WO2022053274A1 - Method for separating a transparent material - Google Patents

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WO2022053274A1
WO2022053274A1 PCT/EP2021/072958 EP2021072958W WO2022053274A1 WO 2022053274 A1 WO2022053274 A1 WO 2022053274A1 EP 2021072958 W EP2021072958 W EP 2021072958W WO 2022053274 A1 WO2022053274 A1 WO 2022053274A1
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Jonas Kleiner
Malte Kumkar
Daniel FLAMM
Myriam Kaiser
Tim Hesse
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Abstract

The present invention relates to a method for separating a transparent material (1), wherein localized material modifications (3) are introduced into the material (1) along a separation line (2) and at a spatial distance from one another by means of ultrashort laser pulses from an ultrashort pulse laser (6), wherein the laser beam (60) has a focal zone (600) that is elongate in the beam propagation direction, and the laser beam is preferably a non-diffractive laser beam, wherein the pulse energy is chosen so that the material modifications (3) generate material ejections (300) at a surface of the material, and the material (1) is subsequently separated along the separation line (2) within the scope of a separation step, wherein the spatial distance between the localized material modifications (3) is greater than 0.2-times to 10-times the diameter of the respective material ejections (300).

Description

Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials Process for separating a transparent material
Technisches Gebiet technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials, wobei mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers lokalisierte Materialmodifikationen voneinander beabstandet und entlang einer Trennlinie in das Material eingebracht werden. The present invention relates to a method for separating a transparent material, wherein localized material modifications are spaced apart from one another by means of ultrashort laser pulses of an ultrashort pulse laser and are introduced into the material along a separating line.
Stand der Technik State of the art
Die Entwicklung von Lasern mit sehr kurzen Pulsen, insbesondere mit Pulsdauern kleiner als Nanosekunden, und hohen mittleren Leistungen im Kilowatt-Bereich ermöglicht eine neue Materialbearbeitung. Mit diesen kurzen Pulsdauern und hohen mittleren Leistungen wird eine nichtlineare Absorption im zu bearbeitenden Material zugänglich, so dass auch für die verwendete Laserlichtwellenlänge transparente bzw. im wesentlichen transparente Materialien bearbeitet werden konnten. Insbesondere können über die nichtlineare Absorption auch transparente Materialien entlang einer vorgegebenen Trennlinie getrennt werden. The development of lasers with very short pulses, in particular with pulse durations of less than nanoseconds, and high average power in the kilowatt range enables new material processing. With these short pulse durations and high average powers, a non-linear absorption in the material to be processed becomes accessible, so that transparent or essentially transparent materials could also be processed for the laser light wavelength used. In particular, transparent materials can also be separated along a predetermined dividing line via the non-linear absorption.
In der EP2754524 wird ein entsprechendes Verfahren zum Trennen transparenter Materialien beschrieben. A corresponding method for separating transparent materials is described in EP2754524.
Gemäß den Verfahren im Stand der Technik kommt es jedoch immer wieder zu Ausbrüchen an der Trennfläche und/oder zu einer unerwünscht hohen Oberflächenrauheit und/oder einer erschwerten Separierbarkeit/Trennbarkeit der Materialteile. According to the methods in the prior art, however, there are always breakouts on the parting surface and/or an undesirably high surface roughness and/or difficult separability/separability of the material parts.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Proceeding from the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for separating a transparent material. The object is achieved by a method for separating a transparent material having the features of claim 1. Advantageous developments result from the dependent claims, the description and the figures.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials vorgeschlagen, wobei mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers lokalisierte Materialmodifikationen räumlich voneinander beabstandet und entlang einer Trennlinie in das Material eingebracht werden, wobei der Laserstrahl eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone aufweist und bevorzugt ein nicht-beugender Laserstrahl ist, wobei die Pulsenergie so gewählt ist, dass die Materialmodifikation an einer Oberfläche des Materials Materialauswürfe erzeugt, und anschließend das Material in einem Trennschritt entlang der Trennlinie getrennt wird. Erfindungsgemäß ist der räumliche Abstand der lokalisierten Materialmodifikationen größer als der 0,2-fache bis 10-fache Durchmesser der jeweiligen Materialauswürfe. Accordingly, a method for separating a transparent material is proposed, wherein by means of ultra-short laser pulses of an ultra-short-pulse laser, localized material modifications are spatially spaced from one another and introduced into the material along a separating line, the laser beam having a focal zone that is elongated in the direction of beam propagation and is preferably a non-diffracting laser beam, wherein the pulse energy is selected in such a way that the material modification generates material ejections on a surface of the material, and then the material is separated in a separating step along the separating line. According to the invention, the spatial spacing of the localized material modifications is greater than 0.2 to 10 times the diameter of the respective material ejections.
Ein Ultrakurzpulslaser stellt die ultrakurzen Laserpulse zur Verfügung. Unter ultrakurzen Laserpulsen werden Pulse im Pikosekundenbereich oder im Femtosekundenbereich verstanden.An ultra-short pulse laser provides the ultra-short laser pulses. Ultrashort laser pulses are understood to mean pulses in the picosecond range or in the femtosecond range.
Der Laser kann auch Pulszüge aus ultrakurzen Sub-Laserpulsen zur Verfügung stellen, wobei jeder Laserpulszug das Aussenden mehrerer Sub-Laserpulse umfasst. Dabei können insbesondere auch sogenannte GHz-Laserpulszüge vorgesehen sein. Diese Pulszüge werden auch als Bursts bezeichnet. The laser can also provide pulse trains made up of ultra-short sub-laser pulses, with each laser pulse train comprising the emission of a number of sub-laser pulses. In particular, so-called GHz laser pulse trains can also be provided. These pulse trains are also referred to as bursts.
Die ultrakurzen Laserpulse bewegen sich auf einer durch eine Optik des Lasers bestimmten Trajektorie über das Material, wobei die Trajektorie der gewünschten Trennlinie folgt, so dass entlang der Trennline räumlich voneinander beabstandet Materialmodifikationen in das Material eingebracht werden können. Der durch die Laserpuls ausgebildete Laserstrahl und das Material können hierbei relativ zueinander mit einem Vorschub bewegt werden, um entsprechend das Einbringen der Materialmodifikationen entlang der Trennlinie zu erreichen. The ultra-short laser pulses move over the material on a trajectory determined by the optics of the laser, with the trajectory following the desired dividing line, so that material modifications can be introduced into the material at a spatial distance from one another along the dividing line. The laser beam formed by the laser pulse and the material can be moved relative to each other with a feed in order to achieve the corresponding introduction of the material modifications along the parting line.
Der Laserstrahl und das Material können relativ zueinander mit einem Vorschub verschiebbar sein.The laser beam and the material can be shiftable relative to each other with a feed.
Relativ zueinander verschiebbar bedeutet, dass sowohl der Laserstrahl translatorisch relativ zu einem ortsfesten Material verschoben werden kann, als auch das Material relativ zum Laserstrahl verschoben werden kann, oder es findet eine Bewegung sowohl des Materials als auch des Laserstrahls statt. Dadurch kann insbesondere der Fokus des Laserstrahls an verschiedenen Orten des Materials platziert werden, um Materialmodifikationen einzubringen. Neben translatorischen Bewegungen entlang derX-, Y- und Z-Achsen sind insbesondere auch rotatorische Bewegungen möglich, insbesondere Rotationen um die Strahlausbreitungsrichtung herum. Dadurch ist es möglich den Laserstrahl entlang der Trennlinie zu orientieren. Displaceable relative to one another means that both the laser beam can be displaced translationally relative to a stationary material and the material can be displaced relative to the laser beam, or both the material and the laser beam move. In particular, this allows the focus of the laser beam to be placed at different locations on the material in order to introduce material modifications. In addition to translational movements along the X, Y and Z axes, rotary movements are also possible, in particular rotations around the beam propagation direction. This makes it possible to orientate the laser beam along the dividing line.
Das Material kann ein Metall oder ein Halbleiter oder ein Isolator oder eine Kombination davon sein. Insbesondere kann es auch ein Glas, eine Glaskeramik, ein Polymer oder ein Halbleiterwafer, beispielsweise ein Siliziumwafer, sein. Das Material ist hierbei transparent für die Wellenlänge des Lasers, wobei transparent bedeutet, dass 70% oder mehr der einfallenden Laserenergie durch das Material hindurch transmittiert werden. The material can be a metal, or a semiconductor, or an insulator, or a combination thereof. In particular, it can also be a glass, a glass ceramic, a polymer or a semiconductor wafer, for example a silicon wafer. The material is transparent to the wavelength of the laser, with transparent meaning that 70% or more of the incident laser energy is transmitted through the material.
Der Laserpuls oder die Laserpulse werden vom Material zumindest teilweise absorbiert, beispielsweise durch nichtlineare Absorptionsprozesse, so dass das Material lokal modifiziert werden kann. Eine Materialmodifikation ist hierbei eine im thermischen Gleichgewicht permanente, stoffliche Veränderung des Materials, die ursächlich von der direkten Lasereinstrahlung stammt.The laser pulse or laser pulses are at least partially absorbed by the material, for example by non-linear absorption processes, so that the material can be modified locally. A material modification is a permanent, material change in the material in thermal equilibrium, which is caused by the direct laser radiation.
Die Materialmodifikation kann hierbei allgemein eine Modifikation der Struktur, insbesondere der kristallinen Struktur und/oder der amorphen Struktur und/oder der mechanischen Struktur, des transparenten Materials sein. Beispielsweise kann eine eingebrachte Materialmodifikation eines amorphen Material darin bestehen, dass das Material durch eine lokale Erhitzung nur in diesem Bereich eine veränderte Netzwerkstruktur erhält. Beispielsweise können durch die Modifikation die Bindungswinkel- und Längen der Netzwerkstruktur verändert werden. Eine Materialmodifikation kann insbesondere eine lokale Dichteänderung sein, die auch Bereiche ohne Material umfassen kann, die auch abhängig vom gewählten Material sein kann. The material modification can generally be a modification of the structure, in particular the crystalline structure and/or the amorphous structure and/or the mechanical structure, of the transparent material. For example, an introduced material modification of an amorphous material can consist in the material receiving a changed network structure through local heating only in this area. For example, the bond angles and lengths of the network structure can be changed by the modification. A material modification can in particular be a local change in density, which can also include areas without material, which can also be dependent on the selected material.
In Abhängigkeit von den spezifischen Materialeigenschaften und den konkreten Einstellungen des Lasers, wie beispielsweise Pulsenergie, Pulsdauer und Repetitionsrate, kann es zu verschiedenen Arten von Materialmodifikationen kommen. Beispielsweise kann der Laser mit einer ersten Einstellung einen Laserstrahl zur Verfügung stellen, der in dem Material zu einer isotropen Brechnungsindexänderung führt. Der Laser kann aber auch mit einerweiteren Einstellung einen Laserstrahl zur Verfügung stellen, der in dem Material zu einer doppelbrechenden Brechungsindexänderung führt, so dass das Material lokal doppelbrechende Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann es bei hohen Pulsenergien zu sogenannten Mikroexplosionen kommen bei denen hochangeregtes, gasförmiges Material aus der Fokuszone in das umgebende Material gedrückt und eine weniger dichter Bereich oder ein leerer Kern mit umgebendem verdichteten Material entsteht. Die Größe des erhitzten Bereiches ist dabei durch die Strahlgeometrie, insbesondere durch die Fokuszone des Laserstrahls und den Strahlquerschnitt bestimmt. Durch die lokale Hitzeeinwirkung des Lasers werden die Materialmodifikationen in das Material eingebracht.Depending on the specific material properties and the specific settings of the laser, such as pulse energy, pulse duration and repetition rate, different types of material modifications can occur. For example, with a first setting, the laser can provide a laser beam that results in an isotropic refractive index change in the material. With a further setting, however, the laser can also provide a laser beam which leads to a birefringent change in the refractive index in the material, so that the material has locally birefringent properties. In particular, so-called micro-explosions can occur at high pulse energies, in which highly excited, gaseous material is pushed out of the focal zone into the surrounding material and a less dense area or an empty core with surrounding compressed material is created. The size of the heated area is determined by the beam geometry, in particular by the focal zone of the laser beam and the beam cross section. The material modifications are introduced into the material by the local heat effect of the laser.
Im Unterschied zur Materialmodifikation umfasst der Materialmodifikationsbereich dabei den gesamten Bereich, in dem die Auswirkungen der Einwirkung des Laserpulses beispielsweise anhand der Zug- als auch Druckspannungen messbar sind. Dies ist insbesondere der Bereich, in dem das Material räumlich gesehen von der Materialmodifikation ausgehend wieder in den Ausgangszustand der unbehandelten Bereiche des Materials übergeht. In contrast to material modification, the material modification area includes the entire area in which the effects of the laser pulse can be measured, for example using the tensile and compressive stresses. In particular, this is the area in which, spatially speaking, the material changes from the material modification back to the initial state of the untreated areas of the material.
Durch die Temperaturgradienten, welche durch die lokale Hitzeeinwirkung entstehen, kann es beim Erhitzen und/oder beim Abkühlen und Ausbilden der Materialmodifikation zu Spannungen im Materialmodifikationsbereich kommen, die eine Rissbildung begünstigen. Insbesondere können im Materialmodifikationsbereich Zug- als auch Druckspannungen entstehen, die beispielsweise radial oder orthoradial verlaufen. Eine Materialmodifikation geht daher bevorzugt mit einer indizierten Rissbildung, also einer gezielten Schädigung des Materials, einher. As a result of the temperature gradients that arise as a result of the local heat effect, stresses can occur in the material modification area during heating and/or during cooling and formation of the material modification, which stresses promote crack formation. In particular, tensile and compressive stresses can arise in the material modification area, which run radially or orthoradially, for example. A material modification is therefore preferably accompanied by an indicated formation of cracks, i.e. targeted damage to the material.
In Abhängigkeit von der gewählten Pulsenergie kann die Materialmodifikation an einer Oberfläche des Materials Materialauswürfe erzeugen. Die Materialauswürfe sind hierbei ein Maß für die Güte der Materialmodifikationen und damit auch für die Trennbarkeit des Materials. Depending on the selected pulse energy, the material modification can generate material ejections on a surface of the material. The material ejections are a measure of the quality of the material modifications and thus also of the separability of the material.
Materialauswürfe sind hierbei Materialansammlungen an einer Oberfläche des Materials, die um den Ort entstehen, an dem die Laserpulse zur Erzeugung einer Materialmodifikation eingebracht werden. Insbesondere bedeutet „eine Oberfläche“, dass es sich dabei relativ zur Strahlausbreitungsrichtung sowohl um die Oberseite als auch die Unterseite des Materials handeln kann. Materialauswürfe sind Folgen der Erwärmung des Materials, welches beim Einbringen der Laserpulse aus dem Volumen des Materials herausdringt, es kann dabei aber auch ein Teil des Volumens durch Verdampfung etc. verloren gehen, so dass keine genaue Übereinstimmung der aus dem Material verdrängten und der um die Materialmodifikation herum in den Materialauswürfen abgelagerten Materialvolumina vorliegen muss. Material ejections are accumulations of material on a surface of the material that occur around the location at which the laser pulses are introduced to produce a material modification. In particular, “a surface” means that it can be either the top or the bottom of the material relative to the beam propagation direction. Material ejections are consequences of the heating of the material, which protrudes from the volume of the material when the laser pulses are introduced, but part of the volume can also be lost through evaporation etc., so that there is no exact match between the displaced from the material and the around the Material modification around in the material ejections deposited material volumes must be present.
