the edge surface 24, wherein in the opening 23 at least one electrical or electronic element, preferably an operating element, such as the switch 15 and / or an electric Display element is anchored.
  • the anchoring can, as I said, for example by a
  • Display element can of course also be combined with each other, for example in the form of a
  • Offset line which is from the first offset line
  • FIG. 7 shows a glass or glass ceramic element 2 having a surface 20. An angle to the surface 20 has become
  • the laser beam is laterally displaced.
  • the disturbances 6, 6 ', 6 "generated along the respective paths are thereby arranged in a stepped manner.
  • the disturbances 6 correspond to the lowest level.
  • Disturbances 6 ' are at the next higher level, which in turn follows the stage at which the perturbations 6 are located.
  • the individual steps 6, 6 ', 6 "extending obliquely through the oblique incident radiation to the side surfaces 25, 26 are preferably introduced from bottom to top, ie the laser beam is deflected during the execution of the
  • inventive method with respect to the glass element 2 is guided from the inside to the outside.
  • the slope at these stages is also, as can also be seen in Fig. 7, according to a preferred
  • FIG. 8 A further development of the method according to the invention is shown schematically with reference to a laser processing device 100 in FIG. 8, in which a thicker glass or glass ceramic element 2 is formed by introducing oblique
  • the laser processing device 100 comprises an optical element 99 for guiding the laser beam.
  • the optical optical element 99 for guiding the laser beam.
  • Element is characterized by at least two planar surfaces, wherein the laser beam enters the optical element through a first planar surface and exits the optical element again through the second planar surface.
  • it is an optical prism or a dispersion prism.
  • the optical element thus has essentially the function of steering the
  • the optical element 99 is therefore arranged in the beam path of the laser radiation 8.
  • a wedge prism 90 is provided with a first prism surface 91 through which the laser radiation 8 enters, and a second prism surface 98 through which the laser radiation
  • the prism surfaces 91, 98 thus represent the refractive surfaces.
  • Ultrashort pulse laser 10 is again selected so that the laser pulses 8 can penetrate into the glass or glass ceramic element 2 and pass through it.
  • This optical system of the laser processing apparatus 100 having the optical element 99 serves to provide the
  • the inclination of the laser beam facing surface 20 can be compensated thereby.
  • the wedge angle of the prism is chosen so that no total reflection of the laser radiation occurs.
  • the prism is made of an optical glass, in the example of the optical glass "N-BK7", available from the company SCHOTT, Mainz .It may also be made of quartz glass, in order to avoid unwanted reflections of the laser radiation 8
  • an antireflection coating is favorably applied to the refractive prism surfaces 91, 98.
  • the antireflection coating is advantageously matched to the wavelength of the laser radiation 8 to
  • favorable coating for example, be a broad anti-reflection coating for a wavelength of 1050 to 1700 nm.
  • the great advantage of such an arrangement is the fact that a distortion of the laser beam 8 due to refraction at the interface of the glass or
  • thicker glass or glass ceramic elements angle of incidence of more than 5 °, in particular more than 10 °, more than 12 °, more than 15 ° or more than 20 ° are desired.
  • thicker workpieces are to be understood as meaning workpieces which have a thickness of more than 2 mm, more than 4 mm, more than 6 mm or even more than 8 mm. Distortion is particularly important when, in such thicker workpieces at a depth of more than 1.5 mm, more than 2 mm, more than 3 mm or even more than 4 mm, starting from the surface 20 of the glass or
  • the prism 90 of the laser processing apparatus 100 can thus also be used to machine glass or glass ceramic elements which are 4 mm or thicker, even in the case of a
  • Such inclined filaments can thus also in a depth of more than 1.5 mm, more than 2 mm, more than 3 mm or even more than 4 mm, starting from the surface 20 of the glass or glass-ceramic element 2.
  • the optical element 99 in the example thus the wedge prism 90, is brought into the beam path of the laser radiation 8, wherein the wedge angle of the wedge prism 90 is selected such that the inclination of the laser beam.
  • the wedge prism 90 and the glass or glass ceramic element 2 are in full-surface contact with each other, wherein the second prism surface 98 rests on the surface 20.
  • the optical element 99 in the example thus the prism 90, is made of the same material as the glass or glass ceramic element 2, so that the laser beam 8 without refraction and thus without further distortion of the wavefronts at the media boundary in the Glass or glass ceramic element 2 enters.
  • the filament in the glass or glass ceramic element 2 is made of the same material as the glass or glass ceramic element 2, so that the laser beam 8 without refraction and thus without further distortion of the wavefronts at the media boundary in the Glass or glass ceramic element 2 enters.
  • a truncated cone prism is used, the flanks of which are oriented in such a way that no refraction occurs when the laser beam 8 enters the truncated cone, that is, there is a vertical incidence.
  • Fig. 12 shows a
  • Laser beam is greater than 200 pm, preferably greater than 500 pm and more preferably greater than 1000 pm, and their inclination against the substrate surface normal more than 5 °, more than 10 °, more than 12 °, more than 15 °, or even more than 20 °. This is the filamentous
  • collimated or focused laser beam 8 with respect to the generation of astigmatic errors and the associated influence on the intensity distribution of the
  • FIGS. 9a and 9b omit the illustration of the ultrashort pulse laser and the laser scanner.
  • the wavelength of the ultrashort pulse laser 10 for generating the laser radiation 8 is again selected so that the laser pulses 8 can penetrate into the glass or glass ceramic element 2.
  • the schematically illustrated laser processing device 101 comprises an optical element in the form of an optical prism 92. It is in the beam path of the
  • Laser radiation 8 brought that the laser radiation
  • the prism 92 is with a
  • a gap s of a predetermined size is formed between that of the surface 20 of the Glass or
  • the prism 92 and the surface 20 of the glass or glass ceramic element 2 do not touch.
  • Refractive indices of the paired materials for example, instead of air in the gap, other media, such as liquids, for balancing the
  • index matching Indexes of refraction
  • Laser processing apparatus 101 further includes two
  • the two deflecting mirrors 94, 95 of the optical system make the laser processing apparatus 101 particularly flexible in use, for example in relation to the production of oblique filament-like damage channels along a parting line in preparation for separating circular or rotationally symmetrical inner cutouts from one
  • the two deflecting mirrors 94, 95 are both tiltable about the transverse axis as well as movable relative to each other with respect to their relative distance.
  • the optical system may also be arranged to be rotatable about its vertical and / or horizontal axis. Due to the relative distance between the two deflecting mirrors 94, 95
  • a radius can be adjusted to along a circular parting line the
  • the deflecting mirror 94 lying first in the beam path directs the laser radiation 8 onto the deflecting mirror 95 following in the beam path.
  • the angle of inclination of this deflecting mirror 95 is matched to the wedge angle of the prism 92 and set up such that the laser radiation 8 is preferably perpendicular to the surface 91 facing the laser radiation hits. Due to the spacing of optical element 99 and
  • the angle adjustment of the deflection mirror can be very fine.
  • the focusing element 93 for example, a
  • Condensing lens can be used to set the starting point 97 of the filamentary damage channel 6 in the glass ⁇ or glass ceramic element 2. It is in the beam path of
  • the focusing element 93 for this purpose is arranged to be movable along the beam direction, in the example, the direction of movement is marked A. This allows to easily start point 97 of the
  • ⁇ a rotationally symmetrical inner cutout in a glass or glass ceramic element can by rotation of the optical system comprising deflecting mirrors 94, 95, 93 and focusing dispersion prism 92 to the surface normal are generated 21st
  • the side view schematically shown in Fig. 9b on a laser processing apparatus 101 shows a
  • Direction is directed, for example, a
  • the focusing element 93 and the prism 92 are thereby moved synchronously, so that the laser radiation 8 at all times passes through these elements.
  • the second prism surface 98 is additionally provided
  • Glass ceramic element 2 tilted by an inclination angle ⁇ . This serves to further influence the direction of the laser radiation.
  • Laser beam 8 in the air gap s and the inclination angle ⁇ of the second prism surface 98 with respect to the surface 20 also means that there is a dependency on the location of the laser beam on the first prism surface 91, because when changing the lateral position of the
  • Beam on the prism surface 91 changes
  • upstream mirror alignments is to make.
  • FIG. 10 shows the functional relationship between the path of the laser beam 8 in the air gap and the inclination angle ⁇ of the second prism surface with respect to FIG
  • Substrate surface For example, for a gap s of 2 mm, a favorable inclination angle ⁇ in a range from 1.6 ° to about 3.3 ° results from the illustration.
  • Laser radiation 8 forms an intensity maximum, without causing the formation of larger secondary maxima. This is influenced by the distance s of the prism 92 and the surface 20 of the glass or glass ceramic element 2, the wedge angle of the prism and the inclination angle ⁇ of
  • Wedge angle of the prism, the distance s between the prism and the surface of the glass or glass ceramic element and / or the wavelength of the ultrashort pulsed laser radiation can then be determined that inclination angle ⁇ , which leads to an intensity maximum of the laser radiation.
  • the distance s is meant the distance that exists between the
  • Exit point of the laser radiation 8 from the prism 92 and the entry point of the laser radiation 8 in the surface 20 of the glass or glass ceramic element 2 measures.
  • a distance sensor 96 is provided for automatically determining the distance s between the prism 92 and the surface 20 of the glass or glass ceramic element 2, for example a confocal one
  • Laser processing device 101 may, for example, the
  • Tilt angle ⁇ between prism 92 and surface 20 be fixed and the distance s between prism 92 and Surface 20 are controlled by the distance sensor 96 to an optimum value.
  • the distance between the optical system comprising the deflecting mirrors 94, 95, the focusing element 93 and the prism 92, and the glass or
  • Glass ceramic element 2 is changeable.
  • FIG. 11 shows a sketch of a side view of a
  • Damage channel is marked B.
  • three filament-like damage channels 7, 7 ' , 7 " each about 500 to 600 micrometers long could be produced in an 8 mm thick glass element 2, the starting point of the damage channels 97 ' and 97 ' lying in the lower half of the glass element 2 and thus at a depth of more than 4 mm, starting from the surface 20 on which the
  • Laser radiation 8 enters the glass element 2. In this way you can with constant
  • filamentous damage channels are generated.
  • It can be generated with a length of at least 200 microns, preferably at least 500 microns with the laser pulses 8 according to the embodiment of the invention oblique filament-shaped damage 6, 7, wherein the angle between the light incident direction of the laser pulses and the surface normal, ie the obliquity of the longitudinal axis of Damage channels to the surface normal, more than 5 °, more than 12 °, more than 15 ° or even more than 20 °.
  • Fig. 12 finally shows schematically an optical
  • an attached truncated cone prism 89 is used, the flank 88 is oriented such that upon entry of the laser beam 8 in the truncated cone no refraction occurs. So there is vertical incidence.
  • the base of the truncated cone prism 89 is flat
  • a mirror 95 is provided which directs the laser beam 8 on the flank 88 of the truncated cone prism so that it impinges perpendicular to the flank 88. In this case, the deflection mirror 95 rotates about one
  • An x-y scanner (not shown) is provided and adapted for directing the laser beams 8 onto the deflection mirror 95 during the rotation, the laser radiation 8 always striking the edge 88 at the same angle.
  • dashed form shows a further position of the deflecting mirror 95a, wherein the mirror compared to the
  • Rotation axis 87 is rotated. In this position, the laser beam 8a also hits on a 180 ° rotated
  • the laser beam 8, 8a can be guided along the circular conic section with vertical incidence over the lateral surface of the truncated cone while avoiding refraction when entering the truncated cone prism 89.
  • multiple rotation about the axis of rotation 87 can be in this way even with thicker glass or glass ceramic elements 2 at different depths the
  • both collinear and offset microperforations can be produced in glass or glass ceramic elements having a thickness of 1 mm or more. It was also possible to machine a glass and glass ceramic element with a thickness of more than 4 mm or even up to 8 mm or even more.
  • according to another aspect of the invention is also a
  • Glass ceramic element 2 is provided, which in addition to the elements of the laser processing device 1 comprises a prism 90, 92.
  • an opening 23 are produced, which is not limited by a completely circumferential edge surface 24.
