WO2022078774A1 - Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2022078774A1
WO2022078774A1 PCT/EP2021/077030 EP2021077030W WO2022078774A1 WO 2022078774 A1 WO2022078774 A1 WO 2022078774A1 EP 2021077030 W EP2021077030 W EP 2021077030W WO 2022078774 A1 WO2022078774 A1 WO 2022078774A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass element
wall
recess
roughness
shaped
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/077030
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Ortner
Fabian Wagner
Markus HEISS-CHOUQUET
Michael DRISCH
Vanessa GLÄßER
Annika Hörberg
Lukas WALTER
Lars MÜLLER
David Sohr
Michael Kluge
Bernd Hoppe
Andreas KOGLBAUER
Stefan Muth
Ulrich Peuchert
Original Assignee
Schott Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott Ag filed Critical Schott Ag
Priority to EP21790795.5A priority Critical patent/EP4229016A1/de
Priority to CN202180069869.XA priority patent/CN116323509A/zh
Priority to JP2023522473A priority patent/JP2023546072A/ja
Priority to KR1020237015746A priority patent/KR20230086721A/ko
Publication of WO2022078774A1 publication Critical patent/WO2022078774A1/de
Priority to US18/300,087 priority patent/US20230311248A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/55—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for creating voids inside the workpiece, e.g. for forming flow passages or flow patterns
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/001—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by infrared light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0015—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by visible light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54—Glass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the invention relates to a plate-shaped glass element which has vitreous material with a coefficient of thermal expansion below I 0/I 0' 6 K' 1 and two opposite surfaces and a recess running through the glass of the glass element with a structured recess wall.
  • the invention also relates to a method for producing the plate-shaped glass element with a structured wall, the structure of the recess wall being set in a targeted manner by setting the laser parameters.
  • glass substrates are used in the areas of camera imaging, in particular 3D camera imaging, in electro-optics, such as L(E)D in microfluidics, optical diagnostics, sensors, for example pressure sensors, and diagnostic technology.
  • electro-optics such as L(E)D in microfluidics
  • sensors for example pressure sensors, and diagnostic technology.
  • Such fields of application relate, for example, to light sensors, camera sensors, pressure sensors, light-emitting diodes and laser diodes.
  • glass substrates are used as components, mostly in the form of thin wafers or glass membranes. In order to be able to use such glass substrates in ever smaller technical applications or components, accuracies in the range of a few micrometers are required.
  • the processing of the glass substrates relates to holes, cavities and openings of any shape that are introduced into or through the glass substrates, as well as the structuring of the surfaces of the substrates. Accordingly, structures in the range of a few micrometers must be introduced into the substrates.
  • the processing should also not leave any damage, residues or stresses in the edge area or volume of the substrate. Furthermore, it should Processes for the production of these substrates allow the most efficient possible manufacturing process.
  • Various methods can be used for structuring within a glass substrate, for example for producing holes and openings.
  • ultrasonic oscillating lapping is an established process.
  • these methods are limited in terms of their scaling to small structures, which are typically around 400 pm for ultrasonic vibratory lapping and at least 100 pm for sandblasting. Due to the mechanical abrasion during water and sand blasting, stresses are generated in the glass combined with spalling at the edge of the hole. In principle, both methods cannot be used for structuring thin glasses. Since these methods work in the range of a few hundred ⁇ m, this not only affects the dimensions of the holes, cavities and openings to be produced, but above all the surfaces in the substrate that are produced as a result. The methods mentioned are therefore unsuitable for producing microstructures in substrates.
  • the invention relates to a plate-shaped glass element which has glassy material with a coefficient of thermal expansion below 10x 10' 6 K -1 and two opposite surfaces.
  • the glass element also has at least one recess connecting the two surfaces and opening into the surfaces, running through the glass of the glass element and having a recess depth which is transverse, preferably perpendicular, to at least one of the surfaces of the glass element and corresponds to a thickness of the glass element.
  • the recess has a recess wall that extends around the recess and abuts the two opposing surfaces.
  • the wall of the recess has a structure which has a multiplicity of rounded, dome-shaped depressions which adjoin one another.
  • a roughness of the recess wall is formed by these depressions and the ridges surrounding the depressions.
  • the recess wall has an average roughness value (Ra) which is below 5 ⁇ m, preferably below 3 ⁇ m, preferably below 1 ⁇ m, particularly preferably below 500 nm. According to a further embodiment, however, the wall has a minimum roughness. In particular, the mean roughness value of the recess wall is at least 50 nm.
  • the glass element is particularly suitable for use in the field of microfluidics.
  • the recess can be designed as an elongated fluid channel through which the fluid can flow virtually unhindered.
  • the two surfaces can also run parallel to one another.
  • This has the advantage that several glass elements can be arranged plane-parallel one above the other and no offset occurs with such an arrangement. In this way, several glass elements can be arranged one on top of the other in a sandwich structure. This is especially necessary in microfluidic cells, where usually three or more components are arranged one above the other in order to direct the fluid through the channel, the channel being bounded on two sides by the components arranged above/below.
  • the mean roughness value (Ra) of the recess wall and/or an outer wall is at least 50 nm, preferably above 0.2 ⁇ m, preferably above 0.4 ⁇ m, preferably above 0.5 ⁇ m.
  • Such low roughness not only enables use in microfluidics, but special optical properties can also be achieved. This is particularly the case when the roughness is in a range between 5 pm and 0.2 pm.
  • the glass element has a more matt surface of the recess wall than with an Ra of 0.2 ⁇ m.
  • the dome-shaped depressions have a depth that is less than 10 ⁇ m, preferably less than 5 ⁇ m, preferably less than 2 ⁇ m, the depth being defined by a difference between a center of a depression valley and a central peak of the ridge surrounding the depression .
  • dome-shaped is understood to mean that the recess wall has bulges, the bulge being concave, in particular with a depression in the direction of the glass of the glass element, wherein the bulge can protrude into the glass element in the form of a dome, without being restricted to a particular cross section.
  • the roughness of the recess wall is preferably defined by the depth of the dome-shaped depressions.
  • the depth of the indentations determines the mean roughness value within the meaning of the invention. So if the depth is less than 10 pm, the mean roughness value is also less than 10 pm. It is also conceivable that the depth of the depressions is greater than 0.2 ⁇ m, preferably greater than 0.4 ⁇ m, preferably greater than 0.5 ⁇ m. Dome-shaped indentations prevent crack formation or crack propagation, since crack growth is interrupted by unevenness, and especially by bulges.
  • dome-shaped indentations can have an approximately uniform depth, or they can also have different depths, for example. It is also possible that the dome-shaped depressions are offset in height. This means that some indentations are offset relative to other indentations, in particular from an imaginary central surface of the recess wall in a direction perpendicular to this surface. In this case, the indentations can also be offset in some areas relative to the imaginary central surface of the wall of the recess, where being in areas means that there are a plurality of indentations which are offset by a similar amount.
  • the dome-shaped depressions are preferably offset by an amount which is less than 0.6 ⁇ m, preferably less than 0.4 ⁇ m, preferably less than 0.2 ⁇ m.
  • Such areas can be in the form of points or strips, for example in the form of strips, it being possible for the strips to be aligned transversely or parallel to the surface of the glass element.
  • ripples can be formed on the recess wall, which can be aligned in particular transversely and/or parallel to the surface of the glass element.
  • Such corrugations can ensure, for example, that components which are arranged within the recesses of the glass element or the glass substrate are held better.
  • a cross section or a transverse dimension or a diameter of a dome-shaped depression is less than 20 ⁇ m, preferably less than 15 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m.
  • some indentations can also have a diameter or cross-section that is less than 60 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, preferably less than 40 ⁇ m.
  • a skilful choice of the size or dimensions of the depressions can, for example, determine friction or a resistance of a component or fluid relative to the recess wall, so that a component can be fixed better or a fluid can flow better through the recess.
  • the dome-shaped indentations have at least one of the following shapes: circular, oval, worm-shaped, or rounded oblong, for example by several combined indentations, polygonal, for example hexagonal.
  • the ridges can be formed as polygonal boundary lines between the depressions. In this case, an average number of corners of the The boundary lines of the depressions should preferably be less than eight, preferably less than seven, and in particular six. The latter feature arises when the areas occupied by most dome-shaped depressions are convex in the mathematical sense. By setting a suitable shape for the depressions, the wall of the recess or the glass element can be even better adapted to a specific application.
  • the glass element has an outer wall which runs around the glass element and connects the two surfaces to one another, the outer wall having a structure which has a multiplicity of rounded, dome-shaped depressions adjoining one another.
  • the outer wall can have features that correspond to the previously mentioned embodiments of the wall of the recess. In this way, the glass element itself can also be arranged inside another component so that it cannot slip, for example due to a particularly rough outer wall.
  • the wall of the recess and/or the outer wall may form a rounded edge.
  • the surface(s) of the recess wall and/or outer wall have a continuous, uninterrupted structure of dome-shaped depressions and/or ridges arranged between the depressions.
  • 80%, 90%, particularly preferably 95% or even 98% of the area(s) of the recess wall and/or outer wall have a continuous, uninterrupted structure of dome-shaped depressions and/or ridges arranged between the depressions.
  • the method according to the invention it is possible to use the method according to the invention to produce a large number of very small components with at least one structured outer wall and optionally at least one or more structured recess wall(s), which are connected by one or more web-like connection(s) to a holder, in particular a peripheral holder in the form of a frame.
  • the web-like connection is separated from its holder, for example by a classic breaking process, possibly in combination with the introduction of a predetermined breaking point, for example by filamentation along the intended component contour across the web.
  • the optical path can be aligned in such a way that it crosses at least one, preferably two, walls or surfaces, of which at least one, optionally also both, has/have dome-shaped depressions.
  • Such a high transmission offers the glass element or the recess wall a particularly high optical quality.
  • the glass element is ideally suited in particular for optical applications, so that it can be used, for example, as an optical component or light guide.
  • the recess wall and/or outer wall has a lower reflectivity with a mean roughness value above 1 pm than with a mean roughness value below 1 pm. It can be the case that the recess wall and/or outer wall has a decreasing average roughness value with an increasing average roughness value has reflectivity.
  • the recess wall and/or outer wall with a mean roughness value of 0.5 ⁇ m can have a reflectivity that is approximately twice as great as with a mean roughness value of 1.4 ⁇ m.
  • A is the square of a quotient, where the quotient of the average of the mean roughness values (Ra) of three 30 ⁇ m wide measuring bands, which are aligned parallel to a side surface of the glass element, and the mean of the mean roughness values (Ra) of three 30 ⁇ m wide measuring bands, which are oriented perpendicularly to this side surface of the glass element.
  • the quotient is formed from the mean value of the mean roughness values of three measuring bands running along the edge surface of the recess to the mean value of three measuring bands running perpendicular thereto.
  • this anisotropy can be less than 1, preferably less than 0.8, preferably less than 0.6.
  • the side face can be understood within the meaning of the invention as at least one of the two opposite surfaces of the glass element.
  • the anisotropy can be formed by the corrugations or an offset of the dome-shaped depressions relative to one another.
  • the corrugations or the anisotropically formed roughness ensure that other components, for example electrical components, can be placed in the recess and are protected against displacement with increased friction relative to the recess wall during movements along the recess wall, in particular in a direction perpendicular to the surface of the glass element are. To this In this way, a component placed in the recess remains firmly fixed in the recess, even if it is subjected to a vibration, for example.
  • the roughness of the recess wall and/or outer wall is anisotropic, and the anisotropy is expressed as a parameter A, where A is the square of a quotient, and the quotient of the average of the mean roughness values (Ra) of three 30 pm widths Measuring bands, which are aligned parallel to a side surface of the glass element, and the average of the mean roughness values (Ra) of three 30 ⁇ m wide measuring bands, which are aligned perpendicular to the side surface of the glass element, is formed, the anisotropy being greater than 1, preferably greater than 2, preferably greater than 3.
  • the corrugations can be aligned perpendicularly to the glass surface, so that the anisotropically designed roughness can ensure that other, for example electrical components in the recess with increased friction compared to the recess wall during movements along the recess wall, in particular in a parallel direction to the surface of the glass element ents are protected from displacement.
  • the movability of the component is increased by the corrugations arranged perpendicularly to the glass surface, so that the component can be moved better. This can be advantageous when the component, for example in the case of a pressure sensor, is subject to recurring mechanical stress and both the component and the glass element can be protected from increased abrasion by the mobility of the component within the glass element.
  • - is less than 1.
  • the anisotropy (A) is greater than 8, 9, or 10.
  • the corrugations can be particularly pronounced.
  • the roughness of the recess wall and/or outer wall is direction-dependent, with the roughness being differently pronounced at least in sections, and the sections:
  • a direction-dependent roughness can also be formed, for example, by the dome-shaped depressions that are offset relative to the imaginary central surface of the recess wall. The direction-dependent roughness enables the targeted installation of air chambers between the recess wall and a component, for example for improved thermal or electrical insulation.
  • a fluid can also be guided better through a channel-shaped recess by a skillfully selected anisotropic structure, in particular by corrugations, for example if the corrugations are aligned longitudinally to the direction of flow of the fluid, or perpendicular to the direction of flow if a particularly slow flow is to be achieved.
  • the glass element can have a thickness that is greater than 10 ⁇ m, preferably greater than 15 ⁇ m, preferably greater than 20 ⁇ m and/or less than 300 ⁇ m, preferably less than 200 ⁇ m, preferably less than 100 pm.
  • the thickness it is also possible for the thickness to be greater than 300 ⁇ m or less than 10 ⁇ m, preferably less than 4 mm, preferably less than 2 mm, preferably less than 1 mm. It is precisely such thin glass that can be structured very finely and without the risk of breakage using the method described here.
  • the glass element can be designed to be flexible due to a small thickness, so that it can be bent.
  • the glass element can also be designed to have greater mechanical stability with respect to mechanical stress applied from outside. These advantages allow the glass element to be used in IC packages, biochips, sensors, camera imaging modules and diagnostic technology devices.
  • glass elements which do not deform at all or only slightly when subjected to the action of force, from the thickness range between 300 ⁇ m and 3 mm, in special cases even up to 6 mm, can also be used.
  • the glass element has a transverse dimension greater than 50 mm, preferably greater than 100 mm, preferably greater than 200 mm and/or less than 500 mm, preferably less than 400 mm, preferably less than 300 mm.
  • Small glass parts for example each with one or more recesses, can then be divided out of such glass elements.
  • such small glass elements or glass parts can have a transverse dimension of at most 5 mm, preferably at most 2 mm. With such dimensions, the glass element can be optimally used as a component for microtechnology.
  • the glass of the glass element has at least one of the following components:
  • the glass of the glass element is designed as borosilicate glass. Glasses of this type have particularly high thermal stability, transparency, and also chemical and mechanical stability, and are therefore ideally suited for a wide range of applications, for example for both optical and electronic applications.
  • the object is also achieved by a method for producing a plate-shaped glass element with a structured wall or a plate-shaped glass element according to at least one of the aforementioned embodiments.
  • the glass element has vitreous material with a Coefficient of thermal expansion below lOx lO ⁇ K' 1 on, as well as two opposite surfaces, with the method
  • the laser beam of an ultra-short pulse laser is directed onto one of the surfaces of the glass element and is concentrated to an elongated focus in the glass element using focusing optics, with the radiated energy of the laser beam producing a large number of filament-shaped channels in the volume of the glass element, the depth of which is transverse to the surface of the glass element runs, with the channels being arranged at a distance from one another,
  • the glass element is exposed to an etching medium which removes glass of the glass element at a removal rate, the channels being widened by the etching medium so that a recess with a structured recess wall is formed, the recess wall running around the recess and adjoining the two abutting opposite surfaces, and having a structure comprising a plurality of abutting, rounded, dome-shaped indentations which impart roughness to the cavity wall.
  • the recess wall can also be understood as the inner edge of the recess.
  • the filament-shaped channels are arranged along a closed contour, which in principle can have any two-dimensional shape.
  • the contour follows regular two-dimensional geometric elements such as circles, ellipses, rectangles, squares or polygons, so that after the structured glass substrate has been completed, the recess according to the invention can be used, for example, as a receptacle for electronic components.
  • the structure of the wall of the recess or the roughness is preferably set in a targeted manner in order to generate an average roughness value (Ra) of the wall of the recess that is below 5 pm, preferably below 3 pm, preferably below 1 pm.
  • the average roughness value is at least 50 nm.
  • a plurality of recesses of the same or different roughnesses for components, together with additional recesses of higher roughness, can be introduced in a substrate in order to align the component as a whole in a reference system.
  • the recesses for components are provided with anisotropic roughness in order to be able to ensure not only the optimal alignment but also the ideal fit of the components in their recesses in the subsequent application process.
  • the method can also be used to produce a glass element in accordance with the above-mentioned embodiments, so that the above-mentioned advantages can be achieved.
  • the method is particularly suitable for an industrial manufacturing process, as it allows the simultaneous creation of a large number of recesses in several glass elements.
  • a first method step at least one glass element, in particular without recesses, is provided.