Ist die Pulsenergie so gewählt, dass keine Materialauswürfe entstehen, ist keine zuverlässige Trennbarkeit des Materials gegeben, da beispielsweise dessen Volumenfestigkeit noch zu hoch ist. Dies kann bedeuten, dass die Materialmodifikationen nicht tief genug in das Material eingebracht wurden, oder die Materialmodifikation durch eine zu geringe Pulsenergie zu klein ist oder die Art der Modifikation, siehe oben, nicht zum Trennen des Materials geeignet ist. Übersteigt die Pulsenergie jedoch eine gewisse Grenze, so wird die räumliche Ausdehnung der Materialmodifikationen zu groß, was zu einer schlechten Lokalisierung und einer schlechten Oberflächenqualität der Trennfläche führt. Materialauswürfe in einem gewissen Größenbereich sind daher als Indikator einer optimal eingebrachten Materialmodifikation erwünscht und erlauben das Ermitteln der optimalen Prozessparameter für den Trennprozess. If the pulse energy is selected in such a way that no material is ejected, the material cannot be reliably separated because, for example, its volumetric strength is still too high. This can mean that the material modifications were not introduced deep enough into the material, or the material modification is too small due to the pulse energy being too low, or the type of modification, see above, is not suitable for cutting the material. However, if the pulse energy exceeds a certain limit, the spatial extent of the material modifications becomes too large, which leads to poor localization and poor surface quality of the interface. Material ejections in a certain size range are therefore desired as an indicator of an optimally introduced material modification and allow the determination of the optimal process parameters for the separation process.
Die Materialmodifikationen werden entlang einer gewünschten Trennlinie in das Material eingebracht, so dass entlang der Trennlinie beabstandet Materialauswürfe auftreten. Eine Trennlinie beschreibt hierbei diejenige Linie entlang derer das Material oder Teile des Materials getrennt oder abgetrennt werden sollen. The material modifications are introduced into the material along a desired parting line, so that material ejections occur at a distance along the parting line. A dividing line describes that line along which the material or parts of the material are to be separated or severed.
Durch die eingebrachten Materialmodifikationen entlang einer Trennlinie in das Material, ist das Material quasi perforiert, so dass durch die Trennlinie eine Art Sollbruchstelle im Material definiert ist. Diese Perforation führt in der Regel jedoch nicht zu einer selbstständigen Trennung des Materials. Vielmehr sorgen die Materialmodifikationen entlang der Trennlinie beispielsweise für eine Materialschwächung, sodass beim Aufbringen eines nachfolgenden Trennschritts, beispielsweise durch das Aufbringen einer thermischen Spannung und/oder durch Aufbringen einer mechanischen Spannung, bevorzugt einer Zug- oder Biegespannung, und/oder durch Ätzen mittels mindestens einer nasschemischen Lösung, entlang der Trennlinie getrennt wird. Due to the material modifications introduced along a dividing line in the material, the material is more or less perforated, so that a kind of predetermined breaking point is defined in the material by the dividing line. As a rule, however, this perforation does not lead to an independent separation of the material. Rather, the material modifications along the dividing line ensure, for example, a material weakening, so that when a subsequent separating step is applied, for example by applying a thermal stress and/or by applying a mechanical stress, preferably a tensile or bending stress, and/or by etching using at least one wet chemical solution, is separated along the dividing line.
Eine thermische Spannung kann beispielsweise durch eine Erwärmung des Materials entlang der Trennlinie erreicht werden. Beispielsweise kann die Trennlinie mittels eines Dauerstrich-CO2- Lasers erwärmt werden, so dass sich das Material im Materialmodifikationsbereich unterschiedlich im Vergleich zum unbehandelten Material ausdehnt. Die durch die Materialmodifikation begünstigten Risse erfahren dadurch ein Risswachstum, so dass sich eine durchgehendende und unverhakte Trennfläche ausbilden kann, durch die die Teile des Materials voneinander getrennt sind. A thermal stress can be achieved, for example, by heating the material along the parting line. For example, the parting line can be heated using a continuous wave CO2 laser, so that the material in the material modification area expands differently compared to the untreated material. As a result, the cracks favored by the material modification experience crack growth, so that a continuous and non-interlocked separating surface can form, separating the parts of the material from one another.
Eine Zug- oder Biegespannung kann beispielsweise durch das Aufbringen einer mechanischen Belastung auf die durch die Trennlinie separierten Materialteile erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Zugspannung aufgebracht werden, wenn auf die durch die Trennlinie separierten Materialteile in der Materialebene entgegengesetzte Kräfte an je einem Kraftangriffspunkt wirken, die jeweils von der Trennlinie weg zeigen. Sind die Kräfte nicht parallel beziehungsweise antiparallel zueinander ausgerichtet, so kann dies zum Entstehen einer Biegespannung beitragen. Sobald die Zug- oder Biegespannungen größer als die Bindungskräfte des Materials entlang der Trennlinie sind, wird das Material entlang der Trennlinie getrennt. A tensile or bending stress can be generated, for example, by applying a mechanical load to the material parts separated by the dividing line. For example, a tensile stress can be applied if opposing forces act on the material parts separated by the dividing line in the material plane at a respective force application point, each pointing away from the dividing line. Are the forces not parallel respectively aligned antiparallel to each other, this can contribute to the development of bending stress. As soon as the tensile or bending stresses are greater than the binding forces of the material along the parting line, the material is separated along the parting line.
Das Material kann auch durch Ätzen mit einer nasschemischen Lösung getrennt werden, wobei der Ätzprozess das Material bevorzugt an der Materialmodifikation, also der gezielten Materialschwächung, ansetzt. Indem bevorzugt die durch die Materialmodifikation geschwächten Materialteile geätzt werden, führt dies zu einem Trennen des Materials entlang der Trennlinie.The material can also be separated by etching with a wet-chemical solution, with the etching process preferably starting the material at the material modification, i.e. the targeted material weakening. Since the material parts weakened by the material modification are preferably etched, this leads to a severing of the material along the severing line.
Die Materialmodifikation weisen einen räumlichen Abstand entlang der Trennlinie zueinander auf, welcher größer ist als der 0,2-fache bis 10-fache Durchmesser derjeweiligen Materialauswürfe.The material modifications have a spatial distance from one another along the dividing line which is greater than 0.2 to 10 times the diameter of the respective material ejections.
Der räumliche Abstand kann hierbei definiert sein als der Abstand der Zentren der Materialmodifikationen. Es kann damit beispielsweise das geometrische Zentrum der Materialmodifikation gemeint sein. Das Zentrum einer Materialmodifikation fällt dabei typischerweise mit dem Zentrum des bearbeitenden Laserstrahls zusammen. Daher kann mit Distanz auch der Abstand der Laserstrahlen gemeint sein, die die Materialmodifikationen räumlich beabstandet voneinander entlang der Trennlinie eingebracht haben. Es kann aber auch beispielsweise der Abstand der Intensitätsschwerpunkte der jeweiligen Strahlquerschnitte gemeint sein. The spatial distance can be defined here as the distance between the centers of the material modifications. This can mean, for example, the geometric center of the material modification. The center of a material modification typically coincides with the center of the processing laser beam. Therefore, distance can also mean the spacing of the laser beams that have introduced the material modifications spatially spaced apart from one another along the parting line. However, it can also mean, for example, the distance between the centers of intensity of the respective beam cross sections.
Der Durchmesser der Materialauswürfe kann hierbei der Außendurchmesser des Materialauswurfs entlang der Trennlinie sein. Insbesondere kann damit der Abstand der Materialmodifikationen auf der Trennlinie mit der Größe des Materialauswurfs in Relation gesetzt werden. Der Durchmesser des Materialauswurfs kann auch der minimale oder der maximale Durchmesser des Materialauswurfs sein. Insbesondere kann der Materialauswurf durch einen elliptischen Strahl ebenfalls elliptisch ausgebildet sein, siehe unten. Der Durchmesser des Materialauswurfs ist dann die Länge entlang derer die Vorschubrichtung den Materialauswurf schneidet. Somit können unabhängig von der Orientierung der Materialmodifikation im Material weitere Materialmodifikationen entlang einem festen Abstand in das Material eingebracht werden. The diameter of the material ejection can be the outside diameter of the material ejection along the parting line. In particular, the distance between the material modifications on the parting line can be related to the size of the material ejection. The diameter of the material spout can also be the minimum or the maximum diameter of the material spout. In particular, the material ejection by an elliptical jet can also be elliptical, see below. The diameter of the material chute is then the length along which the feed direction intersects the material chute. Thus, regardless of the orientation of the material modification in the material, further material modifications can be introduced into the material along a fixed distance.
Beispielsweise kann eine runde Materialmodifikation mit einem Durchmesser von 0,2 pm -1 pm einen runden Materialauswurf mit einem Außendurchmesser von 1 pm - 5pm erzeugen. Wenn der Abstand der Materialmodifikationen das 5-fache des Durchmessers der jeweiligen Materialauswürfe sein soll, dann beträgt der Abstand zweier benachbarter Materialmodifikationen 5 pm- 25 pm. Durch den Abstand, der mit der Größe des Materialauswurfs steigt, kann hiermit vermieden werden, dass bei einem zu großen räumlichen Abstand der Materialmodifikationen beim Trennen des Materials Ausbrüche entlang der Trennlinie entstehen. Des Weiteren kann vermieden werden, dass der Abstand der Materialmodifikationen zu klein ist, um einen effizienten Bearbeitungsprozess durch eine möglichst hohe Vorschubgeschwindigkeit, sowie einer Vermeidung von unkontrollierter Wärmeeinbringung ins Material, zu erreichen. Zudem wird durch einen genügend hohen Abstand der Materialmodifikationen das Risiko minimiert, durch Akkumulationsmodifikationen, wie beispielsweise das Aufschmelzen des Materials an der Oberfläche, zu vermeiden. For example, a round material modification with a diameter of 0.2 pm -1 pm can produce a round material ejection with an outside diameter of 1 pm - 5 pm. If the distance between the material modifications should be 5 times the diameter of the respective material ejections, then the distance between two adjacent material modifications is 5 pm - 25 pm. Due to the distance, which increases with the size of the material ejection, it can hereby be avoided that, if the spatial distance between the material modifications is too great, breakouts occur along the parting line when the material is separated. Furthermore, it can be avoided that the distance between the material modifications is too small in order to achieve an efficient machining process through the highest possible feed rate and avoidance of uncontrolled heat input into the material. In addition, a sufficiently large distance between the material modifications minimizes the risk of avoiding accumulation modifications, such as melting of the material on the surface.
In der genannten Ausgestaltung überlappen die Materialauswürfe auch nicht, so dass eine unerwünschte Erhöhung der Festigkeit im Bereich der Trennlinie durch miteinander verbundene Materialauswürfe vermieden werden kann. In the embodiment mentioned, the material ejections also do not overlap, so that an undesired increase in strength in the area of the parting line due to material ejections connected to one another can be avoided.
Die Laserpulse können eine Wellenlänge zwischen 0,3pm und 1 ,5pm aufweisen und/oder die Pulslänge der Laserpulse kann 0,01 ps bis 50ps betragen, bevorzug 0,3-15ps betragen und/oder die mittlere Leistung des Lasers kann 10W bis 1000W betragen. The laser pulses can have a wavelength between 0.3 pm and 1.5 pm and/or the pulse length of the laser pulses can be 0.01 ps to 50 ps, preferably 0.3-15 ps and/or the mean power of the laser can be 10W to 1000W .
Dies hat den Vorteil, dass über einen großen Parameterbereich das Verfahren für das jeweilige Material optimiert werden kann. Insbesondere erhöht dies die Wahrscheinlichkeit einen für ein Material verfügbare Laserwellenlänge zu finden, bei der das Material transparent ist. This has the advantage that the process can be optimized for the respective material over a large parameter range. In particular, this increases the probability of finding a laser wavelength available for a material at which the material is transparent.
Die Laserenergie kann in Form von Einzellaserpulsen in das Material eingebracht werden, wobei die Repetitionsrate der Einzellaserpulse 1 kHz bis 2MHz beträgt. The laser energy can be introduced into the material in the form of individual laser pulses, with the repetition rate of the individual laser pulses being 1 kHz to 2 MHz.
Durch das Einbringen einzelner Laserpulse ist eine sehr lokalisierte Bearbeitung des Materials möglich. Insbesondere entstehen dabei vergleichsweise kleine Materialauswürfe, sodass die Materialmodifikationen nahe beieinander positioniert werden können. So kann das Material auch entlang von Trennlinien mit kleinen Kurvenradien zuverlässig getrennt werden. By introducing individual laser pulses, very localized processing of the material is possible. In particular, comparatively small material ejections occur here, so that the material modifications can be positioned close to one another. In this way, the material can also be reliably separated along separating lines with small curve radii.
Die Laserenergie kann in Form von Pulszügen, umfassend mehrere Sub-Laserpulse, in das Material eingebracht werden, wobei die Repetitionsfrequenz der Sub-Laserpulse des Pulszugs zwischen 100MHz und 50GHz betragen kann, ferner wobei ein Pulszug bevorzugt 2 bis 20 Sub- Laserpulse umfassen kann und/oder die Summe der Pulsenergien der Sub-Laserpulse eines Pulszugs zwischen 10pJ und 300pJ pro 100pm Materialstärke groß sein kann. The laser energy can be introduced into the material in the form of pulse trains comprising several sub-laser pulses, with the repetition frequency of the sub-laser pulses of the pulse train being between 100 MHz and 50 GHz, and with a pulse train preferably comprising 2 to 20 sub-laser pulses and /or the sum of the pulse energies of the sub-laser pulses of a pulse train can be between 10pJ and 300pJ per 100pm material thickness.
Die Summe der Pulsenergie der Sub-Laserpulse eines Pulszugs skaliert mit der Materialstärke. Die Materialstärke ist hierbei die Ausdehnung des Materials in der Richtung senkrecht zur Oberfläche. Beispielsweise beträgt bei einem Material mit einer Materialstärke von 100pm die Summe der Pulsenergien 20 pJ, um eine Materialmodifikation mit Materialauswurf einzubringen. The sum of the pulse energy of the sub-laser pulses of a pulse train scales with the material thickness. The material thickness is the expansion of the material in the direction perpendicular to the surface. For example, in the case of a material with a material thickness of 100 pm, the sum of the pulse energies is 20 pJ in order to introduce a material modification with material ejection.
Dementsprechend beträgt bei einer Materialstärke von 1000pm die Summe der Pulsenergien 200pJ. Wenn die Summe der Pulsenergien 200pJ beträgt und der Pulszug besteht auf 10 Sub- Laserpulsen, dann weist jeder Puls eine Sub-Laserpulsenergie von 20pJ auf. Accordingly, with a material thickness of 1000pm, the sum of the pulse energies is 200pJ. If the sum of the pulse energies is 200pJ and the pulse train consists of 10 sub-laser pulses, then each pulse has a sub-laser pulse energy of 20pJ.