  • such an opening may also be present at the edge of the glass or glass ceramic element 2, so that the bevelled edge surface 24 in the edge of the
  • Element passes, or the opening 23 is laterally open and thus has the shape of a recess on the edge of the glass or glass ceramic element. Furthermore, the embodiment of FIG. 5 with only one along the edge surface 24 extending row of

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Abstract

Um das Abtrennen von Teilen von einem Glas- oder Glaskeramikelement zu verbessern, ist ein Verfahren vorgesehen, bei welchem - nebeneinander entlang einer Trennlinie (4) filamentförmige Schädigungen (6) im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements (2) erzeugt werden, und - die Schädigungen durch Laserpulse (8) eines Ultrakurzpulslasers (10) erzeugt werden, wobei das Material des Glas- oder Glaskeramikelements (2) für die Laserpulse (8) transparent ist, und - die Laserpulse (8) im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements (2) ein Plasma erzeugen, welches die filamentförmigen Schädigungen (6) hervorruft, wobei - die Auftreffpunkte (80) der Laserpulse (8) auf das Glas- oder Glaskeramikelement (2) über dessen Oberfläche (20) entlang der Trennlinie bewegt werden, wobei - die Laserpulse (8) schräg auf die Oberfläche (20) des Glas- oder Glaskeramikelement (2) gerichtet werden, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse (8) und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen (6) schräg zur Oberfläche (20) verlaufen und außerdem - die Trennlinie (4) schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene (82) verläuft, und wobei - nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche (20) verlaufenden, nebeneinander entlang der Trennlinie (4) angeordneten filamentförmigen Schädigungen (6) ein Teil (3) vom Glas- oder Glaskeramikelement (2) entlang der Trennlinie (4) an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen (6) abgetrennt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Glas- oder Glaskeramikteilen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein das Abtrennen von
Glasteilen, wie etwa von Glasteilen aus Glasplatten. Im Speziellen betrifft die Erfindung das Abtrennen von
Glasteilen mittels eines lasergestützten Verfahrens.
Aus der WO 2012/006736 A2 ist im Speziellen bekannt, dass mit hochenergetischen Laserpulsen die Bildung von
Filamenten in Glas als irreversible Schädigungen verursacht werden kann. Die Aneinanderreihung solcher Schädigungen in Glas ermöglicht das Trennen von transparenten Substraten. Ein Filament entsteht durch einen ultrakurzen Laserpuls, wobei im Inneren des Glases infolge des Kerr Effektes eine Selbstfokussierung erfolgt, bis die Energiedichte in einem Punkt so hoch wird, dass ein Plasma gezündet wird. Es kommt zu einer Plasmaexplosion, bei der das Glas irreversible Schäden rund um diese Plasmaentstehungsstelle erleidet. Von dort geht weitere Strahlung aus, die der Selbstfokussierung unterliegt und die in einer Plasmaexplosion endet. Dieser Effekt wiederholt sich je nach Intensität mehrfach. Die Energie nimmt über die gesamte Glasdicke ab, so haben die ersten Plasmaspots die größte Energie und erzeugen auch die größten Schädigungen.
Die DE 10 2012 110 971 AI beschreibt ein Verfahren der Trennvorbereitung von transparenten Werkstücken, bei welchem sich quer durch das Werkstück erstreckende, aneinander gereihte Filamentstrukturen durch ultrakurze Laserpulsen entlang einer Sollbruchlinie erzeugt werden. In einem nachfolgenden Schritt wird die Trennung des
Werkstücks ausgeführt. Durch das Verfahren wird eine
Bruchlinie geschaffen, ohne dass ein Trennspalt /Fuge erzeugt wird.
In der US 2015/0034613 AI werden Optiken und Anordnungen zum Einbringen schräger, d.h. nicht senkrecht zur ersten vom Lichtstrahl gekreuzten Substratoberfläche
ausgerichteten Filamente bzw. Vorschädigungen beschrieben. Durch Verwenden von geeigneten optischen Elementen wie x-y- Scannern werden auf diese Weise Filamente eingebracht, die sich auf der Oberfläche eines Kegelstumpfes befinden, was ein erleichtertes Auslösen des derart geometrisch
festgelegten Innenteils aus dem Substrat ermöglicht. Des Weiteren beschreibt dieses Dokument die Anwendung des schräg im Substrat eingebrachten Filaments in der Nähe der Kante des Substrates, um das Substrat mit einer Fase zu versehen. Es sind verschiedene Varianten genannt, ein
Flachglas mit einer Fase zu versehen, wie beispielsweise das Anbringen einer einseitigen oder zweiseitigen Fase an der Kante oder das Erzeugen einer Spitze über der
Kantenmitte .
Um insgesamt eine größere Schnitttiefe zu erreichen, beschreibt die WO 2015/075059 AI eine Anordnung, bei der mehrere im Substrat übereinander angeordnete
Materialmodifikationen erzeugt werden.
Als Weiterentwicklung versucht die WO 2016/010991 AI die Nachteile der Brechung des Laserstrahls an der ersten Substratoberfläche zu umgehen, indem ein Prisma auf das Substrat aufgesetzt wird, dessen Oberflächen
antireflexvergütet für die verwendete Laserwellenlänge ist und dessen Keilwinkel derart gewählt ist, dass die dem Laserstrahl zugewandte Seite senkrecht zur Orientierung des Strahls ausgerichtet ist und so eine Perforierung schräg im Substrat in Kantennähe erzeugt werden kann.
Allen beschriebenen Verfahren aus dem Stand der Technik ist der Nachteil gemein, dass die Länge der erzeugten Filamente bei schräg auftreffendem Laserstrahl mit größer werdendem Einfallswinkel auf der ersten Substratoberfläche und tiefer im Substrat liegendem Startpunkt des Filaments im Substrat abnimmt .
Weitere Nachteile ergeben sich hieraus für das nachfolgende Abtrennen entlang der linienhaft eingebrachten
Modifikationen : Ist die Trennlinie geradlinig, so gestaltet sich das der Laserbearbeitung nachfolgende Abtrennen einfach.
Schwieriger ist das Abtrennen demgegenüber dann, wenn die Trennlinie gebogen ist, mehrere in einem Winkel zueinander stehende Abschnitte aufweist oder sogar eine geschlossene Linie bildet. Letzterer Fall ist unter anderem dann
gegeben, wenn eine Innenkontur, beziehungsweise ein Loch hergestellt werden soll. Beispielsweise tritt dieser Fall ein, wenn in eine Glasplatte ein Fenster geschnitten werden soll. Ebenfalls tritt dieser Fall auf, wenn ein Glasteil hergestellt werden soll, dessen Außenkontur vollständig durch die Trennlinie vorgegeben ist. Das Trennen entlang allgemein gebogener, abschnittweise gewinkelter oder sogar in sich geschlossenen Trennlinien ist deshalb schwierig, weil nicht ohne weiteres ein
hinreichendes Biegemoment auf das Glas an der Trennlinie ausgeübt werden kann und weil sich keine Fuge/Trennspalt ausbildet. Das Problem verschärft sich noch mit steigender Glasdicke .
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein sauberes Abtrennen von Glasteilen entlang einer solchen nicht geradlinigen Trennlinie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Generell ist die Erfindung sehr gut auf sprödbrüchige, insbesondere glashaltige Werkstoffe anwendbar. Werkstoffe, die für die Erfindung in Frage kommen, sind daher
insbesondere Glas und Glaskeramik. Darüber hinaus ist das Verfahren auch zur Bearbeitung und Trennen in den
jeweiligen Wellenlängenbereichen transparenter Dielektrika geeignet .
Das Präzisionstrennverfahren von Glas durch Erzeugung definierter Schädigungen auf kleinstem Raum durch
Ultrakurzpuls-Laser, welches für die Erfindung eingesetzt wird, basiert auf der lokalen Zerstörung des Glases in der Wechselwirkungszone mit dem Laserlicht durch Erzeugung von dicht beieinander liegenden Submikron-Hohlkanälen, also Hohlkanäle mit einem Durchmesser kleiner als 1 Mikrometer. Im folgenden werden diese Submikron-Hohlkanäle als
filamentartig bzw. filamentförmige (d.h. fadenförmige) Schädigungen bezeichnet, ohne dass notwendigerweise ein echter Filamentations-Prozess gemäß WO 2012/006736 A2 vorliegt. Im Gegenteil, bevorzugt wird die Laserstrahlung mit Hilfe eines Strahlformungssystems so in das Glas bzw. Glaskeramik eingebracht, dass sich diese linienförmige Schädigungszone deterministisch einstellt. Zur Ausbildung der Strahlgeometrie können bekannte optische Systeme wie externally fed beams, z.B. strahlformende Systeme mit starker sphärischer Aberration oder Bessel-Beams verwendet werden .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen von Teilen aus Glas- oder Glaskeramikelementen basiert im Speziellen darauf, dass nebeneinander entlang einer Trennlinie
filamentförmige, beziehungsweise entlang der
Lichtausbreitungsrichtung langgestreckte Schädigungen im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements erzeugt werden, wobei die Schädigungen durch Laserpulse eines
Ultrakurzpulslasers erzeugt werden, wobei das Material des Glas- oder Glaskeramikelements für die Wellenlänge der Laserpulse transparent ist und wobei die Laserpulse im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements ein Plasma erzeugen, welches die filamentförmigen Schädigungen
hervorruft, und wobei die Auftreffpunkte der Laserpulse auf das Glas- oder Glaskeramikelement über dessen Oberfläche entlang der Trennlinie bewegt werden, wobei die Laserpulse, beziehungsweise der Laserstrahl schräg auf die Oberfläche gerichtet werden, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse und damit auch die Längsrichtung der
filamentförmigen Schädigungen schräg zur Oberfläche verlaufen. Außerdem verläuft dabei die Trennlinie schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene. Nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche verlaufenden,
filamentförmigen Schädigungen wird dann ein Teil vom Glas- oder Glaskeramikelement entlang der Trennlinie an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen abgetrennt .
Mit anderen Worten werden also die Schädigungskanäle so eingefügt, dass deren Längsrichtung von der
Normalenrichtung der Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements abweicht. Es ergibt sich mithin eine schräge Schnitt- oder Trennfläche zwischen den zu
trennenden Teilen.
Auf diese Weise ist es grundsätzlich möglich, Glas- oder Glaskeramikelemente mit zumindest einer schrägen Kante herzustellen, wobei die schräge Kante an der Schnitt- oder Trennfläche direkt durch das Abrennen entlang der
erfindungsgemäß erzeugten Trennlinie erhalten wird, ohne dass ein zusätzlicher nachfolgender Bearbeitungsschritt, etwa ein Polieren, zum Erhalten der schrägen Kantenform erforderlich ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, nach dem Einfügen der nebeneinander entlang der Trennlinie angeordneten filamentförmigen Schädigungen einen
Auftreffpunkt einer Laserstrahlung, vorzugsweise eines Kohlendioxidlasers, auf dem Glaselement über dessen
Oberfläche entlang der Trennlinie zu bewegen, so dass entlang der Trennlinie lokale Zugspannungen im Glas hervorzurufen werden, um eine Rissbildung zwischen benachbarten filamentförmigen Schädigungen zu bewirken. Ein solcher Verfahrensschritt wird auch als Cleaving-Schritt bezeichnet . Ein Cleaving-Schritt dient der Vortrennung. Das Glaselement wird dabei entlang der Trennlinie vorzugsweise mit einem CC>2-Laser bestrahlt, um thermomechanische Spannungen in dem Glaselement an der Trennlinie zu erzeugen. Dadurch kann eine die filamentförmigen Schädigungen verbindende
Rissbildung entlang der Trennlinie erzeugt werden und somit ein zumindest abschnittsweises Auftrennen entlang der Trennlinie bewirkt werden.
Sowohl die Filamentstrukturen an sich, als auch durch einen Cleaving-Schritt hervorgerufene zusätzliche Risse im
Material stellen Vorschädigungen im Material dar, die entlang der Trennlinie verlaufen.
Bei der für die Erfindung eingesetzte Mikroperforat ion wird - von winzigen Mengen abgesehen - kein Material aus der
Trennfuge abgetragen. Beide zu trennenden Teile sind nach dem Einfügen der filamentartigen Schädigungen im
Wesentlichen noch miteinander verbunden. Mit zunehmender Glasdicke wird das Risiko der Verkantung zwischen den sich im Kontakt befindlichen Glasteilen aber immer größer, so dass eine sichere Trennung schwierig oder gar unmöglich wird. Durch den Einsatz schräger Schnittlinien, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen werden, wird das Herauslösen insbesondere von Innenlochteilen wesentlich erleichtert. Schräge Konturen von einigen Grad bis über 10° und mehr, beziehungsweise entsprechende schräge Bruchkanten
ermöglichen das Herauslösen ohne Verkantungsrisiko. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren eine spezielle optische Konfiguration, um auch schräge Kanten des Glas- oder Glaskeramikelements mit einem Winkel von wenigstens 12°, wenigstens 15° oder sogar noch darüber hinaus nach der Abtrennung zu erhalten.
Diese optische Konfiguration umfasst dabei ein optisches Element, vorzugsweise zur Lenkung des Laserstrahls. Dieses Element kann in einer bevorzugten Ausführung ein Prisma umfassen. Dieses kann besonders günstig einen
Einfallswinkel, der sich zwischen der Richtung des
Laserstrahls schräg auf die Oberfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements und der Oberflächennormalen ergibt, kompensieren. Die Schrägstellung der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements kann hierdurch im Wesentlichen ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass der Laserstrahl senkrecht auf das Glas- oder Glaskeramikelement auftrifft.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei dickeren
Werkstücken der erzeugende Laserstrahl durch Brechung mit steigendem Einfallswinkel und/oder tiefer liegendem
Startpunkt des Filaments verzerrt werden kann. Unter
Startpunkt ist in diesem Zusammenhang derjenige Punkt zu verstehen, von dem aus bei Auftreffen eines Laserpulses das Plasma erzeugt wird. Bei einem Einfallswinkel bereits ab etwa 5° oder mehr kann dies dazu führen, dass sich die laterale Intensitätsverteilung ändert und um das zentrale Intensitätsmaximum herum Nebenmaxima ausbilden, die
letztendlich dazu führen, dass sich die Filamentlänge in Strahlrichtung reduziert. Infolgedessen lassen sich dickere Werkstücke ab einer Dicke von etwa 4 mm mit bekannten Verfahren nur schwer
bearbeiten, wenn eine schräge Schnitt- oder Trennfläche mit einem Winkel von über 5°, über 10°, über 12°, über 15°, oder sogar über 20° erzeugt werden soll.