  • At least one, but preferably several, and particularly preferably a large number of defects, in particular in the form of filament-shaped channels, are produced in the glass element in order ideally to be able to form a perforation of the glass element through the defects/channels, which preferably widened in the course of the subsequent etching process to such an extent that the channels unite and as a result individual parts of the glass element can be detached from the glass element, and the recess can arise in this way.
  • defects/channels are preferably produced next to one another in such a way that a row of recesses represents a larger structure, ideally in the form of the recess(es) to be produced.
  • the damage/channels run in their longitudinal direction transverse to at least one surface, ideally both surfaces of the glass element.
  • the channels extend from one surface, and in particular perpendicularly from this surface through the glass element to the other, oppositely arranged surface and break through both surfaces.
  • the damage/channels are produced in the glass element with the aid of at least one laser beam from an ultra-short pulse laser.
  • the creation of the recesses by means of the laser is preferably based on several of the steps mentioned below:
  • the laser beam of the ultrashort pulse laser is directed onto one of the surfaces of the glass element. This can be concentrated with focusing optics to form an elongated focus in the glass element.
  • the emission wavelength(s) can be selected in such a way that the glass element is essentially transparent, i.e. there is a transmittance of more than 0.9, preferably 0.95, particularly preferably greater than 0.98.
  • the ultra-short pulse laser radiates one or more pulses or pulse groups (so-called burst pulses) onto the glass element, and the interaction between the electromagnetic field of the high-power laser pulse and the glass element initiates the non-linear absorption of the laser energy, which preferably causes filament-shaped damage (in particular in the form of an essentially cylindrical channel) in the material of the glass element at the location of the elongated focus, and the filament-shaped damage widens into a channel.
  • burst pulses the interaction between the electromagnetic field of the high-power laser pulse and the glass element initiates the non-linear absorption of the laser energy, which preferably causes filament-shaped damage (in particular in the form of an essentially cylindrical channel) in the material of the glass element at the location of the elongated focus, and the filament-shaped damage widens into a channel.
  • the channels in particular their arrangement on or in the glass element, being selected in such a way that many channels arranged next to one another depict an outline of a recess to be produced.
  • the channels can be arranged at a distance from one another.
  • a suitable laser source is a neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) laser with a wavelength of 1064 nanometers.
  • the laser source also generates a raw beam, for example a (l/e 2 ) diameter of 12 mm; a biconvex lens with a focal length of 16 mm can be used as the optics.
  • Suitable beam-shaping optics such as a Galilean telescope, can be used to generate the raw beam.
  • the laser source works in particular with a repetition rate which is between 1 kHz and 1000 kHz, preferably between 2 kHz and 100 kHz, particularly preferably between 3 kHz and 200 kHz. This repetition rate and/or the scanning speed can be selected in such a way that a desired distance between adjacent damage/canals is achieved.
  • Nd:YAG laser such as the wavelengths 532 nm or 355 nm generated by frequency doubling (SHG) or frequency trebling (THG) or the Yb:YAG laser (emission wavelength 1030 nm) can be used as beam sources in a suitable manner .
  • a laser pulse is divided into a plurality of individual pulses, and the majority is less than 10, preferably less than 8, preferably less than 7 and/or greater than 1, preferably greater than 2, preferably greater than 3.
  • These individual pulses can be combined to form a pulse packet, a so-called burst, and are emitted in particular in successive laser pulses.
  • These individual pulses are preferably directed at the same point or the same location on the glass surface, so that the damage caused by the successive individual pulses continues to expand, resulting in channels that preferably run through the entire thickness or volume of the glass element.
  • the recess Z-channel wall to be produced can be influenced by skillfully selecting the number of individual pulses within a pulse packet, and in particular a structure of the recess Z-channel wall can be set in a targeted manner. Since the total power of a laser pulse in a pulse packet or in a burst is distributed over a number of individual pulses, each pulse has less energy than an individual laser pulse. The result is that with a higher number of individual pulses, the energy of each individual pulse decreases.
  • the pulse energies of the individual pulses can be flexibly adjusted, in particular that the pulse energies either remain essentially constant or that the pulse energies increase or that the pulse energies decrease, in which case the first individual pulse of a burst or pulse packet is then preferably either the lowest or the has the highest energy of the individual pulses.
  • the repetition rate can be the repetition rate of the delivery of bursts.
  • the individual pulses impinge on the surface of the glass element or in the damage with a time offset, so that each individual pulse changes the previously generated state of the recess Zchannel wall. In this way, by selecting the number of individual pulses of a burst, the wall of the recess Z-channel can be specifically structured and changed.
  • the typical power of the laser source is particularly favorable in a range from 20 to 300 watts.
  • a pulse energy of the pulses and/or pulse packets of more than 400 microjoules is used, furthermore advantageously a total energy of more than 500 microjoules.
  • a suitable pulse duration of a laser pulse is in a range of less than 100 picoseconds, preferably less than 20 picoseconds.
  • a pulse duration is selected which is less than 15 ps, preferably less than 10 ps, preferably less than 5 ps.
  • a pulse duration of even 1 ps is preferably used in order to produce a smooth recess Z-channel wall, in particular with a low level of roughness or a low mean roughness value.
  • the roughness can be increased with increasing pulse duration.
  • One reason for this may be the thermal behavior of the glass, since the longer the pulse duration, the longer the glass is exposed to the energy of the laser and thus also to the resulting heat of the laser beam, which means that thermally less stable glass in particular is damaged, for example by expansion.
  • the glass of the glass element can be damaged in a special way by precisely selecting the pulse duration, and thus ideally also a roughness of the recess / canal wall. This can also mean that glass with a low coefficient of thermal expansion is damaged less than glass with a higher coefficient of thermal expansion.
  • the pulse duration is essentially independent of whether a laser is operated in single-pulse mode or in burst mode.
  • the pulses within a burst typically have a similar pulse length as a pulse in single-pulse operation.
  • the burst frequency can be in the range from 15 MHz to 90 MHz, preferably in the range from 20 MHz to 85 MHz and is 50 MHz, for example.
  • the channels are arranged at a distance from one another and this distance is less than 20 ⁇ m, preferably less than 15 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m and/or greater than 1 ⁇ m, preferably greater than 2 ⁇ m, preferably greater than 3 pm.
  • the distance between the channels can also be greater than 5 ⁇ m and/or less than 100 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, preferably less than 15 ⁇ m.
  • the distance between adjacent channels can also be referred to as pitch, for example a distance between the laser pulses that are emitted at the same time or, in particular, one after the other at a distance offset from one another. This distance is measured from center to center of the channels, or from the center of a pulse to the center of an adjacent pulse.
  • the roughness can be influenced in that the sections between the channels, which in particular have dimensions corresponding to the thickness of the glass element and the distance between the channels, deliberately do not need to be processed by the laser, and only a subsequent one be subjected to etching process.
  • two different areas can be generated, those whose surface is structured with a laser, and preferably an etching medium, and those whose surface is structured only with the aid of the etching medium to which the glass element is exposed after the channels have been produced.
  • the areas between the channels can preferably have a different roughness than the areas of the channels, with a longitudinal extension of both areas preferably parallel to the laser beam or transverse, in particular perpendicular to at least one surface of the glass element, so that ideally an anisotropy greater than 1 is formed can.
  • the glass element including the channels produced therein, is exposed to an etching medium in order to remove glass of the glass element at a definable removal rate, the channels being widened by the etching medium and in particular the removal resulting therefrom.
  • the recess and preferably also a plurality of recesses, can be formed with a structured recess wall.
  • the dome-shaped indentations of the recess wall and/or the outer wall can typically be produced by the removal. It is advantageous if the etching medium is filled into a container, for example a tank, a pot or a trough, and in particular one or more glass elements are then at least partially held or immersed in the container or in the etching medium.
  • the etching medium can be gaseous, but is preferably an etching solution. Therefore, according to one embodiment, the etching is performed wet-chemically. This is favorable for removing glass components from a channel inner surface during etching. If the channel wall is designed to be particularly uneven or flat, for example by selecting suitable laser parameters, for example the burst, pitch and/or pulse duration, the depressions can be added to the recess/channel wall by etching or wet-chemical etching or material removal. As a result, the wall of the recess can be equipped or produced with a high or low roughness and in particular with the advantageous dome-shaped depressions, depending on the requirements. It is intended to use an acidic or alkaline solution as the etching solution.
  • HF, HCl, H2SO4, ammonium bifluoride, HNOs solutions or mixtures of these acids are particularly suitable as acidic etching media.
  • KOH or NaOH lyes come into consideration for basic etching media. These are particularly efficient in glass compositions with a low content of alkali metals, since the basic etching solutions oversaturate less quickly in such glasses and can therefore retain their etchability much longer than would be the case with strongly alkaline glasses.
  • the etching medium to be used is therefore selected according to the glass of the glass element to be etched. Accordingly, depending on the glass composition, an acidic etching medium can be selected to set a rapid removal rate in the case of silicate glasses, or a basic, in particular alkaline, etching medium to set a slow removal rate.
  • the etching is preferably carried out at a temperature higher than 40°C, preferably higher than 50°C, preferably higher than 60°C and/or lower than 150°C, preferably lower than 130°C, preferably lower than 110°C, and carried out in particular up to 100°C. This temperature creates sufficient mobility of the ions to be dissolved or components of the glass of the glass element from the glass matrix.
  • the removal rate is chosen so that the dome-shaped depressions form a shape that has the largest volume with a mathematically smallest circumference or cross section, in particular a circular shape, or an approximately hexagonal or polygonal shape. In this way, a uniform roughness of the recess wall can be achieved.
  • FIG. 2 Schematic representation of a glass element with multiple defects
  • FIG. 5 Electron micrograph of a recess wall of a glass element
  • 9 shows a surface measurement result of the recess wall with strong isotropy with a pulse duration of 1 ps;
  • 10 shows a surface measurement result of the recess wall with strong isotropy parallel to the laser with a pulse duration of 10 ps;
  • 11 shows a surface measurement result of the recess wall with strong isotropy perpendicular to the laser with a pulse duration of 10 ps;
  • Fig. 1 shows schematically a glass element 1 with two surfaces 2 arranged opposite to each other so that the volume of the glass element is arranged between the surfaces, and a thickness D, which defines a distance of the two surfaces 2.
  • the surfaces can be arranged parallel to one another.
  • the glass element 1 also extends in a longitudinal direction L and a transverse direction Q.
  • the glass element 1 preferably also has at least one outer surface 4 which ideally surrounds the glass element 1, in particular completely, and the height of which corresponds to the thickness D of the glass element 1.
  • the thickness D of the glass element 1 and the height of the side surface 4 extend in the longitudinal direction L, it being possible for the surfaces of the glass element to extend in the transverse direction.
  • damage in particular in the form of channels 16 or channel-like damage 16 is produced in the volume of the glass element 1 by a laser 101, preferably an ultra-short pulse laser.
  • a laser 101 preferably an ultra-short pulse laser.
  • a focusing optics 102 such as a lens with uncorrected spherical aberration or a lens system in the The cumulative effect of the individual elements has an increased spherical aberration, the laser beam 100 is focused and directed onto a surface 2 of the glass element.
  • the energy of laser beam 100 radiated in as a result ensures that filament-shaped damage is produced and, in particular, is also widened to form a channel 16, such as through the Use of the burst mode, in which several individual pulses in the form of a pulse packet produce the damage or channels 16.
  • the pulse duration of laser beams 100 which are preferably in the picosecond or femtosecond range, the number of individual pulses in a pulse packet or burst, the distance between the emitted laser beams 100 relative to one another, i.e. the Distance of the damage/channels 16 created, the energy of the laser, or the frequency.
  • the frequency of a pulse packet can be, for example, 12 ns-48 ns, preferably around 20 ns, with the pulse energy being at least 200 microjoules and the burst energy correspondingly being at least 400 microjoules.
  • the roughness of the recess wall 11 of the recess 10 to be produced can already be specifically adjusted in advance by appropriate selection of certain values of these parameters.
  • channels 16 are preferably produced in further steps, which are ideally arranged next to one another in such a way that a large number of channels 16 results in a perforation, and this perforation or this large number of channels 16 form outlines of a structure 17 .
  • a structure 17 produced in this way corresponds to a shape of a recess 10 to be produced.
  • a distance 18 and a number of channels 16 are selected such that outlines of recesses to be produced are formed.
  • the Distance 18 of the channels 16 the pitch of the laser, i.e. the distance 18 of the laser beams 100 to be emitted.
  • FIG. 3 shows a further step.
  • the glass element 1 which is preferably structured by the channels, is stored in an etching medium 200.
  • the glass element is preferably arranged detachably on holders 50, in which case the glass element 1 can only be suspended on the holders 50, or can be or can be fixed to them.
  • the glass element 1 is held and in particular immersed in an etching medium 200 , preferably an etching solution, by means of the holders 50 , which medium is preferably arranged in a container 202 .
  • the container 202 ideally has a material which is essentially resistant to the etching medium 200 .
  • the material of the container 202 is essentially so resistant that the etching medium 200 attacks or removes the material of the container only to a very small extent, or that the ions and atoms of the material of the container 202 are in contact with the etching medium 200 essentially remain in the volume of the container 202, so that the composition of the etching medium 200 ideally remains unchanged by contact with the container 202.
  • the composition of the etching medium 200 is influenced by contact with the container, and in particular container components released from the container 202 change the etchability of the etching medium 200 and the removal rate of the removal 70 of the glass element can be changed in a desired direction as a result .
  • the rate of removal can also be changed, for example, by a physically and/or mechanically induced movement of the etching medium 200, in particular stirring, for example by means of a magnetic stirrer, or by local temperature changes.
  • the etching medium 200 is preferably brought to a temperature between 40° C. and 150° C. in order to achieve an optimal removal rate.
  • An acidic or alkaline solution is preferably used as the etching medium 200, and in particular an alkaline solution, for example KOH.
  • a basic etching medium 200 with a pH value >12 for example a KOH Solution with a concentration of >4 mol/l, preferably >5 mol/l, particularly preferably >6 mol/l, but ⁇ 30 mol/l.
  • the etching is preferably carried out at a temperature of the etching medium of >70°C, preferably >80°C, particularly preferably >90°C, and in particular approximately 100°C or at a temperature of less than 160°C .
  • the removal 70 or a removal rate can be set, for example, by the length of time for which the glass element 1 is exposed to the etching medium 200 .
  • the desired removal 70 is increased the longer the glass element 1 remains in the etching medium 200 .
  • a removal rate of less than 5 ⁇ m per hour is optimal.
  • the desired mean roughness values can also be achieved using the total etching time. For this it is favorable if the etching time is at least 12 hours.
  • the removal can also vary and can be, for example, 34 pm with an etching time of 16 hours, 63 pm with 30 hours and 97 pm with 48 hours.
  • the removal 70 and the etching time are selected such that material between adjacent channels is removed to such an extent that the channels merge and, in particular, the merger of the channels 16 creates a coherent opening, as shown schematically in FIG. 4, for example is.
  • the continuous opening can also have any other shape and/or contour. It is important, however, that the merger of the channels 16 in the glass element 1 creates a large opening, with an inner part 20 of the glass element 1 previously enclosed by channels being exposed by the channel merger, and in particular being able to be detached or removed. In the course of this, the recess 10 is produced with a recess wall 11 .
  • the recess wall 11 has a uniform structure, in particular with a specifically adjusted roughness or mean roughness value.
  • the wall of the recess 11 is/is formed anisotropically, for example by targeted adjustment of the removal rate, in particular in such a way that intermediate areas between the channels are removed only incompletely or partially, so that the wall of the recess 11 has such intermediate areas 30 and channel areas 31 has.
  • corrugations can be formed on the recess wall 11, which preferably form an anisotropic or direction-dependent roughness of the recess wall 11.
  • FIG. 5 shows an electron micrograph of a channel section 31 of the wall 11 of the recess.
  • a multiplicity of dome-shaped indentations 12 which are distributed over the wall 11 of the recess can be clearly seen.
  • the depressions 12 are arranged in such a way that they adjoin one another, with the depressions 12 ideally each being surrounded by a burr 13 which can, for example, inhibit crack growth.
  • the indentations 12 form concave curvatures, the curvature of which runs in the direction of the glass volume, and so that the ridges 13 in particular are higher compared to a central surface than, for example, indentation sinks 14.
  • the indentation sinks 14 essentially form one opposite the ridges 13 lowest point of the depressions, and preferably the ridges 13 have a highest point, or a highest line. However, the ridges 13 are only narrow in relation to the curvatures or bulges.
  • the depth of the dome-shaped indentations can be between 10 ⁇ m and 0.1 ⁇ m, with a depth of between 0.2 ⁇ m and 2 ⁇ m being preferred, since the depth essentially determines the roughness of the recess wall 11, and in particular a difference between a center the depression valley 14 and the ridge 13 surrounding the depression.
  • Other factors, such as the corrugations and/or intermediate areas 30, also make a contribution to the mean roughness value (Ra).
  • the average roughness (Ra) is between 0.2 pm and 4.5 pm.
  • the depressions 12 have a cross section 15 which is preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, in particular between 10 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the cross section 15 or the shape of the depressions 12 can be polygonal.