Durch das Einbringen eines Pulszugs ist es möglich, die Materialmodifikation zu vergrößern, so dass auch der Materialauswurf größer wird. Da der Abstand der Materialmodifikationen durch den Durchmesser des Materialauswurfs gegeben ist, ist es so möglich, die Materialmodifikationen weiter voneinander beabstandet einzubringen. Dadurch kann insbesondere eine Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden, so dass die Materialbearbeitung schneller und effizienter durchgeführt werden kann.By introducing a pulse train, it is possible to increase the material modification, so that the material ejection also increases. Since the distance between the material modifications is given by the diameter of the material ejection, it is thus possible to introduce the material modifications at a greater distance from one another. As a result, in particular a feed rate can be increased, so that the material processing can be carried out faster and more efficiently.
Die Repetitionsrate der Einzellaserpulse oder der Pulszüge kann frei wählbar sein beziehungsweise ein Einzelpuls oder Pulszug kann bei Bedarf abgegeben werden und der Jitter beziehungsweise die Starttoleranz der Einzelpuls- oder Pulszugabgabe kann kleiner als 100ns sein. The repetition rate of the individual laser pulses or pulse trains can be freely selected or an individual pulse or pulse train can be emitted if required and the jitter or the start tolerance of the individual pulse or pulse train emission can be less than 100 ns.
Frei wählbar kann bedeuten, dass die Repetitionsrate nicht auf einen Wert festgelegt ist. Insbesondere kann es aber auch bedeuten, dass die Repetitionsrate jederzeit angepasst werden kann. Durch eine frei wählbare Repetitionsrate ist es insbesondere möglich die Repetitionsrate an die Form der Trennlinie anzupassen. Insbesondere kann dadurch ein Überlappen der Materialmodifikationen vermieden werden, wenn die Vorschubgeschwindigkeit prozessbedingt reduziert werden muss, etwa bei Kanten und Ecken in der Trennlinie. Freely selectable can mean that the repetition rate is not fixed to a value. In particular, however, it can also mean that the repetition rate can be adjusted at any time. A freely selectable repetition rate makes it possible, in particular, to adapt the repetition rate to the shape of the dividing line. In particular, an overlapping of the material modifications can be avoided if the feed rate has to be reduced due to the process, for example with edges and corners in the parting line.
Durch einen Jitter beziehungsweise eine Starttoleranz der Einzelpuls- oder Pulszugabgabe von weniger als 100ns kann zudem eine hohe Positionierungsgenauigkeit der Materialmodifikationen erreicht werden, die dem Produkt aus Starttoleranz und Vorschubgeschwindigkeit entspricht. A jitter or a start tolerance of the single pulse or pulse train emission of less than 100 ns also allows a high positioning accuracy of the material modifications to be achieved, which corresponds to the product of the start tolerance and the feed rate.
Beispielsweise kann die Starttoleranz 50ns und die Vorschubgeschwindigkeit 100mm/s betragen, so dass eine Positionierungsgenauigkeit von 5nm erreicht werden kann. For example, the start tolerance can be 50ns and the feed rate 100mm/s, so that a positioning accuracy of 5nm can be achieved.
Der Laserstrahl kann eine elongierte Fokuszone aufweisen und bevorzugt ein nicht-beugender Laserstrahl sein. The laser beam may have an elongated focal zone and is preferably a non-diffractive laser beam.
Nicht-beugende Strahlen genügen der Helmholtz-Gleichung: Non-diffracting rays obey the Helmholtz equation:
V2 U(x,y, z) + k2U (x, y, z) = 0 und weisen eine klare Separierbarkeit in eine transversale und eine longitudinale Abhängigkeit derV 2 U(x,y,z) + k 2 U(x,y,z) = 0 and show a clear separability into a transversal and a longitudinal dependency of the
Form shape
U(x,y,z) = t/t(x,y) exp(i/czz) auf. Hierbei ist k=oj/c der Wellenvektor mit seinen transversalen und longitudinalen Komponenten k2=kz2+kt2 und Ut(x,y) eine beliebige komplexwertige Funktion, die nur von den transversalen Koordinaten x,y abhängt. Die z-Abhängigkeit in Strahlausbreitungsrichtung in U(x,y,z) führt zu einer reinen Phasenmodulation, so dass die zugehörige Intensität I der Lösung propagationsinvariant beziehungsweise nicht-beugend ist: U(x,y,z) = t/ t (x,y) exp(i/c z z) on. Here k=oj/c is the wave vector with its transversal and longitudinal components k 2 =kz 2 +kt 2 and Ut(x,y) is an arbitrary complex-valued function that only depends on the transversal coordinates x,y. The z-dependence in the direction of beam propagation in U(x,y,z) leads to a pure phase modulation, so that the associated intensity I of the solution is propagation-invariant or non-diffractive:
I(x,y, z) = \U(x,y, z)|2 = I(x,y) I(x,y,z) = \U(x,y,z)| 2 = I(x,y)
Dieser Ansatz liefert verschiedene Lösungsklassen in unterschiedlichen Koordinatensystemen, wie beispielsweise Mathieu-Strahlen in elliptisch-zylindrischen Koordinaten oder Besselstrahlen in zirkularzylindrischen Koordinaten. This approach provides different solution classes in different coordinate systems, such as Mathieu rays in elliptic-cylindrical coordinates or Bessel rays in circular-cylindrical coordinates.
Experimentell lassen sich eine Vielzahl von nicht-beugenden Strahlen in guter Näherung, also quasi nicht-beugende Strahlen, realisieren. Diese führen, im Gegensatz zum theoretischen Konstrukt, nur eine endliche Leistung. Ebenso endlich ist die Länge L der Propagationsinvarianz dieser quasi nicht-beugenden Strahlen. Experimentally, a large number of non-diffracting beams can be realized to a good approximation, i.e. quasi non-diffracting beams. In contrast to the theoretical construct, these lead only to a finite performance. The length L of the propagation invariance of these quasi non-diffracting rays is also finite.
Basierend auf der Norm zur Laserstrahlcharakterisierung ISO11146 1-3 wird der Strahldurchmesser über die sogenannten 2. Momente bestimmt. Hierbei ist die Leistung des Laserstrahls oder auch das Moment 0. Ordnung definiert als: Based on the standard for laser beam characterization ISO11146 1-3, the beam diameter is determined using the so-called 2nd moments. The power of the laser beam or the 0th order moment is defined as:
P = f dx dy I(x,y). P = f dx dy I(x,y).
Die räumlichen Momente der 1 . Ordnung geben den Schwerpunkt der Intensitätsverteilung an und sind definiert als:
Figure imgf000011_0001
The spatial moments of the 1 . order indicate the center of gravity of the intensity distribution and are defined as:
Figure imgf000011_0001
Basierend auf den vorstehenden Gleichungen lassen sich die räumlichen Momente der 2. Ordnung der transversalen Intensitätsverteilung errechnen:
Figure imgf000012_0001
Based on the above equations, the spatial moments of the 2nd order of the transverse intensity distribution can be calculated:
Figure imgf000012_0001
Mit den so vollständig definierten räumlichen Momenten der 2. Ordnung des Laserstrahls lassen sich die Strahldurchmesser in den Hauptachsen bestimmen. Die Hauptachsen sind hierbei die Richtungen der minimalen und maximalen Ausdehnung des transversalen Strahlprofils, welche stets orthogonal zueinander verlaufen. Der Strahldurchmesser d des Laserstrahls ergibt sich dann wie folgt:
Figure imgf000012_0002
With the spatial moments of the second order of the laser beam, which are completely defined in this way, the beam diameters in the main axes can be determined. The main axes here are the directions of the minimum and maximum extent of the transverse beam profile, which always run orthogonally to one another. The beam diameter d of the laser beam is then calculated as follows:
Figure imgf000012_0002
Die Fokuszone dGF x,y eines Gauß'schen Strahls, der Gaußfokus, beziehungsweise der Durchmesser des Gauß’schen Strahls oder des Gaußprofils, ist festgelegt über die zweiten Momente, also die Varianz der Gaußkurve, und die zugehörige charakteristische Länge, die Rayleighlänge ZR=n(dGF x,y)2/4A, als die Distanz ausgehend von der Fokusposition, bei der der Strahlquerschnitt um den Faktor 2 zugenommen hat. Im Fall eines symmetrischen Gauß'schen Strahls gilt für die Fokuszone dGFo= dGF x= dGF y The focal zone d GF x , y of a Gaussian beam, the Gaussian focus, or the diameter of the Gaussian beam or the Gaussian profile, is defined by the second moments, i.e. the variance of the Gaussian curve, and the associated characteristic length, the Rayleigh length ZR =n(d GF x , y ) 2 /4A, as the distance from the focal position at which the beam cross-section has increased by a factor of 2. In the case of a symmetric Gaussian beam, the focal zone has d GF o = d GF x = d GF y
Fernerhin definieren wir als transversalen Fokusdurchmesser bei quasi-nicht beugenden Strahlen dNDo die transversalen Dimensionen lokaler Intensitätsmaxima als die doppelte kürzeste Distanz zwischen einem Intensitätsmaximum und einem hiervon ausgehenden Intensitätsabfall auf 25%.Furthermore, we define the transverse dimensions of local intensity maxima as the transverse focus diameter for quasi-non-diffracting rays d ND o as twice the shortest distance between an intensity maximum and an intensity drop to 25% proceeding therefrom.
Die longitudinale Ausdehnung der Fokuszone in Strahlausbreitungsrichtung dieser nahezu propagationsinvarianten Intensitätsmaxima gibt die charakteristische Länge L des quasi nichtbeugenden Strahls an. Diese ist definiert über den Intensitätsabfall auf 50%, ausgehend vom lokalen Intensitätsmaximum in positive und negative z-Richtung, also in Propagationsrichtung. Ein quasi nicht-beugender Strahl liegt genau dann vor, wenn für dNDo=dGF x,y, also ähnlichen transversalen Dimensionen, die charakteristische Länge L die Rayleighlänge des zugehörigen Gaußfokus deutlich überragt, beispielsweise, wenn L>10ZR. The longitudinal extent of the focal zone in the direction of beam propagation of these intensity maxima, which are almost propagation-invariant, indicates the characteristic length L of the quasi-non-diffracting beam. This is defined by the intensity drop to 50%, starting from the local intensity maximum in the positive and negative z-direction, i.e. in the direction of propagation. A quasi-non-diffracting ray is present if and only if for d ND o=d GF x , y , i.e. similar transverse dimensions, the characteristic length L clearly exceeds the Rayleigh length of the associated Gaussian focus, for example if L>10ZR.
Als Untermenge der quasi nicht-beugenden Strahlen sind quasi-Bessel-Strahlen oder Bessel- ähnliche Strahlen bekannt. Hierbei gehorcht die transversale Feldverteilung U*(x,y) in der Nähe der optischen Achse in guter Näherung einer Bessel-Funktion erster Art der Ordnung n. Eine weitere Untermenge dieser Klasse von Strahlen stellen die so genannten Bessel-Gauß-Strahlen dar, die auf Grund ihrer einfachen Erzeugung weit verbreitet sind. So erlaubt die Beleuchtung eines Axicons in refraktiver, diffraktiver oder reflektiver Ausführung mit einem kollimierten Gaußstrahl die Formung des Bessel-Gauß-Strahls. Die zugehörige transversale Feldverteilung in der Nähe der optischen Achse gehorcht dabei in guter Näherung einer Bessel-Funktion erster Art der Ordnung 0, die von einer Gauß-Verteilung eingehüllt ist. As a subset of the quasi-non-diffracting rays, quasi-Bessel rays or Bessel-like rays are known. The transverse field distribution U*(x,y) in the vicinity of the optical axis obeys a Bessel function of the first kind of order n to a good approximation are widely used due to their ease of production. Thus, the illumination of an axicon in a refractive, diffractive or reflective design with a collimated Gaussian beam allows the formation of the Bessel-Gaussian beam. The associated transverse field distribution in the vicinity of the optical axis obeys a good approximation to a Bessel function of the first kind of order 0, which is enveloped by a Gaussian distribution.
Typische Bessel-Gauß-Strahlen, die zur Bearbeitung transparenter Materialien genutzt werden können, weisen Durchmesser des zentralen Intensitätsmaximums auf der optischen Achse von dND x,y=2,5pm aus. Die zugehörige Länge L kann ohne weiteres 1 mm übersteigen. Ein Gaußfokus mit dNDx,y=dGF x,y=2,5pm zeichnet sich hingegen durch eine Fokuslänge in Luft von lediglich ZR=5pm bei A=1 pm aus. In diesen für die Materialbearbeitung relevanten Fällen gilt demnach für die Bessel- Gauß-Strahlen sogar L»10ZR. Typical Bessel-Gauss beams, which can be used to process transparent materials, have a diameter of the central intensity maximum on the optical axis of d ND x ,y=2.5 pm. The associated length L can easily exceed 1 mm. A Gaussian focus with d ND x,y=d GF x ,y=2.5 pm, on the other hand, is characterized by a focus length in air of only ZR=5 pm at A=1 pm. In these cases, which are relevant for material processing, L»10ZR even applies to the Bessel-Gauss rays.
Die Ausdehnung do des Intensitätsmaximums oder der Intensitätsmaxima kann zwischen 0,25pm und 10pm liegen. The extension do of the intensity maximum or the intensity maxima can be between 0.25 pm and 10 pm.
Insbesondere kann mit do entweder dND x,y oder dGF x,y gemeint sein. Dadurch wird durch die Dimension der Materialauswürfe festgelegt, da die Größe des Intensitätsmaximums auch ungefähr die Größe der Materialmodifikation festlegt. In particular, do can mean either d ND x , y or d GF x , y . This is determined by the dimension of the material ejections, since the size of the intensity maximum also approximately determines the size of the material modification.
Wenn das Intensitätsmaximums dx,y eine Größe von 10pm überschreitet, dann beginnt die benötigte Pulsenergie zum Einbringen einer Materialmodifikation quadratisch mit der Größe des Intensitätsmaximums zu skalieren. Dementsprechend ist bei einer Verdopplung der Größe mit einer Vervierfachung der benötigten Pulsenergie zu rechnen. If the intensity maximum d x , y exceeds a magnitude of 10 pm, then the pulse energy required to introduce a material modification begins to scale quadratically with the magnitude of the intensity maximum. Accordingly, if the size doubles, the required pulse energy will quadruple.
Der nicht-beugende Laserstrahl kann einen nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitt senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufweisen. Ein nicht-radialsymmetrischer Strahlquerschnitt liegt insbesondere dann vor, wenn dx ungleich dy ist, wobei dx und dy definiert sind über die zweiten Momente einer transversalen Intensitätsverteilung. Zur Berechnung der zweiten Momente werden insbesondere nur Intensitätswerte der Intensitätsverteilung berücksichtigt, welche innerhalb einer Kurve gleicher Intensität liegen, wobei die Kurve ein lokales und/oder globales Maximum der Intensitätsverteilung umschließt. Insbesondere beträgt die Intensität 40% und insbesondere 60% der maximal Intensität des lokalen und/oder globalen Maximums. The non-diffractive laser beam can have a non-radially symmetrical beam cross section perpendicular to the beam propagation direction. A non-radially symmetrical beam cross section is present in particular when d x is not equal to d y , where d x and d y are defined via the second Moments of a transverse intensity distribution. In order to calculate the second moments, only intensity values of the intensity distribution that lie within a curve of the same intensity are taken into account, with the curve enclosing a local and/or global maximum of the intensity distribution. In particular, the intensity is 40% and in particular 60% of the maximum intensity of the local and/or global maximum.