Durch das optische Element kann auf überraschend einfache Weise diesem Nachteil abgeholfen werden, so dass auch dickere Glas- oder Glaskeramikelemente mit schrägen Kanten erzeugt werden können und wobei der Winkel gegenüber der Oberflächennormalen mehr als 5°, mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15°, oder sogar mehr als 20° beträgt. Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der
beigeschlossenen Figuren erläutert. In den Figuren
bezeichnen gleiche Bezugszeichen dabei gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch in Seitenansicht eine
Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 die Laserbearbeitungsvorrichtung in
perspektivischer Ansicht,
Fig. 3 in schematischer Schnittdarstellung die Brechung von Laserpulsen im Glas- oder Glaskeramikelement, Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung des Einfügens
filamentartiger Schädigungen in verschiedenen Tiefen,
Fig. 5 ein Glas- oder Glaskeramikelement mit einer durch eine umlaufende Kantenfläche begrenzten Öffnung,
Fig. 6 ein Glas- oder Glaskeramikelement mit
abgeschrägten Kantenflächen und eingesetztem
Druckschalter,
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Glas- oder
Glaskeramikelement mit abgestuften Störungen,
Fig. 8 schematisch in Seitenansicht eine Weiterbildung einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen mit
aufgesetztem Prisma,
Fig. 9a schematisch in Seitenansicht eine weitere
Ausführungsform einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen mit beabstandetem Prisma,
Fig. 9b schematisch in Seitenansicht eine
Ausführungsform einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen mit beabstandetem Prisma,
Fig. 10 den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Weg des Lichtstrahls im Luftspalt und dem Neigungswinkel der zweiten Prismenoberfläche in Bezug auf die
Substratoberfläche, Fig. 11 skizzenhaft einen Schnitt durch ein Glas- oder Glaskeramikelement mit filamentartigen
Schädigungskanälen, die in unterschiedlichen Tiefen des Substrats eingebracht werden, und
Fig. 12 schematisch eine optische Anordnung, bei der mittels Laserstrahl ein kreisförmiger Kegelschnitt erzeugt werden kann.
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren
Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch eine
Laserbearbeitungsvorrichtung 1, mit welcher ein Glas- oder Glaskeramikteil 2 durch Einbringen von filamentförmigen Schädigungen mikroperforiert und damit für eine
nachfolgende Abtrennung eines Teils 3 des Elements 2 vorbereitet werden kann.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst einen
Ultrakurzpulslaser 10, dessen Laserpulse 8 auf das Glas¬ oder Glaskeramikteil gerichtet werden. Die Laserpulse 8 werden dazu mittels eines Scanners 11 in die gewünschte Richtung gelenkt und mittels einer Fokussiereinrichtung 13 auf das Glas- oder Glaskeramikteil fokussiert. Die
Wellenlänge des Ultrakurzpulslasers 10 wird so gewählt, dass die Laserpulse 8 in das Glas- oder Glaskeramikelement
2 eindringen können.
Die Laserpulse 8 erzeugen dabei im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ein Plasma, welches die
filamentförmigen Schädigungen 6 hervorruft. Die
Auftreffpunkte 80 der Laserpulse 8 auf dem Glas- oder
Glaskeramikelement 2 werden sukzessive über die Oberfläche 20 entlang der vorgesehenen Trennlinie 4 bewegt.
Wie anhand der Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich ist, werden die Laserpulse insbesondere auch schräg auf die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 gerichtet, so dass zwischen der Oberflächennormalen 21 und der Richtung der Laserpulse 8 ein Winkel besteht. Damit verläuft auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen 6, wie in Fig. 1 gezeigt, schräg zur Oberfläche 20. Der Einfluss der Brechung des Laserlichts an der Oberfläche 20 des Glas¬ oder Glaskeramikelements 2 ist in Fig. 1 vereinfachend nicht dargestellt.
Der Winkel zwischen der Lichteinfallsrichtung und der
Oberflächennormalen 21 kann, um das Abtrennen des Glasteils
3 zu erleichtern, im Bereich wenige Grade bis deutlich über 10° liegen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dabei zwischen der Lichteinfallsrichtung der Laserpulse und der Oberflächennormalen 21 der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ein Winkel im Bereich von 3°, mehr als 5°, mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15°, oder sogar mehr als 20° bis über 30° eingestellt. Das Abtrennen kann, wie oben erwähnt, weiterhin auch durch einen nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen vorgenommenen Cleaving-Schritt , vorzugsweise mittels eines CC>2-Lasers erleichtert werden.
Wie anhand von Fig. 2 zu erkennen ist, werden die
Laserpulse 8 weiterhin schräg so auf die Oberfläche 20 gerichtet, dass die Lichteinfallsebene 82 quer, bevorzugt senkrecht zur Trennlinie 4 liegt. Dementsprechend liegt auch die Fortbewegungsrichtung, entlang welcher der
Auftreffpunkt 80 über die Oberfläche 20 bewegt wird, quer, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82. Die Lichteinfallsebene 82 wird durch die Lichteinfallsrichtung und die Oberflächennormale 21 aufgespannt. Ist die
Trennlinie, wie auch im gezeigten Beispiel gekrümmt, beispielsweise kreisförmig, so ist die Orientierung der Trennlinie 4 quer zur Lichteinfallsebene 82 dahingehend zu verstehen, dass die Tangente an die Trennlinie 4 quer, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82 steht.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele ist gemäß einem Aspekt der Erfindung demgemäß auch eine
Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zum Vorbereiten eines
Abtrennens eines Teils 3 aus einem Glas- oder
Glaskeramikelement 2 vorgesehen, welche umfasst:
- einen Ultrakurzpulslaser 10, dessen Pulsleistung
ausreicht, um durch in Glas oder Glaskeramik fokussierte Laserpulse 8 filamentförmige Schädigungen 6 innerhalb des Glases oder der Glaskeramik zu erzeugen,
- eine Halterung für ein Glas- oder Glaskeramikelement 2,
- eine Fokussierungseinrichtung, um vom Ultrakurzpulslaser 10 erzeugte Laserpulse 8 in einem mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelement 2 zu fokussieren, sowie
- eine Scan-, beziehungsweise Bewegungs-Einrichtung, um
(i) die Laserpulse schräg auf die Oberfläche 20 eines mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelements 2 zu richten, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der
Laserpulse und damit auch die Längsrichtung der
filamentförmigen Schädigungen schräg zur Oberfläche 20 verlaufen, sowie, um
(ü) die Auftreffpunkte der vom Ultrakurzpulslaser erzeugbaren Laserpulse über die Oberfläche 20 des Glas¬ oder Glaskeramikelements 2 entlang einer Trennlinie 4 zu bewegen, derart, dass die Trennlinie 4 schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82 verläuft und die filamentförmigen Schädigungen 6 nebeneinander liegend entlang der Trennlinie 4 erzeugt werden.
Im einfachsten Fall ist die Halterung für das Glas- oder Glaskeramikelement 2 durch eine Auflage gegeben. Eine seitliche Halterung ist nicht zwangsläufig notwendig.
Die Scan-Einrichtung ist bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Scanner 11 gegeben. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das gehalterte Glas- oder Glaskeramikelement 2 zu bewegen, so dass der Auftreffpunkt 80 entlang der vorgesehenen
Trennlinie 4 über die Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements 2 geführt wird. Selbstverständlich kann eine Bewegung des Laserstrahls mittels eines Scanners 11 und eine Bewegung des Glas- oder Glaskeramikelements 2 mittels einer Halterung miteinander kombiniert werden. Nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche 20 verlaufenden, filamentförmigen Schädigungen wird dann ein Teil 3 vom Glas- oder Glaskeramikelement entlang der
Trennlinie an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen abgetrennt.
Zur Ausbildung der Strahlgeometrie können bekannte optische Systeme wie externally fed beams, z.B. strahlformende
Systeme mit starker sphärischer Aberration oder Bessel- Beams verwendet werden.
Für schief einfallende Strahlbündel, wie sie
erfindungsgemäß vorgesehen sind, kommt es bei der Brechung an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements 2 zu einer astigmatischen Verformung des Strahlprofils.
Durch eine Zylinderlinse oder auch eine andere optische Vorrichtung kann der Astigmatismus korrigiert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher eine
Fokussiereinrichtung 13 vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse 8 beim Eintritt in das Glas- oder
Glaskeramikelement 2 auszugleichen.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele werden mit den Laserpulsen 8 gemäß einer bevorzugen Weiterbildung der Erfindung filamentförmige Schädigungen 6 mit einer Länge von mindestens 200 Mikrometern, besonders bevorzugt
mindestens 500 Mikrometern erzeugt. Dazu werden geeignete Pulsenergien und Pulsdauern gewählt.
Besonders vorteilhaft für die Erzeugung langer
filamentförmiger Schädigungen ist ein Betrieb des Lasers 10 im Burst-Mode. Bei diesem Betriebsmodus wird der Laserpuls nicht als Einzelpuls abgegeben, sondern als Folge kurz hintereinander abgegebener Pulse, die gemeinsam ein
Pulspaket, einen sogenannten Burst bilden. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung ein Betrieb des Lasers 10 in Form einer zeitlich nacheinander folgenden Abgabe von
Laserpulsen in Form von Bursts, beziehungsweise Pulspaketen vorgesehen, wobei vorzugsweise jeder dieser Bursts jeweils eine der filamentförmigen Schädigungen 6 erzeugt.
Ein solches Pulspaket weist im Allgemeinen eine etwas größere Energie auf, als ein Einzelpuls im üblichen Single- Shot-Betrieb . Die Pulse eines Bursts selbst beinhalten aber deutlich weniger Energie als ein Einzelpuls. Weiterhin ist typisch, dass die Pulsenergien der Pulse innerhalb eines Bursts abnehmen. Bei bestimmten Lasern ist die
Energieverteilung der Pulse innerhalb des Bursts
einstellbar . Eine geeignete Laserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern, vorzugsweise 532 Nanometern, besonders bevorzugt 355 Nanometern. Die
Laserquelle arbeitet insbesondere mit einer
Repetitionsrate, welche zwischen 10 kHz und 120 kHz, bevorzugt zwischen 30 kHz und 110 kHz und ganz besonders bevorzugt zwischen 35 kHz und 105 kHz liegt. Die
Scangeschwindigkeit kann vorzugsweise so gewählt werden, dass abhängig von der Repetitionsrate der Abstand
benachbarter filamentförmiger Schädigungen im Bereich von 4 Mikrometer bis 10 Mikrometer liegt. Dabei liegt die geeignete Pulsdauer eines Laserimpulses in einem Bereich von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt bei weniger als 10 Pikosekunden. Die Pulsdauer kann auch bei weniger als 1 Pikosekunde liegen. Die typische Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von 40 bis 100 Watt. Um die filamentförmigen
Schädigungen zu erzielen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Pulsenergie im Burst von mehr als 200 Mikrojoule eingesetzt, ferner vorteilhaft eine gesamte Burstenergie von mehr als 500 Mikrojoule.
Die Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von etwa 7 bis 12 Watt. Die im Glas deponierte Laser-Energie beträgt > 80 pJ, bevorzugt > 100 pJ und ganz besonders bevorzugt > 150 pJ.
Im Falle eines Betriebs des Lasers 10 im Burst-Modus ist die Repetitionsrate die Wiederholrate der Abgabe von
Bursts. Die Pulsdauer ist im Wesentlichen unabhängig davon, ob ein Laser im Einzelpulsbetrieb oder im Burst-Mode betrieben wird. Die Pulse innerhalb eines Bursts weisen typischerweise eine ähnliche Pulslänge auf, wie ein Puls im Einzelpulsbetrieb .
Bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 ist es in der Regel nicht mehr möglich oder zumindest ungünstig, die Mikroperforation über die gesamte Dicke in einem
Bearbeitungsschritt, beziehungsweise mit einmaligem
Entlangbewegen des Auftreffpunkts 80 entlang der Trennlinie 4 durchzuführen. Um eine einfache und sichere Abtrennung des Glasteils zu ermöglichen, ist es vielmehr günstig, zwei oder mehr Überfahrten in unterschiedlichen Fokustiefen durchzuführen. Für senkrechten Einfall des Laserstrahls stellt dies kein Problem dar. Im Fall der erfindungsgemäß vorgesehenen schrägen Schnittkanten und mehreren
Überfahrten bei veränderter Fokustiefe hingegen liegen die Mikrokanäle nicht mehr kollinear hintereinander, sondern je nach Einfallswinkel und Fokuslage versetzt. Dieser Versatz kann mehrere 10 Mikrometer betragen. Dadurch ist eine Abtrennung erheblich erschwert oder es kommt zu einem unerwünschten Verlauf der Bruchkante.