  • the ridges 13 form boundary lines between the depressions 12, the ridges 13 also being able to be angular due to the polygonal shape of the depressions 12.
  • the depressions 12 are formed during the etching process in such a way that they form a space-saving cross section 15, for example with a number of corners that is between 5 and 8, and preferably exactly 6, since this shape offers the mathematically smallest circumference while at the same time offering the largest volume , i.e. it comes closest to a circular shape.
  • a uniform and uniform roughness can be set in this way, and the glass element can therefore be adapted particularly precisely to the intended application.
  • FIG. 6 shows graphically displayed measured values of the mean roughness value (Ra) on the recess wall 11, which were produced by the above-described combination of introducing damage 16 with a laser and then expanding the damage to form channels 16 by etching.
  • the mean roughness values (Ra) generated by the aforementioned process are dependent on different laser parameters shown.
  • the mean roughness values (Ra) are plotted on the ordinate, with the number of individual pulses in a burst or pulse packet being on the abscissa.
  • the size or the diameter of the measuring points represents the pitch or the distance between the pulses and channels.
  • the right side shows roughness measured values of a roughness that was generated with a pulse duration of 1 ps, and those that were generated with a pulse duration of 1 ps are shown on the left Pulse duration of 10 ps were generated.
  • the distribution of the mean roughness values (Ra) shows how the roughness depends on the pulse duration, the number of pulses and the distance between the pulses.
  • the graph shows, with a short pulse duration of, for example, 1 ps, lower mean roughness values (Ra) or a smoother surface of the recess wall 11 are produced than is the case, for example, with a longer pulse duration, for example 10 ps.
  • the graph also shows that with a shorter pulse duration, both the pitch and the delay of the bursts or the number of individual pulses have less of an influence than with a longer pulse duration.
  • the measured average roughness values (Ra) are therefore particularly high with a longer pulse duration of around 10 ps, especially with a high pitch and a high burst, approximately in the range between 1 pm and 2 pm, while the average roughness values (Ra) with a short pulse duration are independent of Pitch and bursts are below 1 pm. This means that a particularly low roughness of the recess wall 11 can be achieved with a short pulse duration.
  • Figures 7 and 8 show graphically displayed measured values of the mean roughness value (Ra) of the recess wall 11.
  • the mean roughness values (Ra) are dependent on the burst, i.e. the number of individual pulses (plotted on the abscissa in Figure 7; on the ordinate in Figure 8 plotted) and the pitch, ie the distance between the pulse packets (plotted on the ordinate in FIG. 7; plotted on the abscissa in FIG. 8).
  • Both figures show measured values of a roughness that was generated with a pulse duration of 10 ps.
  • the lines connecting the measuring points indicate the glass removal that was removed during the etching process.
  • Figures 7 and 8 illustrate the dependency of the roughness that can be generated Recess wall 11 and/or outer wall 11 through the pitch and burst. It is clear here that the roughness or the measured mean roughness values (Ra), in particular with a high pitch from, for example, 12 pm and a high burst from, for example, 7, are particularly high, for example in the range of 3 pm or higher. On the other hand, the measured mean roughness values (Ra) from a pitch above 6 pm are comparatively high even with a very low burst between 1 and 2, for example greater than 1.5 pm.
  • the roughness of the recess wall 11 and/or the outer walls 4 can be set by selecting the laser parameters, in particular pulse duration, pitch and burst.
  • Long pulse durations for example greater than 1, preferably greater than 3, preferably greater than 5, a high number of individual pulses in a pulse packet (bursts), for example 7 or more, a large pitch, for example 10 pm or higher.
  • Short pulse durations for example less than 5, preferably less than 3, preferably less than 1, a number of individual pulses of a pulse packet (bursts) between 2 and 7, a low pitch, for example less than 15 pm.
  • at least a small pitch i.e. the spatial distance between two points of impingement of the laser beam 100 on the glass element 1 or at least two channels 16, is at most 6 ⁇ m, preferably at most 4.5 ⁇ m , and/or the erosion is above 34 pm.
  • a low pitch or a combination of a high pitch and high removal is advantageous in order to separate out at least one inner part 20 in order to widen the channels during the etching process to such an extent that they connect. This can be realized with a sufficiently high removal.
  • FIGS. 6 to 8 thus make it clear that the selected laser parameters have a decisive influence on the roughness of the recess wall 11 due to the behavior of the glass material, for example the coefficient of thermal expansion.
  • a glass is deliberately selected that has a thermal expansion coefficient below 10x l0' 6 K _1 in order to be able to adjust the roughness as best as possible.
  • the thermal expansion coefficient is above 0.1*10' 6 K' 1 , preferably above 1 ⁇ 10' 6 K_1 , particularly preferably above 2 ⁇ 10' 6 K_1 , so that the glass has the ability to expand sufficient to evoke a response to the energy of the laser.
  • glasses which have a SiO2 content of between 30% by weight and 80% by weight and/or a TiO2 content of at most 10% by weight are particularly suitable with regard to the workability.
  • FIGS. 9 to 12 show surface measurements of the recess wall 11 with direction-dependent roughness after removal of 10 ⁇ m in the etching bath with a measurement range of approximately 800 ⁇ m width and approximately 750 ⁇ m height.
  • the width of the measurement range runs parallel to the surface 2 of the glass element and the measurement height runs perpendicular to the surface of the glass element 1 and in particular parallel to the laser beam 100.
  • the roughness or depth (in ⁇ m) of the depressions 12 relative to a central surface of the Recess wall 11 can be read.
  • Recess walls 11 with a roughness are shown in FIGS.
  • the factor A of the anisotropy is preferably greater than 1.
  • the dome-shaped indentations 12 are difficult to see, but are evidently arranged in a grid-like manner or arranged opposite one another in a manner similar to a grid, in particular arranged one above the other in the direction of the laser beam in such a way that an arrangement of the indentations 12 forms strips that are perpendicular/transverse to the surface 2 of the glass element get lost.
  • the depressions 12 show a round, sometimes circular cross-section.
  • the situation is different for a recess wall 11 which was generated at 10 ps, a burst of 1 and a pitch of 10 pm, as shown in FIG.
  • the roughness is anisotropic and runs in particular parallel to the laser beam or perpendicularly/transversely to the surface 2 of the glass element 1.
  • the individual depressions 12 are, however, more worm-shaped here, with the worm shape preferably extending along one direction , which runs parallel to the laser beam 100 and/or perpendicularly/transversely to the surface 2 of the glass element 1.
  • Worm shape is to be understood in the context of the invention in such a way that the ridges 13 form a non-uniform height around a depression 12 and in some areas have a height that can correspond to the depth of the depression, or at least is significantly lower than the height of a large part of the die Indentation surrounding ridge 13.
  • indentations 12 appear in the measurement image with an approximately uniform depth, so that the worm shape results from a row of individual indentations 12.
  • the recess wall 11 is formed significantly coarser, and thus also duller or rougher, when using a pulse duration of 10 ps (FIG. 10; mean roughness value of 0.50 ⁇ m) than when using a pulse duration of 1 ps (Fig. 9; average roughness of 0.38 pm).
  • the mean roughness value (Ra) can therefore be set particularly precisely by varying the pulse duration.
  • the recess wall 11 shows a recess wall 11 with a roughness that is anisotropic, preferably strip-shaped, in a direction that runs transversely to the laser beam 100 and/or parallel to the surface 2 of the glass element 1 .
  • the factor A of the anisotropy is preferably less than 1.
  • the wall of the recess 11 essentially has two areas that run in strips, with the depressions 12 of each area preferably having a uniform depth, so that the areas differ essentially in the depth of the depressions. This results in comparatively uniform gray values of the measurement results or average roughness values (Ra) of each area.
  • FIG. 12 shows a recess wall 11 with an average roughness value of 1.05 ⁇ m, which was produced with a pulse duration of 10 ps, a burst of 2 and a pitch of 3 ⁇ m.
  • the dome-shaped depressions 12 are distributed essentially homogeneously over the recess wall 11, so that only a very small or no anisotropy is formed.
  • the cross section of the depressions 12 which are preferably round to oval in shape, is also comparatively similar, so that a uniform structure is/is formed on the recess wall 11 .
  • the glass element can be made transparent, in particular allowing transmission of visible light or, more generally, of light that is in the wavelength range between 300 nm and 1000 nm.
  • the structuring of the recess wall 11 and/or the outer wall 4 produced by the previously presented method has advantageous light-shaping properties in order, for example, to suppress speckle effects in laser diodes or other interference effects.
  • the depressions 12 or the structure of the wall, in particular according to the shapes shown in Figures 9-12 be designed, for example, homogeneously or anisotropically in order to influence the light passing through.
  • the glass element 1 is preferably able to conduct light both through the recess wall 11 and/or outer wall 4 and through the surfaces 2 of the glass element, so that electromagnetic waves can be transmitted or received through the glass element 1 .
  • the mean roughness value (Ra) can be set to a value of 1.4 ⁇ m, for example, so that only just over 86% light is transmitted, for example, and more light in the wavelength range between 300 nm and 1000 nm is reflected.
  • the transmission could be measured by means of an integrating sphere 81 or an integrating sphere 81 and a light beam 80, for example a light beam 80 with a wavelength of 690 nm.
  • the light beam 80 traversed a volume of about 10 mm of the glass element 1, an outer wall 4, which can be specially polished, and passed or was passed through the wall 11 of the recess.
  • the recess wall 11 is arranged in such a way that it is arranged in or directly in front of the entry point of the integrating sphere 81 . In this way, the light beam can be scattered on the wall 11, 4 and all angles can be detected by means of the integrating sphere 81.
  • the transmission of the glass element can be measured, for example, in such a way that the light passes through the surface 2 of the glass element 1 is passed through, or the degree of reflection of light from a wall is determined by means of reflection measurements, which can then be subtracted from the overall measurement result of the transmission measurements.
  • 14 shows the results of a reflection measurement.
  • Optical waveguide or a fiber probe light was directed onto the wall 11, 4, and the light reflected from the wall 11, 4 was recorded in the wavelength range between 300 nm and 1000 nm.
  • the recorded measurement results make it clear that the degree of reflection can be adjusted by the roughness of the wall 11, 4, or a desired degree of reflection based on the
  • roughness can be adjusted. It is found that, for example, the reflection of the light in the case of a rough wall 11, for example with an average roughness value of 1.4 ⁇ m, is significantly lower than in the case of a less rough or even smooth wall 11, 4, for example with an average roughness value of 0. 5 p.m.

Landscapes

  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Glaselement, welches glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von 10×10-6 K-1 aufweist, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen. Das Glaselement weist weiterhin mindestens eine durch das Glas des Glaselements hindurch verlaufende Ausnehmung mit einer Ausnehmungswandung, die um die Ausnehmung herum verläuft und an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen angrenzt. Die Ausnehmungswandung weist eine Struktur auf, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen aufweist. Durch diese Vertiefungen sowie die Vertiefungen umgebende Grate ist eine Rauheit der Ausnehmungswandung ausgebildet. Die Ausnehmungswandung weist einen Mittenrauwert (Ra) auf, der unterhalb von 5 µm liegt, bevorzugt unterhalb von 3 µm, bevorzugt unterhalb von 1 µm. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des plattenförmigen Glaselements mit strukturierter Wandung, wobei durch die Einstellung der Laserparameter, die Struktur der Ausnehmungswandung oder die Rauheit gezielt eingestellt wird.

Description

Glaselement mit strukturierter Wandung und Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Glaselement, welches glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von I 0/ I 0'6 K'1 aufweist, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen und eine durch das Glas des Glaselements hindurch verlaufende Ausnehmung mit einer strukturierten Ausnehmungswandung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des plattenförmigen Glaselements mit strukturierter Wandung, wobei durch die Einstellung der Laserparameter die Struktur der Ausnehmungswandung gezielt eingestellt wird.
Die präzise Strukturierung von Gläsern ist in vielen Anwendungsbereichen von großem Interesse. Unter Anderem werden Glassubstrate in den Bereichen Camera Imaging, insbesondere 3D Camera Imaging, in der Elektrooptik, wie beispielsweise L(E)D der Mikrofluidik, optische Diagnostik, Sensorik bspw. Drucksensorik, und Diagnosetechnik eingesetzt. Solche Anwendungsfelder betreffen beispielsweise Lichtsensoren, Kamerasensoren, Drucksensoren, Leuchtdioden und Laserdioden. Hier werden Glassubstrate zumeist in Form von dünnen Wafern oder Glasmembranen als Bauelemente verwendet. Um derartige Glassubstrate in immer kleiner werdenden technischen Anwendungen beziehungsweise Bauteilen einsetzen zu können, werden Genauigkeiten im Bereich von wenigen Mikrometern benötigt. Die Bearbeitung der Glassubstrate bezieht sich dabei auf Löcher, Kavitäten und Öffnungen in beliebigen Formen, die in oder durch die Glassubstrate eingebracht werden, sowie die Strukturierung von Oberflächen der Substrate. Demnach müssen also Strukturen im Bereich von wenigen Mikrometern in die Substrate eingebracht werden.
Um die Glassubstrate in einem weiten Anwendungsbereich einsetzen zu können, sollte die Bearbeitung zudem keine Beschädigung, Reste oder Spannungen im Randbereich bzw. Volumen des Substrats hinterlassen. Des Weiteren sollte das Verfahren zur Produktion dieser Substrate einen möglichst effizienten Fertigungsprozess erlauben.
Für die Strukturierung innerhalb eines Glassubstrats, beispielsweise zur Herstellung von Löchern und Öffnungen können verschiedene Verfahren angewendet werden.
Neben dem Wasser- und Sandstrahlen durch entsprechende Masken ist das Ultraschallschwingläppen ein etabliertes Verfahren. Diese Methoden sind aber hinsichtlich ihrer Skalierung auf kleine Strukturen begrenzt, die typischerweise bei Ultraschallschwingläppen bei ca. 400pm und beim Sandstrahlen bei minimal 100pm liegen. Aufgrund des mechanischen Abtrags werden beim Wasser- und Sandstrahlen Spannungen im Glas verbunden mit Abplatzungen am Lochrandbereich erzeugt. Für das Strukturieren von dünnen Gläsern sind beide Verfahren grundsätzlich nicht anwendbar. Da diese Verfahren im Bereich von einigen Hundert pm arbeiten, betrifft dies insbesondere nicht nur die Abmessungen der zu erzeugenden Löcher, Kavitäten und Öffnungen, sondern vor allem die dadurch entstehenden Oberflächen im Substrat. Daher sind die genannten Verfahren ungeeignet, um Mikrostrukturen in Substraten zu erzeugen.
Daher hat sich in der letzten Zeit die Verwendung von Laserquellen zur Strukturierung verschiedenster Materialen etabliert. Durch unterschiedlichste Festkörperlaser mit infraroter (z.B.1064nm), grüner (532 nm) und UV (365nm) Wellenlänge, oder auch extrem kurzen Wellenlängen (z.B. 193nm, 248nm) lassen sich kleinere Strukturen in ein Glassubstrat einbringen, als es mit den zuvor genannten, mechanischen Verfahren möglich ist. Da Gläser allerdings eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, sowie zudem eine hohe Bruchempfindlichkeit zeigen, kann auch eine Laserbearbeitung bei der Herstellung von sehr feinen Strukturen zu einer hohen thermischen Belastung des Glases und damit zu kritischen Spannungen bis hin zu Mikrorissen und Verformungen im Randbereich von Löchern führen. Auch großflächigere Strukturen an der Oberfläche von Substraten lassen sich, wenn überhaupt, mit dem feinen Laserstrahl, dessen Durchmesser oft nur wenige Mikrometer umfasst, nur unter sehr hohem Aufwand erzeugen. Das Verfahren eignet sich daher nur bedingt zum Einsatz in einer industriellen Fertigung von Substraten, die speziell an der Oberfläche im Bereich von Öffnungen strukturiert werden müssen.
Dies betrifft vor allem Bauteile beziehungsweise Substrate, die für spezielle Anwendungen geeignet sein müssen. Zu nennen sind beispielsweise Glassubstrate für Mikrofluidzellen, die eine besonders glatte Oberfläche innerhalb der Fluidkanäle benötigen, um den Wiederstand des Fluids an den Kanalwänden auf ein Minimum zu reduzieren. Ein anderes Anwendungsfeld sind elektro-optische Wandler mit maßgeschneiderten Abstandhaltern aus Glas. Diese ermöglichen die Einstellung eines definierten Abstands zwischen unterschiedlichen aktiven und passiven Bauteilen oder leisten Beiträge zur Einhausung und dem Schutz von elektromagnetischen Transducern / Emittern / Receivern etc. unter anderem zum Zwecke des Schutzes der sensiblen Bauteile. Um diese sensiblen Bauteile bestmöglich innerhalb der Öffnungen des Substrats bzw. Abstandhalters zu fixieren oder sogar zu isolieren, sind spezielle Strukturierungen der Öffnungsoberflächen des Substrats notwendig. Zudem werden oft auch spezielle optische Eigenschaften des Substrats benötigt, beispielsweise im Sinne einer verbesserten Lichtleitung, welche durch eine definierte Struktur der Öffnungsoberfläche realisiert werden könnte, welche Licht in definierter Weise bricht.