Der nicht-beugende Laserstrahl kann einen einhüllend nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitt senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufweisen. Ein einhüllend nicht-radialsymmetrischer Strahlquerschnitt liegt insbesondere dann vor, wenn dx ungleich dy ist, wobei dx und dy definiert sind über die zweiten Momente einer transversalen Intensitätsverteilung des Laserstrahls. Zur Berechnung der zweiten Momente werden insbesondere nur Intensitätswerte der Intensitätsverteilung berücksichtigt, welche oberhalb einer Intensitätsschwelle liegen. The non-diffracting laser beam can have an enveloping non-radially symmetrical beam cross-section perpendicular to the beam propagation direction. An enveloping, non-radially symmetrical beam cross-section is present in particular when d x is not equal to d y , d x and d y being defined by the second moments of a transverse intensity distribution of the laser beam. In particular, only intensity values of the intensity distribution that are above an intensity threshold are taken into account for the calculation of the second moments.
Beispielsweise beträgt die Intensitätsschwelle 17% der maximalen Intensität des globalen Maximums der Intensitätsverteilung. For example, the intensity threshold is 17% of the maximum intensity of the global maximum of the intensity distribution.
Vorzugsweise ist der nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitt als elliptischer Strahlquerschnitt ausgebildet. The non-radially symmetrical beam cross section is preferably designed as an elliptical beam cross section.
Vorzugsweise ist die Einhüllende des Strahlquerschnitts elliptisch geformt. The envelope of the beam cross section is preferably elliptical in shape.
Ein nicht-radialsymmetrischer Strahlquerschnitt kann jedoch auch bedeuten, dass der Strahlquerschnitt beispielsweise kreuzförmig ist, oder dreieckig ist oder N-eckig ist, beispielsweise fünfeckig ist. Ein nicht-radialsymmetrischer Strahlquerschnitt kann zudem weitere rotations- und spiegelsymmetrische Strahlquerschnitte umfassen. However, a non-radially symmetrical beam cross-section can also mean that the beam cross-section is, for example, cross-shaped, or is triangular, or is N-sided, for example pentagonal. A non-radially symmetrical beam cross-section can also include further rotationally and mirror-symmetrical beam cross-sections.
Insbesondere weisen die Konturen der Strahlquerschnitte Orte mit unterschiedlichen Kurvenradien auf. Beispielsweise ist bei einem elliptischen Strahlquerschnitt der Kurvenradius an der Stelle, an der die kleine Halbachse die Ellipse schneidet, besonders groß, während der Kurvenradius an der Stelle, an der die große Halbachse die Ellipse schneidet, besonders klein ist. In particular, the contours of the beam cross sections have locations with different radii of curvature. For example, in the case of an elliptical beam cross-section, the radius of curvature is particularly large at the point at which the semi-minor axis intersects the ellipse, while the radius of curvature is particularly small at the point at which the semi-major axis intersects the ellipse.
Elliptisch quasi nicht-beugende Strahlen weisen hierbei spezielle Eigenschaften auf, die sich aus der Analyse der Strahlintensität ergeben. Beispielsweise weisen elliptische quasi nicht-beugende Strahlen ein Hauptmaximum, auch als globales Maximum bezeichnet, auf, welches mit dem Zentrum des Strahls zusammenfällt. Das Zentrum des Strahls ist hierbei gegeben durch den Ort, an dem die lange Achse die kurze Achse schneidet. Insbesondere können sich elliptische quasi nichtbeugende Strahlen aus der Überlagerung mehrere Intensitätsmaxima ergeben, wobei in diesem Fall lediglich die Einhüllende der beteiligten Intensitätsmaxima elliptisch ist. Insbesondere müssen die einzelnen Intensitätsmaxima kein elliptisches Intensitätsprofil aufweisen. Elliptical, quasi non-diffracting beams have special properties that result from the analysis of the beam intensity. For example, elliptical quasi-non-diffracting rays have a main maximum, also referred to as a global maximum, which coincides with the center of the ray. The center of the beam is given by the place where the long axis intersects the short axis. In particular, elliptical quasi non-diffracting beams can result from the superimposition of multiple intensity maxima, in which If only the envelope of the intensity maxima involved is elliptical. In particular, the individual intensity maxima do not have to have an elliptical intensity profile.
Die dem Hauptmaximum nächstgelegenen Nebenmaxima, die sich aus der Lösung der Helmholtz- Gleichung ergeben, weisen hierbei eine relative Intensität von über 17% auf. Somit wird - je nach transportierter Laserenergie im Hauptmaximum, auch in den Nebenmaxima so viel Laserenergie geführt, dass eine Materialbearbeitung ermöglicht wird. Zudem liegen die nächstgelegenen Nebenmaxima immer auf einer Geraden, die senkrecht zur langen Halbachse a, beziehungsweise parallel zur kurzen Halbachse b ist und durch das Hauptmaximum verläuft. The secondary maxima closest to the main maximum, which result from the solution of the Helmholtz equation, have a relative intensity of over 17%. Thus, depending on the transported laser energy in the main maximum, so much laser energy is also conducted in the secondary maxima that material processing is made possible. In addition, the nearest secondary maxima always lie on a straight line that is perpendicular to the long half-axis a or parallel to the short half-axis b and runs through the main maximum.
Ein elliptischer quasi nicht-beugender Strahl kann entlang der langen Achse a eine nicht verschwindende Intensität aufweisen, insbesondere einen Interferenzkontrast lmax-lmin/(lmax+lmin)<0,9 aufweisen, so dass der Strahl entlang der langen Achse a überall Laserenergie transportiert. An elliptical quasi-non-diffractive beam can have a non-zero intensity along the long axis a, in particular an interference contrast lmax-lmin/(lmax+lmin)<0.9, such that the beam transports laser energy everywhere along the long axis a.
Imax ist hierbei die maximale Strahlintensität entlang der langen Achse a, während Imin die minimale Strahlintensität ist. Wenn lmin=0, dann kommt es entlang der langen Achse a zu einer vollständigen Interferenz und es ergibt sich ein Interferenzkontrast von 1 . Wenn lmin>0, dann kommt es entlang der langen Achse a lediglich zu einer teilweisen oder zu keiner Interferenz, so dass der Interferenzkontrast <1 ist. Here, Imax is the maximum beam intensity along the long axis a, while Imin is the minimum beam intensity. If lmin=0, then there is complete interference along the long axis a and an interference contrast of 1 . If lmin>0, then there is only partial or no interference along the long axis a, so the interference contrast is <1.
Ist beispielsweise der Interferenzkontrast entlang der langen Achse a kleiner als 0,9, so kommt es entlang der langen Achse a zu keiner vollständigen Interferenz, sondern lediglich zu einer teilweisen Interferenz, welche nicht zur vollständigen Auslöschung der Laserintensität am Ort des Intensitätsminimums Imin führt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der quasi nicht-beugende Strahl mit einem doppelbrechenden Element basierend auf Quarzkristallen, erzeugt wird. Hierbei gibt es Ausführungsformen die einen Winkelversatz erzeugen und Ausführungsformen die einen Ortsversatz erzeugen. If, for example, the interference contrast along the long axis a is less than 0.9, there is no complete interference along the long axis a, but only partial interference, which does not lead to complete extinction of the laser intensity at the location of the intensity minimum Imin. This is the case, for example, when the quasi-non-diffracting beam is generated with a birefringent element based on quartz crystals. There are embodiments that produce an angular offset and embodiments that produce a spatial offset.
Ein elliptischer quasi nicht-beugender Strahl kann entlang der langen Achse a jedoch auch eine verschwindende Intensität und einen Interferenzkontrast von 1 aufweisen, so dass der Strahl entlang der langen Achse a nicht überall Laserenergie transportiert. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der quasi nicht-beugende Strahl mit einem modifizierten Axicon erzeugt wird. However, an elliptical quasi-non-diffractive beam can also have vanishing intensity along the long axis a and an interference contrast of 1, such that the beam does not transport laser energy everywhere along the long axis a. This is the case, for example, when the quasi-non-diffracting beam is generated with a modified axicon.
Bevorzugt kann die in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone mindestens abschnittsweise in das Material ragen, und mindestens eine Materialoberfläche durchdringen. Abschnittsweise in das Material ragen kann bedeuten, dass die Fokuszone teilweise in dem Volumen des Materials liegt und teilweise außerhalb des Materials liegt. Wenn die Fokuszone die Materialoberfläche durchdringt, dann kann das bedeuten, dass die Fokuszone von der Materialoberfläche geschnitten wird, so dass die Laserenergie zumindest zum Teil in das Material gelangt. The focus zone, which is elongated in the beam propagation direction, can preferably project into the material at least in sections and penetrate at least one material surface. Protruding into the material in sections can mean that the focal zone lies partly in the volume of the material and partly outside of the material. If the focal zone penetrates the material surface, this can mean that the focal zone is intersected by the material surface, so that at least part of the laser energy penetrates the material.
Insbesondere kann die Fokuszone eine Materialoberfläche durchdringen, so dass beispielsweise auf die Oberseite des Materials und in einen Teil des Materialvolumens Laserenergie eingebracht wird, jedoch keine Laserenergie auf die Unterseite des Materials eingebracht wird. Somit wird eine Materialmodifikation auf der Oberseite eingebracht und der Materialauswurf entsteht ebenfalls auf der Oberseite. Indem die Oberseite und die Unterseite des Materials unterschiedlich behandelt beziehungsweise Modifiziert werden, können dadurch Spannungsgradienten im Material entstehen, die beim Trennen des Materials vorteilhaft eingesetzt werden können. In particular, the focal zone can penetrate a material surface so that, for example, laser energy is applied to the upper side of the material and into a part of the material volume, but no laser energy is applied to the underside of the material. A material modification is thus introduced on the upper side and the material is also ejected on the upper side. By treating or modifying the upper side and the lower side of the material differently, this can result in stress gradients in the material, which can be used to advantage when cutting the material.
Es ist aber auch möglich, dass die Fokuszone zwei gegenüberliegende Oberflächen des Materials durchdringt. Insbesondere bedeutet dies, dass über die gesamte Dicke des Materials Laserenergie in das Material eingebracht wird. Dadurch, dass sich die Fokuszone über die gesamte Dicke des Materials erstreckt, kann jede der notwendigen Materialmodifikationen in dem Material mit einem einzigen Laserpuls oder einem einzigen Laserpulszug erzeugt werden. Mit anderen Worten wird jede Materialmodifikation sofort durchgehend durch die gesamte Dicke des Materials eingebracht, so dass an der gleichen Position keine weitere Bearbeitung mehr notwendig ist, um die Materialmodifikation einzubringen. However, it is also possible that the focal zone penetrates two opposite surfaces of the material. In particular, this means that laser energy is introduced into the material over the entire thickness of the material. Since the focal zone extends over the entire thickness of the material, each of the necessary material modifications can be generated in the material with a single laser pulse or a single laser pulse train. In other words, each material modification is introduced immediately throughout the entire thickness of the material, so that no further processing is necessary at the same position in order to introduce the material modification.
Bevorzugt ist die in Strahlrichtung elongierte Fokuszone länger, bevorzugt 1 ,5 mal so lang wie die Dicke des Materialsoder2 mal 200 pm + die Dicke des Materials, . Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Bereich der höchsten Intensität vollständig im Material liegt und damit ein besonders effizientes Bearbeiten des Materials erreicht wird. The focal zone elongated in the beam direction is preferably longer, preferably 1.5 times as long as the thickness of the material or 2 times 200 μm + the thickness of the material. In this way it can be achieved that the area of the highest intensity lies completely in the material and thus a particularly efficient processing of the material is achieved.
Dadurch entstehen Materialauswürfe an der Ober- und Unterseite des Materials. Dies führt zu einer niedrigeren benötigten Trennkraft im anschließenden Trennprozess und somit zu einer geringeren Oberflächenrauheit der Trennfläche. This results in material ejections on the top and bottom of the material. This leads to a lower required separating force in the subsequent separating process and thus to a lower surface roughness of the separating surface.
Gleichzeitig kann dadurch, dass sich die Fokuszone über die gesamte Dicke des Materials erstreckt, auch eine hohe Fokuslagentoleranz bereitgestellt werden, so dass das Verfahren besonders robust aufgebaut werden kann. Bevorzugt kann die lange Achse des nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitts senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung entlang der Trennlinie orientiert sein. At the same time, because the focal zone extends over the entire thickness of the material, a high focal position tolerance can also be provided, so that the method can be constructed in a particularly robust manner. The long axis of the non-radially symmetrical beam cross section can preferably be oriented perpendicular to the beam propagation direction along the dividing line.
Die spezielle Form der Fokuszone, insbesondere die nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitte der quasi nicht-beugenden Strahlen und elliptischen quasi nicht-beugenden Strahlen, übertragen sich auf die Form der Materialmodifikation im Material. Da die Form der Materialmodifikation die Form des Materialauswurfs bestimmt, ergibt sich dementsprechend an der Oberfläche ein Materialauswurf, der in der Form der des Strahlquerschnitts entspricht. Beispielsweise bilden sich bei einem elliptischen Strahlquerschnitt elliptische Materialauswürfe. The special shape of the focal zone, in particular the non-radially symmetrical beam cross-sections of the quasi-non-diffracting beams and elliptical, quasi-non-diffracting beams, are transferred to the shape of the material modification in the material. Since the shape of the material modification determines the shape of the material ejection, material ejection occurs on the surface, which corresponds in shape to that of the jet cross section. For example, in the case of an elliptical jet cross section, elliptical material ejections form.
Typischerweise wird eine Rissbildung entlang einer Vorzugsrichtung des nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitts im Material induziert - beispielsweise findet eine Rissausbreitung hauptsächlich in Richtung einer längeren Ausdehnung des Strahlquerschnitts statt, welche mit kleineren Radien der Kontur des Strahlquerschnitts an den in dieser Vorzugsrichtung liegenden äußeren Konturkanten einhergeht. Typically, crack formation is induced in the material along a preferred direction of the non-radially symmetrical beam cross-section - for example, crack propagation mainly takes place in the direction of a longer extension of the beam cross-section, which is associated with smaller radii of the contour of the beam cross-section at the outer contour edges lying in this preferred direction.
Dies ist unter Anderem zurückzuführen auf die gezielte Rissbildung, die von der Materialmodifikation oder den Materialmodifikationen ausgeht. Die Materialmodifikation werden derart in das Material eingebracht, sodass die davon ausgehende Rissbildung einen Riss bis vorzugsweise zur benachbarten Materialmodifikation reicht. Insbesondere ist es auch möglich, dass sich die Risse ausgehend von zwei benachbarten Materialmodifikation zwischen den Materialmodifikationen treffen und so einen gemeinsamen Riss bilden. Dadurch ist es möglich die Positionen, an denen die Materialmodifikation in das Material eingebracht werden weiter voneinander zu entfernen. This is due, among other things, to the targeted crack formation that emanates from the material modification or modifications. The material modification is introduced into the material in such a way that the resulting crack formation preferably extends to the adjacent material modification. In particular, it is also possible for the cracks, starting from two adjacent material modifications, to meet between the material modifications and thus form a common crack. This makes it possible to move the positions at which the material modification is introduced into the material further apart.