Es ist daher auch Gegenstand der Erfindung, einen
Algorithmus zur Kompensation des lateralen Versatzes als Funktion des Einfallswinkels, der Fokuslage und des zu bearbeitenden Materials anzugeben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Versatz also kompensiert, so dass die filamentartigen Schädigungen in verschiedenen Tiefen erzeugt werden und deren
Längsrichtungen in einer gemeinsamen Fläche liegen. Diese zunächst nur gedachte Fläche bildet nach dem Abtrennen die Bruchkante. Die Kompensation bewirkt dabei, dass die
Auftreffpunkte je nach Tiefe der filamentartigen Schädigung 6 einen unterschiedlichen Abstand zur Trennlinie 4
aufweisen.
Startet man den mehrlagigen Trennprozess in der größten Tiefe, können bereits - je nach Eigenschaften des Glases bzgl. der nichtlinearen Wechselwirkung mit der einfallenden ultrakurzen Laserstrahlung - Modifikationen des Materials (z.B. Änderung der Brechzahl) in geringeren Tiefen
auftreten, die zu einer geringfügigen Ablenkung des Laserstrahls führen, so dass keine gemeinsame, verbindende Fläche nach den einzelnen Überfahrten entsteht. Daher ist in der Regel ein geringer, definierter Versatz sogar erstrebenswert. Dieser Versatz liegt bevorzugt im Bereich von einigen Mikrometern bis max . 50 pm.
Dabei werden die Einfallswinkel bezogen auf die
Flächennormale der Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements 2, den Brechungsindex des Glas- oder Glaskeramikelements 2, die Fokustiefe und den lateralen Versatz so aufeinander abgestimmt, dass sich eine
kollineare Mikrokanalbildung ergibt, beziehungsweise, dass die in verschiedenen Tiefen erzeugten filamentförmigen Schädigungen auf einer gemeinsamen Trennfläche liegen.
Insbesondere kann dazu gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung die laterale Position des Auftreffpunkts 80 der Laserpulse abhängig von der Fokustiefe korrigiert werden. Die laterale Position ist dabei insbesondere die Position in Richtung des Schnitts der Lichteinfallsebene 82 mit der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements. Die laterale Position kann weiterhin auch als Abstand zur
Trennlinie 4 ausgedrückt werden.
Allgemein werden gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Auftreffpunkte 80 der Laserpulse 8 auf das Glas- oder Glaskeramikelement 2 über dessen Oberfläche 20 in Richtung entlang der Trennlinie 4 mindestens zweimal, also in mindestens zwei Überfahrten bewegt, wobei bei jeder
Überfahrt die Fokustiefe variiert wird, um in
unterschiedlichen Tiefen im Glas- oder Glaskeramikelement 2 filamentförmige Schädigungen 6 einzufügen. Bei den Überfahrten werden dann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch Neigungswinkel und/oder lateraler
Versatz des Laserstrahls so angepasst, dass die erzeugten Mikrokanäle (Perforationskanäle) , beziehungsweise
filament förmigen Schädigungen 6 in ihrer Längsrichtung ohne seitlichen Versatz in Strahlrichtung kollinear angeordnet sind. Mit der kollinearen, beziehungsweise versatzfreien Anordnung der filament förmigen Schädigungen wird auf diese Weise eine versatzfreie Trennfläche hergestellt.
Fig. 3 zeigt in schemat ischer Schnittdarstellung, wie die Laserpulse 8 im Glas- oder Glaskeramikelement 2 gebrochen werden. Wie anhand der Darstellung ersichtlich, ist bei einem Lichteinfallswinkel CC der Laserpuls 8 in einer Tiefe d gegenüber dem Auftreffpunkt 80 lateral um eine Strecke Δ versetzt. Aufgrund der Brechung gilt für den Winkel ß zur Oberflächennormalen 21 im Inneren des Glas- oder
Glaskeramikartikels 2 die Beziehung sin ß = (1/n) -sin a, wobei n der Brechungsindex des Materials des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ist. Für den Versatz Δ in einer Tiefe d folgt: Ä = d-tanß., beziehungsweise
Ä = d- tan(arcsin( (1/n) · sin OC) ).
Wird nun die Fokustiefe um eine Strecke d variiert, und ändert sich durch die geänderte Fokustiefe auch der
Einfallswinkel CC, so kann gemäß der oben angegebenen
Beziehung der gewünschte Versatz Δ durch eine laterale Verschiebung des Auftreffpunkt s 80 hergestellt werden. In Fig. 4 ist zur Erläuterung der Scanner mit
Fokussiereinrichtung zweimal in verschiedenem Abstand zum Glas- oder Glaskeramikelement 2 eingezeichnet. Durch den unterschiedlichen Abstand ergeben sich unterschiedliche Fokustiefen. Wird jeweils eine Überfahrt der Auftreffpunkte entlang der Trennlinie 4 mit den verschiedenen Abständen und damit verschiedenen Fokustiefen vorgenommen, so liegen auch die filamentförmigen Schädigungen 6 entsprechend in unterschiedlichen Tiefen. Wird, wie dargestellt, nur der Abstand geändert, so bleibt der Einfallswinkel CC bei den Überfahrten im Wesentlichen gleich. Wie ersichtlich, verläuft bei der in gestrichelten Linien eingezeichneten, näher zum Glas- oder Glaskeramikelement hin versetzten Position der Fokussierungseinrichtung 13 aber der
Laserstrahl nicht mehr kollinear zu dem Laserstrahl in der höheren, in durchgezogenen Linien gezeichneten Position der Fokussierungseinrichtung 13.
Damit die Laserpulse 8 kollinear im Glas- oder
Glaskeramikelement 2 verlaufen und damit auch die jeweils in verschiedenen Tiefen eingefügten filamentförmigen
Schädigungen 6 hintereinander ohne seitlichen Versatz liegen, wird auch die laterale Position des Auftreffpunkts 80 um eine Strecke V geändert. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird bei gegebenem Einfallswinkel und einer Erhöhung der Fokustiefe um einen Betrag d der Auftreffpunkt 80 des Laserpulses um eine Strecke V verschoben. Zwischen dem
Versatz, beziehungsweise der Verschiebung V, senkrecht zur Trennlinie, der vertikalen Verschiebung d des Fokus und dem Einfallswinkel CC gilt dabei die Beziehung: Δ / d = tan CC. Die Korrektur um den Versatz V führt hier dazu, dass die Auftreffpunkte 80 bei den verschiedenen Überfahrten auf einer Linie liegen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird also die
Trennlinie 4 zumindest zweimal abgefahren und bei einer Überfahrt die Fokustiefe gegenüber einer vorherigen
Überfahrt variiert, wobei die Position des Auftreffpunkts 80 abhängig von der Fokustiefe so verschoben wird, dass die Fokuspunkte bei den Überfahrten auf einer Linie liegen. Insbesondere erfolgt eine Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung senkrecht zur Trennlinie gemäß der oben
angegebenen Beziehung um einen Betrag V = d-tan CC.
Bedingt durch die erfindungsgemäße Bearbeitung ergeben sich auch am erfindungsgemäß bearbeiteten Glas- oder
Glaskeramikartikel 2 einige Besonderheiten: Ist das Teil 3 abgetrennt, so weist das Teil 3 eine schräge Randfläche oder Kantenfläche auf, die durch die Bruchfläche beim
Abtrennen entsteht.
Da der Bruch entlang der filamentförmigen Schädigungen 6 erfolgt, sind diese Schädigungen 6 auch in der Oberfläche der abgeschrägten Kantenfläche vorhanden. Das verbleibende Teil, aus welchem das Teil 3 abgetrennt wurde, weist ebenfalls eine solche geneigte oder abgeschrägte
Kantenfläche mit an deren Oberfläche vorhandenen
filamentförmigen Schädigungen auf.
Fig. 5 zeigt dazu ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäß herstellbaren platten- oder scheibenförmigen Glas- oder Glaskeramikelements 2. Die Erfindung ist zwar auch auf geradlinige Trennungslinien anwendbar, aber wie oben erläutert ergeben sich die
besonderen Vorteile insbesondere bei gebogenen oder polygonalen Trennlinien. Für die Kantenfläche des
erfindungsgemäß bearbeiteten Glas- oder Glaskeramikartikels 2 gilt dabei vorzugsweise, dass diese eine geschlossene, umlaufende Fläche ist, oder Anfangs- und Endabschnitt der Kantenfläche einen Winkel von wenigstens 75°, vorzugsweise wenigstens 85° einschließen. Die Kantenfläche 24 grenzt an den Kanten 27, 28 an den Seitenflächen 25, 26 an.
Das in Fig. 5 gezeigte Beispiel stellt einen besonders bevorzugten Anwendungsfall dar, bei welchem durch Abtrennen eines Teils entlang einer geschlossenen Trennlinie ein Fenster, beziehungsweise eine Öffnung 23 im Glas- oder Glaskeramikelement 2 hergestellt wurde. Demgemäß wird die Öffnung durch eine umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt.
Die filamentförmigen Schädigungen 6 verlaufen weiterhin in Richtung quer, vorzugsweise senkrecht zu den Kanten
zwischen Kantenfläche 24 und den beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 25, 26. Da die Abtrennung der Glasteile ausgehend von den filamentförmigen Schädigungen 6 erfolgt, liegen diese im Idealfall jeweils zur Hälfte in den
jeweiligen Kantenflächen der durch Abtrennen hergestellten Glasteile. Jedenfalls bilden die filamentförmigen
Schädigungen 6 Vertiefungen in der Kantenfläche 24.
Wie anhand von Fig. 5 ersichtlich, müssen bei einem
erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikelement 2 nicht alle Kantenflächen wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Wird beispielsweise eine Innenkontur, beziehungsweise eine Öffnung 23 herausgearbeitet, so weist diese dann eine Kantenfläche 24 zusätzlich zur bereits vorher vorhandenen äußeren Kantenfläche auf. Unabhängig von der speziellen Ausbildung des in Fig. 5 gezeigten Beispiels, auch unabhängig davon, ob die
Kantenfläche 24 eine Außenkante, oder wie dargestellt, eine Innenkante einer Öffnung ist, bleibt die Neigungsrichtung entlang der Kanten gleich. Fährt man also eine der Kanten ab, so ist die Kantenfläche entlang dieser Kante entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn geneigt.
Damit geht einher, dass auch die Gefällerichtung der
Kantenfläche 24 immer auf die gleiche Kante 27 oder 28 weist. Im Falle einer durch die Kantenfläche 24 begrenzten Öffnung 23 im Glas- oder Glaskeramikelement führt dies dazu, dass eine der Kanten 27, 28 (im dargestellten
Beispiel die Kante 28) weiter als die andere Kante in die Öffnung hineinragt. Bildet die Kantenfläche 24 einen äußeren Rand des Glas- oder Glaskeramikelements 2, so ragt dementsprechend umgekehrt eine der Kanten 27, 28 weiter heraus . Ohne Beschränkung auf das spezielle in Fig. 5 dargestellte Beispiel ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement 2
herstellbar, umfassend zwei gegenüberliegende Seitenflächen 25, 26, sowie eine diese beiden Seitenflächen 25, 26 verbindende, besonders bevorzugt umlaufende Kantenfläche
24, wobei in der Kantenfläche 24 nebeneinander verlaufende filamentförmige Schädigungen 6 vorhanden sind, die
Vertiefungen in der Kantenfläche 24 bilden, wobei die
Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen 6 in
Richtung von einer zur anderen Kante 27, 28, welche den
Übergang zwischen der Kantenfläche 24 und den Seitenflächen
25, 26 bilden, vorzugsweise senkrecht zu den Kanten 27, 28, verläuft, und wobei die Kantenfläche 24 schräg zu den
Seitenflächen 25, 26 liegt, und wobei die Richtung der Neigung der Kantenfläche 24 gegenüber den Seitenflächen 25, 26 in Richtung entlang einer Kante 27, 28 gleich bleibt. Zwar bleibt die Richtung der Neigung gleich, nicht aber notwendigerweise der Neigungswinkel. Vorzugsweise weist das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eine Öffnung 23 auf, welche die umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt ist. Im Falle einer Öffnung 23 führt diese Abschrägung dazu, dass sich die Öffnung 23 allgemein zu einer der
Seitenflächen 25, 26 hin verjüngt. Auch im umgekehrten Fall, dass die Kantenfläche 24 eine Außenkante bildet, führt die Neigung, beziehungsweise Abschrägung dazu, dass sich das Glas- oder Glaskeramikelement von einer zur anderen Seitenfläche hin verjüngt.
Wie bereits oben ausgeführt, liegt der Lichteinfallswinkel vorzugsweise im Bereich von 3° bis 30°, besonders bevorzugt im Bereich von 3°, mehr als 5°, mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15°, oder sogar mehr als 20° bis über 30°.