Bekannte Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, derartige Strukturen zu erzeugen. Mit abrasiven Verfahren, lassen sich, wie zuvor erwähnt, keine mikrostrukturellen Öffnungen herstellen und daher lassen sich auch nicht deren Öffnungsoberflächen der Substrate gezielt einstellen. Mit bekannten Laserverfahren lassen sich zwar Mikrostrukturen in Form von durchgehenden Öffnungen in gewissem Maße erzielen, da die Laserstrahlen jedoch vorwiegend durch das Substrat hindurch „schießen“, kann eine Substratoberfläche, die parallel zum Laserstrahl verläuft, nicht von selbigen bearbeitet werden. Die Öffnungsoberflächen jeder Öffnung eines Substrats mittels eines Laserstrahls nachzubearbeiten, wäre extrem zeit- und kostenaufwendig, und damit nicht wirtschaftlich. Weiterhin ist eine derartige Bearbeitung der Öffnungen aufgrund des Einstrahlwinkels des Lasers auch nur eingeschränkt möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Substrat mit speziell strukturierten Öffnungsoberflächen bereitzustellen, sowie ein Verfahren, dieses zu erzeugen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein plattenförmiges Glaselement, welches glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von 10x l0'6K_1 aufweist, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen. Das Glaselement weist weiterhin mindestens eine die beiden Oberflächen verbindende und in die Oberflächen mündende, durch das Glas des Glaselements hindurch verlaufende Ausnehmung mit einer Ausnehmungstiefe auf, die quer, vorzugsweise senkrecht zu mindestens einer der Oberflächen des Glaselements steht und einer Dicke des Glaselements entspricht. Die Ausnehmung hat eine Ausnehmungswandung, die um die Ausnehmung herum verläuft und an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen angrenzt. Die Ausnehmungswandung weist eine Struktur auf, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen aufweist. Durch diese Vertiefungen sowie die die Vertiefungen umgebenden Grate ist eine Rauheit der Ausnehmungswandung ausgebildet. Die Ausnehmungswandung weist einen Mittenrauwert (Ra) auf, der unterhalb von 5 pm liegt, bevorzugt unterhalb von 3 pm, bevorzugt unterhalb von 1 pm, besonders bevorzugt unterhalb von 500 nm. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Wandung aber eine Mindest-Rauigkeit auf. Im Speziellen beträgt der Mittenrauwert der Ausnehmungswandung mindestens 50 nm.
Durch die besonders glatte Ausnehmungswandung des Glaselements eignet sich das Glaselement insbesondere zur Anwendung im Bereich der Mikrofluidik. Hierbei kann die Ausnehmung als langgestreckter Fluidkanal ausgebildet sein, durch welchen das Fluid quasi ungehindert hindurchfließen kann. Dabei können die beiden Oberflächen auch parallel zueinander verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Glaselemente planparallel übereinander angeordnet werden können und sich bei derartiger Anordnung kein Versatz bildet. Auf diese Weise können mehrere Glaselemente in einer Sandwichstruktur übereinander angeordnet werden. Dies ist speziell bei Mikrofluidzellen notwendig, wo meistens drei oder mehr Bauteile übereinander angeordnet werden, um das Fluid durch den Kanal zu lenken, wobei der Kanal an zwei Seiten von den darüb er/darunter angeordneten Bauteilen begrenzt wird.
In einer speziellen Ausführungsform ist der Mittenrauwert (Ra) der Ausnehmungswandung und/oder einer Außenwandung mindestens 50 nm, vorzugsweise oberhalb von 0,2 pm, bevorzugt oberhalb von 0,4 pm, bevorzugt oberhalb von 0,5 pm. Eine derartige geringe Rauheit ermöglicht nicht nur die Anwendung in der Mikrofluidik, sondern es können auch besondere optische Eigenschaften erzielt werden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Rauheit in einem Bereich zwischen 5 pm und 0,2 pm liegt. Beispielsweise weist das Glaselement bei einem Ra von 5 pm eine mattere Oberfläche der Ausnehmungswandung auf, als bei einem Ra von 0,2 pm.
Vorzugsweise weisen die kalottenförmigen Vertiefungen eine Tiefe auf, die kleiner ist als 10 pm, bevorzugt kleiner als 5 pm, bevorzugt kleiner als 2 pm, wobei die Tiefe durch eine Differenz zwischen einem Zentrum einer Vertiefungssenke und einem mittleren Gipfel des die Vertiefung umgebenden Grates definiert ist. Kalottenförmig wird im Sinne der Erfindung derart verstanden, dass die Ausnehmungswandung Wölbungen aufweist, wobei die Wölbung konkav, insbesondere mit einer Vertiefung in Richtung des Glases des Glaselements ausgeprägt ist, wobei die Wölbung kuppenförmig in das Glaselement hineinragen kann, ohne Beschränkung auf einen besonderen Querschnitt. Vorzugsweise wird die Rauheit der Ausnehmungswandung durch die Tiefe der kalottenförmigen Vertiefungen definiert. Das bedeutet, dass die Tiefe der Vertiefungen im Sinne der Erfindung den Mittenrauwert bestimmt. Ist also die Tiefe kleiner als 10 pm, so ist auch der Mittenrauwert kleiner als 10 pm. Es ist auch denkbar, dass die Tiefe der Vertiefungen größer als 0,2 pm, bevorzugt größer als 0,4 pm, bevorzugt größer als 0,5 pm ist. Kalottenförmige Vertiefungen sorgen für eine gehinderte Rissbildung beziehungsweise Rissfortsetzung, da das Risswachstum durch Unebenheiten, und speziell durch Wölbungen unterbrochen wird.
Es können alle kalottenförmigen Vertiefungen eine annähernd einheitliche Tiefe aufweisen, oder aber beispielsweise auch unterschiedliche Tiefen. Auch ist es möglich, dass die kalottenförmigen Vertiefungen höhenversetzt angeordnet sind. Das bedeutet, dass einige Vertiefungen relativ zu anderen Vertiefungen, insbesondere von einer imaginären mittleren Fläche der Ausnehmungswandung in einer Richtung senkrecht zu dieser Fläche versetzt angeordnet sind. Dabei können die Vertiefungen auch bereichsweise, relativ zur imaginären mittleren Fläche der Ausnehmungswandung versetzt sein, wobei bereichswese meint, dass es sich um eine Mehrzahl von Vertiefungen handelt, die um einen ähnlichen Betrag versetzt sind. Vorzugsweise sind die kalottenförmigen Vertiefungen um einen Betrag versetzt, der kleiner ist als 0,6 pm, bevorzugt kleiner als 0,4 pm, bevorzugt kleiner als 0,2 pm. Es ist zudem möglich, dass derartige Bereiche punkt- oder streifenförmig ausgebildet sind, beispielsweise streifenförmig, wobei die Streifen quer oder parallel zur Oberfläche des Glaselements ausgerichtet sein können. Auf diese Weise können Riffeln auf der Ausnehmungswandung ausgebildet sein, die insbesondere quer und/oder parallel zur Oberfläche des Glaselements ausgerichtet sein können. Derartige Riffeln können beispielsweise für einen verbesserten Halt von Bauelementen sorgen, die innerhalb der Ausnehmungen des Glaselements beziehungsweise des Glassubstrats angeordnet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Querschnitt beziehungsweise eine Querabmessung oder ein Durchmesser einer kalottenförmigen Vertiefung kleiner als 20 pm, bevorzugt kleiner als 15 pm, bevorzugt kleiner als 10 pm. Einige Vertiefungen können allerdings auch einen Durchmesser oder Querschnitt aufweisen, der kleiner als 60 pm ist, bevorzugt kleiner als 50 pm, bevorzugt kleiner als 40 pm. Durch eine geschickte Wahl der Größe beziehungsweise Abmessungen der Vertiefungen kann beispielsweise eine Reibung, oder ein Wiederstand eines Baulelements oder Fluids gegenüber der Ausnehmungswandung festgelegt werden, sodass ein Bauelement besser fixiert werden oder ein Fluid besser durch die Ausnehmung strömen kann. Dabei ist es denkbar, dass die kalottenförmigen Vertiefungen zumindest eine der folgenden Formen aufweisen: kreisförmig, oval, wurmförmig, beziehungsweise abgerundet länglich, beispielsweise durch mehrere vereinte Vertiefungen, polygonal, beispielsweise sechseckig. Weiterhin können die Grate als polygonale Begrenzungslinien zwischen den Vertiefungen ausgebildet sein. Dabei kann eine mittlere Anzahl der Ecken der Begrenzungslinien der Vertiefungen vorzugsweise kleiner als acht, vorzugsweise kleiner als sieben, und insbesondere 6 sein. Letzteres Merkmal ergibt sich dann, wenn die von den meisten kalottenförmigen Vertiefungen eingenommenen Gebiete im mathematischen Sinne konvex sind. Durch die Einstellung einer geeigneten Form der Vertiefungen kann die Ausnehmungswandung beziehungsweise das Glaselement noch besser an eine spezifische Anwendung angepasst werden/sein.
Vorteilhaft ist auch, wenn das Glaselement eine Außenwandung aufweist, die um das Glaselement herum verläuft und die beiden Oberflächen miteinander verbindet, wobei die Außenwandung eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen aufweist. Dabei kann die Außenwandung Merkmale aufweisen, die den zuvor genannten Ausführungsformen der Ausnehmungswandung entsprechen. Auf diese Weise kann auch das Glaselement selbst, beispielsweise durch eine besonders raue Außenwandung, verrutschungssicher innerhalb eines anderen Bauteils angeordnet werden.
Es ist weiterhin möglich, dass die Ausnehmungswandung und/oder die Außenwandung eine abgerundete Kante ausbilden. Darunter ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Fläche/n der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung rau sind, beziehungsweise vollflächig strukturiert sind. In anderen Worten die Fläche/n der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung weisen eine durchgehende, ununterbrochene Struktur von kalottenförmigen Vertiefungen und/oder zwischen den Vertiefungen angeordneten Graten auf. Dadurch ist die Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung wirksam gegen Risswachstum geschützt beziehungsweise ist das Risswachstum minimiert, sodass auch das Glaselement besser gegen Mikrorisse geschützt ist.
Darunter ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Fläche/n der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung rau sind, beziehungsweise vollflächig strukturiert sind. In anderen Worten die Fläche/n der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung weisen zu 80%, 90% besonders bevorzugt 95% oder sogar 98% eine durchgehende, ununterbrochene Struktur von kalottenförmigen Vertiefungen und/oder zwischen den Vertiefungen angeordneten Graten auf. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl von Kleinstbauteilen mit mindestens einer strukturierten Außenwandung und gegebenenfalls mindestens einer oder mehrerer strukturierter Ausnehmungswandung/en herzustellen, die durch eine oder mehrere stegartige Verbindung(en) mit einer Halterung, insbesondere einer umlaufenden Halterung in Form eines Rahmens, verbunden sind. Zur Verwendung des Bauteils wird die stegartige Verbindung von ihrer Halterung beispielsweise durch einen klassischen Brechprozess, ggf. in Kombination mit Einführung einer Sollbruchstelle beispielsweise durch Filamentation entlang der beabsichtigten Bauteilkontur über den Steg hinweg, getrennt.
Es ist auch denkbar, dass die Transmission von sichtbarem Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm durch die strukturierte Außenwandung und/oder Ausnehmungswandung und das Glaselement, sowie vorzugsweise auch durch eine gegenüber der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung angeordnete zweite Wandung, oberhalb von 80% ist, bevorzugt oberhalb von 85%, bevorzugt oberhalb von 90%, wobei eine Lichtrichtung dabei senkrecht zur Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung und parallel zu mindestens einer Oberfläche des Glaselements ausgerichtet ist. Dabei kann der optische Weg derart ausgerichtet sein, dass er mindestens eine, vorzugsweise zwei Wandungen oder Oberflächen kreuzt, von denen mindestens eine, gegebenenfalls auch beide, kalottenförmige Vertiefungen aufweist/aufweisen. Eine derart hohe Transmission bietet dem Glaselement beziehungsweise der Ausnehmungswandung eine besonders hohe optische Güte. Dadurch ist das Glaselement insbesondere für optische Anwendungen bestens geeignet, sodass es beispielsweise als optisches Bauteil oder Lichtleiter einsetzbar ist.
In einer Ausführungsform kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung mit einem Mittenrauwert oberhalb von 1 pm ein geringeres Reflexionsvermögen aufweist, als mit einem Mittenrauwert unterhalb von 1 pm. Dabei kann es sein, dass die Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung mit zunehmendem Mittenrauwert ein abnehmendes Reflexionsvermögen aufweist. Beispielsweise kann die Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung mit einem Mittenrauwert von 0,5 pm ein etwa doppelt so großes Reflexionsvermögen aufweisen, wie mit einem Mittenrauwert 1,4 pm. Durch Wahl eines speziellen Rauwertes der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung kann das Glaselement demnach für bestimmte optische Anwendungen besonders gut geeignet sein. So können Ausnehmungswandungen höherer Rauheit auf Grund ihres Streuverhaltens gegenüber sichtbaren Lichts von Bildverarbeitungseinrichtungen leicht von Ausnehmungswandungen niedrigerer Rauheiten unterschieden werden und somit beispielsweise zum Ausrichten des Glaselements als Ganzes verwendet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Rauheit der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung anisotrop ausgebildet ist, wobei die Anisotropie als Parameter A ausgedrückt werden kann. Dabei ist A das Quadrat eines Quotienten, wobei der Quotient aus dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiter Messbanden, welche parallel zu einer Seitenfläche des Glaselements ausgerichtet sind, und dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche senkrecht zu dieser Seitenfläche des Glaselements ausgerichtet sind, gebildet wird. Mit anderen Worten wird der Quotient gebildet aus dem Mittelwert der Mittenrauwerte dreier entlang der Kantenfläche der Ausnehmung verlaufender Messbanden zum Mittelwert von drei senkrecht dazu verlaufenden Messbanden. Diese letzeren, senkrecht verlaufenden Messbanden erstrecken sich demnach von einer Seitenfläche in Richtung zur gegenüberliegenden Seitenfläche. Insbesondere kann diese Anisotropie kleiner 1, bevorzugt kleiner 0,8, bevorzugt kleiner 0,6 sein. Dabei kann die Seitenfläche im Sinne der Erfindung als zumindest eine der zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Glaselements verstanden werden. Die Anisotropie kann durch die Riffeln beziehungsweise ein Versatz der kalottenförmigen Vertiefungen zueinander ausgebildet sein. Dabei sorgen die Riffeln beziehungsweise die anisotrop ausgebildete Rauheit dafür, dass andere, beispielsweise elektrische Bauteile in der Ausnehmung platziert werden können, und mit erhöhter Reibung gegenüber der Ausnehmungswandung bei Bewegungen entlang der Ausnehmungswandung, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Glaselements, vor Verschiebung geschützt sind. Auf diese Weise bleibt ein in der Ausnehmung platziertes Bauteil auch bei beispielsweise einer Erschütterung fest in der Ausnehmung fixiert.
Es ist auch vorgesehen, dass die Rauheit der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung anisotrop ausgebildet ist, und die Anisotropie als Parameter A ausgedrückt ist, wobei A das Quadrat eines Quotienten ist, und der Quotient aus dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche parallel zu einer Seitenfläche des Glaselements ausgerichtet sind, und dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche senkrecht zur Seitenfläche des Glaselements ausgerichtet sind, gebildet ist, wobei die Anisotropie größer 1 ist, bevorzugt größer 2, bevorzugt größer 3. In dieser Ausführungsform können die Riffeln senkrecht zur Glasoberfläche ausgerichtet sein, sodass die anisotrop ausgebildete Rauheit dafür sorgen kann, dass andere, beispielsweise elektrische Bauteile in der Ausnehmung mit erhöhter Reibung gegenüber der Ausnehmungswandung bei Bewegungen entlang der Ausnehmungswandung, insbesondere in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Glaselements vor Verschiebung geschützt sind. Andererseits ist die Bewegbarkeit des Bauteils durch die senkrecht zur Glasoberfläche angeordneten Riffeln erhöht, sodass das Bauteil besser verschiebbar sein kann. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn das Bauteil, wie beispielsweise bei einem Drucksensor, unter wiederkehrender mechanischer Belastung steht, und sowohl das Bauteil, als auch das Glaselement durch die Bewegbarkeit des Bauteils innerhalb des Glaselements vor verstärkten Abrieb geschützt werden kann.
Insgesamt kann es daher in einer Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn die Anisotropie (A):
- größer ist als 1,
- vorzugsweise größer ist als 1,5,
- oder sogar größer ist als 4, oder
- kleiner als 1 ist.