Entlang der Trennlinie orientiert bedeutet, dass die Materialmodifikation auf der Trennlinie liegt und die lange Achse der Materialmodifikation zumindest abschnittsweise tangential zur gewünschten Trennlinie verläuft. Beispielsweise kann das bedeuten, dass bei einem elliptischen Materialmodifikationsquerschnitt das Zentrum der Ellipse auf der gewünschten Trennlinie liegt und die lange Achse a im Zentrum der Ellipse tangential zur Trennlinie liegt. Oriented along the parting line means that the material modification lies on the parting line and the long axis of the material modification runs at least in sections tangentially to the desired parting line. For example, this can mean that in the case of an elliptical material modification cross section, the center of the ellipse lies on the desired parting line and the long axis a in the center of the ellipse lies tangential to the parting line.
Hierdurch wird erreicht, dass die Rissausbreitung zumindest abschnittsweise auf der gewünschten Trennlinie verläuft. This ensures that the crack propagation runs at least in sections along the desired parting line.
Insbesondere kann die lange Achse auch parallel zum Vorschubgeschwindigkeitsvektor beziehungsweise zur Vorschubgeschwindigkeit orientiert sein. Da die Vorschubgeschwindigkeit immer tangential zur Trennlinie steht, führt dies zu einer Rissbildung entlang der Trennlinie, wobei die lange Achse des Materialauswurfs ebenfalls stets tangential zur Trennlinie orientiert ist. Dementsprechend kann der Abstand der Materialmodifikationen entlang der Trennlinie groß gewählt werden, so dass eine effiziente Bearbeitung des Materials möglich wird. In particular, the long axis can also be oriented parallel to the feed rate vector or to the feed rate. Because the feed rate is always tangential to the parting line, this leads to crack formation along the parting line, with the long axis of the material ejection also always being oriented tangential to the parting line. Accordingly, the distance between the material modifications along the parting line can be selected to be large, so that the material can be processed efficiently.
Die Einzellaserpulse und/oder die Pulszüge können durch eine positionsgesteuerte Pulsauslösung vom Laser ausgelöst werden, wobei die Position bevorzugt durch die Position des Laserstrahls auf dem Material gegeben ist. The individual laser pulses and/or the pulse trains can be triggered by a position-controlled pulse release from the laser, the position preferably being given by the position of the laser beam on the material.
Eine positionsgesteuerte Pulsauslösung bedeutet, dass bei Erreichen des Laserstrahls eines Punktes oder eines Abstandes auf der Trennlinie oder bei Erreichen eines Punktes im Raum relativ zu einem vorher bestimmten Referenzwert ein Laserpuls oder ein Laserpulszug von Laser abgegeben wird. Position-controlled pulse triggering means that when the laser beam reaches a point or a distance on the dividing line or when it reaches a point in space relative to a predetermined reference value, a laser pulse or a laser pulse train is emitted by the laser.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise über einen Achsencoder einer Vorschubvorrichtung, mit der der Laserstrahl und das Material relativ zueinander bewegt werden, die momentane Ortsposition der Vorschubvorrichtung ausgelesen und beispielsweise einer Steuervorrichtung zugeführt werden, die ihrerseits die Ortsposition verarbeitet und ein Auslösungssignal an die Lasersteuerung des Ultrakurzpulslasers sendet. For this purpose, for example, via an axis encoder of a feed device, with which the laser beam and the material are moved relative to each other, the current position of the feed device can be read and, for example, fed to a control device, which in turn processes the position and sends a trigger signal to the laser control of the ultrashort pulse laser .
In dem in der Steuervorrichtung auch die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubrichtung und somit die Trennlinie verarbeitet werden, kann eine automatisierte Abgabe der Laserpulse oder Laserpulszüge erfolgen. By also processing the feed rate and the feed direction and thus the dividing line in the control device, the laser pulses or laser pulse trains can be emitted automatically.
Insbesondere kann die Grundfrequenz des Lasers den Takt der Steuervorrichtung somit eine gemeinsame Zeitbasis zur Verfügung stellen, so dass die Steuervorrichtung über die Grundfrequenz und die Vorschubgeschwindigkeit ein abstandsbasiertes Abgeben der Laserpulse oder Laserpulszüge veranlassen kann. In particular, the base frequency of the laser can thus provide the clock of the control device with a common time base, so that the control device can use the base frequency and the feed rate to cause the laser pulses or laser pulse trains to be emitted based on distance.
Indem die Abgabe der Laserpulse oder der Pulszüge positionsgesteuert erfolgt, entfällt eine aufwändige Programmierung des Modifikationsprozesses. Zudem können freiwählbare Prozessgeschwindigkeiten einfach umgesetzt werden. Since the laser pulses or pulse trains are emitted in a position-controlled manner, there is no need for time-consuming programming of the modification process. In addition, freely selectable process speeds can be easily implemented.
Bevorzugt ist die Auflagefläche, auf der das Material aufliegt, weder reflektierend, noch absorbierend, noch stark streuend für die Wellenlänge der Laserpulse. Hierdurch wird vermieden, dass Laserstrahlung aus dem Material wieder zurück ins Material reflektiert oder gestreut wird und dieses unkontrolliert erhitzt oder bearbeitet oder modifiziert. Insbesondere kann die Auflagefläche somit auch transparent für die Wellenlänge des Lasers sein. The support surface on which the material is placed is preferably neither reflective nor absorbent nor strongly scattering for the wavelength of the laser pulses. This prevents laser radiation from being reflected or scattered back into the material and heating, processing or modifying it in an uncontrolled manner. In particular, the bearing surface can thus also be transparent to the wavelength of the laser.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Preferred further embodiments of the invention are explained in more detail by the following description of the figures. show:
Figur 1 A, B, C eine schematische Darstellung zur Durchführung des Verfahrens; FIG. 1 A, B, C shows a schematic representation of how the method is carried out;
Figur 2A, B ein Mikroskop- Bi Id und Querschnitt einer Materialmodifikation mitFIG. 2A, B shows a microscope image and cross section of a material modification
Materialauswurf: Material ejection:
Figur 3A, B, C, D eine schematische Darstellung von Strahlquerschnitten quasi nicht- beugender Strahlen; FIG. 3A, B, C, D shows a schematic representation of beam cross sections of quasi-non-diffracting beams;
Figur 4A, B, C, D eine Analyse der Strahlquerschnitte quasi nicht-beugender Strahlen;FIG. 4A, B, C, D an analysis of the beam cross-sections of quasi-non-diffracting beams;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten elliptischen quasi nicht-beugenden Strahls; Figure 5 is a schematic representation of a composite elliptical quasi-non-diffracting beam;
Figur 6A, B eine weitere schematische Darstellung zur Durchführung des Verfahrens;FIG. 6A, B shows a further schematic representation for carrying out the method;
Figur 7A, B, C, D eine schematische Darstellung elliptischer Strahlquerschnitte und Materialmodifikationen und deren Ausrichtung an einer Trennlinie; undFIG. 7A, B, C, D shows a schematic representation of elliptical beam cross-sections and material modifications and their orientation at a parting line; and
Figur 8A, B eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung desFigure 8A, B is a schematic representation of the device for performing the
Verfahrens. procedure.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele Detailed description of preferred exemplary embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden. Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Elements that are the same, similar or have the same effect are provided with identical reference symbols in the different figures, and a repeated description of these elements is sometimes dispensed with in order to avoid redundancies.
In Figur 1 ist schematisch das hier beschriebene Trennungsverfahren zum Trennen eines MaterialsFIG. 1 shows schematically the separation process described here for separating a material
1 dargestellt. Um das Material 1 zu trennen, werden Laserpulse 60 eines Ultrakurzpulslasers 6 in das Material 1 fokussiert. In dem Laserstrahl 60 laufen die Laserpulse, die von dem Material 1 mindestens teilweise in der Fokuszone 600 des Laserstrahls absorbiert werden, um auf diese Weise eine Materialmodifikation 3 in das Material 1 einzubringen. Die schraffierte Ebene zeigt hierbei die Ebene unterhalb der Trennlinie 2 entlang derer das Material 1 getrennt wird. Idealerweise entspricht diese Ebene der späteren Trennfläche. 1 shown. In order to separate the material 1, laser pulses 60 of an ultrashort pulse laser 6 in the material 1 focuses. The laser pulses, which are at least partially absorbed by the material 1 in the focal zone 600 of the laser beam, run in the laser beam 60 in order to introduce a material modification 3 into the material 1 in this way. The hatched plane here shows the plane below the dividing line 2 along which the material 1 is separated. Ideally, this level corresponds to the future parting line.
Durch die lineare und/oder nicht-lineare Absorption der Laserpulse in dem Material 1 kann es zu sogenannten Mikroexplosionen kommen, bei denen das Material 1 schlagartig in der Fokuszone 600 des Laserstrahls verdampft wird. Das hochangeregte, gasförmige Material 1 wird durch den hohen Druck in das umliegende Material 1 gerückt, so dass das Material 1 an der Stoßfront verdichtet wird. Im Bereich der Fokuszone 600 entsteht dadurch ein weniger dichter oder leerer Kern (engl. „Void“), welcher von dem verdichteten Material umgeben ist. Insbesondere kann durch die Mikroexplosionen ein Teil des Materials aus der Fokuszone 600 nach außen dringen, wo es sich an der Oberfläche des Materials 1 ablagert und die Materialauswürfe 300 bildet. The linear and/or non-linear absorption of the laser pulses in the material 1 can result in so-called micro-explosions, in which the material 1 is abruptly vaporized in the focal zone 600 of the laser beam. The highly excited, gaseous material 1 is pushed into the surrounding material 1 by the high pressure, so that the material 1 is compressed at the shock front. In the area of the focal zone 600, a less dense or empty core (engl. “void”) arises, which is surrounded by the compacted material. In particular, as a result of the micro-explosions, part of the material from the focal zone 600 can penetrate to the outside, where it is deposited on the surface of the material 1 and the material ejections 300 form.
Diese Modifikationen ergeben die Materialmodifikation 3. Um die Materialmodifikation 3 herum wird ein Materialmodifikationsbereich 30 ausgebildet. In dem Materialmodifikationsbereich 30 geht das Material von dem Zustand, der in der Materialmodifikation 3 vorliegt, nach und nach wieder in seinen Ursprungszustand über, je weiter entfernt das Material von der Materialmodifikation 3 betrachtet wird. Der Ursprungszustand kann beispielsweise der unbearbeitete Zustand des Materials sein, der beispielsweise in benachbarten Punkten im Material 1 vorliegt. Unter dem Ursprungszustand wird hier aber auch der Zustand des Materials 1 verstanden, welcher vor dem Einbringen der Materialmodifikation 3 vorlag. These modifications result in the material modification 3. A material modification region 30 is formed around the material modification 3. In the material modification region 30, the material gradually returns to its original state from the state that is present in the material modification 3, the further away the material is viewed from the material modification 3. The original state can be, for example, the unprocessed state of the material, which is present, for example, in neighboring points in material 1. However, the original state is also understood to mean the state of the material 1 that existed before the material modification 3 was introduced.
Auf dem Material 1 kann es je nach gewählter Pulsenergie der ultrakurzen Laserpulse zum Ausbilden von Materialauswürfen 300 kommen. Die Materialauswürfe 300 sind hierbei ein Maß für die Güte der Materialmodifikation 3 und damit auch für die Trennbarkeit des Materials 1 . Depending on the selected pulse energy of the ultra-short laser pulses, material ejections 300 can form on the material 1 . In this case, the material ejections 300 are a measure of the quality of the material modification 3 and thus also of the separability of the material 1 .
Insbesondere entstehen die Materialauswürfe 300 durch das Erhitzen des Materials 1 in der Fokuszone 600, wobei das erhitze Material aufgrund der Wärmeausdehnung aus dem Material 1 heraustritt und sich neben der Materialmodifikation 3 ablagert In particular, the material ejections 300 are caused by the heating of the material 1 in the focus zone 600, the heated material emerging from the material 1 due to thermal expansion and being deposited next to the material modification 3
Die Laserpulse können hierfür eine Wellenlänge zwischen 0,3pm und 1 ,5pm aufweisen und/oder die Pulslänge der Laserpulse kann 0,01 ps bis 50ps betragen, bevorzugt 0,3-15ps betragen und/oder die mittlere Leistung des Lasers kann 10W bis 1000 W betragen. Die Laserenergie kann in Form von Einzellaserpulsen in das Material eingebracht werden, wobei die Repetitionsrate der Einzellaserpulse 1 kHz bis 2MHz beträgt. Die Laserenergie kann aber auch in Form von Pulszügen, umfassend mehrere Sub-Laserpulse, in das Material eingebracht werden, wobei die Repetitionsfrequenz der Sub-Laserpulse des Pulszugs zwischen 100MHz und 50GHz betragen kann, ferner wobei ein Pulszug bevorzugt 2 bis 20 Sub-Laserpulse umfassen kann und/oder die Summe der Pulsenergien der Sub-Laserpulse eines Pulszugs zwischen 10pJ und 300pJ pro 10Opm Materialstärke groß sein kann. For this purpose, the laser pulses can have a wavelength between 0.3 pm and 1.5 pm and/or the pulse length of the laser pulses can be 0.01 ps to 50 ps, preferably 0.3-15 ps and/or the average power of the laser can be 10 W to 1000 amount to W. The laser energy can be introduced into the material in the form of individual laser pulses, with the repetition rate of the individual laser pulses being 1 kHz to 2 MHz. However, the laser energy can also be in the form of pulse trains, comprising several sub-laser pulses, are introduced into the material, wherein the repetition frequency of the sub-laser pulses of the pulse train can be between 100MHz and 50GHz, further wherein a pulse train can preferably comprise 2 to 20 sub-laser pulses and/or the sum of the pulse energies of the sub - Laser pulses of a pulse train can be between 10pJ and 300pJ per 10Opm material thickness.
Beispielsweise kann eine Materialmodifikation 3 mit Materialauswürfen 300 mit einem Laser mit 1 pm Wellenlänge, einer Pulsdauer von 1 ps und einer mittleren Leistung von 100W erzeugt werden. Der Laserpuls kann in Form eines Einzelpulses in das Material 1 eingebracht werden, wobei die Repetitionsrate des Lasers beispielsweise 100kHz beträgt. For example, a material modification 3 with material ejections 300 can be produced using a laser with a wavelength of 1 pm, a pulse duration of 1 ps and an average power of 100W. The laser pulse can be introduced into the material 1 in the form of a single pulse, the repetition rate of the laser being 100 kHz, for example.
Der räumliche Abstand der Materialmodifikationen 3 ist hierbei insbesondere größer als der 0,2- fach bis 10-fache Durchmesser des jeweiligen Materialauswurfs 300. The spatial distance between the material modifications 3 is in particular greater than 0.2 to 10 times the diameter of the respective material ejection 300.