Vorzugsweise ist der Lichteinfallswinkel auch mindestens 5°, um eine hinreichend schräge Kantenfläche 24 zu
erhalten. Durch die Brechung an der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 zum Lot hin wird dieser Winkel, welcher dann die Neigung der Kantenfläche 24 bestimmt, etwas kleiner. Vorzugsweise wird aber auch für die
Kantenfläche 24 eine Neigung gegenüber dem Lot,
beziehungsweise der Normalen 21 der Oberfläche 20 oder einer der Seitenflächen 25, 26 von mindestens 3°, besonders vorzugsweise von mindestens 5° vorgesehen. Der Neigungswinkel beträgt weiterhin vorzugsweise maximal 55°, besonders bevorzugt maximal 50°.
Die Breite der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugten filamentförmigen Schädigungen beträgt
typischerweise weniger als 20 pm. Vorzugsweise ist die Breite sogar kleiner als 10 pm. Damit geht einher, dass typischerweise auch die Tiefe der durch die
filamentförmigen Schädigungen 6 in der Kantenfläche
gebildeten Vertiefungen kleiner als 20 pm, vorzugsweise kleiner als 10 pm ist. Die Länge der filamentförmigen
Schädigungen beträgt dabei wie bereits oben ausgeführt im Allgemeinen mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise
mindestens 500 Mikrometer.
Die spezielle Ausbildung der Kantenfläche 24 ist nicht nur für das Abtrennen des zu entfernenden Teils vom Glas- oder Glaskeramikelement 2 entlang einer gewinkelt oder gebogen verlaufenden Trennlinie günstig. Vielmehr ergeben sich auch besondere Vorteile für die Weiterverarbeitung des Glas¬ oder Glaskeramikelements 2. Die allseits schräg
verlaufende, beziehungsweise geneigte Kantenfläche 24 erleichtert im Falle einer Öffnung das genaue Einpassen von Teilen, wie etwa von elektrischen oder elektronischen
Bauelementen. Die als Vertiefungen in der Kantenfläche 24 vorhandenen filamentförmigen Schädigungen 6 ermöglichen dann außerdem eine gute Verankerung des Teils,
beispielsweise durch Kleben. Fig. 6 zeigt dazu ein Beispiel eines im Querschnitt dargestellten Glas- oder
Glaskeramikelements 2 mit einem in eine erfindungsgemäß hergestellte Öffnung 23 eingesetzten Druckschalter 15. Durch die allseits abgeschrägte Kantenfläche 24 der Öffnung 23 verjüngt sich wie auch bei dem in Fig. 5 gezeigten
Beispiel die Öffnung 23 zur Seitenfläche 26 hin.
Bildet die Seitenfläche 25 die Bedienseite, von welcher aus der Schalter 15 für einen Benutzer zugänglich ist, so führt die sich verjüngende Form der Öffnung 23 dazu, dass der Schalter 15 fest in der Öffnung verankert ist und auch bei hohem Druck auf den Schalter 15 dieser nicht durch die Öffnung 24 gedrückt werden kann. Wird der Schalter 15 eingeklebt, so kann der Klebstoff in die in Fig. 6 der Einfachheit halber nicht dargestellten Vertiefungen 6 eindringen und so die Verankerung des in die Öffnung 23 eingesetzten Teils, also beispielsweise eines Schalters 15 oder auch eines elektrischen Anzeigeelements verbessern.
Allgemein ist gemäß einer Weiterbildung daher vorgesehen, dass zumindest eine Öffnung 23 vorgesehen ist, welche durch die Kantenfläche 24 begrenzt wird, wobei in der Öffnung 23 zumindest ein elektrisches oder elektronisches Element, vorzugsweise ein Bedienelement, wie etwa der Schalter 15 und/oder ein elektrisches Anzeigeelement verankert ist. Die Verankerung kann wie gesagt beispielsweise durch eine
Verklebung erreicht werden. Ein Schalter 15 und ein
Anzeigeelement können selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden, beispielsweise in Form eines
beleuchteten Druckschalters 15.
Darüber hinaus ist es möglich, das Verfahren so zu
modifizieren, dass durch den Versatz von Überfahrt zu
Überfahrt eine gestufte, gewissermassen „tortenartige" Schichtung auftritt, die ebenfalls dazu beiträgt, das Auslösen des innenliegenden, allseitig umrandeten Glasteils zu erleichtern. Eine derartige tortenartige oder gestufte Schichtung ist in Fig. 7 gezeigt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, nebeneinander entlang einer von der Trennlinie um
mindestens 5 und höchstens 50, vorzugsweise höchstens 40, besonders bevorzugt höchstens 30 Mikrometer beabstandeten Versatzlinie filamentförmige Schädigungen im Volumen des Glaselements zu erzeugen, deren Projektion auf die
Längsrichtung der entlang der Trennlinie erzeugten
filamentförmigen Schädigungen eine Überlappung mit den entlang der Trennlinie erzeugten filamentförmigen
Schädigungen von weniger als 200, vorzugsweise weniger als 100, vorzugsweise weniger als 50 Mikrometer aufweisen.
Ferner können in analoger Weise entlang einer zweiten
Versatzlinie, welche von der ersten Versatzlinie
beabstandet ist, filamentförmige Schädigungen im Volumen des Glaselements erzeugt werden.
Fig. 7 zeigt ein Glas- oder Glaskeramikelement 2 mit einer Oberfläche 20. Schräg zur Oberfläche 20 wurde ein
Laserstrahl eingestrahlt, der im Inneren des Glas- oder Glaskeramikelementes 2 filamentartige Störungen 6, 6', 6'' erzeugt hat. Dabei wird die Kontur des herauszulösenden
Teils mehrfach mit dem Laserstrahl abgefahren, wobei dieser jeweils in verschiedenen Tiefen fokussiert wird.
Gleichzeitig wird der Laserstrahl lateral versetzt. Die dabei entlang der jeweiligen Pfade erzeugten Störungen 6, 6', 6'' sind dadurch stufenartig angeordnet. Die Störungen 6'' entsprechen der am tiefsten liegenden Stufe. Die
Störungen 6' befinden sich auf der nächst höheren Stufe, der wiederum die Stufe folgt, auf der die Störungen 6 liegen. Die einzelnen durch die schräge Einstrahlung schräg zu den Seitenflächen 25, 26 verlaufenden Stufen 6, 6', 6' 'werden bevorzugt von unten nach oben eingebracht, d.h. dass der Laserstrahl während der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich des Glaselementes 2 von innen nach außen geführt wird. Die Stufen 6, 6' , 6' ' gehen durch Absätze 60, 61 ineinander über. Die Steigung an diesen Stufen ist außerdem, wie auch in Fig. 7 zu erkennen ist, gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung des Verfahrens höher als die mittlere
Steigung der Kantenfläche 24. Die Stufen ragen von einer Seitenfläche zur gegenüberliegenden Seitenfläche sukzessive weiter heraus oder herein, je nachdem, von welcher der Seitenflächen man ausgeht.
Diese gestufte Einfügung von filamentförmigen Störungen ist besonders für dickere Glas- oder Glaskeramikelemente geeignet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass eine solche gestufte Kantenfläche in einem Glas- oder Glaskeramikelement mit einer Dicke von
mindestens 10 Millimetern vorhanden ist, beziehungsweise in ein solches Element eingefügt wird.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch anhand einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100 in Fig. 8 gezeigt, bei welcher ein dickeres Glas- oder Glaskeramikelement 2 durch Einbringen von schrägen
filamentförmigen Schädigungen 6 mikroperforiert wird. Neben einem Ultrakurzpulslaser 10 und einem Scanner 11 umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 ein optisches Element 99 zur Lenkung des Laserstrahls. Das optische
Element zeichnet sich durch zumindest zwei plane Flächen aus, wobei durch eine erste plane Fläche der Laserstrahl in das optische Element eintritt und durch die zweite plane Fläche wieder aus dem optischen Element austritt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um ein optisches Prisma bzw. ein Dispersionsprisma. Das optische Element hat damit im Wesentlichen die Funktion der Lenkung des
Laserstrahls infolge Brechung an den jeweiligen
Grenzflächen des optischen Elements, im Beispiel also an der ersten und zweiten planen Fläche des optischen
Elements. Das optische Element 99 ist daher im Strahlengang der Laserstrahlung 8 angeordnet.
In der abgebildeten Ausführungsform ist ein Keilprisma 90 vorgesehen mit einer ersten Prismenoberfläche 91, durch welche die Laserstrahlung 8 eintritt, sowie eine zweite Prismenoberfläche 98, durch die die Laserstrahlung
austritt. Die Prismenoberflächen 91, 98 stellen demnach die brechenden Flächen dar. Die Wellenlänge des
Ultrakurzpulslasers 10 wird dabei wieder so gewählt, dass die Laserpulse 8 in das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eindringen und es durchqueren können.
Dieses optische System der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 mit dem optischen Element 99 dient dazu, den
Einfallswinkel, der sich zwischen der Richtung des
Laserstrahls 8 schräg auf die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements und der Oberflächennormalen ergibt, zu kompensieren. Die Schrägstellung der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche 20 kann hierdurch ausgeglichen werden .
Der Keilwinkel des Prismas ist dabei so gewählt, dass keine Totalreflexion der Laserstrahlung auftritt. Das Prisma ist aus einem optischen Glas gefertigt, im Beispiel aus dem optischen Glas „N-BK7 " , erhältlich bei der Firma SCHOTT, Mainz. Es kann auch aus Quarzglas hergestellt sein. Um unerwünschte Reflektionen der Laserstrahlung 8 zu
vermeiden, ist günstigerweise eine Antireflexbeschichtung auf die brechenden Prismenoberflächen 91, 98 aufgebracht. Die Antireflexbeschichtung ist dabei vorteilhaft auf die Wellenlänge der Laserstrahlung 8 abgestimmt, um
unerwünschte Reflektionen der Laserstrahlung 8 an den brechenden Flächen des Prismas zu unterbinden. Eine
günstige Beschichtung kann beispielsweise eine breite Antireflexbeschichtung für eine Wellenlänge von 1.050 bis 1.700 nm sein . Der große Vorteil einer derartigen Anordnung ist darin zu sehen, dass einer Verzerrung des Laserstrahls 8 infolge einer Brechung an der Grenzfläche des Glas- oder
Glaskeramikelements bei dickeren Werkstücken und
Startpunkten für die filamentartigen Schädigungen 6 innerhalb des Glas- oder Glaskeramikelements 2
entgegengewirkt werden kann. Diese Verzerrung kommt
insbesondere dann zum Tragen, wenn bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen Einfallswinkel von mehr als 5°, insbesondere mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15° oder mehr als 20° angestrebt werden. Unter dickeren Werkstücken sind in diesem Fall Werkstücke zu verstehen, die eine Dicke von mehr als 2 mm, mehr als 4 mm, mehr als 6 mm oder sogar mehr als 8 mm aufweisen. Eine Verzerrung kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn bei derartigen dickeren Werkstücken in einer Tiefe von mehr als 1,5 mm, mehr als 2 mm, mehr als 3 mm oder sogar mehr als 4 mm, ausgehend von der Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements 2, durch die die Laserstrahlung 8 eintritt, filamentförmige Schädigungen erzeugt werden sollen.
Derartige Verzerrungen können zu Intensitätsverlusten bei der Plasmaerzeugung führen und damit zu einer Verkürzung der Länge der filamentartigen Schädigungskanäle 6 in
Richtung der Laserstrahlung. Dieser Effekt tritt besonders bei Glas- oder Glaskeramikelementen 2 mit einer Dicke ab etwa 4 mm auf. Infolge der Reduzierung der Länge der filamentartigen Schädigungskanäle 6 ist demzufolge ein deutlich häufigeres Überfahren der zu perforierenden
Stellen entlang der Trennlinie in verschiedenen Tiefen im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements 2 erforderlich, was zu einer geringeren Effizienz führt.
Durch das Prisma 90 der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 können somit auch Glas- oder Glaskeramikelemente, die 4 mm oder dicker sind, bearbeitet werden, auch bei einer
Schrägstellung der Laserstrahlung 8 gegenüber der
Oberflächennormalen von mehr als 5°, mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15°, oder sogar mehr als 20°. Derartige schräg gestellte Filamente können damit auch in einer Tiefe von mehr als 1,5 mm, mehr als 2 mm, mehr als 3 mm oder sogar mehr als 4 mm, ausgehend von der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2, erzeugt werden.
Das optische Element 99, im Beispiel also das Keilprisma 90, wird in den Strahlengang der Laserstrahlung 8 gebracht, wobei der Keilwinkel des Keilprismas 90 derart ausgewählt wird, dass die Schrägstellung der dem Laserstrahl 8
zugewandten Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements 2 gerade ausgeglichen wird.
Um den Einfluss der Brechung beim Austritt aus dem
Keilprisma 90 und nachfolgendem Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement zu minimieren, stehen das Keilprisma 90 und das Glas- oder Glaskeramikelement 2 in vollflächigen Kontakt zueinander, wobei die zweite Prismenoberfläche 98 auf der Oberfläche 20 aufliegt.