Es ist sogar möglich, dass die Anisotropie (A) größer ist, als 8, 9, oder 10. In einer derartigen Ausführungsform können die Riffeln besonders stark ausgeprägt sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, ist die Rauheit der Ausnehmungswandung und/oder Außenwandung richtungsabhängig ausgebildet, wobei die Rauheit zumindest abschnittsweise unterschiedlich ausgeprägt ist, und die Abschnitte:
- quer zur Ausnehmungstiefe oder mindestens einer Oberfläche ausgerichtet sind,
- oder parallel zur Ausnehmungstiefe oder mindestens einer Oberfläche, wobei eine Differenz des Mittenrauwertes der Abschnitte kleiner ist als 4 pm, vorzugsweise kleiner als 2 pm, vorzugsweise kleiner als 1 pm. Eine richtungsabhängige Rauheit kann allerdings auch beispielsweise durch die relativ zur imaginären mittleren Fläche der Ausnehmungswandung versetzten kalottenförmigen Vertiefungen ausgebildet sein. Die richtungsabhängige Rauheit ermöglicht den gezielten Einbau von Luftkammern zwischen der Ausnehmungswandung und einem Bauteil, beispielsweise zur verbesserten thermischen oder elektrischen Isolation. Zudem kann auch ein Fluid durch geschickt ausgewählte anisotropische Struktur, insbesondere durch Riffeln, besser durch eine kanalförmige Ausnehmung hindurchgeleitet werden, beispielsweise wenn die Riffeln längs zur Strömungsrichtung des Fluides ausgerichtet sind, oder senkrecht zur Strömungsrichtung, wenn eine besonders langsame Strömung erreicht werden soll.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Glaselement eine Dicke aufweisen, die größer ist, als 10 pm, bevorzugt größer als 15 pm, bevorzugt größer als 20 pm und/oder kleiner ist, als 300 pm, bevorzugt kleiner als 200 pm, bevorzugt kleiner als 100 pm. Es ist aber auch möglich, dass die Dicke größer ist, als 300 pm, oder kleiner als 10 pm, bevorzugt kleiner als 4 mm, bevorzugt kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner als 1 mm. Gerade solche Dünngläser können mit dem hier beschriebenen Verfahren sehr fein und ohne Bruchgefahr strukturiert werden. Weiterhin kann das Glaselement durch eine geringe Dicke flexibel ausgebildet sein, sodass es gebogen werden kann. Da aufgrund einer geringen Dicke oft andere Bindungskräfte eine wesentliche Rolle spielen, kann das Glaselement zudem eine höhere mechanische Stabilität gegenüber von außen zugeführter mechanischer Beanspruchung ausgebildet sein. Diese Vorteile erlauben den Einsatz des Glaselements beispielsweise in IC- Gehäusen, Biochips, Sensoren, Camera Imaging Modulen und Diagnosetechnologiegeräten.
In anderen Ausführungsformen können auch Glaselemente, welche sich unter Krafteinwirkung nicht oder nur geringst verformen, aus dem Dickenbereich zwischen 300 pm und 3 mm, in besonderen Fällen sogar bis 6 mm, verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Glaselement eine Querabmessung größer als 50 mm, bevorzugt größer als 100 mm, bevorzugt größer als 200 mm und/oder kleiner als 500 mm, bevorzugt kleiner als 400 mm, bevorzugt kleiner als 300 mm auf. Aus solchen Glaselementen können dann kleine Glasteile, beispielsweise mit jeweils einer oder mehreren Ausnehmungen herausgeteilt werden. Solche kleinen Glaselemente oder Glasteile können gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Querabmessung von höchstens 5 mm, vorzugsweise von höchstens 2 mm aufweisen. Mit derartigen Abmessungen lässt sich das Glaselement optimal als Komponente für die Mikrotechnologie verwenden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Glas des Glaselements mindestens einen der folgenden Bestandteile auf:
Einen SiCh- Anteil von mindestens 30 Gew%, vorzugsweise mindestens 50 Gew%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew%
Einen TiCh- Anteil von höchstens 10 Gew%
Idealerweise ist das Glas des Glaselements als Borosilikatglas ausgebildet. Derartige Gläser weisen eine besonders hohe thermische Stabilität, Transparenz, sowie chemische und mechanische Stabilität auf, und sind damit bestens für ein breites Anwendungsfeld geeignet, beispielsweise sowohl für optische, als auch elektronische Anwendungen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Glaselements mit einer strukturierten Wandung oder eines plattenförmigen Glaselements gemäß mindestens einer der zuvor genannten Ausführungsformen gelöst. Das Glaselement weist glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von lOx lO^K'1 auf, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen, wobei bei dem Verfahren
- das Glaselement bereitgestellt wird,
- der Laserstrahl eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Oberflächen des Glaselements gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement konzentriert wird, wobei durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls eine Vielzahl filamentförmiger Kanäle im Volumen des Glaselements erzeugt wird, deren Tiefe quer zur Oberfläche des Glaselements verläuft, wobei die Kanäle in einem Abstand zueinander angeordnet werden,
- das Glaselement, einem Ätzmedium ausgesetzt wird, welches Glas des Glaselements mit einer Abtragsrate abträgt, wobei die Kanäle durch das Ätzmedium aufgeweitet werden, so dass eine Ausnehmung mit einer strukturierten Ausnehmungswandung gebildet wird, wobei die Ausnehmungswandung um die Ausnehmung herum verläuft und an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen angrenzt, und eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen aufweist, durch die eine Rauheit der Ausnehmungswandung ausgebildet wird. Dabei kann die Ausnehmungswandung auch als Innenkante der Ausnehmung verstanden werden.
Die Anordnung der filamentförmigen Kanäle erfolgt in bevorzugter Ausführungsform entlang einer geschlossenen Kontur, die prinzipiell von beliebiger zweidimensionaler Form sein kann. In bevorzugter Ausführung folgt die Kontur regulären zweidimensionalen geometrischen Elementen, wie Kreisen, Ellipsen, Rechtecken, Quadraten oder Polygonen, damit nach Fertigstellung des strukturierten Glassubstrates die erfindungsgemäße Ausnehmung beispielsweise als Aufnahme für elektronische Bauteile dienen kann.
Durch die Einstellung der Laserparameter wird vorzugsweise die Struktur der Ausnehmungswandung oder die Rauheit gezielt eingestellt, um einen Mittenrauwert (Ra) der Ausnehmungswandung zu erzeugen, der unterhalb von 5 pm liegt, bevorzugt unterhalb von 3 pm, bevorzugt unterhalb von 1 pm liegt. Mindestens beträgt der Mittenrauwert aber vorzugsweise 50 nm. Auf diese Art können auf einem Substrat Ausnehmungen und/oder Außenwandungen mit unterschiedlichen Rauheiten erzeugt werden, wobei der Unterschied der Rauheiten der Ausnehmungen und/oder Außenwandungen mindestens größer als 0,5 pm ist, bevorzugt größer als 1 pm bzw. besonders bevorzugt größer als 2 pm. So können beispielsweise in einem Substrat mehrere Ausnehmungen gleicher oder verschiedener Rauheiten für Bauteile nebst zusätzlicher Ausnehmungen höherer Rauheit zum Ausrichten des Bauteils als Ganzem in einem Referenzsystem eingebracht werden. In einer weiteren Realisierungsform werden die Ausnehmungen für Bauteile mit anisotropen Rauheiten versehen um im anschließenden Applikationsprozess nicht nur das optimale Alignment, sondern auch den idealen Sitz der Bauteile in ihren Ausnehmungen gewährleisten zu können.
Es ist vorgesehen, dass durch das Verfahren auch ein Glaselement entsprechend den zuvor genannten Ausführungen gefertigt werden kann, sodass die zuvor genannten Vorteile erreicht werden können. Dabei ist das Verfahren speziell für einen industriellen Fertigungsprozess bestens geeignet, da es die zeitgleiche Erzeugung einer Vielzahl an Ausnehmungen in mehreren Glaselementen erlaubt. In einem ersten Verfahrens schritt wird mindestens ein Glaselement, insbesondere ohne Ausnehmungen, bereitgestellt. In einem weiteren, insbesondere zweiten Schritt, wird mindestens eine, vorzugsweise jedoch mehrere, und besonders bevorzugt eine Vielzahl von Schädigungen, insbesondere in Form von filamentförmigen Kanälen im Glaselement erzeugt, um idealerweise eine Perforation des Glaselements durch die Schädigungen/Kanäle ausbilden zu können, welche vorzugsweise im Zuge des daran angeschlossenen Ätzvorgangs soweit aufgeweitet werden, dass sich die Kanäle vereinigen und dadurch einzelne Teile des Glaselements aus dem Glaselement herausgelöst werden können, und auf diese Weise die Ausnehmung entstehen kann.
Hierzu werden vorzugsweise mehrere Schädigungen/Kanäle derart nebeneinander erzeugt, dass eine Reihe von Ausnehmungen eine größere Struktur darstellt, idealerweise in Form der zu erzeugenden Ausnehmung/en. Die Schädigungen/Kanäle verlaufen in Ihrer Längsrichtung quer zu zumindest einer Oberfläche, idealerweise beiden Oberflächen des Glaselements. Dabei erstrecken sich die Kanäle von einer Oberfläche, und insbesondere senkrecht von dieser Oberfläche durch das Glaselement hindurch zur anderen, gegenüberliegend angeordneten Oberfläche und durchbrechen beide Oberflächen.
Die Schädigungen/Kanäle werden mit Hilfe zumindest eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers in dem Glaselement erzeugt. Die Erzeugung der Ausnehmungen mittels des Lasers basiert vorzugsweise auf mehreren der im Folgenden genannten Schritte:
- der Laserstrahl des Ultrakurzpulslasers wird auf eine der Oberflächen des Glaselements gerichtet. Dieser kann mit einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement konzentriert werden. Dabei kann/können die Emissionswellenlänge(n) derart gewählt werden, dass das Glaselement im Wesentlichen transparent ist, d.h. ein Transmissionsgrad von mehr als 0,9, bevorzugt 0,95, besonders bevorzugt größer als 0,98 vorliegt.
- der Ultrakurzpulslaser strahlt einen oder mehrerer Pulse oder Pulsgruppen (sog. Burstpulse) auf das Glaselement ein, und dabei wird vorzugsweise durch die Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld des Hochleistungslaserpulses und dem Glaselement die nichtlineare Absorption der Laserenergie initiiert, die vorzugsweise eine filamentförmige Schädigung (insbesondere in Form eines im Wesentlichen zylindrischen Kanals) im Material des Glaselementes am Ort des langgezogenen Fokusses hervorruft, und die filamentförmige Schädigung zu einem Kanal aufgeweitet.
- Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Kanälen erzeugt, wobei die Kanäle, insbesondere deren Anordnung auf, beziehungsweise im Glaselement so gewählt wird, dass viele nebeneinander angeordnete Kanäle einen Umriss einer zu erzeugenden Ausnehmung abbilden. Dabei können die Kanäle in einem Abstand zueinander angeordnet werden.
Eine geeignete Laserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Neodymdotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd: YAG-Laser) mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern. Die Laserquelle erzeugt beispielsweise einen Rohstrahl mit einem (l/e2)-Durchmesser von 12 mm, als Optik kann eine Bikonvex-Linse mit einer Brennweite von 16 mm zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung des Rohstrahls kann ggf. eine geeignete strahlformende Optik, wie beispielsweise ein Galilei-Teleskop zum Einsatz kommen. Die Laserquelle arbeitet insbesondere mit einer Repetitionsrate, welche zwischen 1 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 2 kHz und 100 kHz, besonders bevorzugt zwischen 3 kHz und 200 kHz liegt. Diese Repetitionsrate und/oder die Scangeschwindigkeit kann dabei so gewählt werden, dass ein gewünschter Abstand benachbarter Schädigungen/Kanälen erreicht wird.
Andere Varianten des Nd:YAG-Lasers wie die durch Frequenzverdopplung (SHG) oder Frequenzverdreifachung (THG) erzeugten Wellenlängen 532 nm bzw. 355 nm oder auch wie der Yb:YAG-Laser (Emissionswellenlänge 1030 nm) können als Strahlquellen in geeigneter Weise verwendet werden.
Es ist auch denkbar, dass ein Laserpuls in eine Mehrzahl von Einzelpulsen aufgeteilt wird, und die Mehrzahl kleiner als 10 ist, bevorzugt kleiner als 8, bevorzugt kleiner als 7 und/oder größer als 1, bevorzugt größer als 2, bevorzugt größer als 3. Diese Einzelpulse können zu einem Pulspaket, einem sogenannten Burst, zusammengefasst werden und werden insbesondere in aufeinander folgenden Laserpulsen abgegeben. Vorzugsweise werden diese Einzelpulse auf dieselbe Stelle beziehungsweise denselben Ort auf der Glasoberfläche gerichtet, sodass die Schädigungen durch die aufeinanderfolgenden Einzelpulse immer weiter ausgeweitet werden, dass Kanäle entstehen, die bevorzugt durch die gesamte Dicke beziehungsweise das Volumen des Glaselements hindurch verlaufen.
Vorteilhafterweise kann die zu erzeugende Ausnehmungs-ZKanalwandung durch eine geschickte Wahl der Anzahl der Einzelpulse innerhalb eines Pulspakets beeinflusst werden, und insbesondere eine Struktur der Ausnehmungs-ZKanalwandung gezielt eingestellt werden. Da die Gesamtleistung eines Laserpulses bei einem Pulspaket beziehungsweise in einem Burst auf mehrere Einzelpulse verteilt wird, hat jeder Puls eine geringere Energie im Vergleich zu einem einzelnen Laserpuls. Daraus resultiert, dass mit höherer Anzahl an Einzelpulsen, die Energie jedes einzelnen Einzelpulses abnimmt. Allerdings kann vorgesehen sein, dass die Pulsenergien der Einzelpulse flexibel einstellbar sind, insbesondere, dass die Pulsenergien entweder im Wesentlichen konstant bleiben oder dass die Pulsenergien zunehmen oder dass die Pulsenergien abnehmen, wobei dann vorzugsweise der erste Einzelpuls eines Bursts beziehungsweise Pulspakets entweder die geringste oder die höchste Energie der Einzelpulse besitzt. Ferner kann bei einem Betrieb des Ultrakurzpuls-Lasers im Burst-Modus die Repetitionsrate die Wiederholrate der Abgabe von Bursts sein. Weiterhin treffen die Einzelpulse zeitlich versetzt auf der Oberfläche das Glaselements beziehungsweise in der Schädigung auf, sodass jeder Einzelpuls den zuvor erzeugten Zustand der Ausnehmungs-ZKanalwandung verändert. Auf diese Weise kann durch Wahl der Anzahl der Einzelpulse eines Bursts, die Ausnehmungs-ZKanalwandung gezielt strukturiert und verändert werden.
Die typische Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von 20 bis 300 Watt. Um die Schädigungen/Kanäle zu erzielen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Pulsenergie der Pulse und/oder von Pulspaketen von mehr als 400 Mikrojoule eingesetzt, ferner vorteilhaft eine gesamte Energie von mehr als 500 Mikrojoule. Eine geeignete Pulsdauer eines Laserpulses liegt in einem Bereich von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt bei weniger als 20 Pikosekunden.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Pulsdauer gewählt wird, die kleiner ist als 15 ps, bevorzugt kleiner 10 ps, bevorzugt kleiner 5 ps. Vorzugsweise wird sogar eine Pulsdauer von 1 ps verwendet, um eine glatte Ausnehmungs-ZKanalwandung, insbesondere mit einer geringen Rauheit beziehungsweise einem geringen Mittenrauwert zu erzeugen. Dabei kann die Rauheit mit zunehmender Pulsdauer erhöht werden. Ein Grund dafür kann das thermische Verhalten des Glases sein, da das Glas bei einer längeren Pulsdauer folglich länger der Energie des Lasers, und damit auch der dadurch entstehenden Wärme des Laserstrahls ausgesetzt ist, wodurch insbesondere thermisch weniger stabiles Glas, beispielsweise durch Ausdehnung geschädigt wird. Folglich kann das Glas des Glaselements durch präzise Wahl der Pulsdauer in spezieller Weise geschädigt werden, und damit idealerweise auch eine Rauheit der Ausnehmungs- /Kanal wandung. Das kann gleichfalls bedeuten, dass Glas mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten weniger stark geschädigt wird, als Glas mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Pulsdauer ist dabei im Wesentlichen unabhängig davon, ob ein Laser im Einzelpulsbetrieb oder im Burst-Modus betrieben wird. Die Pulse innerhalb eines Bursts weisen typischerweise eine ähnliche Pulslänge auf, wie ein Puls im Einzelpulsbetrieb. Die Burstfrequenz kann dabei im Bereich von 15 MHz bis 90 MHz liegen, bevorzugt im Bereich von 20 MHz bis 85 MHz liegen und beträgt beispielsweise 50 MHz.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Kanäle in einem Abstand zueinander angeordnet werden, und dieser Abstand kleiner ist als 20 pm, bevorzugt kleiner als 15 pm, bevorzugt kleiner als 10 pm und/oder größer als 1 pm, bevorzugt größer als 2 pm, bevorzugt größer als 3 pm. Der Abstand der Kanäle kann allerdings auch größer als 5 pm sein und/oder kleiner als 100 pm, bevorzugt kleiner als 50 pm, bevorzugt kleiner als 15 pm.