In der Materialmodifikation 3 und dem Materialmodifikationsbereich 30 kann es zu lokalen Spannungen kommen, die eine Rissbildung begünstigen. Beispielsweise kann das Material 1 durch lokale Erhitzung eine andere Dichte - beispielsweise eine geringere Dichte - aufweisen und dadurch eine Druckspannung im Materialmodifikationsbereich 30 aufbauen. In dem erhitzten Bereich kann aber auch eine höhere Dichte vorliegen und somit eine Zugspannung im Materialmodifikationsbereich 30 aufgebaut werden. Wird die Zug- und/oder Druckspannung zu groß, beispielsweise größer als die Zug- oder Druckfestigkeit des unbehandelten Materials, kann es zur spontanen Ausbildung eines Risses kommen. In the material modification 3 and the material modification area 30, local stresses can occur that promote crack formation. For example, the material 1 can have a different density—for example, a lower density—due to local heating, and a compressive stress can thereby build up in the material modification region 30 . However, a higher density can also be present in the heated area and thus a tensile stress can be built up in the material modification area 30 . If the tensile and/or compressive stress becomes too great, for example greater than the tensile or compressive strength of the untreated material, a crack may form spontaneously.
Wie in der Figur 1 gezeigt, werden mehrere Materialmodifikationen 3 in das Material 1 eingebracht. Um jede Materialmodifikation 3 herum bilden sich Materialmodifikationsbereiche 30 aus. Die Platzierung der Materialmodifikationen 3 geschieht hierbei entlang der gewünschten Trennlinie 2. Die Trennlinie 2 ist eine gedachte Linie entlang derer das Material 1 getrennt werden soll. As shown in FIG. 1, several material modifications 3 are introduced into the material 1. Material modification regions 30 form around each material modification 3 . The material modifications 3 are placed along the desired parting line 2. The parting line 2 is an imaginary line along which the material 1 is to be separated.
Durch die eingebrachten Materialmodifikationen 3 entlang einer Trennlinie 2 in das Material, wird das Material quasi perforiert, so dass durch die Trennlinie 2 eine Art Sollbruchstelle im Material 1 definiert ist. Diese Perforation führt in der Regel jedoch nicht zu einer selbstständigen Trennung des Materials 1. Vielmehr sorgen die Materialmodifikationen 3 entlang der Trennlinie 2 beispielsweise für eine gezielte Materialschwächung und/oder einen gezielten Eintrag von Rissen, die entlang der Trennlinie 2 eine Materialschwächung hervorrufen. Nachdem mittels des Laserstrahls 6 die Materialmodifikationen 3 in das Material 1 eingebracht sind, kann beispielsweise in einem nachfolgenden Trennschritt durch Aufbringen einer Zugkraft FZ auf die durch die Trennlinie 2 voneinander getrennten Materialhälften 10 und 12 das Material 1 physisch getrennt werden. Es ist insbesondere auch möglich das Material 1 durch Aufbringen einer Biegespannung auf die Materialhälften 10, 12 zu trennen (nicht gezeigt). The material modifications 3 introduced into the material along a dividing line 2 virtually perforate the material, so that the dividing line 2 defines a type of predetermined breaking point in the material 1 . As a rule, however, this perforation does not lead to an independent separation of the material 1. Rather, the material modifications 3 along the dividing line 2 ensure, for example, a targeted material weakening and/or a targeted introduction of cracks, which cause a material weakening along the dividing line 2. After the material modifications 3 have been introduced into the material 1 by means of the laser beam 6, the material 1 can be physically separated in a subsequent separating step, for example by applying a tensile force FZ to the material halves 10 and 12 separated from one another by the separating line 2. In particular, it is also possible to separate the material 1 by applying a bending stress to the material halves 10, 12 (not shown).
In Figur 1 B ist ein analoges Verfahren gezeigt, bei dem die Materialhälften in einem Trennschritt nicht mit einer mechanischen Spannung getrennt werden, sondern durch Aufbringen einer thermischen Spannung. FIG. 1B shows an analogous method in which the halves of the material are not separated in a separating step with mechanical stress, but by applying thermal stress.
Nachdem die Materialmodifikationen 3 eingebracht sind kann ein thermischer Gradient 620 über den Materialmodifikationen 3 erzeugt werden. Zum Einbringen des thermischen Gradienten 620 kann beispielsweise ein Dauerstrich-CO2-Laser 62 verwendet werden. After the material modifications 3 have been introduced, a thermal gradient 620 can be generated over the material modifications 3 . For example, a continuous wave CO2 laser 62 may be used to introduce the thermal gradient 620 .
Die Fokuszone des Dauerstrich-CO2-Lasers 62 kann zur Erzeugung des thermischen Gradienten 620 wenige Mikrometer unter der Oberfläche platziert werden, so dass die Trennung des Materials schädigungsarm verläuft und eine glatte Bruchkante beziehungsweise Trennfläche entsteht. The focal zone of the continuous wave CO2 laser 62 can be placed a few micrometers below the surface to generate the thermal gradient 620, so that the material is separated with little damage and a smooth fracture edge or separation surface is created.
Durch das Positionieren der Fokuszone des Dauerstrich-CO2-Lasers 62 ist die Temperatur an der oberen Oberfläche des Materials 1 größer ist, als an der unteren Oberfläche. Dadurch entsteht ein thermischer Gradient T(z). Durch die thermische Ausdehnung des Materials 1 , die in erster Näherung linear in der Temperatur ist, dehnt sich das Material 1 an der oberen Oberfläche stärker aus, als an der unteren Oberfläche Dadurch kommt es zu unterschiedlich starken Materialspannungen entlang der Z-Achse. By positioning the focal zone of the continuous wave CO2 laser 62, the temperature at the top surface of the material 1 is higher than at the bottom surface. This creates a thermal gradient T(z). Due to the thermal expansion of the material 1, which is linear in terms of temperature in a first approximation, the material 1 expands more on the upper surface than on the lower surface. This results in different material stresses along the Z-axis.
Die verschiedenen Materialspannungen laufen durch die eingebrachten Materialmodifikationen 3. Dort können die Materialspannungen vorzugsweise relaxieren, was zur einer Rissbildung führt. Die Rissbildung findet zwischen den verschiedenen benachbarten Materialmodifikationen 3 statt. So kommt es zu einer Rissbildung, die das Material 1 schließlich in die beiden Materialhälften 10 und 12 trennt. The various material stresses run through the introduced material modifications 3. The material stresses can preferably relax there, which leads to the formation of cracks. The cracking takes place between the different adjacent material modifications 3 . This leads to crack formation, which finally separates the material 1 into the two material halves 10 and 12 .
In Figur 1C ist ein weiteres analoges Verfahren gezeigt, bei dem die Materialhälften in einem Trennschritt mittels einer nasschemischen Reaktion getrennt werden. Zu diesem Zweck wird das mit den Materialmodifikationen 3 perforierte Material 1 in ein chemisches Bad 11 gegeben. Das chemische Bad 11 enthält hierbei ein Lösungsmittel, welches in der Lage ist das Material 1 abzutragen und zu ätzen. Insbesondere findet der Ätzvorgang bei den zuvor eingebrachten Materialmodifikationen 3 statt, da dort die Materialschwächung besonders groß ist und die Änderung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften am Ort der Materialmodifikation die Reaktion besonders vorteilhaft ablaufen lässt. Gewissermaßen kann eine Materialmodifikation 3 als ein Katalysator der Ätzreaktion wirken. Die Reaktion ist in Figur 1C durch die Entstehung von Reaktionsblasen 110 im chemischen Bad 11 gezeigt. Another analogous method is shown in FIG. 1C, in which the material halves are separated in a separating step by means of a wet-chemical reaction. For this purpose, the material 1 perforated with the material modifications 3 is placed in a chemical bath 11 . In this case, the chemical bath 11 contains a solvent which is able to remove and etch the material 1 . In particular, the etching process takes place on the previously introduced Material modifications 3 instead, because there the material weakening is particularly large and the change in the physical and / or chemical properties at the site of the material modification allows the reaction to take place particularly advantageously. To a certain extent, a material modification 3 can act as a catalyst of the etching reaction. The reaction is shown in FIG. 1C by the formation of reaction bubbles 110 in the chemical bath 11.
Sobald das Material 1 durchgeätzt ist, ist das Material 1 in beide Materialhälften 10, 12 getrennt. Sofern das Material 1 nach dem chemischen Bad 11 noch nicht getrennt ist, beispielsweise da das chemische Bad 11 ausschließlich die Materialmodifikationen 3 weggeätzt hat, so ist das Material 1 weiter entlang der Trennlinie 2 gezielt geschädigt worden, so dass beispielsweise durch Aufbringen einer Zug- oder Biegespannung das Material 1 in die Materialhälften 10, 12 getrennt werden kann.As soon as the material 1 has been etched through, the material 1 is separated into the two material halves 10,12. If the material 1 has not yet been separated after the chemical bath 11, for example because the chemical bath 11 has only etched away the material modifications 3, the material 1 has been specifically damaged further along the separating line 2, so that, for example, by applying a tensile or Bending stress the material 1 in the material halves 10, 12 can be separated.
In Figur 2A ist ein Mikroskop-Bild der Oberfläche eines bearbeiteten Materials 1 gezeigt. In das Material 1 wurden entlang der Trennlinie 2 runde Materialmodifikationen 3 in einem Abstand dM=5pm eingebracht. Die Materialmodifikationen 3 haben die Form eines Lochkanals, wobei das Material der äußeren Mantelfläche des Lochkanals durch Mikroexplosionen beim Einbringen der Materialmodifikation 3 verdichtet wurde. Um die runde Öffnung der Materialmodifikation 3, beziehungsweise des Lochkanals, herum entstehen an der Oberfläche des Materials 1 runde Materialauswürfe 300. Diese Materialauswürfe 300 weisen einen Außendurchmesser dA auf. Der Außendurchmesser der Materialauswürfe 300 ist hier 3pm. Die Materialmodifikationen können somit verfahrensgemäß zwischen 0,6pm und 30pm voneinander entfernt sein. Insbesondere konnten die gezeigten Materialmodifikationen 3 bei der Verwendung von quasi nicht-beugenden Strahlen mittels eines Pulses beziehungsweise eines Pulszuges in das Material 1 eingebracht werden. In FIG. 2A, a microscopic image of the surface of a processed material 1 is shown. Round material modifications 3 were introduced into the material 1 along the parting line 2 at a distance dM=5 pm. The material modifications 3 are in the form of a perforated channel, with the material of the outer lateral surface of the perforated channel being compacted by microexplosions when the material modification 3 was introduced. Around the round opening of the material modification 3, or the hole channel, round material ejections 300 arise on the surface of the material 1. These material ejections 300 have an outer diameter dA. The outer diameter of the material ejections 300 is 3 pm here. According to the method, the material modifications can thus be spaced apart from one another by between 0.6 pm and 30 pm. In particular, the material modifications 3 shown could be introduced into the material 1 when using quasi-non-diffracting rays by means of a pulse or a pulse train.
In Figur 2B ist ein Dickenquerschnitt durch Figur 2A gezeigt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Materialauswürfe eine Höhe über der öberfläche des Materials 1 von 50nm bis 200nm aufweisen. Der Durchmesser und die Höhe der Materialauswürfe 300 sind hierbei durch die Pulsenergie und den Strahlquerschnitt des Laserstrahls vorgegeben. In Figure 2B, a thickness cross-section through Figure 2A is shown. It can be clearly seen that the material ejections have a height above the surface of the material 1 of 50 nm to 200 nm. The diameter and the height of the material ejections 300 are specified here by the pulse energy and the beam cross section of the laser beam.
In Figur 3A ist der Intensitätsverlauf und Strahlquerschnitt eines quasi nicht-beugenden Laserstrahls gezeigt. Insbesondere ist der quasi nicht-beugende Strahl ein Bessel-Gauß-Strahl. Im Strahlquerschnitt in derx-y Ebene weist der Bessel-Gauß-Strahl eine Radialsymmetrie auf, so dass die Intensität des Laserstrahls nur vom Abstand zur optischen Achse abhängt. Insbesondere ist der transversale Strahldurchmesser dNDo zwischen 0,25pm und 10pm groß. In Figur 3B ist der longitudinale Strahlquerschnitt, also der Strahlquerschnitt in Strahlausbreitungsrichtung, gezeigt. Der Strahlquerschnitt weist eine elongierte Fokuszone auf, die etwa 3mm groß ist. Damit ist die Fokuszone in Ausbreitungsrichtung deutlich größer als der Strahlquerschnitt, so dass eine elongierte Fokuszone vorliegt. FIG. 3A shows the intensity profile and beam cross section of a quasi-non-diffracting laser beam. In particular, the quasi-non-diffracting beam is a Bessel-Gaussian beam. In the beam cross-section in the x-y plane, the Bessel-Gaussian beam has radial symmetry, so that the intensity of the laser beam only depends on the distance from the optical axis. In particular, the transverse beam diameter d ND o is between 0.25 pm and 10 pm. FIG. 3B shows the longitudinal beam cross section, ie the beam cross section in the direction of beam propagation. The beam cross-section has an elongated focal zone that is about 3mm in size. The focus zone in the direction of propagation is therefore significantly larger than the beam cross section, so that there is an elongated focus zone.
In Figur 3C ist analog zu Figur 3A ein nicht beugender Strahl gezeigt, der einen nichtradialsymmetrischen Strahlquerschnitt aufweist. Insbesondere erscheint der Strahlquerschnitt in der y-Richtung gestreckt, nahezu elliptisch. Analogously to FIG. 3A, FIG. 3C shows a non-diffracting beam which has a non-radially symmetrical beam cross-section. In particular, the beam cross-section appears stretched in the y-direction, almost elliptical.
In Figur 3D ist die longitudinale Fokuszone des Bessel-Strahls gezeigt, die erneut eine Ausdehnung von etwa 3pm aufweist. Auch der Bessel-Strahl weist dementsprechend eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone auf. FIG. 3D shows the longitudinal focal zone of the Bessel beam, which again has an extension of about 3 pm. Accordingly, the Bessel beam also has a focal zone that is elongated in the direction of beam propagation.
In Figur 4 ist eine detaillierte Analyse des Strahlquerschnitts aus Figur 3C, D gezeigt. In Figur 4A ist die transversale Intensitätsverteilung des Laserstrahls 60 gezeigt, wobei sich das Hauptmaximum und die Nebenmaxima aus der Lösung der Helmholtz Gleichung ergeben. FIG. 4 shows a detailed analysis of the beam cross section from FIG. 3C,D. FIG. 4A shows the transversal intensity distribution of the laser beam 60, the main maximum and the secondary maxima resulting from the solution of the Helmholtz equation.
In Figur 4B sind die sogenannten Iso-Intensitätslinien der Intensitätsverteilung aus Figur 4A gezeigt, wobei die Linien dort eingezeichnet sind, wo die relative Intensität des Laserstrahls 25 %, oder 50 %, oder 75 % beträgt. Es ist deutlich sichtbar, dass das Hauptmaximum 41 der Intensitätsverteilung eine annähernd elliptische Form aufweist, wobei die Ausdehnung entlang der x-Achse deutlich größer ist als die Ausdehnung entlang der y-Achse. Insbesondere schließen sich das Hauptmaximum zwei nierenförmige Nebenmaxima 43 an, die eine deutlich geringere relative Intensität aufweisen. FIG. 4B shows the so-called iso-intensity lines of the intensity distribution from FIG. 4A, the lines being drawn in where the relative intensity of the laser beam is 25%, or 50%, or 75%. It is clearly visible that the main maximum 41 of the intensity distribution has an approximately elliptical shape, with the extension along the x-axis being significantly larger than the extension along the y-axis. In particular, the main maximum is followed by two kidney-shaped secondary maxima 43, which have a significantly lower relative intensity.