Der weitere Einfluss der Brechung an dieser Mediengrenze wird nun durch die verbleibende Differenz bzw. dem
Quotienten der Brechungsindizes der Materialien von Prisma und Substrat bestimmt. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass die Differenz der Brechungsindizes zwischen den für die optischen Elemente verwendeten optischen
Gläsern und den zu bearbeitenden Glas- oder
Glaskerami < 0,1,
bevorzugt
Figure imgf000035_0001
0,01 ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element 99, im Beispiel also das Prisma 90, aus demselben Material wie das Glas- oder Glaskeramikelement 2 gefertigt, so dass der Laserstrahl 8 ohne Brechung und damit ohne weitere Verzerrung der Wellenfronten an der Mediengrenze in das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eintritt. Mithin kann sich die zur Einbringung des Filaments in das Glas- oder
Glaskeramikelement 2 notwendige und charakteristische
Intensitätsverteilung des Besselstrahls einstellen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform wird anstatt des aufgesetzten Prismas ein Kegelstumpf-Prisma verwendet, dessen Flanken derart ausgerichtet sind, dass beim Eintritt des Laserstrahls 8 in den Kegelstumpf keine Brechung auftritt, also senkrechte Inzidenz vorliegt. Durch
Verwenden geeigneter optischer Anordnungen, beispielsweise eines x-y-Scanners und eines Kreisringspiegels oder eines um den Kegelstumpf rotierenden Spiegels, kann der
Laserstrahl 8 entlang eines kreisförmigen Kegelschnitts unter senkrechter Inzidenz über die Oberfläche des
Kegelstumpfes unter Vermeidung von Brechung beim Eintritt in den Kegelstumpf geführt werden. Fig. 12 zeigt eine
Anordnung für eine derartige Ausführungsform. Im Glas- oder Glaskeramikelement 2 entsteht mithin eine kreisförmige filamentartige Vorschädigung mit schräg zu den Substratoberflächen verlaufenden Flankenwinkeln, deren Länge auf Grund des geringen Einflusses der Brechung an den Materialgrenzen auf die Wellenfronten des erzeugenden
Laserstrahls größer ist als 200 pm, bevorzugt größer als 500 pm und besonders bevorzugt größer als 1000 pm, und deren Neigung gegen die Substratoberflächennormale mehr als 5°, mehr als 10°, mehr als 12°, mehr als 15°, oder sogar mehr als 20° beträgt. Dabei liegt die filamentartige
Schädigung in einer Tiefe des Glas- oder Glaskeramikelement 2, ausgehend von der Oberfläche 20, von mehr als 1,5 mm, mehr als 2 mm, mehr als 3 mm oder sogar mehr als 4 mm, im Fall von Glas- oder Glaskeramikelementen mit mehr als 4 mm, mehr als 6 oder sogar mehr als 8 mm Dicke.
Generelle Nachteile von Vorrichtungen zum Erzeugen von Filamenten in Glas- oder Glaskeramikelementen 2, bei denen die einkoppelnden optischen Elemente in vollflächigem
Kontakt zur Oberfläche des Elements stehen, sind einerseits die sich aus dem berührenden Kontakt der Oberflächen ergebenden Probleme hinsichtlich einer Reibung der
Oberflächen gegeneinander und dem hiermit verbundenen
Abrieb von diesen Flächen, also allgemein eine Beschädigung oder Veränderung der Oberflächen oder ihrer Beschichtungen infolge des Kontakts oder eventuell vorhandener
Relativbewegungen. Andererseits besteht die Gefahr, das einkoppelnde Bauteil selbst durch das Verfahren selbst zu beschädigen, beispielsweise wenn der Startpunkt des zu erzeugenden Filaments nahe der Oberfläche bzw. in oder über der Oberfläche liegt. In einer Weiterbildung der Erfindung wird daher zwischen der Oberfläche 20 und der dieser Oberfläche 20 zugewandten Fläche des einkoppelnden optischen Elements 99 ein Spalt vorbestimmter Dicke s gelassen, um die Unversehrtheit der Oberflächen zu gewährleisten. Überraschenderweise wurde hierbei festgestellt, dass der bereits oben geschilderte Einfluss der Refraktion auf die Wellenfronten des
kollimierten oder fokussierten Laserstrahls 8 hinsichtlich der Erzeugung von astigmatischen Fehlern und der damit verbundene Einfluss auf die Intensitätsverteilung des
Strahls, also das Entstehen von Nebenmaxima neben dem
Hauptmaximum des Besselstrahls , durch eine zusätzliche geringfügige Verkippung der zweiten Prismenoberfläche durch geeignete Auswahl des Keilwinkels des Prismas minimiert werden kann.
Eine derartige, ebenfalls bevorzugte Ausführungsform einer Laserbearbeitungsvorrichtung 101 zum Bearbeiten von dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 mit Dicken von mehr als 4 mm, mehr als 6 mm oder sogar mehr als 8 mm, zeigen schematisch in einer Seitenansicht die Figuren 9a und 9b. Der Übersichtlichkeit halber ist in den Figuren 9a und 9b auf die Darstellung des Ultrakurzpulslasers und des Laserscanners verzichtet worden. Die Wellenlänge des Ultrakurzpulslasers 10 zur Erzeugung der Laserstrahlung 8 wird dabei wieder so gewählt, dass die Laserpulse 8 in das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eindringen können.
Die schematisch abgebildete Laserbearbeitungsvorrichtung 101 umfasst ein optisches Element in Form eines optischen Prismas 92. Es ist derart in den Strahlengang der
Laserstrahlung 8 gebracht, dass die Laserstrahlung
senkrecht auf die der Laserstrahlung 8 zugewandte erste Prismenoberfläche 91 des Prismas 92 auftrifft.
Günstigerweise ist das Prisma 92 mit einer
Antireflexbeschichtung wie vorstehend erläutert
ausgebildet .
Um dem Nachteil zu begegnen, das Prisma 92 vollflächig mit der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 in Kontakt zu bringen, wie in dem Ausführungsbeispiel der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gezeigt, wird bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 101 ein Spalt s vorbestimmter Größe zwischen der der Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements zugewandten zweiten Prismenoberfläche 98 des Prismas 92 und dieser Oberfläche 20 geschaffen.
Demnach berühren sich bei dieser Ausführungsform das Prisma 92 und die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 nicht.
Der experimentell oder durch Simulation ermittelte
funktionale Zusammenhang zwischen der lokalen Dicke des Spalts s und dem optimalen Winkel des von der
Substratoberfläche 20 und der Unterseite des vom
einkoppelnden Prismas erzeugten Luftkeils ist in Fig. 10 - ohne generelle Beschränkung auf ein bestimmtes Material - exemplarisch für ein BK-7-Prisma gezeigt.
Es ist dem Fachmann unmittelbar einsichtig, dass der reale Zusammenhang beeinflusst wird durch die konkreten
Brechungsindizes der gepaarten Materialien, beispielsweise können anstatt von Luft in dem Spalt auch andere Medien, beispielsweise Flüssigkeiten, zum Abgleich der
Brechungsindizes ( Indexmatching) verwendet werden. Eine wesentliche Änderung der Verhältnisse ergibt sich hierbei nicht .
Das optische System der abgebildeten
Laserbearbeitungsvorrichtung 101 umfasst ferner zwei
Umlenkspiegel 94, 95 sowie ein Fokussierelement 93.
Die zwei Umlenkspiegel 94, 95 des optischen Systems machen die Laserbearbeitungsvorrichtung 101 besonders flexibel im Einsatz, etwa in Bezug auf das Erzeugen von schrägen filamentartigen Schädigungskanälen entlang einer Trennlinie zur Vorbereitung des Abtrennens von kreisförmigen oder rotationssymmetrischen Innenausschnitten aus einem
umgebenden Hauptteil. Hierzu sind die beiden Umlenkspiegel 94, 95 sowohl jeweils um die Querachse kippbar als auch in Bezug auf ihren relativen Abstand zueinander beweglich angeordnet. Das optische System kann auch rotierbar um seine vertikale und/oder horizontale Achse angeordnet sein. Durch den relativen Abstand der beiden Umlenkspiegel 94, 95
zueinander kann dann beispielsweise ein Radius eingestellt werden, um entlang einer kreisförmigen Trennlinie die
Mikroperforierungen anzubringen für die Erzeugung eines kreisförmigen Innenausschnittes mit schrägen Kanten. Hierzu lenkt der im Strahlengang zuerst liegende Umlenkspiegel 94 die Laserstrahlung 8 auf den im Strahlengang nachfolgenden Umlenkspiegel 95. Der Neigungswinkel dieses Umlenkspiegels 95 ist abgestimmt auf den Keilwinkel des Prismas 92 und derart eingerichtet, dass die Laserstrahlung 8 vorzugsweise senkrecht auf die der Laserstrahlung zugewandten Fläche 91 auftrifft . Aufgrund der Beabstandung von optischem Element 99 und
Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 kommt es zu einer weiteren Brechung der Laserstrahlung 2 an den entsprechenden brechenden Flächen bei Durchgang der
Laserstrahlung durch das optische Element 99 und Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement 2.
Die Winkeleinstellung der Umlenkspiegel kann sehr
vorteilhaft dazu genutzt werden, die durch die Brechung erfolgte Strahllenkung derart einzustellen, dass ein vorbestimmter Neigungswinkel der Schädigungskanäle in dem Glas- oder Glaskeramikelement 2 erreicht wird. Das Fokussierelement 93, das beispielsweise eine
Sammellinse sein kann, dient dem Festlegen des Startpunkts 97 des filamentartigen Schädigungskanals 6 in dem Glas¬ oder Glaskeramikelement 2. Es ist im Strahlengang der
Laserstrahlung vor dem Passieren des Prismas 92 angeordnet. Günstigerweise ist das Fokussierelement 93 hierzu entlang der Strahlrichtung beweglich angeordnet, in dem Beispiel ist die Bewegungsrichtung mit A gekennzeichnet. Dies erlaubt es, auf einfache Weise den Startpunkt 97 des
Schädigungskanals in dem Glas- oder Glaskeramikelement 2 entsprechend für jeden Bearbeitungsschritt festzulegen.
Ein rotationssymmetrischer Innenausschnitt in einem Glas¬ oder Glaskeramikelement kann durch Rotation des optischen Systems, umfassend Umlenkspiegel 94, 95, Fokussierelement 93 und Dispersionsprisma 92, um die Oberflächennormale 21 erzeugt werden.
Die in Fig. 9b schematisch gezeigte Seitenansicht auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung 101 zeigt einen
Betriebszustand, bei dem durch die Verkippung des
Umlenkspiegels 95 die Laserstrahlung in eine andere
Richtung gelenkt wird, um beispielsweise einen
rotationssymmetrischen Innenausschnitt zu erzeugen. Das Fokussierelement 93 sowie das Prisma 92 werden dabei synchron mitbewegt, so dass die Laserstrahlung 8 jederzeit durch diese Elemente verläuft.
Bei der in Fig. 9b gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung 101 ist zusätzlich die zweite Prismenoberfläche 98
gegenüber der Oberfläche 20 des Glas- oder
Glaskeramikelements 2 um einen Neigungswinkel δ gekippt. Dieses dient der weiteren Beeinflussung der Richtung der LaserStrahlung .
Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Weg des
Laserstrahls 8 im Luftspalt s und dem Neigungswinkel δ der zweiten Prismenoberfläche 98 in Bezug auf die Oberfläche 20 bedeutet außerdem, dass eine Abhängigkeit vom Auftreffort des Laserstrahls auf der ersten Prismenoberfläche 91 besteht, denn bei Änderung der lateralen Position des
Strahls auf der Prismenoberfläche 91 ändert sich
entsprechend die geometrische und optische Weglänge des Strahls im Luftkeil zwischen Prisma 92 und dem Glas- oder Glaskeramikelement 2, so dass eine Änderung des
Neigungswinkels δ des Prismas und somit auch der
vorgeordneten Spiegelausrichtungen vorzunehmen ist.
Fig. 10 zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Weg des Laserstrahls 8 im Luftspalt und dem Neigungswinkel δ der zweiten Prismenoberfläche in Bezug auf die
Substratoberfläche. So ergibt sich aus der Darstellung beispielsweise für einen Spalt s von 2 mm ein günstiger Neigungswinkel δ in einem Bereich von 1,6° bis etwa 3,3°.
In einer Weiterführung der Erfindung wird daher der
funktionale Zusammenhang zwischen optimiertem
Neigungswinkel δ und optischer Weglänge verwendet, um durch Integration die Form der idealen rückwärtigen
Austrittsfläche derart einzustellen, dass die geforderte Abstands- und Winkelbeziehung automatisch erfüllt ist. Die Realisierung der Oberflächenform geschieht durch geeignete Polierverfahren . Um möglichst lange filamentartige Schädigungskanäle 6 in dem Glas- oder Glaskeramikelement 2 zu erzeugen,
insbesondere auch in größeren Tiefen des Glas- oder
Glaskeramikelements 2, ist es wichtig, dass die
Laserstrahlung 8 ein Intensitätsmaximum ausbildet, ohne dass es zur Ausbildung von größeren Nebenmaxima kommt. Dies wird beeinflusst durch den Abstand s des Prismas 92 und der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2, dem Keilwinkel des Prismas sowie dem Neigungswinkel δ des
Prismas.