Unabhängig vom Durchmesser der Kanäle kann der Abstand benachbarter Kanäle zueinander auch als Pitch bezeichnet werden, also beispielsweise ein Abstand der Laserpulse, die zeitgleich oder insbesondere nacheinander in einem Abstand versetzt zueinander abgegeben werden. Dieser Abstand wird dabei von Mitte zu Mitte der Kanäle, oder aber auch vom Zentrum eines Pulses zum Zentrum eines benachbart abgegebenen Pulses gemessen. Mit der Wahl des Abstands der Kanäle kann die Rauheit insofern beeinflusst werden, dass die Abschnitte zwischen den Kanälen, die insbesondere Abmessungen aufweisen, die der Dicke des Glaselements und dem Abstand der Kanäle entsprechen, bewusst nicht vom Laser bearbeitet werden brauchen, und nur einem anschließenden Ätzprozess unterzogen werden.
Demnach können also zwei unterschiedliche Bereiche generiert werden, solche deren Oberfläche mit einem Laser, und vorzugsweise einem Ätzmedium strukturiert wird und solche, deren Oberfläche nur mithilfe des Ätzmediums strukturiert wird, dem das Glaselement nach dem Erzeugen der Kanäle ausgesetzt wird. Auf diese Weise können insbesondere richtungsabhängige beziehungsweise anisotrope Rauheiten der Ausnehmungswandung erzeugt werden. Dabei können vorzugsweise die Bereiche zwischen den Kanälen eine andere Rauheit aufweisen, als die Bereiche der Kanäle, wobei eine Längserstreckung beider Bereiche vorzugsweise parallel zum Laserstrahl beziehungsweise quer, insbesondere senkrecht zu zumindest einer Oberfläche des Glaselements verläuft, sodass idealerweise eine Anisotropie größer als 1 ausgebildet werden kann.
In einem weiteren, vorzugsweise letzten Schritt, wird das Glaselement inklusive der darin erzeugten Kanäle einem Ätzmedium ausgesetzt, um Glas des Glaselements mit einer festlegbaren Abtragsrate abzutragen, wobei die Kanäle durch das Ätzmedium, und insbesondere dem daraus entstehenden Abtrag aufgeweitet werden. Auf diese Weise kann die Ausnehmung, und vorzugsweise auch mehrere Ausnehmungen mit einer strukturierten Ausnehmungswandung gebildet werden. Dabei können durch den Abtrag typischerweise die kalottenförmigen Vertiefungen der Ausnehmungswandung und/oder der Außenwandung erzeugt werden. Von Vorteil ist, wenn das Ätzmedium in einen Behälter, beispielsweise einen Tank, einen Topf, oder eine Wanne gefüllt wird und insbesondere anschließend ein oder mehrere Glaselemente zumindest teilweise in den Behälter beziehungsweise in das Ätzmedium gehalten, oder getaucht werden.
Das Ätzmedium kann gasförmig sein, ist jedoch vorzugsweise eine Ätzlösung. Daher wird das Ätzen gemäß einer Ausführungsform nasschemisch durchgeführt. Dies ist günstig, um während des Ätzens Glasbestandteile von einer Kanalinnenfläche zu entfernen. Wird die Kanalwandung beispielsweise durch Wahl geeigneter Laserparameter, beispielsweise des Burst, Pitch und/oder der Pulsdauer besonders uneben oder eben gestaltet, können die Vertiefungen durch das Ätzen beziehungsweise den nasschemischen Ätz- beziehungsweise Materi al ab trag der Ausnehmungs- /Kanalwandung hinzugefügt werden. Hierdurch kann die Ausnehmungswandung entsprechend den Anforderungen mit einer hohen, oder geringen Rauheit und insbesondere den vorteilhaften kalottenförmigen Vertiefungen ausgestattet beziehungsweise erzeugt werden. Als Ätzlösung ist vorgesehen, eine saure oder auch alkalische Lösung zu verwenden. Als saure Ätzmedien sind insbesondere HF, HCl, H2SO4, Amoniumbifluorid, HNOs-Lösungen oder Mischungen aus diesen Säuren geeignet. Für basische Ätzmedien kommen beispielsweise KOH- oder NaOH-Laugen in Betracht. Diese sind bei Glaszusammensetzungen mit einem geringen Gehalt an Alkalimetallen besonders effizient, da die basischen Ätzlösungen bei derartigen Gläsern weniger schnell übersättigen und damit ihre Ätzfähigkeit wesentlich länger beibehalten können, als es bei stark alkalischen Gläsern der Fall wäre. Idealerweise wird das zu verwendende Ätzmedium daher nach dem zu ätzenden Glas des Glaselements ausgewählt. Demnach kann je nach Glaszusammensetzung ein saures Ätzmedium zum Einstellen einer schnellen Abtragsrate bei Silikatgläsern, oder ein basisches, insbesondere alkalisches Ätzmedium zum Einstellen einer langsamen Abtragsrate gewählt werden.
Das Ätzen wird vorzugsweise bei einer Temperatur höher als 40°C, bevorzugt höher als 50°C, bevorzugt höher als 60°C und/oder niedriger als 150°C, bevorzugt niedriger als 130°C, bevorzugt niedriger als 110°C, und insbesondere bis 100°C durchgeführt. Diese Temperatur schafft eine ausreichende Mobilität der zu lösenden Ionen beziehungsweise Bestandteile des Glases des Glaselements aus der Glasmatrix.
Ein weiterer Faktor ist Zeit. So lässt sich beispielsweise allgemein ein höherer Abtrag erzielen, wenn das Glaselement mehrere Stunden, insbesondere länger als 30 Stunden dem Ätzmedium ausgesetzt wird. Andererseits ist es möglich den Abtrag zu begrenzen, indem das Glaselement dem Ätzmedium weniger als 30 Stunden, beispielsweise nur 10 Stunden ausgesetzt wird. Bestenfalls wird die Abtragsrate so gewählt, dass die kalottenförmigen Vertiefungen eine Form ausbilden, die bei einem mathematisch kleinsten Umfang beziehungsweise Querschnitt den größten Rauminhalt besitzt, insbesondere eine kreisförmige Form, oder aber auch eine annähernd sechseckige beziehungsweise polygonale Form. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Rauheit der Ausnehmungswandung erzielt werden. Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigeschlossenen Figuren erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung der Erzeugung einer Schädigung im Glaselement durch einen Laser;
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Glaselements mit mehreren Schädigungen;
Fig. 3 Schematische Darstellung eines Ätzvorgangs des Glaselements;
Fig. 4 Schematische Darstellung des Glaselements nach dem Ätzvorgang und dem Abtrennen eines Teils zur Erzeugung der Ausnehmung;
Fig. 5 Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Ausnehmungswandung eines Glaselements;
Fig. 6 Messergebnisse der Rauheit der Ausnehmungswandung in Abhängigkeit zur Pulsdauer;
Fig. 7 Messergebnisse der Rauheit der Ausnehmungswandung in Abhängigkeit zum Burst;
Fig. 8 Messergebnisse der Rauheit der Ausnehmungswandung in Abhängigkeit zum Pitch;
Fig. 9 Ein Oberflächenmessergebnis der Ausnehmungswandung mit starker Isotropie bei einer Pulsdauer von 1 ps; Fig. 10 Ein Oberflächenmessergebnis der Ausnehmungswandung mit starker Isotropie parallel zum Laser bei einer Pulsdauer von 10 ps;
Fig. 11 Ein Oberflächenmessergebnis der Ausnehmungswandung mit starker Isotropie senkrecht zum Laser bei einer Pulsdauer von 10 ps;
Fig. 12 Ein Oberflächenmessergebnis der Ausnehmungswandung ohne deutliche Isotropie bei einer Pulsdauer von 10 ps;
Fig. 13 Schematische Darstellung einer Transmissionsmessung der Ausnehmungswandung;
Fig. 14 Messergebnisse einer Reflexionsmessung an der Ausnehmungswandung.
Fig. 1 ist zeigt schematisch ein Glaselement 1 mit zwei Oberflächen 2, die gegenüber zueinander angeordnet sind, sodass zwischen den Oberflächen das Volumen des Glaselements angeordnet ist, sowie einer Dicke D, die einen Abstand der zwei Oberflächen 2 definiert. Dabei können die Oberflächen zueinander parallel angeordnet sein. Das Glaselement 1 erstreckt sich weiterhin in eine Längsrichtung L und eine Querrichtung Q. Vorzugsweise weist das Glaselement 1 auch mindestens eine Außenfläche 4 auf, die idealerweise das Glaselement 1, insbesondere vollständig umgibt, und dessen Höhe der Dicke D des Glaselements 1 entspricht. Dabei erstreckt sich idealerweise die Dicke D des Glaselements 1 und die Höhe der Seitenfläche 4 in Längsrichtung L, wobei sich die Oberflächen des Glaselements in Querrichtung erstrecken können.
In einem ersten Verfahrensschritt werden durch einen Laser 101, vorzugsweise einem Ultrakurzpulslaser 101 Schädigungen, insbesondere in Form von Kanälen 16 beziehungsweise kanalförmige Schädigungen 16 in dem Volumen des Glaselements 1 erzeugt. Hierzu wird mittels einer Fokussierungsoptik 102, beispielsweise einer Linse mit nicht korrigierter sphärischer Aberration oder eines Linsensystems, das in der Summenwirkung der einzelnen Elemente eine erhöhte sphärische Aberration aufweist, der Laserstrahl 100 fokussiert und auf eine Oberfläche 2, des Glaselements gerichtet. Durch die Fokussierung, insbesondere einer langgezogenen Fokussierung des Laserstrahls 100 auf einen Bereich innerhalb des Volumens des Glaselements 1 sorgt die dadurch eingestrahlte Energie des Laserstrahls 100 dafür, dass eine filamentförmige Schädigung erzeugt, und insbesondere auch zu einem Kanal 16 aufgeweitet wird, wie beispielsweise durch die Verwendung des Burstmodus, in welchem mehrere Einzelpulse in Form eines Pulspakets die Schädigungen bzw. Kanäle 16 erzeugen.
Um die Oberfläche der zu erzeugenden Ausnehmung 10 in einem späteren Verfahrensschritt optimal strukturieren zu können, kann es vorteilhaft sein, bestimmte Laserparameter gezielt einzustellen, sodass schon während der Erzeugung der Schädigungen und/oder Kanäle deren Oberflächen sozusagen vorbehandelt werden. Hierzu kann beispielsweise mindestens einer der folgenden Parameter präzise eingestellt werden: die Pulsdauer der Laserstrahlen 100, welche vorzugsweise im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden liegen, die Anzahl von Einzelpulsen in einem Pulspaket beziehungsweise im Burst, der Abstand der abgegebenen Laserstrahlen 100 relativ zueinander, also der Abstand der erzeugten Schädigungen/Kanäle 16, die Energie des Lasers, oder die Frequenz. Ohne Beschränkung auf diese Ausführungsform kann die Frequenz eines Pulspakets beispielsweise 12 ns - 48 ns, bevorzugt etwa 20 ns betragen, wobei die Pulsenergie mindestens 200 Mikrojoule, die Burstenergie entsprechend mindestens 400 Mikrojoule sein kann. Durch entsprechende Wahl bestimmter Werte dieser Parameter kann die Rauheit der Ausnehmungswandung 11 der zu erzeugenden Ausnehmung 10 bereits vorab gezielt eingestellt werden.
Vorzugsweise werden, wie in Figur 2 gezeigt, in weiteren Schritten mehrere Kanäle 16 erzeugt, die idealerweise derart nebeneinander angeordnet werden, dass eine Vielzahl von Kanälen 16 eine Perforation ergibt, und diese Perforation beziehungsweise diese Vielzahl von Kanälen 16 Umrisse einer Struktur 17 formen. Bestenfalls, entspricht eine derartig erzeugte Struktur 17 einer Form einer zu erzeugenden Ausnehmung 10. In anderen Worten, es wird ein Abstand 18 und eine Anzahl der Kanäle 16 so gewählt, dass Umrisse zu erzeugender Ausnehmungen geformt werden. Dabei entspricht der Abstand 18 der Kanäle 16 dem Pitch des Lasers, also dem Abstand 18 der abzugebenden Laserstrahlen 100.
Einen weiteren Schritt zeigt Figur 3. Nachdem eine Vielzahl von Kanälen 16 in dem Glaselement 1 mittels des Lasers 101 erzeugt wurden, wird das vorzugsweise durch die Kanäle strukturierte Glaselement 1 in einem Ätzmedium 200 gelagert. Hierzu wird das Glaselement bevorzugt an Halterungen 50 ablösbar angeordnet, wobei das Glaselement 1 lediglich auf den Halterungen 50 aufhegen kann, oder an diesen fixiert werden bzw. sein kann. Dabei wird das Glaselement 1 mittels der Halterungen 50 in ein Ätzmedium 200, vorzugsweise einer Ätzlösung gehalten, und insbesondere getaucht, welches vorzugsweise in einem Behälter 202 angeordnet ist. Idealerweise weist der Behälter 202 dazu ein Material auf, welches gegenüber dem Ätzmedium 200 im Wesentlichen resistent ist. Das bedeutet, dass das Material des Behälters 202 im Wesentlichen derart resistent ist, dass das Ätzmedium 200 das Material des Behälters nur in einem sehr geringen Maße angreift, oder abträgt, beziehungsweise, dass die Ionen und Atome des Materials des Behälters 202 in Kontakt zum Ätzmedium 200 im Wesentlichen im Volumen des Behälters 202 verbleiben, sodass die Zusammensetzung des Ätzmediums 200 durch einen Kontakt zum Behälter 202 idealerweise unverändert bleibt. Allerdings ist es auch denkbar, dass die Zusammensetzung des Ätzmediums 200 durch Kontakt zum Behälter beeinflusst wird, und insbesondere vom Behälter 202 abgegebene Behälter-Bestandteile die Ätzfähigkeit des Ätzmediums 200 verändert und dadurch die Abtragsrate des Abtrags 70 des Glaselements in eine gewünschte Richtung verändert werden kann. Die Abtragsrate kann allerdings auch beispielsweise durch eine durch physikalische und/oder mechanisch induzierte Bewegung des Ätzmediums 200, insbesondere Rühren, beispielsweise durch Magnetrührer, oder durch lokale Temperaturänderungen verändert werden. Vorzugsweise wird das Ätzmedium 200 auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 150 °C gebracht, um eine optimale Abtragsrate zu erzielen.
Bevorzugt wird als Ätzmedium 200 eine saure, oder alkalische Lösung verwendet, und insbesondere eine alkalische Lösung, beispielsweise KOH. Idealerweise wird ein basisches Ätzmedium 200 mit einem ph-Wert >12, beispielsweise eine KOH- Lösung mit einer Konzentration von >4mol/l, bevorzugt >5mol/l, besonders bevorzugt >6mol/l, aber <30mol/l verwendet. Das Ätzen wird ohne Beschränkung auf diese Ausführungsform vorzugsweise bei einer Temperatur des Ätzmediums von >70°C, bevorzugt >80°C, besonders bevorzugt >90°C, und insbesondere etwa 100°C bzw. bei einer Temperatur kleiner als 160°C durchgeführt.
Der Abtrag 70 beziehungsweise eine Abtragsrate kann beispielsweise durch die Dauer, die das Glaselement 1 dem Ätzmedium 200 ausgesetzt ist, eingestellt werden. Hierzu wird der gewünschte Abtrag 70 erhöht, je länger das Glaselement 1 im Ätzmedium 200 verbleibt. Um die vom Laser 100 vor strukturierte Kanalwandung beziehungsweise Wandung der Kanäle 16 auf ihre Zielstruktur beziehungsweise die gewünschte Rauheit der zu erzeugenden Ausnehmung 10 beziehungsweise Ausnehmungswandung 11 zu bringen, ist eine Abtragsrate von kleiner als 5 pm pro Stunde optimal. Insbesondere können die gewünschten Mittenrauwerte auch mittels der Gesamtätzdauer erreicht werden. Hierzu ist es günstig, wenn die Ätzdauer mindestens 12 Stunden beträgt. Der Abtrag kann allerdings auch variieren und beispielsweise bei 34 pm bei einer Ätzdauer von 16 Stunden, bei 63 pm bei 30 Stunden und um 97 pm bei 48 Stunden liegen.