In Figur 4C ist ein Querschnitt durch die Intensitätsverteilung aus Figur 4A durch das Zentrum des Hauptmaximums entlang der x-Achse gezeigt. Im Zentrum des Hauptmaximums weist Intensitätsverteilung ihr Maximum auf, wobei hier definitionsgemäß die relative Intensität bei 100 % liegt. Entlang der positiven und negativen x-Richtung fällt die Intensitätsverteilung ab, bis bei etwa 0,003 mm ein Minimum in der relativen Intensitätsverteilung erreicht ist, welches jedoch von 0% verschieden ist. Demzufolge wird auch zwischen dem Hauptmaximum 41 und den Nebenmaxima 43 des Laserstrahls 60 Laserenergie transportiert. FIG. 4C shows a cross section through the intensity distribution from FIG. 4A through the center of the main maximum along the x-axis. The intensity distribution shows its maximum in the center of the main maximum, with the relative intensity here by definition being 100%. The intensity distribution decreases along the positive and negative x-direction until a minimum in the relative intensity distribution is reached at about 0.003 mm, which, however, differs from 0%. Accordingly, laser energy is also transported between the main maximum 41 and the secondary maximums 43 of the laser beam 60 .
In Figur 4D ist ein Querschnitt durch die Intensitätsverteilung aus Figur 4A durch das Zentrum des Hauptmaximums 41 entlang der y-Achse gezeigt. Abermals ist hier das Intensitätsmaximum im Zentrum zu finden, jedoch ist der Intensitätsabfall entlang der y-Richtung deutlich schneller, sodass bei etwa 0,002 mm das Intensitätsminimum erreicht ist. Hierbei ist das Intensitätsminimum exakt null, da hier für den Laserstrahl 60 eine vollständige Interferenz vorliegt. Insbesondere sind bei größeren Werten auf der y-Achse erneut Nebenmaxima zu finden, die beispielsweise über einem relativen Intensitätswert von 25 % liegen. Dies ist im x-Achse Querschnitt aus der Figur 4C nicht der Fall. Die Eigenschaften des elliptischen Strahlquerschnitts unterscheiden sich somit entlang der verschiedenen Ausbreitungsrichtungen. FIG. 4D shows a cross section through the intensity distribution from FIG. 4A through the center of the main maximum 41 along the y-axis. Again, the intensity maximum can be found in the center, but the intensity drop is much faster along the y-direction, so that the intensity minimum is reached at about 0.002 mm. In this case, the intensity minimum is exactly zero, since there is complete interference for the laser beam 60 here. In particular, with larger values on the y-axis, secondary maxima can again be found which, for example, lie above a relative intensity value of 25%. This is not the case in the x-axis cross section from FIG. 4C. The properties of the elliptical beam cross section thus differ along the different propagation directions.
Insbesondere ist in den Figuren 4C und 4B gezeigt, dass die lange Halbachse a vom Zentrum des Hauptmaximums bis zum Abfall der relativen Intensität auf 50 % gemessen wird. Analog wird die Länge der kurzen Halbachse b vom Zentrum des Hauptmaximums bis zum Abfall der relativen Intensität auf 50 % gemessen. Hierbei stehen die lange und kurze Halbachse senkrecht aufeinander. In particular, it is shown in FIGS. 4C and 4B that the long semi-axis a is measured from the center of the main maximum to the drop in the relative intensity to 50%. Analogously, the length of the short semi-axis b is measured from the center of the main maximum until the relative intensity drops to 50%. Here, the long and short semi-axes are perpendicular to each other.
In der Figur 5 ist gezeigt, dass sich elliptische quasi nicht-beugende Strahlen aus der Überlagerung mehrere Intensitätsmaxima ergeben können, wobei in diesem Fall lediglich die Einhüllende der beteiligten Intensitätsmaxima elliptisch ist. Insbesondere müssen die einzelnen Intensitätsmaxima kein elliptisches Intensitätsprofil aufweisen. FIG. 5 shows that elliptical, quasi non-diffracting beams can result from the superimposition of a plurality of intensity maxima, in which case only the envelope of the intensity maxima involved is elliptical. In particular, the individual intensity maxima do not have to have an elliptical intensity profile.
Im vorliegend Fall weist der Strahlquerschnitt neben dem ausgeprägten Hauptmaximum 41 auch zwei nierenförmige Nebenmaxima 43 auf. In den Nebenmaxima wird mindestens 25% der Laserenergie des Hauptmaximums 41 transportiert. Sofern die Laserpulsenergie groß genug ist, genügt auch die in den Nebenmaxima 43 transportierte Laserpulsenergie, um eine Materialmodifikation hervorzurufen. Die Fokuszone, innerhalb derer eine Materialbearbeitung stattfindet ist somit durch die 25%-lso-lntensitätslinie gegeben anstatt durch eine 50%-lso- Intensitätslinie. In the present case, the beam cross section also has two kidney-shaped secondary maxima 43 in addition to the pronounced main maximum 41 . At least 25% of the laser energy of the main maximum 41 is transported in the secondary maxima. If the laser pulse energy is high enough, the laser pulse energy transported in the secondary maxima 43 is also sufficient to bring about a material modification. The focal zone within which material processing takes place is thus given by the 25% iso intensity line instead of a 50% iso intensity line.
Das Hauptmaximum sowie die beiden Nebenmaxima bilden jeweils beispielsweise überlappende Materialmodifikationsbereiche 30 aus, sodass sich insgesamt eine elliptische Materialmodifikation 3 ergibt, deren lange Achse sich in y-Richtung erstreckt. Somit ist auch eine Rissausbildung entlang der y-Richtung zu erwarten. The main maximum and the two secondary maxima each form, for example, overlapping material modification regions 30 so that an elliptical material modification 3 results overall, the long axis of which extends in the y-direction. Crack formation along the y-direction is therefore to be expected.
Insbesondere wird sich aufgrund dessen auch ein elliptischer Materialauswurf ergeben, dessen lange Achse analog entlang der y-Achse ausgerichtet ist. In particular, this will also result in an elliptical material ejection, the long axis of which is aligned analogously along the y-axis.
Die Figuren 6A, B zeigen, dass die elongierte Fokuszone auf unterschiedliche Art und Weise in das Material 1 eingebracht werden können. In Figur 6A weist die elongierte Fokuszone eine größere Länge auf, als das Material dick ist. Dadurch ist es möglich, die Fokuszone 600 so zu positionieren, dass die Fokuszone 600 die obere Oberfläche und die untere Oberfläche durchdringt. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass die Materialmodifikation 3 über der gesamten Materialdicke eingebracht wird. Des Weiteren können so auf der Oberseite und der Unterseite des Materials 1 Materialauswürfe 300 entstehen. Dies führt zu einer niedrigeren benötigten Trennkraft im anschließenden Trennprozess und somit zu einer geringeren Oberflächen rau heit der Trennfläche.FIGS. 6A, B show that the elongated focal zone can be introduced into the material 1 in different ways. In Figure 6A, the elongated focal zone has a larger one Length up than the material is thick. This makes it possible to position the focal zone 600 such that the focal zone 600 penetrates the top surface and the bottom surface. This makes it possible, in particular, for the material modification 3 to be introduced over the entire material thickness. Material ejections 300 can also occur on the upper side and the underside of the material 1 . This leads to a lower required separating force in the subsequent separating process and thus to a lower surface roughness of the separating surface.
In Figur 6B ist gezeigt, dass die Fokuszone 600 auch so in das Material 1 eingebracht werden kann, dass lediglich eine Materialoberfläche von der elongierten Fokuszone durchdrungen wird. Im vorliegenden Fall wird die obere Oberfläche durchdrungen. Insbesondere kann so auch nur an der oberen Oberfläche ein Materialauswürfe 300 entstehen, da an der Unterseite des Materials keine Materialmodifikation 3 erzeugt wird. FIG. 6B shows that the focal zone 600 can also be introduced into the material 1 in such a way that only one material surface is penetrated by the elongated focal zone. In the present case the upper surface is penetrated. In particular, material ejection 300 can only occur on the upper surface, since no material modification 3 is produced on the underside of the material.
In Figur 7A ist eine elliptische Materialmodifikation 3 in einem Material 1 gezeigt. Die Materialmodifikation 3 wird durch den Laserstrahl 60 des Lasers 6 in das Material 1 eingebracht. Hierbei wird die Form der Materialmodifikation 3 durch den Strahlquerschnitt 4 des Laserstrahls 60 vorgegeben. Um den Bereich der Materialmodifikation 3 herum, in dem für die Zeit des Laserpulses eine direkte Einwirkung des Laserstrahls 60 auf das Material 1 vorliegt, kommt es zur Ausbildung eines Materialmodifikationsbereichs 30. Bei einer passend gewählten Pulsenergie bildet sich auf der Oberfläche des Materials 1 ein Materialauswurf 300, welcher in der Form der eingebrachten Materialmodifikation 3, beziehungsweise dem Strahlquerschnitt 4 des Laserstrahls entspricht.An elliptical material modification 3 in a material 1 is shown in FIG. 7A. The material modification 3 is introduced into the material 1 by the laser beam 60 of the laser 6 . In this case, the shape of the material modification 3 is predetermined by the beam cross section 4 of the laser beam 60 . A material modification area 30 is formed around the area of the material modification 3, in which the laser beam 60 has a direct effect on the material 1 for the time of the laser pulse. With a suitably selected pulse energy, a material ejection forms on the surface of the material 1 300, which corresponds in the form of the introduced material modification 3, or the beam cross section 4 of the laser beam.
Dementsprechend können sowohl in der Materialmodifikation 3 selbst als auch im Materialmodifikationsbereich 30 Materialspannungen auftreten, welche eine Rissbildung begünstigen. Beispielsweise kann bei einer elliptischen Materialmodifikation eine Rissbildung an den Stellen der Ellipse begünstigt werden, an denen der Kurvenradius der Begrenzungslinie besonders klein ist. Durch einen kleinen Kurvenradius wird sichergestellt, dass die Spannung, die durch die Materialmodifikation 3 in das Glas 1 eingebracht wird, in viele verschiedene Richtungen besonders schnell abfallen kann. Somit erfolgt an dieser Stelle einer Relaxation der Materialspannung mit höherer Wahrscheinlichkeit als an Orten, wo die Materialspannung nur in wenige Richtungen relaxieren kann. Dadurch sind im Material 1 die Stellen der Materialmodifikation 3 besonders instabil, die einen kleinen Kurvenradius aufweisen. Accordingly, material stresses can occur both in the material modification 3 itself and in the material modification area 30, which promote crack formation. For example, in the case of an elliptical material modification, cracking can be promoted at the points on the ellipse where the curve radius of the boundary line is particularly small. A small curve radius ensures that the stress introduced into the glass 1 by the material modification 3 can drop particularly quickly in many different directions. There is therefore a higher probability of relaxation of the material stress at this point than at locations where the material stress can only relax in a few directions. As a result, the points of the material modification 3 in the material 1 that have a small curve radius are particularly unstable.
Die Bildung des Risses 32 findet dann vorzugsweise in Richtung der langen Achse der elliptischenThe formation of the crack 32 then takes place preferentially in the direction of the long axis of the elliptical
Materialmodifikation 3 statt. Somit ist es möglich die Rissausbreitung durch die Orientierung der Materialmodifikation 3 zu steuern. So ist es insbesondere möglich die Rissausbreitung von einerMaterial modification 3 instead. Thus, it is possible the crack propagation through the orientation of the Material modification 3 to control. So it is possible in particular the crack propagation of a
Materialmodifikation 3 zu einer anderen Materialmodifikation 3 zu steuern. Material modification 3 to another material modification 3 to control.
In Figur 7B sind mehrere Materialmodifikationen 3 in das Material 1 eingebracht worden. Die Materialmodifikation 3 sind abermals elliptisch. Dadurch bilden sich die Risse besonders bevorzugt entlang der langen Achse der Ellipse an den Stellen der kleinsten Kurvenradien der Ellipse aus. Die Materialmodifikationen 3 sind in der Figur so nah beieinander platziert, dass die jeweiligen Risse benachbarter Materialmodifikationen überlappen. Dadurch ist es möglich, dass sich die Risse zusammenschließen und einen gemeinsamen Riss zwischen zwei benachbarten Materialmodifikationen formen. Insbesondere kann dieser Zustand durch ein Risswachstum erreicht werden, wie beispielsweise durch Aufbringen einer Zugkraft. Beispielsweise können durch dieses Verfahren Risse entlang beliebiger Trennlinien 2 in das Material 1 eingebracht werden. Several material modifications 3 have been introduced into the material 1 in FIG. 7B. The material modification 3 are again elliptical. As a result, the cracks form particularly preferably along the long axis of the ellipse at the points of the smallest radii of curvature of the ellipse. The material modifications 3 are placed so close together in the figure that the respective cracks of adjacent material modifications overlap. This allows the cracks to coalesce and form a common crack between two adjacent material modifications. In particular, this state can be achieved by crack growth, such as by applying a tensile force. For example, cracks can be introduced into the material 1 along any parting lines 2 by this method.
In Figur 7C ist gezeigt, dass die langen Achsen der Materialmodifikationen 3 und der Materialauswürfe 300 entlang der Trennlinie 2 ausgerichtet sind. Der Durchmesser des Materialauswurfs 300 über der Trennlinie 2 kann hierbei beispielsweise für die Bestimmung des Abstandes der Materialmodifikationen 3 herangezogen werden. Da die langen Achsen der Materialmodifikationen 3 entlang der Trennlinie 2 ausgerichtet sind, bedeutet dies gleichzeitig, dass beim Einbringen der Materialmodifikationen 3 die lange Achse des Strahlquerschnitts des Laserstrahls 60 entlang der Trennlinie 2 ausgerichtet war. In FIG. 7C it is shown that the long axes of the material modifications 3 and the material ejections 300 are aligned along the parting line 2 . The diameter of the material ejection 300 above the dividing line 2 can be used here, for example, to determine the distance between the material modifications 3 . Since the long axes of the material modifications 3 are aligned along the dividing line 2, this means at the same time that the long axis of the beam cross section of the laser beam 60 was aligned along the dividing line 2 when the material modifications 3 were introduced.
In Figur 7D ist dementsprechend gezeigt, dass die Lange Achse des Strahlquerschnitts 4 parallel zur Vorschubgeschwindigkeit V ausgerichtet ist, so dass die lange Achse stets parallel zur Trennlinie 2 ausgerichtet ist. Accordingly, FIG. 7D shows that the long axis of the beam cross section 4 is aligned parallel to the feed rate V, so that the long axis is always aligned parallel to the dividing line 2 .
In Figur 8A ist ein Aufbau zum Durchführen des Verfahrens gezeigt. Der Laserstrahl 60 des Ultrakurzpulslasers 6 wird durch eine Strahlformungsoptik 9 und einen optionalen Spiegel 70 auf das Material 1 gelenkt. Das Material 1 ist hierbei auf einer Auflagefläche der Vorschubvorrichtung angeordnet, wobei die Auflagefläche die Laserenergie, die das Material nicht absorbiert, weder reflektiert, noch absorbiert noch stark zurück in das Material 1 streut. Vorzugsweise ist das Material der Auflagefläche somit ebenfalls transparent für die Wellenlänge des Lasers. A structure for carrying out the method is shown in FIG. 8A. The laser beam 60 of the ultra-short-pulse laser 6 is directed onto the material 1 by beam-shaping optics 9 and an optional mirror 70 . The material 1 is in this case arranged on a support surface of the feed device, the support surface neither reflecting nor absorbing the laser energy which the material does not absorb nor strongly scattering it back into the material 1 . The material of the bearing surface is therefore preferably also transparent to the wavelength of the laser.