In Abhängigkeit von dem Material des Prismas, dem
Keilwinkel des Prismas, dem Abstand s zwischen Prisma und Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements und/oder der Wellenlänge der Ultrakurzpulslaserstrahlung kann dann derjenige Neigungswinkel δ ermittelt werden, welcher zu einem Intensitätsmaximum der Laserstrahlung führt.
Bei einer derartigen Konfiguration ist mit dem Abstand s diejenige Distanz gemeint, die sich zwischen dem
Austrittspunkt der Laserstrahlung 8 aus dem Prisma 92 und dem Eintrittspunkt der Laserstrahlung 8 in die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 bemisst. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist zur automatischen Bestimmung des Abstands s zwischen Prisma 92 und Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ein Abstandssensor 96 vorgesehen, etwa ein konfokaler
Abstandssensor. Bei dieser Ausführungsform einer
Laserbearbeitungsvorrichtung 101 kann beispielsweise der
Neigungswinkel δ zwischen Prisma 92 und Oberfläche 20 fest vorgegeben sein und der Abstand s zwischen Prisma 92 und Oberfläche 20 mittels des Abstandssensors 96 auf einen optimalen Wert geregelt werden.
Demgemäß ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung
vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem optischen System, umfassend die Umlenkspiegeln 94, 95, das Fokussierelement 93 und das Prisma 92, sowie dem Glas- oder
Glaskeramikelement 2 veränderbar ist. Mittels einer
geeigneten Regelungseinrichtung der
Laserbearbeitungsvorrichtung können auf diese Weise sehr einfach komplexe filamentartige Strukturen in
unterschiedlichen Tiefen des Glas- oder Glaskeramikelements 2 erzeugt werden. Die Fig. 11 zeigt skizzenhaft eine Seitenansicht eines
Glas- oder Glaskeramikelements 2 im Schnitt. Die Abbildung zeigt insgesamt drei kollinear zueinander angeordnete filamentartige Schädigungskanäle 7, 7', 7' ', die sich jeweils ausgehend von einem Startpunkt 97, 97 'und 97' ' in die Tiefe des Elements hin erstrecken und in Längsrichtung entlang der Strahlrichtung des Laserpulses 8 verlaufen. Diese drei Schädigungskanäle wurden bei insgesamt drei Überfahrten erzeugt. Die Länge eines derartigen
Schädigungskanals ist mit B gekennzeichnet. Insgesamt konnten drei jeweils etwa 500 bis 600 Mikrometer lange filamentartige Schädigungskanäle 7, 7', 7' ' in einem 8 mm dicken Glaselement 2 erzeugt werden, wobei der Startpunkt der Schädigungskanäle 97 'und 97 ' in der unteren Hälfte des Glaselements 2 liegen und damit in einer Tiefe von mehr als 4 mm, ausgehend von der Oberfläche 20, auf der die
Laserstrahlung 8 in das Glaselement 2 eintritt. Auf diese Weise können mit konstanter
Ultrakurzpulslaserstrahlung in verschiedenen Tiefen des Glas- oder Glaskeramikelements 2 gleich lange
filamentartige Schädigungskanäle erzeugt werden.
Es können mit den Laserpulsen 8 gemäß der Weiterbildung der Erfindung schräge filamentförmige Schädigungen 6, 7 mit einer Länge von mindestens 200 Mikrometern, bevorzugt mindestens 500 Mikrometern erzeugt werden, wobei der Winkel zwischen der Lichteinfallsrichtung der Laserpulse und der Oberflächennormalen, also die Schrägheit der Längsachse der Schädigungskanäle gegenüber der Oberflächennormalen , mehr als 5°, mehr als 12°, mehr als 15° oder sogar mehr als 20° beträgt .
Fig. 12 schließlich zeigt schematisch eine optische
Anordnung, bei der mit dem Laserstrahl 8 ein kreisförmiger Kegelschnitt erzeugt werden kann. Bei dieser
Ausführungsform wird ein aufgesetztes Kegelstumpf-Prisma 89 verwendet, dessen Flanke 88 derart ausgerichtet ist, dass beim Eintritt des Laserstrahls 8 in den Kegelstumpf keine Brechung auftritt. Es liegt also senkrechte Inzidenz vor. Die Grundfläche des Kegelstumpf-Prismas 89 ist plan
ausgebildet und liegt vollflächig auf der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 auf.
Die in Fig. 12 gezeigte optische Anordnung zeigt dabei lediglich einen Ausschnitt einer
Laserbearbeitungsvorrichtung. Mit der schematisch
abgebildeten Anordnung gelingt es, ein kegelstumpfförmiges Teil 3 aus einem dicken Glas- oder Glaskeramikelement 2 herauszutrennen . Zur Strahllenkung ist ein Spiegel 95 vorgesehen, der den Laserstrahl 8 derart auf die Flanke 88 des Kegelstumpf- Prismas leitet, so dass diese senkrecht auf die Flanke 88 auftrifft. Dabei rotiert der Umlenkspiegel 95 um eine
Rotationsachse 87 in einer mit „R" gekennzeichneten
Richtung, welche mit der Kegelachse des Kegelstumpf-Prismas 89 übereinstimmt. Ein x-y-Scanner (nicht abgebildet) ist dazu vorgesehen und ausgebildet, während der Rotation die Laserstrahlen 8 auf den Umlenkspiegel 95 zu richten, wobei die Laserstrahlung 8 stets unter dem gleichen Winkel auf die Flanke 88 auftrifft.
Der Anschaulichkeit halber ist in der Fig. 12 in
gestrichelter Form eine weitere Position des Umlenkspiegels 95a gezeigt, bei der der Spiegel im Vergleich zu der
Position des Umlenkspiegels 95 um 180° um die
Rotationsachse 87 gedreht ist. Bei dieser Position trifft auch der Laserstrahl 8a auf einer um 180° gedrehten
Position auf die Flanke 88 auf und erzeugt, ausgehend von dem Startpunkt der filamentartigen Schädigung 97a die filamentförmige Schädigung 6a.
Bei dieser Anordnung kann der Laserstrahl 8, 8a entlang des kreisförmigen Kegelschnitts unter senkrechter Inzidenz über die Mantelfläche des Kegelstumpfes unter Vermeidung von Brechung beim Eintritt in das Kegelstumpf-Prisma 89 geführt werden. Bei mehrfacher Rotation um die Rotationsachse 87 lassen sich auf diese Weise auch bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 in verschiedenen Tiefen die
filamentartigen Schädigungen 6 erzeugen. Mit einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100, 101 lassen sich sowohl kollinear als auch versetzte Mikroperforationen in Glas- oder Glaskeramikelementen erzeugen, welche eine Dicke von 1 mm oder mehr aufweisen. Es konnte auch ein Glas- und Glaskeramikelement mit einer Dicke von mehr als 4 mm oder sogar bis hin zu 8 mm oder noch darüber hinaus bearbeitet werden . Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch eine
Laserbearbeitungsvorrichtung 100, 101 zum Vorbereiten eines Abtrennens eines Teils 3 aus einem dicken Glas- oder
Glaskeramikelement 2 vorgesehen, welche zusätzlich zu den Elementen der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ein Prisma 90, 92 umfasst.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erläuterten Beispiele beschränkt ist, sondern die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung auch miteinander kombiniert werden können. So kann
beispielsweise eine Öffnung 23 hergestellt werden, welche nicht durch eine vollständig umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt wird. Ebenso kann eine solche Öffnung auch am Rand des Glas- oder Glaskeramikelements 2 vorhanden sein, so dass die abgeschrägte Kantenfläche 24 in den Rand des
Elements übergeht, beziehungsweise die Öffnung 23 seitlich offen ist und damit die Gestalt einer Einbuchtung am Rand des Glas- oder Glaskeramikelements aufweist. Weiterhin ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 mit nur einer sich entlang der Kantenfläche 24 erstreckenden Reihe von
filamentförmigen Schädigungen 6 dargestellt. Wie oben erläutert, können aber insbesondere bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 die Schädigungen in verschiedenen Tiefen durch entsprechende Fokussierung hergestellt werden. Damit ergeben sich zwei oder mehr solcher Reihen
nebeneinander liegender filamentförmiger Schädigungen 6, 7, wobei die Reihen übereinander auf der Kantenfläche 24, also in jeweils unterschiedlichem Abstand zu einer der Kanten 27, 28 liegen.
Bezugszeichenliste
1 Laserbearbeitungsvorrichtung
2 Glas- oder Glaskeramikelement
3 von 2 abzutrennendes oder abgetrenntes Teil
4 Trennlinie
6, 6a, 7 filamentförmige Schädigung
8, 8a Laserpuls
10 Ultrakurzpulslaser
11 Scanner
13 Fokussiereinrichtung
15 Druckschalter
20 Oberfläche von 2
21 Normale zu 20
23 Öffnung
24 Kantenfläche
25, 26 Seitenflächen
27, 28 Kante
60, 61 Absätze
80 Auftreffpunkt eines Laserpulses 8 auf Oberfläche
20
82 Lichteinfallsebene
87 Rotationsachse
88 erste Prismenoberfläche
89 Kegelstumpf-Prisma
90 Keilprisma
91 erste Prismenoberfläche
92 Prisma
93 Fokussierelement
94 Umlenkspiegel
95, 95a Umlenkspiegel
96 Abstandssensor 97 Startpunkt einer filamentartigen Schädigung 97a Startpunkt einer filamentartigen Schädigung
98 zweite Prismenoberfläche
99 optisches Element
100, 101 Laserbearbeitungsvorrichtung

Claims

Verfahren zum Abtrennen von Teilen (3) aus Glas- oder Glaskeramikelementen (2) bei welchem
- nebeneinander entlang einer Trennlinie (4)
filamentförmige Schädigungen (6) im Volumen des Glas¬ oder Glaskeramikelements (2) erzeugt werden, und
- die Schädigungen durch Laserpulse (8) eines
Ultrakurzpulslasers (10) erzeugt werden, wobei das Material des Glas- oder Glaskeramikelements (2) für die Laserpulse (8) transparent ist, und
- die Laserpulse (8) im Volumen des Glas- oder
Glaskeramikelements (2) ein Plasma erzeugen, welches die filamentförmigen Schädigungen (6) hervorruft, wobei
- die Auftreffpunkte (80) der Laserpulse (8) auf das Glas- oder Glaskeramikelement (2) über dessen
Oberfläche (20) entlang der Trennlinie bewegt werden, wobei
- die Laserpulse (8) schräg auf die Oberfläche (20) des Glas- oder Glaskeramikelement (2) gerichtet werden, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse (8) und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen (6) schräg zur Oberfläche (20) verlaufen und außerdem
- die Trennlinie (4) schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene (82) verläuft, und wobei
- nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche (20) verlaufenden, nebeneinander entlang der Trennlinie (4) angeordneten filamentförmigen Schädigungen (6) ein Teil (3) vom Glas- oder Glaskeramikelement (2) entlang der Trennlinie (4) an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen (6) abgetrennt werden.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (8) vor Auftreffen auf das Glas- oder Glaskeramikelement (2) durch ein optisches Element (99) zur Strahllenkung geführt werden, welches über zumindest zwei planparallele
Oberflächen verfügt, durch die die Laserpulse (8) eintreten und austreten.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (99) ein Prisma (90, 92) oder ein Kegelstumpf-Prisma (89) ist .
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (8) vor Auftreffen auf das Prisma (90, 92) durch ein Fokussierelement (93) geleitet werden, wobei das Fokussierelement (93) in Lichteinfallsrichtung der Laserpulse (8) beweglich angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der
Brechungsindizes zwischen den für die optischen
Elemente verwendeten optischen Gläsern und dem zu bearbeitenden Glas- oder Glaskeramikelement in der
Größenordn 0,05, besonders bevorzugt
Figure imgf000052_0001
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Laserpulse (8 zwei Umlenkspiegel (94, 95) angeordnet sind, deren Abstand zueinander veränderbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse mit einer Repetitionsrate kleiner 400 kHz, bevorzugt kleiner 350 kHz, besonders bevorzugt kleiner 300 kHz abgegeben werden .
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Laserpulse im Glas- oder Glaskeramikelement deponierte Energie über 80 pJ, bevorzugt über 100 pJ, besonders bevorzugt über 150 pJ beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Lichteinfallsrichtung der Laserpulse und der
Oberflächennormalen (21) der Oberfläche (20) des Glas¬ oder Glaskeramikelements (2) ein Winkel im Bereich von 3° bis 30°, vorzugsweise 3° bis 15°, vorzugsweise mindestens 5° eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Laserpulsen (8) filamentförmige Schädigungen (6) mit einer Länge von mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometer, besonders bevorzugt mindestens 1000
Mikrometer, erzeugt werden.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (10) im Burst- Modus betrieben wird, wobei vom Laser (10) Pulspakete abgegeben werden und wobei jedes dieser Pulspakete jeweils eine der filamentförmigen Schädigungen (6) erzeugt .