Idealerweise werden der Abtrag 70 und die Ätzdauer so gewählt, dass Material zwischen benachbarten Kanälen soweit abgetragen wird, dass sich die Kanäle vereinen, und sich insbesondere durch die Vereinigung der Kanäle 16 eine zusammenhängende Öffnung erzeugt wird, wie sie beispielsweise schematisch in der Figur 4 gezeigt ist. Ohne Beschränkung auf das in Figur 4 gezeigte Beispiel, kann die zusammenhängende Öffnung auch jegliche andere Form und/oder Umriss einnehmen. Wichtig ist jedoch, dass durch den Zusammenschluss der Kanäle 16 im Glaselement 1 eine große Öffnung erzeugt wird, wobei ein zuvor von Kanälen umschlossener Innenteil 20 des Glaselements 1 durch den Kanalzusammenschluss frei gelegt wird, und insbesondere herausgelöst beziehungsweise entfernt werden kann. Im Zuge dessen wird die Ausnehmung 10 mit einer Ausnehmungswandung 11 erzeugt. Idealerweise weist die Ausnehmungswandung 11 eine einheitliche Struktur, insbesondere mit gezielt eingestellter Rauheit beziehungsweise Mittenrauwert auf. Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, wenn die Ausnehmungswandung 11 anisotrop ausgebildet wird/ist, beispielsweise durch gezielte Einstellung der Abtragsrate, insbesondere in der Form, dass Zwischenbereiche zwischen den Kanälen nur unvollständig beziehungsweise partiell abgetragen werden, sodass die Ausnehmungswandung 11 solche Zwischenbereiche 30 sowie Kanalbereiche 31 aufweist. Durch den Wechsel der Zwischenbereiche 30 und der Kanalbereiche 31 können auf der Ausnehmungswandung 11 Riffeln ausgebildet werden beziehungsweise sein, die vorzugsweise eine anisotrope beziehungsweise richtungsabhängige Rauheit der Ausnehmungswandung 11 ausbilden.
Um die Struktur beziehungsweise die Rauheit der Ausnehmungswandung optimal einstellen zu können, kann davon ausgegangen werden, dass zumindest einer der folgenden Zusammenhänge besteht:
Burst x Pulsdauer = Konstant Pitch / Abtrag = Konstant
Mit Blick auf diese Zusammenhänge, wird klar, dass die Laserparameter, und insbesondere der Pitch und der Burst beziehungsweise die Anzahl der Einzelpulse eines Pulspakets einen erheblichen Einfluss auf die Rauheit der Ausnehmungswandung haben.
In Figur 5 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Kanalabschnitts 31 der Ausnehmungswandung 11 gezeigt. Deutlich zu erkennen sind eine Vielzahl von kalottenförmigen Vertiefungen 12, die über die Ausnehmungswandung 11 verteilt sind. Dabei sind die Vertiefungen 12 derart angeordnet, dass sie aneinander angrenzen, wobei die Vertiefungen 12 idealerweise jeweils von einem Grat 13 umschlossen sind, welcher beispielsweise Risswachstum hemmen kann. Wie auf der Aufnahme zu sehen ist, bilden die Vertiefungen 12 konkave Krümmungen aus, deren Wölbung in Richtung des Glasvolumens verläuft, und damit insbesondere die Grate 13 gegenüber einer mittleren Fläche höher liegen, als beispielsweise Vertiefungssenken 14. Dabei bilden die Vertiefungssenken 14 im Wesentlichen einen gegenüber den Graten 13 tiefsten Punkt der Vertiefungen aus, und vorzugsweise die Grate 13 einen höchsten Punkt, oder eine höchste Linie. Im Verhältnis zu den Krümmungen beziehungsweise Wölbungen sind die Grate 13 jedoch nur schmal ausgebildet.
Die Tiefe der kalottenförmigen Vertiefungen kann dabei zwischen 10 pm und 0,1 pm liegen, wobei eine Tiefe zwischen 0,2 pm und 2 pm bevorzugt wird, da die Tiefe im Wesentlichen die Rauheit der Ausnehmungswandung 11 bestimmt, und insbesondere einer Differenz zwischen einem Zentrum der Vertiefungssenke 14 und die Vertiefung umgebenden Grat 13 entspricht. Das bedeutet, dass die Tiefe der Vertiefungen 12 im Wesentlichen den Mittenrauwert (Ra) der Ausnehmungswandung 11 bestimmt. Wobei auch andere Faktoren, wie beispielsweise die Riffeln und/oder Zwischenbereiche 30 einen Beitrag zum Mittenrauwert (Ra) leisten. Bestenfalls liegt der Mittenrauwert (Ra) zwischen 0,2 pm und 4,5 pm.
Weiterhin weisen die Vertiefungen 12 einen Querschnitt 15 auf, der vorzugsweise zwischen 5 pm und 30 pm groß ist, insbesondere zwischen 10 pm und 20 pm. Dabei kann der Querschnitt 15 beziehungsweise die Form der Vertiefungen 12 polygonal ausgebildet sein. Dabei bilden die Grate 13 Begrenzungslinien zwischen den Vertiefungen 12, wobei die Grate 13 durch die polygonale Form der Vertiefungen 12 auch eckig sein können. Idealerweise werden die Vertiefungen 12 während des Ätzprozesses derart ausgebildet, dass sie einen raumsparenden Querschnitt 15 bilden, beispielsweise mit einer Anzahl an Ecken, die zwischen 5 und 8 ist, und vorzugsweise genau 6, da diese Form den mathematisch kleinsten Umfang bei gleichzeitig größtem Rauminhalt bietet, also am nächsten an eine Kreisform herankommt. Insbesondere kann dadurch eine einheitliche und gleichmäßige Rauheit eingestellt werden, und daher das Glaselement besonders genau an die vorgesehene Anwendung angepasst werden.
Figur 6 zeigt grafisch abgebildete Messwerte des Mittenrauwerts (Ra) an der Ausnehmungswandung 11, die durch die oben beschriebene Kombination des Einbringens von Schädigungen 16 mit einem Laser und dem anschließenden Aufweiten durch Ätzen der Schädigungen zu Kanälen 16 hergestellt wurden. In der Grafik sind die durch den vorgenannten Prozess erzeugten Mittenrauwerte (Ra) in Abhängigkeit zu unterschiedlichen Laserparametern dargestellt. Dabei sind die Mittenrauwerte (Ra) auf der Ordinate aufgetragen, wobei die Anzahl der Einzelpulse eines Bursts beziehungsweise Pulspakets auf der Abszisse liegt. Die Größe beziehungsweise der Durchmesser der Messpunkte stellt dabei den Pitch beziehungsweise den Abstand der Pulse und Kanäle dar. Weiterhin sind der rechten Seite Rauheitsmesswerte einer Rauheit gezeigt, die bei einer Pulsdauer von 1 ps erzeugt wurde, und auf der linken Seite solche, die bei einer Pulsdauer von 10 ps erzeugt wurden. Die Verteilung der Mittenrauwerte (Ra) verdeutlicht die Abhängigkeit der Rauheit von Pulsdauer, Pulsanzahl und dem Abstand der Pulse.
Wie die Grafik zeigt, werden bei einer kurzen Pulsdauer von beispielsweise 1 ps geringere Mittenrauwerte (Ra) beziehungsweise eine glattere Oberfläche der Ausnehmungswandung 11 erzeugt, als es beispielsweise bei einer längeren Pulsdauer, beispielsweise 10 ps, der Fall ist. Insbesondere zeigt die Grafik auch, dass bei einer geringeren Pulsdauer, sowohl der Pitch, als auch verzugsweise der Bursts beziehungsweise die Einzelpulsanzahl weniger Einfluss hat, als bei einer höheren Pulsdauer. Die gemessenen Mittenrauwerte (Ra) sind demnach bei einer höheren Pulsdauer von etwa 10 ps insbesondere bei einem hohen Pitch und einem hohen Burst besonders hoch, etwa im Bereich zwischen 1 pm und 2 pm, während die Mittenrauwerte (Ra) bei einer geringen Pulsdauer unabhängig von Pitch und Bursts unterhalb von 1 pm liegen. Dies bedeutet, dass bei einer geringen Pulsdauer eine besonders geringe Rauheit der Ausnehmungswandung 11 erzielt werden kann.
Die Figuren 7 und 8 zeigen grafisch abgebildete Messwerte des Mittenrauwerts (Ra) der Ausnehmungswandung 11. Allerdings sind die Mittenrauwerte (Ra) in Abhängigkeit des Bursts, also der Anzahl der Einzelpulse (in Figur 7 auf der Abszisse aufgetragen; In Figur 8 auf der Ordinate aufgetragen) und des Pitch, also des Abstands der Pulspakete (in Figur 7 auf der Ordinate aufgetragen; In Figur 8 auf der Abszisse aufgetragen) dargestellt. In beiden Figuren sind Messwerte einer Rauheit dargestellt, die bei 10 ps Pulsdauer erzeugt wurde. Die Messpunkte verbindenden Linien zeigen dabei den Glas-Abtrag an, der während des Ätzprozesses abgetragen wurde. Die Figuren 7 und 8 verdeutlichen die Abhängigkeit der erzeugbaren Rauheit der Ausnehmungswandung 11 und/oder Außenwandung 11 durch den Pitch und Burst. Hierbei wird klar, dass die Rauheit beziehungsweise die gemessenen Mittenrauwerte (Ra), insbesondere bei hohem Pitch ab beispielsweise 12 pm und hohem Burst ab beispielsweise 7 besonders hoch, beispielsweise im Bereich von 3 pm oder höher sind. Andererseits sind die gemessenen Mittenrauwerte (Ra) ab einem Pitch oberhalb von 6 pm auch bei einem sehr geringen Burst zwischen 1 und 2 vergleichsweise hoch, beispielsweise größer als 1,5 pm. Da die Messwertkurven im Wesentlichen parallel verlaufen und größtenteils übereinanderliegen, kann daraus geschlossen werden, dass der Abtrag nur einen geringen Einfluss auf die erzeugte Rauheit der Ausnehmungswandung 11 und/oder der Außenwandungen 4 hat. Im Wesentlichen kann die Rauheit der Ausnehmungswandung 11 und/oder der Außenwandungen 4 durch die Wahl der Laserparameter, insbesondere Pulsdauer, Pitch und Burst eingestellt werden.
Es ist demnach ersichtlich, dass besonders raue Ausnehmungswandungen 11 und/oder Außenwandungen 4 mit einem Parameterfeld erzeugt werden können, welches mindestens einen der folgenden Parameter vorsieht, vorzugsweise eine Kombination der folgenden Parameter:
Lange Pulsdauem, beispielsweise größer 1, vorzugsweise größer 3, bevorzugt größer 5, eine hohe Anzahl an Einzelpulsen eines Pulspakets (Bursts), beispielsweise 7 oder mehr, ein großer Pitch, beispielsweise 10 pm oder höher.
Andererseits lassen sich besonders glatte Ausnehmungswandungen 11 und/oder Außenwandungen 4, insbesondere solche mit einem geringen Rauwert mit einem Parameterfeld erzeugen, welches mindestens einen der folgenden Parameter vorsieht, vorzugsweise eine Kombination der folgenden Parameter:
Kurze Pulsdauern, beispielsweise kleiner 5, vorzugsweise kleiner 3, bevorzugt kleiner 1, eine Anzahl an Einzelpulsen eines Pulspakets (Bursts) zwischen 2 und 7, ein geringer Pitch, beispielsweise kleiner als 15 pm. In Weiterbildung des Verfahrens ist allerdings vorgesehen, dass für das Heraustrennen eines oder mehrerer Innenteile 20 zumindest ein geringer Pitch, also räumlicher Abstand zweier Auftreffpunkte des Laserstrahls 100 auf dem Glaselement 1 beziehungsweise mindestens zweier Kanäle 16 höchstens 6 pm, vorzugsweise höchstens 4,5 pm beträgt, und/oder der Abtrag oberhalb von 34 pm liegt. Insbesondere ist ein geringer Pitch oder eine Kombination aus hohem Pitch und hohem Abtrag vorteilhaft, um mindestens ein Innenteil 20 herauszutrennen, um die Kanäle während des Ätzprozesses soweit auszuweiten, dass sie sich verbinden. Dies kann mit einem ausreichend hohen Abtrag realisiert werden.
Die Figuren 6 bis 8 verdeutlichen also, dass durch das Verhalten des Glasmaterials, beispielsweise des Wärmeausdehnungskoeffizienten, die gewählten Laserparameter einen entscheidenden Einfluss auf die Rauheit der Ausnehmungswandung 11 haben. Dabei wird bewusst ein Glas ausgewählt, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von 10x l0'6 K_1 aufweist um die Rauheit bestmöglich einstellen zu können. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient oberhalb von 0,1 * 10'6 K'1 ist, vorzugsweise oberhalb von 1 X 10'6K_1, besonders bevorzugt oberhalb von 2x lO'6K_1, damit das Glas eine Ausdehnungsfähigkeit aufweist, welche ausreicht, um eine Reaktion auf die Energie des Lasers hervorzurufen. Ohne Beschränkung auf die vorgestellten Ausführungsformen sind im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit besonders Gläser geeignet, die einen SiÜ2- Anteil von zwischen 30 Gew%, und 80 Gew% und/oder einen TiO2-Anteil von höchstens 10 Gew% aufweisen.
Die Figuren 9 bis 12 zeigen Oberflächenmessungen der Ausnehmungswandung 11 mit richtungsabhängiger Rauheit nach einem Abtrag von 10 pm im Ätzbad bei einem Messbereich von etwa 800 pm Breite und etwa 750 pm Höhe. Dabei verläuft die Messbereichsbreite parallel zur Oberfläche 2 des Glaselements und die Messhöhe senkrecht zur Oberfläche des Glaselements 1 und insbesondere parallel zum Laserstrahl 100. Auf der Skala am rechten Bildrand kann die Rauheit beziehungsweise Tiefe (in pm) der Vertiefungen 12 relativ zu einer mittleren Fläche der Ausnehmungswandung 11 abgelesen werden. In den Figuren 9 und 10 sind Ausnehmungswandungen 11 mit einer Rauheit abgebildet, die anisotrop, und insbesondere streifenförmig parallel zum Laserstrahl beziehungsweise senkrecht/quer zur Oberfläche 2 des Glaselements 1 verläuft. Dabei ist der Faktor A der Anisotropie vorzugsweise größer 1. Besonders ausgeprägt ist diese Anisotropie bei einer kurzen Pulsdauer, von etwa 1 ps, einem geringen Burst von 2 und einem Pitch von 10 pm, wie in Fig. 9 dargestellt. Die kalottenförmigen Vertiefungen 12 sind nur schwer zu erkennen, jedoch ersichtlich rasterartig ausgeprägt beziehungsweise ähnlich eines Rasters gegenüber einander angeordnet, insbesondere in Richtung des Laserstrahls übereinander angeordnet, derart, dass eine Anordnung der Vertiefungen 12 Streifen ausbilden, die senkrecht/quer zur Oberfläche 2 des Glaselements verlaufen. Dabei zeigen die Vertiefungen 12 einen runden, bisweilen kreisförmigen Querschnitt.
Anders ist die Situation bei einer Ausnehmungswandung 11, die bei 10 ps, einem Burst von 1 und einem Pitch von 10 pm erzeugt wurde, wie in Fig. 10 abgebildet. Wie auch in Fig. 9, ist die Rauheit anisotrop ausgebildet, und verläuft insbesondere parallel zum Laserstrahl beziehungsweise senkrecht/quer zur Oberfläche 2 des Glaselements 1. Die einzelnen Vertiefungen 12 sind hier allerdings eher wurmförmig ausgebildet, wobei sie die Wurmform vorzugsweise entlang einer Richtung erstreckt, die parallel zum Laserstrahl 100 und/oder senkrecht/quer zur Oberfläche 2 des Glaselements 1 verläuft. Wurmform ist im Sinne der Erfindung derart zu verstehen, dass die Grate 13 um eine Vertiefung 12 herum eine uneinheitliche Höhe ausbilden und bereichsweise eine Höhe aufweisen, die der Tiefe der Vertiefung entsprechen kann, oder zumindest deutlich geringer ist, als die Höhe eines Großteils des die Vertiefung umgebenden Grates 13. Bei zwei oder mehr einander angrenzenden Vertiefungen mit derartig geringen Höhen zumindest eines Bereichs des Grates 13, erscheinen die Vertiefungen 12 im Messbild mit einer annähernd einheitlichen Tiefe, sodass sich die Wurmform aus einer Aneinanderreihung von einzelnen Vertiefungen 12 ergibt. Insgesamt ist ersichtlich, dass die Ausnehmungswandung 11 bei Verwendung einer Pulsdauer von 10 ps (Fig. 10; Mittenrauwert von 0,50 pm) deutlich grober, und damit auch matter beziehungsweis rauer ausgebildet ist, als bei einer Verwendung einer Pulsdauer von 1 ps (Fig. 9; Mittenrauwert von 0,38 pm). Der Mittenrauwert (Ra) kann daher durch Variation der Pulsdauer besonders genau eingestellt werden.
In Fig. 11 ist eine Ausnehmungswandung 11 mit einer Rauheit abgebildet, die anisotrop, vorzugsweise streifenförmig in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zum Laserstrahl 100 und/oder parallel zur Oberfläche 2 des Glaselements 1 verläuft. Dabei ist der Faktor A der Anisotropie vorzugsweise kleiner 1. Die Ausnehmungswandung 11 zeigt hier im Wesentlichen zwei Bereiche, die streifenförmig verlaufen, wobei die Vertiefungen 12 jedes Bereichs bevorzugt eine einheitliche Tiefe aufweisen, sodass sich die Bereiche im Wesentlichen durch die Tiefe der Vertiefungen unterscheiden. Daraus ergeben sich vergleichsweise einheitliche Grauwerte der Messergebnisse beziehungsweise Mittenrauwerte (Ra) jedes Bereichs.