Insbesondere kann der Laserstrahl 60 durch eine Freiraumstrecke mit einem Linsen- und Spiegelsystem in die Strahlformungsoptik 9 eingekoppelt werden. Der Laserkann aber auch durch eine Hohlkernfaser 65 mit Einkoppel- und Auskoppeloptik in die Strahlformungsoptik eingekoppelt werden, wie in Figur 8B gezeigt. Die Strahlformungsoptik 9 kann beispielsweise ein diffraktives optisches Element oder ein Axicon sein, welches aus einem Gauß-förmigen Laserstrahl 60 einen nicht-beugenden Laserstrahl 60 erzeugt. Im vorliegenden Beispiel wird der Laserstrahl 60 von dem Spiegel 70 in Richtung des Materials 1 gelenkt und von einer Fokussieroptik 72 auf oder in das Material 1 fokussiert. Im Material 1 verursacht der Laserstrahl 60 Materialmodifikationen 3. Insbesondere bleibt der Strahlquerschnitt des Laserstrahls durch den Spiegel 70 und die Fokussieroptik 72 erhalten. In particular, the laser beam 60 can be coupled into the beam shaping optics 9 through a free space section with a lens and mirror system. However, the laser can also be coupled into the beam shaping optics through a hollow-core fiber 65 with coupling and decoupling optics, as shown in FIG. 8B. The beam-shaping optics 9 can be, for example, a diffractive optical element or an axicon, which generates a non-diffracting laser beam 60 from a Gaussian laser beam 60 . In the present example, the laser beam 60 is directed by the mirror 70 in the direction of the material 1 and is focused onto or into the material 1 by a focusing optics 72 . The laser beam 60 causes material modifications 3 in the material 1. In particular, the beam cross section of the laser beam is retained by the mirror 70 and the focusing optics 72.
Die Vorschubvorrichtung 8 kann hierbei das Material 1 unter dem Laserstrahl 60 mit einem Vorschub V bewegen, so dass der Laserstrahl 60 Materialmodifikationen 3 entlang der gewünschten Trennlinie einbringt. Insbesondere setzt sich in der gezeigten Figur die Vorschubvorrichtung 8 aus einem ersten Teil 80 zusammen, der das Material entlang einer Achse bewegen kann. Insbesondere kann die Vorschubvorrichtung einen zweiten Teil 82 aufweisen, der dazu eingerichtet ist den Laserstrahl 60 um die z-Achse, beziehungsweise um die Strahlausbreitungsrichtung zu rotieren, sodass die lange Achse des Strahlquerschnitts senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung stets tangential zur gewünschten Trennlinie 2 steht, um so eine Rissausbreitung entlang der Trennlinie 2 zu bewirken. In this case, the feed device 8 can move the material 1 under the laser beam 60 with a feed rate V, so that the laser beam 60 introduces material modifications 3 along the desired parting line. In particular, in the figure shown, the feed device 8 is composed of a first part 80 which can move the material along an axis. In particular, the feed device can have a second part 82, which is set up to rotate the laser beam 60 about the z-axis, or about the beam propagation direction, so that the long axis of the beam cross section perpendicular to the beam propagation direction is always tangential to the desired dividing line 2, in order to To cause crack propagation along the parting line 2.
Zu diesem Zweck kann die Vorschubvorrichtung 8 mit einer Steuervorrichtung 5 verbunden sein, wobei die Steuervorrichtung 5 die Nutzerbefehle eines Benutzers der Vorrichtung in Steuerbefehle für die Vorschubvorrichtung 8 umsetzt. Insbesondere können vordefinierte Schnittmuster in einem Speicher der Steuervorrichtung 5 gespeichert sein und durch die Steuervorrichtung 5 die Prozesse automatisch gesteuert werden. For this purpose, the feed device 8 can be connected to a control device 5 , the control device 5 converting the user commands of a user of the device into control commands for the feed device 8 . In particular, predefined cutting patterns can be stored in a memory of the control device 5 and the processes can be automatically controlled by the control device 5 .
Die Steuervorrichtung 5 kann insbesondere auch mit dem Laser 6 verbunden sein. Die Steuervorrichtung 5 kann hierbei die Laserpulsenergie der Laserpulse des Lasers 6 einstellen, oder die Ausgabe eines Laserpulses oder Laserpulszuges anfordern oder auslösen. Die Steuervorrichtung 5 kann auch mit allen genannten Komponenten verbunden sein und so die Materialbearbeitung koordinieren. The control device 5 can in particular also be connected to the laser 6 . The control device 5 can set the laser pulse energy of the laser pulses of the laser 6, or request or trigger the output of a laser pulse or laser pulse train. The control device 5 can also be connected to all the components mentioned and thus coordinate the material processing.
Insbesondere kann so eine positionsgesteuerte Pulsauslösung realisiert werden, wobei beispielsweise ein Achsencoder der Vorschubvorrichtung 8 ausgelesen wird und das Achsencoder- Signal von der Steuervorrichtung als Ortsangabe interpretiert werden kann. Somit ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 5 automatisch die Abgabe eines Laserpulses oder Laserpulszuges auslöst, wenn beispielsweise eine interne Addiereinheit, die die zurückgelegte Wegstrecke addiert, einen Wert erreicht und nach Erreichen auf 0 zurücksetzt. So kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen automatisch ein Laserpuls oder Laserpulszug in das Material abgegeben werden. Indem in der Steuervorrichtung auch die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubrichtung und somit die Trennlinie 2 verarbeitet werden, kann eine automatisierte Abgabe der Laserpulse oder Laserpulszüge erfolgen. In particular, a position-controlled pulse triggering can be implemented in this way, with an axis encoder of the feed device 8 being read out, for example, and the axis encoder signal being able to be interpreted by the control device as location information. It is thus possible for the control device 5 to automatically trigger the delivery of a laser pulse or laser pulse train if, for example, an internal adder unit that adds the distance covered reaches a value and resets it to 0 after it has been reached. For example, a laser pulse or laser pulse train can be emitted automatically into the material at regular intervals. Because the feed speed and the feed direction and thus the dividing line 2 are also processed in the control device, the laser pulses or laser pulse trains can be emitted automatically.
Die Steuervorrichtung kann auch aufgrund der gemessenen Geschwindigkeit und der vom Laser 6 zur Verfügung gestellten Grundfrequenz einen Abstand dM oder Ort berechnen, an dem eineThe control device can also calculate a distance dM or location based on the measured speed and the fundamental frequency provided by the laser 6, at which a
Abgabe eines Laserpulszuges oder Laserpulses erfolgen soll. Delivery of a laser pulse train or laser pulse is to take place.
Indem die Abgabe der Laserpulse oder der Pulszüge positionsgesteuert erfolgt, entfällt eine aufwändige Programmierung des Trenn prozesses. Zudem können freiwählbare Prozessgeschwindigkeiten einfach umgesetzt werden. Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Since the laser pulses or pulse trains are emitted in a position-controlled manner, there is no need for time-consuming programming of the cutting process. In addition, freely selectable process speeds can be easily implemented. As far as applicable, all individual features that are presented in the exemplary embodiments can be combined with one another and/or exchanged without departing from the scope of the invention.
Figure imgf000030_0001
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Material material
10 erste Materialhälfte 10 first half of material
12 zweite Materialhälfte 12 second half of material
2 Trennlinie 2 dividing line
20 Trennfläche 20 parting surface
3 Materialmodifikation 3 material modification
30 Materialmodifikationsbereich 30 material modification area
300 Materialauswurf 300 material ejection
32 Riss 32 crack
4 Strahlquerschnitt 4 beam cross-section
41 Hauptordnung 41 main order
43 Nebenordnung 43 bylaws
5 Steuervorrichtung 5 control device
6 Laser 6 lasers
60 Laserstrahl 60 laser beam
600 Fokuszone 600 focus zone
62 Dauerstrich-CO2-Laser 62 continuous wave CO2 laser
620 Temperaturgradient 620 temperature gradient
65 Hohlkernfaser mit Ein- und Auskoppeloptik65 hollow core fiber with coupling and decoupling optics
7 Fokussiereinheit 7 focusing unit
70 Spiegel 70 mirrors
72 Fokussieroptiken 72 focusing optics
8 Vorschubvorrichtung 8 feed device
80 erster Teil der Vorschubvorrichtung 80 first part of the feed device
800 Auflagefläche 800 bearing surface
82 zweiter Teil der Vorschubvorrichtung 82 second part of the feed device
9 Strahlformungsoptik 9 beam shaping optics
11 chemisches Bad 11 chemical bath
110 Reaktionsblasen 110 reaction bubbles
D Dicke des Dünnstglases dA Außendurchmesser des Materialauswurfs dM Abstand der Materialmodifikationen FZ Zugspannung D Thickness of the thinnest glass dA Outside diameter of the material ejection dM Distance of the material modifications FZ tensile stress

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials (1), wobei mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers (6) lokalisierte Materialmodifikationen (3) entlang einer Trennlinie (2) und räumlich voneinander beabstandet in das Material (1) eingebracht werden, wobei der Laserstrahl (60) eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone (600) aufweist und bevorzugt ein nicht-beugender Laserstrahl ist, wobei die Pulsenergie so gewählt ist, dass die lokalisierten Materialmodifikationen (3) an einer Oberfläche des Materials (1) jeweils Materialauswürfe (300) erzeugen, und anschließend das Material (1) in einem Trennschritt entlang der Trennlinie (2) getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Abstand (dM) der lokalisierten Materialmodifikationen (3) größer als der 0,2-fache bis 10-fache Durchmesser (dA) der jeweiligen Materialauswürfe (300) ist.1 . Method for separating a transparent material (1), in which localized material modifications (3) are introduced into the material (1) along a separating line (2) and spatially spaced apart from one another by means of ultra-short laser pulses from an ultra-short-pulse laser (6), the laser beam (60) producing a has a focal zone (600) that is elongated in the direction of beam propagation and is preferably a non-diffracting laser beam, the pulse energy being selected such that the localized material modifications (3) each produce material ejections (300) on a surface of the material (1), and then the material (1) is separated in a separating step along the separating line (2), characterized in that the spatial distance (dM) of the localized material modifications (3) is greater than 0.2 to 10 times the diameter (dA) of the respective material ejections (300) is.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschritt das Aufbringen einer thermischen Spannung und/oder das Aufbringen einer mechanischen Spannung, bevorzugt einer Zug- oder Biegespannung, und/oder das Ätzen mittels mindestens einer nasschemischen Lösung umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that the separating step comprises the application of a thermal stress and/or the application of a mechanical stress, preferably a tensile or bending stress, and/or etching by means of at least one wet-chemical solution.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that
- die Laserpulse eine Wellenlänge zwischen 0,3|jm und 1 ,5|jm aufweisen, und/oder- the laser pulses have a wavelength between 0.3 μm and 1.5 μm, and/or
- die Pulslänge der Laserpulse 0,01 ps bis 50ps beträgt, bevorzug 0,3-15ps beträgt, und/oder - the pulse length of the laser pulses is 0.01 ps to 50 ps, preferably 0.3-15 ps, and/or
- die mittlere Leistung des Lasers (6) 10W bis 1000W beträgt. - the average power of the laser (6) is 10W to 1000W.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserenergie in Form von Einzellaserpulsen in das Material (1) eingebracht werden, wobei die Repetitionsrate der Einzellaserpulse 1 kHz bis 2MHz beträgt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the laser energy is introduced into the material (1) in the form of individual laser pulses, the repetition rate of the individual laser pulses being 1 kHz to 2 MHz.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserenergie in Form von Pulszügen, umfassen mehrere Sub-Laserpulse, in das Material (1) eingebracht werden, wobei die Repetitionsfrequenz der Sub-Laserpulse des Pulszugs zwischen 100MHz und 50GHz beträgt, ferner wobei ein Pulszug bevorzugt 2 bis 20 Sub- Laserpulse umfasst, und/oder - die Summe der Pulsenergien der Sub-Laserpulse eines Pulszugs zwischen 10pJ und 300pJ pro 100pm Materialstärke liegt. 5. The method according to claim 3, characterized in that the laser energy in the form of pulse trains comprising a plurality of sub-laser pulses are introduced into the material (1), the repetition frequency of the sub-laser pulses of the pulse train being between 100 MHz and 50 GHz, further wherein a pulse train preferably comprises 2 to 20 sub-laser pulses, and/or - the sum of the pulse energies of the sub-laser pulses of a pulse train is between 10pJ and 300pJ per 100pm material thickness.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetitionsrate der Einzellaserpulse oder der Pulszüge frei wählbar ist beziehungsweise ein Einzelpuls oder Pulszug bei Bedarf abgegeben wird und der Jitter beziehungsweise die Starttoleranz der Einzelpuls- oder Pulszugabgabe kleiner als 100ns ist. 6. The method according to any one of claims 4 to 5, characterized in that the repetition rate of the individual laser pulses or pulse trains can be freely selected or an individual pulse or pulse train is emitted if required and the jitter or the start tolerance of the individual pulse or pulse train emission is less than 100 ns.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung dO des Intensitätsmaximums oder der Intensitätsmaxima zwischen 0,25pm und 10pm groß ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the extent dO of the intensity maximum or the intensity maxima is between 0.25 pm and 10 pm.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (60) einen nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitt senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufweist, wobei der Strahlquerschnitt beziehungsweise die Einhüllende des Strahlquerschnitts bevorzugt elliptisch geformt ist. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (60) has a non-radially symmetrical beam cross section perpendicular to the beam propagation direction, wherein the beam cross section or the envelope of the beam cross section is preferably elliptical in shape.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone (600) mindestens abschnittsweise in das Material (1) ragt, und mindestens eine Materialoberfläche durchdringt. 9. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the focal zone (600) which is elongated in the direction of beam propagation protrudes at least in sections into the material (1) and penetrates at least one material surface.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lange Achse des nicht-radialsymmetrischen Strahlquerschnitts senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung entlang der Trennlinie (2) orientiert wird. 10. The method according to any one of claims 8 to 9, characterized in that the long axis of the non-radially symmetrical beam cross-section is oriented perpendicular to the beam propagation direction along the dividing line (2).
11 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellaserpulse und/oder Pulszüge durch eine positionsgesteuerte Pulsauslösung vom Laser (6) ausgelöst werden, wobei die Position bevorzugt durch die Position des Laserstrahls (60) auf dem Material (1) gegeben ist. 11 . Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual laser pulses and/or pulse trains are triggered by position-controlled pulse triggering from the laser (6), the position preferably being given by the position of the laser beam (60) on the material (1).
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche, auf der das Material (1) aufliegt, weder reflektierend, noch absorbierend, noch stark streuend für die Wellenlänge der Laserpulse gestaltet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (60) und das Material (1) relativ zueinander mit einem Vorschub bewegt werden. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface on which the material (1) rests is designed to be neither reflective nor absorbent nor strongly scattering for the wavelength of the laser pulses. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (60) and the material (1) are moved relative to one another with a feed.
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