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffpunkte (80) der Laserpulse (8) auf dem Glas- oder
Glaskeramikelement (2) über dessen Oberfläche (20) in Richtung entlang der Trennlinie (4) mindestens zweimal bewegt werden, wobei bei jeder Überfahrt die Fokustiefe variiert wird, um in unterschiedlichen Tiefen im Glas¬ oder Glaskeramikelement (2) filamentförmige
Schädigungen (6) einzufügen.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei den zumindest zwei Überfahrten Neigungswinkel und/oder lateraler Versatz des
Laserstrahls so angepasst werden, dass die erzeugten filamentförmigen Schädigungen (6) in ihrer
Längsrichtung ohne wesentlichen seitlichen Versatz in Strahlrichtung kollinear angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Versatz des Laserstrahls im Bereich von 5 bis 50 pm liegt .
Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (4) zumindest zweimal abgefahren und bei einer Überfahrt die Fokustiefe gegenüber einer vorherigen Überfahrt variiert wird, wobei die Position des Auftreffpunkts (80) abhängig von der Fokustiefe so verschoben wird, dass die Fokuspunkte (80) bei den Überfahrten auf einer Linie liegen, wobei insbesondere eine Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung senkrecht zur Trennlinie um einen Betrag V = d-tanCC vorgenommen wird, wobei d die Änderung der Fokustiefe, CC den Lichteinfallswinkel und V die Verschiebung der Position des Auftreffpunkts bezeichnen .
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Versatz von Überfahrt zu Überfahrt eine gestufte Schichtung der filamentartigen Störungen erzeugt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) zum
Vorbereiten eines Abtrennens eines Teils (3) aus einem Glas- oder Glaskeramikelement (2), umfassend:
- einen Ultrakurzpulslaser (10), dessen Pulsleistung ausreicht, um durch in Glas oder Glaskeramik
fokussierte Laserpulse (8) filamentförmige Schädigungen (6) innerhalb des Glases oder der Glaskeramik zu erzeugen,
- eine Halterung für ein Glas- oder Glaskeramikelement (2) ,
- eine Fokussierungseinrichtung (13), um vom
Ultrakurzpulslaser (10) erzeugte Laserpulse (8) in einem mit der Halterung gehalterten Glas- oder
Glaskeramikelement (2) zu fokussieren, sowie
- eine Einrichtung, um
(i) die Laserpulse schräg auf die Oberfläche (20) eines mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelements (2) zu richten, so dass die
Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse (8) und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen
Schädigungen (6) schräg zur Oberfläche (20) verlaufen, sowie, um
(ii) die Auftreffpunkte (80) der vom
Ultrakurzpulslaser (10) erzeugbaren Laserpulse (8) über die Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements (2) entlang einer Trennlinie (4) zu bewegen, derart, dass die Trennlinie (4) schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene (82) verläuft und die
filamentförmigen Schädigungen (6) nebeneinander liegend entlang der Trennlinie (4)
erzeugt werden.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) ein
optisches Element (99), insbesondere ein Prisma (90, 92) oder ein Kegelstumpf-Prisma (89) umfasst, welches im Strahlengang der Laserstrahlung vor Auftreffen auf das Glas- oder Glaskeramikelement (2) angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ultrakurzpulslaser (10) eine Repetitionsrate kleiner 400 kHz, bevorzugt kleiner 350 kHz, besonders bevorzugt 300 kHz aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) gemäß
Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, durch den Ultrakurzpulslaser (10) im Glas- oder Glaskeramikelement eine Energie von mehr 80 pJ,
bevorzugt mehr als 100 pJ, besonders bevorzugt mehr als 150 pJ deponiert wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (13), welche
eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse (8) beim Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement (2) auszugleichen.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1, 100, 101) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (13), welche eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse (8) beim Eintritt in das Glas- oder
Glaskeramikelement (2) auszugleichen.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 16, umfassend zwei gegenüberliegende Seitenflächen (25, 26), sowie eine diese beiden
Seitenflächen (25, 26) verbindende Kantenfläche (24), wobei in der Kantenfläche (24) nebeneinander
verlaufende filamentförmige Schädigungen (6) vorhanden sind, die Vertiefungen in der Kantenfläche (24) bilden, wobei die Längsrichtung der filamentförmigen
Schädigungen (6) in Richtung von einer zur anderen Kante (27, 28), welche den Übergang zwischen der
Kantenfläche (24) und den Seitenflächen (25, 26) bilden, verläuft, und wobei die Kantenfläche (24) schräg zu den Seitenflächen (25, 26) liegt, und wobei die Richtung der Neigung der Kantenfläche (24)
gegenüber den Seitenflächen (25, 26) in Richtung entlang einer Kante (27, 28) gleich bleibt.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine umlaufende Kantenfläche (24) mit filamentförmigen Schädigungen (6) . 25. Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2)
gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Öffnung (23) im Glas- oder Glaskeramikelement (2), welche durch die umlaufende Kantenfläche (24) begrenzt ist.
26. Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2)
gemäß dem vorstehenden Anspruch, mit zumindest einer Öffnung (23) , welche durch die Kantenfläche 24 begrenzt wird, wobei in der Öffnung (23) zumindest ein
elektrisches oder elektronisches Element, vorzugsweise ein Bedienelement oder ein elektrisches Anzeigeelement verankert, vorzugsweise mittels einer Verklebung verankert ist.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch filamentförmige Schädigungen (6) mit einer Länge von mindestens 200 Mikrometern, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometern.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der
Kantenfläche (24) gegenüber der Normalen (21) einer de Seitenflächen (25, 26) mindestens 3°, bevorzugt mindestens 5°, mindestens 12°, mindestens 15°, mindestens 20° beträgt.
29. Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, dass die Tiefe der durch die
filamentförmigen Schädigungen (6) in der Kantenfläche (24) gebildeten Vertiefungen kleiner als 20 pm, vorzugsweise kleiner als 10 pm ist und/oder die Länge der filamentförmigen Schädigungen (6) mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometer beträgt .
30. Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement,
herstellbar mit einem Verfahren gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine gestufte Schichtung der filamentartigen Störungen.
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CN201680041506.4A CN107848860B (zh) 2015-07-15 2016-07-13 用于分离玻璃或玻璃陶瓷部件的方法和装置
US15/871,728 US11161766B2 (en) 2015-07-15 2018-01-15 Method and device for separation of glass portions or glass ceramic portions
US16/804,597 US11884573B2 (en) 2015-07-15 2020-02-28 Method and device for separation of glass portions or glass ceramic portions
US18/541,948 US20240116797A1 (en) 2015-07-15 2023-12-15 Method and device for separation of glass portions or glass ceramic portions

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019158488A1 (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
EP4011846A1 (de) 2020-12-09 2022-06-15 Schott Ag Verfahren zur strukturierung eines glaselements und damit strukturiertes glaselement
CN115259646A (zh) * 2017-05-19 2022-11-01 肖特股份有限公司 一种包括玻璃或玻璃陶瓷的组件及用于生产该组件的方法
DE102022115711A1 (de) 2022-06-23 2023-12-28 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6669594B2 (ja) * 2016-06-02 2020-03-18 株式会社ディスコ ウエーハ生成方法
DE102017208290A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks entlang einer vorbestimmten Bearbeitungslinie
SG11202006455TA (en) * 2018-01-31 2020-08-28 Hoya Corp Method for producing glass substrate for magnetic disk
US11401195B2 (en) * 2018-03-29 2022-08-02 Corning Incorporated Selective laser processing of transparent workpiece stacks
DE102018114973A1 (de) * 2018-06-21 2019-12-24 Schott Ag Flachglas mit wenigstens einer Sollbruchstelle
KR20220008312A (ko) * 2019-05-17 2022-01-20 코닝 인코포레이티드 투명한 워크피스의 고각 레이저 처리를 위한 위상-수정된 준-비-회절 레이저 빔
JP7412925B2 (ja) * 2019-08-26 2024-01-15 キヤノン株式会社 光学装置、および、物品の製造方法
DE102019215264A1 (de) 2019-10-02 2021-04-08 Flabeg Deutschland Gmbh Scheibenförmiges Glaselement und Verfahren zum Vereinzeln eines Glassubstrats in eine Mehrzahl von derartigen Glaselementen
DE102019135283A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur Lasermaterialbearbeitung und Laserbearbeitungsanlage
US11858063B2 (en) 2020-02-03 2024-01-02 Corning Incorporated Phase-modified quasi-non-diffracting laser beams for high angle laser processing of transparent workpieces
KR20210110510A (ko) * 2020-02-28 2021-09-08 쇼오트 아게 유리 부재의 분리 방법 및 유리 서브부재
CN112157357A (zh) * 2020-08-20 2021-01-01 深圳市吉祥云科技有限公司 一种玻璃异形孔激光加工控制方法
CN116457136A (zh) * 2020-09-09 2023-07-18 康宁股份有限公司 用于透明工件的高角度激光加工的方法和光学组件
DE102020134195A1 (de) 2020-12-18 2022-06-23 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Trennen eines Materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2781296A1 (de) * 2013-03-21 2014-09-24 Corning Laser Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Ausschneiden von Konturen aus flächigen Substraten mittels Laser
US20150034613A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 Rofin-Sinar Technologies Inc. System for performing laser filamentation within transparent materials
US20150118522A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method of fabricating a glass magnetic hard drive disk platter using filamentation by burst ultrafast laser pulses
US20160016257A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005098916A1 (ja) 2004-03-30 2005-10-20 Hamamatsu Photonics K.K. レーザ加工方法及び半導体チップ
JP4781661B2 (ja) 2004-11-12 2011-09-28 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法
DE102005029420A1 (de) * 2005-06-24 2006-12-28 Schoeller Arca Systems Services Gmbh Vorrichtung zur Produktkennzeichnung
DE102006042280A1 (de) * 2005-09-08 2007-06-06 IMRA America, Inc., Ann Arbor Bearbeitung von transparentem Material mit einem Ultrakurzpuls-Laser
JP2007165850A (ja) 2005-11-16 2007-06-28 Denso Corp ウェハおよびウェハの分断方法
TWI396786B (zh) * 2009-06-10 2013-05-21 Mitsubishi Rayon Co 發現機械性能優異的碳纖維束
JP6121901B2 (ja) * 2010-07-12 2017-04-26 ロフィン−シナー テクノロジーズ インコーポレーテッド レーザーフィラメント形成による材料加工方法
TW201417928A (zh) 2012-07-30 2014-05-16 Raydiance Inc 具訂製邊形及粗糙度之脆性材料切割
DE102012110971A1 (de) * 2012-11-14 2014-05-15 Schott Ag Trennen von transparenten Werkstücken
EP2925690B1 (de) * 2012-11-29 2021-08-11 Corning Incorporated Verfahren zur herstellung von artikeln aus glas durch laserbeschädigung und -ätzung
EP2754524B1 (de) 2013-01-15 2015-11-25 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
KR20160015354A (ko) * 2013-06-07 2016-02-12 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 기판 내에 리세스를 형성하기 위한 기법 및 리세스들을 포함하는 물품
KR102160694B1 (ko) * 2013-11-01 2020-09-29 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그 제조 방법
US11053156B2 (en) * 2013-11-19 2021-07-06 Rofin-Sinar Technologies Llc Method of closed form release for brittle materials using burst ultrafast laser pulses
DE102013223637B4 (de) * 2013-11-20 2018-02-01 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Behandeln eines lasertransparenten Substrats zum anschließenden Trennen des Substrats
US20150165560A1 (en) 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser processing of slots and holes
US9701563B2 (en) * 2013-12-17 2017-07-11 Corning Incorporated Laser cut composite glass article and method of cutting
US20150166393A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser cutting of ion-exchangeable glass substrates
CN107073641B (zh) 2014-07-14 2020-11-10 康宁股份有限公司 接口块；用于使用这种接口块切割在波长范围内透明的衬底的系统和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2781296A1 (de) * 2013-03-21 2014-09-24 Corning Laser Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Ausschneiden von Konturen aus flächigen Substraten mittels Laser
US20150034613A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 Rofin-Sinar Technologies Inc. System for performing laser filamentation within transparent materials
US20150118522A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method of fabricating a glass magnetic hard drive disk platter using filamentation by burst ultrafast laser pulses
US20160016257A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115259646A (zh) * 2017-05-19 2022-11-01 肖特股份有限公司 一种包括玻璃或玻璃陶瓷的组件及用于生产该组件的方法
CN115259646B (zh) * 2017-05-19 2024-05-17 肖特股份有限公司 一种包括玻璃或玻璃陶瓷的组件及用于生产该组件的方法
WO2019158488A1 (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
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
EP4011846A1 (de) 2020-12-09 2022-06-15 Schott Ag Verfahren zur strukturierung eines glaselements und damit strukturiertes glaselement
DE102022115711A1 (de) 2022-06-23 2023-12-28 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken
WO2023247169A1 (de) 2022-06-23 2023-12-28 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstücken

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