Figur 12 zeigt eine Ausnehmungswandung 11 mit einem Mittenrauwert von 1,05 pm, die bei einer Pulsdauer von 10 ps, einem Burst von 2 und einem Pitch von 3 pm erzeugt wurde. In diesem Beispiel sind die kalottenförmigen Vertiefungen 12 im Wesentlichen homogen über die Ausnehmungswandung 11 verteilt, sodass nur eine sehr geringe beziehungsweise gar keine Anisotropie ausgebildet ist. Auch der Querschnitt der Vertiefungen 12, die vorzugsweise rundlich bis oval ausgebildet sind, ist vergleichsweise ähnlich ausgeprägt, sodass eine gleichmäßige Struktur auf der Ausnehmungswandung 11 ausgebildet wird/ist.
In den Figuren 13 und 14 sind schematisch ein Aufbau von Transmissionsmessungen und Messergebnisse von Reflexionsmessungen gezeigt. Vorteilhaft kann das Glaselement transparent ausgebildet sein, insbesondere eine Transmission von sichtbarem Licht oder allgemeiner von Licht, welches im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm liegt, zulassen. Die durch das zuvor vorgestellte Verfahren erzeugte Strukturierung der Ausnehmungswandung 11 und/oder Außenwandung 4 vorteilhafte lichtformende Eigenschaften haben, um beispielsweise Speckle-Effekte bei Laserdioden oder andere Interferenzeffekte zu unterdrücken. Hierzu können die Vertiefungen 12 beziehungsweise die Struktur der Wandung, insbesondere gemäß den in den Figuren 9-12 dargestellten Formen beispielsweise homogen oder anisotrop ausgestaltet sein, um das hindurchtretende Licht zu beeinflussen. Vorzugsweise ist das Glaselement 1 in der Lage Licht sowohl durch die Ausnehmungswandung 11 und/oder Außenwandung 4, als auch durch die Oberflächen 2 des Glaselements hindurchzuleiten, sodass elektromagnetische Wellen durch das Glaselement 1 hindurch gesendet oder empfangen werden können.
Besonders vorteilhaft sind die Wandung 11, 4, insbesondere bei einer durch das zuvor genannte Verfahren eingestellten Rauheit von 0,5 pm (Ra) und das Volumen des Glaselements 1 in der Lage mehr als 90% Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm zu transmittieren. Soll die Wandung 11, 4 jedoch eine geringere Transmission aufweisen, kann der Mittenrauwert (Ra) beispielsweise auf einen Wert von 1,4 pm eingestellt werden, sodass nur beispielsweise knapp über 86 % Licht transmittiert wird, und mehr Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm reflektiert wird.
Dies konnte u.a. durch den in Fig. 13 schematisch gezeigten Messaufbau nachgewiesen werden. Mittels einer Ulbrichtkugel 81 beziehungsweise einer integrating sphere 81 und eines Lichtstrahls 80, beispielsweise eines Lichtstrahls 80 mit einer Wellenlänge von 690 nm konnte die Transmission gemessen werden. Dabei durchquerte der Lichtstrahl 80 etwa 10 mm Volumen des Glaselements 1, eine Außenwandung 4, die speziell poliert sein kann und passierte beziehungsweise wurde durch die Ausnehmungswandung 11 hindurchgeleitet. Die Ausnehmungswandung 11 wird dabei so angeordnet, dass sie im beziehungsweise direkt vor dem Eintrittsort der Ulbrichtkugel 81 angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Lichtstrahl auf der Wandung 11, 4 gestreut und mittels der Ulbrichtkugel 81 alle Winkel erfasst werden. Um die Transmission von der Wandung 11, 4 unabhängig vom Volumen des Glaselements 1 und/oder einer weiteren Wandung ermitteln zu können, ist es auch denkbar einen Transmissionsanteil des Volumens des Glaselements 1 und/oder einer polierten Wandung vom Messergebnis der Transmission zu subtrahieren. Um den Transmissionsanteil des Volumens des Glaselements 1 und/oder der weiteren Wandung ermitteln zu können, kann beispielsweise die Transmission des Glaselements derart vermessen werden, dass das Licht durch die Oberfläche 2 des Glaselements 1 hindurchgeleitet wird, oder mittels Reflexionsmessungen wird der Grad der Reflexion von Licht einer Wandung ermittelt, welcher im Anschluss vom Gesamtmessergebnis der Transmissionsmessungen abgezogen werden kann. Fig. 14 zeigt die Ergebnisse einer Reflexionsmessung. Mittels eines
Lichtwellenleiters beziehungsweise eines Fasertasters wurde Licht auf die Wandung 11, 4 gerichtet, und das von der Wandung 11, 4 reflektierte Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm erfasst. Vorteilhafterweise wird durch die erfassten Messergebnisse deutlich, dass der Grad der Reflexion durch die Rauheit der Wandung 11, 4 einstellbar ist, beziehungsweise ein gewünschter Reflexionsgrad anhand der
Rauheit eingestellt werden kann. Es zeigt sich, dass beispielsweise die Reflexion des Lichts bei einer rauen Wandung 11, beispielsweise bei einem Mittenrauwert von 1,4 pm deutlich geringer ist, als bei einer weniger rauen, oder sogar glatten Wandung 11, 4, beispielsweise mit einem Mittenrauwert von 0,5 pm.
Bezugszeichenliste
Figure imgf000037_0001

Claims

Patentansprüche:
1. Plattenförmiges Glaselement (1), welches glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von lOx lO^K'1 aufweist, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen (2), und mindestens eine die beiden Oberflächen (2) verbindende und in die Oberflächen (2) mündende, durch das Glas des Glaselements (1) hindurch verlaufende Ausnehmung (10) mit einer Ausnehmungstiefe, die quer, vorzugsweise senkrecht zu mindestens einer der Oberflächen (2) des Glaselements (1) steht und einer Dicke des Glaselements (1) entspricht, und mit einer Ausnehmungswandung (10), die um die Ausnehmung (10) herum verläuft und an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen (2) angrenzt, wobei die Ausnehmungswandung (10) eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (12) aufweist, und durch diese Vertiefungen (12) sowie die Vertiefungen (12) umgebende Grate (13) eine Rauheit der Ausnehmungswandung (10) ausgebildet ist, wobei die Ausnehmungswandung (10) einen Mittenrauwert (Ra) aufweist, der unterhalb von 5 pm liegt, bevorzugt unterhalb von 3 pm, bevorzugt unterhalb von 1 pm, und bevorzugt mindestens 50 nm beträgt.
2. Plattenförmiges Glaselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kalottenförmigen Vertiefungen (12) eine Tiefe aufweisen, die kleiner ist als 10 pm, bevorzugt kleiner als 5 pm, bevorzugt kleiner als 2 pm, wobei die Tiefe durch eine Differenz zwischen einem Zentrum einer Vertiefungssenke (14) und einem mittleren Gipfel des die Vertiefung umgebenden Grates (13) definiert ist.
3. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt (15) oder ein Durchmesser einer kalottenförmigen Vertiefung (12) kleiner ist als 20 pm, bevorzugt kleiner als 15 pm, bevorzugt kleiner als 10 pm. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaselement (1) eine Außenwandung (4) aufweist, die um das Glaselement (1) herum verläuft und die beiden Oberflächen (2) miteinander verbindet, wobei die Außenwandung (4) eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (12) aufweist. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenrauwert (Ra) der Ausnehmungswandung und/oder der Außenwandung oberhalb von 0,2 pm, bevorzugt oberhalb von 0,4 pm, bevorzugt oberhalb von 0,5 pm liegt. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission von sichtbarem Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1000 nm durch die strukturierte Außenwandung (20) und/oder Ausnehmungswandung (10) und das Glaselement (1) oberhalb von 80% ist, bevorzugt oberhalb von 85%, bevorzugt oberhalb von 90%, wobei eine Lichtrichtung dabei senkrecht zur Ausnehmungswandung (10) und parallel zu mindestens einer Oberfläche (2) des Glaselements (1) ausgerichtet ist. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit der Ausnehmungswandung (10) und/oder Außenwandung (4) anisotrop ausgebildet ist, und die Anisotropie als Parameter A ausgedrückt ist, wobei A das Quadrat eines Quotienten ist, und der Quotient aus dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche parallel zu einer Seitenfläche des Glaselements (1) ausgerichtet sind, und dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche senkrecht zur Seitenfläche des Glaselements (1) ausgerichtet sind, gebildet ist, wobei die Anisotropie kleiner 1 ist, bevorzugt kleiner 0,8, bevorzugt kleiner 0,6. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit der Ausnehmungswandung (10) und/oder Außenwandung (4) anisotrop ausgebildet ist, und die Anisotropie als Parameter A ausgedrückt ist, wobei A das Quadrat eines Quotienten ist, und der Quotient aus dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche parallel zu einer Seitenfläche des Glaselements (1) ausgerichtet sind, und dem Mittelwert der Mittenrauwerte (Ra) dreier 30 pm breiten Messbanden, welche senkrecht zur Seitenfläche des Glaselements (1) ausgerichtet sind, gebildet ist, wobei die Anisotropie größer 1 ist, bevorzugt größer 2, bevorzugt größer 3. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit der Ausnehmungswandung (10) und/oder Außenwandung (4) richtungsabhängig ausgebildet ist, wobei die Rauheit zumindest abschnittsweise unterschiedlich ausgeprägt ist, und die Abschnitte: quer zur Ausnehmungstiefe oder mindestens einer Oberfläche (2) ausgerichtet sind, oder parallel zur Ausnehmungstiefe oder mindestens einer Oberfläche, wobei eine Differenz des Mittenrauwerte s der Abschnitte kleiner ist als 4 pm, vorzugsweise kleiner als 2 pm, vorzugsweise kleiner als 1 pm. Plattenförmiges Glaselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Glas des Glaselements mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweist:
- Einen SiO2-Anteil von mindestens 30 Gew%, vorzugsweise mindestens 50 Gew%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew%
- Einen TiÜ2- Anteil von höchstens 10 Gew% Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Glaselements (1) mit einer strukturierten Wandung oder eines plattenförmigen Glaselements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glaselement (1) glasiges Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterhalb von I 0/ I 0'6 K'1 aufweist, sowie zwei gegenüberliegende Oberflächen (2), wobei bei dem Verfahren
- das Glaselement (1) bereitgestellt wird,
- der Laserstrahl (100) eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Oberflächen (2) des Glaselements (1) gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik (102) zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement (1) konzentriert wird, wobei durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls (100) eine Vielzahl filamentförmiger Kanäle (16) im Volumen des Glaselements (1) erzeugt wird, deren Tiefe quer zur Oberfläche des Glaselements (1) verläuft, wobei die Kanäle (16) in einem Abstand zueinander angeordnet werden,
- das Glaselement (1), einem Ätzmedium (200) ausgesetzt wird, welches Glas des Glaselements (1) mit einer Abtragsrate abträgt, wobei die Kanäle (16) durch das Ätzmedium (200) aufgeweitet werden, so dass eine Ausnehmung (10) mit einer strukturierten Ausnehmungswandung (10) gebildet wird, wobei die Ausnehmungswandung (10) um die Ausnehmung (10) herum verläuft und an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen (2) angrenzt, und eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (12) aufweist, durch die eine Rauheit der Ausnehmungswandung (10) ausgebildet wird,
- wobei durch die Einstellung der Laserparameter, die Struktur der Ausnehmungswandung (10) oder die Rauheit gezielt eingestellt wird, um einen Mittenrauwert (Ra) der Ausnehmungswandung (10) zu erzeugen, der unterhalb von 5 pm liegt, bevorzugt unterhalb von 3 pm, bevorzugt unterhalb von 1 pm, und bevorzugt bei mindestens 50 nm liegt. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (16) in einem Abstand (18) zueinander angeordnet werden, und dieser Abstand (18) kleiner ist als 20 pm, bevorzugt kleiner als 15 pm, bevorzugt kleiner als 10 gm und/oder größer als 1 gm, bevorzugt größer als 2 gm, bevorzugt größer als 3 gm.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserpuls in eine Mehrzahl von Einzelpulsen aufgeteilt wird, und die Mehrzahl kleiner als 10 ist, bevorzugt kleiner als 8, bevorzugt kleiner als 7 und/oder größer als 1, bevorzugt größer als 2, bevorzugt größer als 3.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsdauer gewählt wird, die kleiner ist als 15 ps, bevorzugt kleiner 10 ps, bevorzugt kleiner 5 ps, bevorzugt kleiner als 1 ps.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, dass
Ausnehmungen (10) und/oder Außenwandungen (11) mit unterschiedlichen Rauheiten erzeugt werden, wobei der Unterschied der Rauheiten der Ausnehmungen (10) und/oder Außenwandungen (11) mindestens größer als 0,5 gm ist, bevorzugt größer als 1 gm bzw. besonders bevorzugt größer als 2 gm.
16. Verwendung des Glaselementes entsprechend einem der vorangegangenen Ansprüche in zumindest einem der Bereiche Camera Imaging, insbesondere 3D Camera Imaging, Drucksensorik, Packaging Elektrooptischer Bauteile, Biotechnologie, Diagnostik, Medizintechnik.
PCT/EP2021/077030 2020-10-13 2021-09-30 Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung WO2022078774A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21790795.5A EP4229016A1 (de) 2020-10-13 2021-09-30 Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung
CN202180069869.XA CN116323509A (zh) 2020-10-13 2021-09-30 具有结构化的壁的玻璃元件及其制造方法
JP2023522473A JP2023546072A (ja) 2020-10-13 2021-09-30 構造化壁を有するガラスエレメントおよびその製造方法
KR1020237015746A KR20230086721A (ko) 2020-10-13 2021-09-30 구조화된 벽을 갖는 유리 소자 및 그 제조방법
US18/300,087 US20230311248A1 (en) 2020-10-13 2023-04-13 Glass element with structured wall and method for the production thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020126856.4 2020-10-13
DE102020126856.4A DE102020126856A1 (de) 2020-10-13 2020-10-13 Glaselement mit strukturierter Wandung und Verfahren zu dessen Herstellung

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/300,087 Continuation US20230311248A1 (en) 2020-10-13 2023-04-13 Glass element with structured wall and method for the production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022078774A1 true WO2022078774A1 (de) 2022-04-21

Family

ID=78134920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/077030 WO2022078774A1 (de) 2020-10-13 2021-09-30 Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230311248A1 (de)
EP (1) EP4229016A1 (de)
JP (1) JP2023546072A (de)
KR (1) KR20230086721A (de)
CN (1) CN116323509A (de)
DE (1) DE102020126856A1 (de)
TW (1) TW202233537A (de)
WO (1) WO2022078774A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022120050A1 (de) * 2022-08-09 2024-02-15 RENA Technologies GmbH Verfahren und System zum Substratätzen sowie Substrathalter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018100299A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 Schott Ag Strukturiertes plattenförmiges Glaselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018110211A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-31 Schott Ag Verfahren zum Erzeugen feiner Strukturen im Volumen eines Substrates aus sprödharten Material
DE102018110210A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-31 Schott Ag Mikrofluidikzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018100299A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 Schott Ag Strukturiertes plattenförmiges Glaselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018110211A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-31 Schott Ag Verfahren zum Erzeugen feiner Strukturen im Volumen eines Substrates aus sprödharten Material
DE102018110210A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-31 Schott Ag Mikrofluidikzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
US20230311248A1 (en) 2023-10-05
EP4229016A1 (de) 2023-08-23
CN116323509A (zh) 2023-06-23
DE102020126856A1 (de) 2022-04-14
JP2023546072A (ja) 2023-11-01
TW202233537A (zh) 2022-09-01
KR20230086721A (ko) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018100299A1 (de) Strukturiertes plattenförmiges Glaselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018110211A1 (de) Verfahren zum Erzeugen feiner Strukturen im Volumen eines Substrates aus sprödharten Material
DE112004000581B4 (de) Verfahren zum Schneiden von Glas
EP1990125B1 (de) Glasbearbeitungsverfahren mit laser
DE10156343A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats
WO2017140394A1 (de) VERFAHREN ZUR KANTENBEARBEITUNG VON GLASELEMENTEN UND VERFAHRENSGEMÄß BEARBEITETES GLASELEMENT
EP2944413A1 (de) Vorrichtung zur Maskenprojektion von Femtosekunden- und Pikosekunden- Laserstrahlen mit einer Blende, einer Maske und Linsensystemen
WO2017009379A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von glas- oder glaskeramikteilen
WO2021219782A1 (de) Abstandhalter-wafer zur herstellung eines elektro-optischen wandlerbauteils, abstandhalter, verfahren zur herstellung eines solchen abstandhalter-wafers, sowie elektro-optischer wandlerbauteil mit einem solchen abstandhalter
EP3562790A1 (de) Verfahren zum trennen von substraten
WO2017060252A1 (de) Dielektrisches werkstück mit einer zone definiert ausgebildeter festigkeit sowie verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung
WO2022078774A1 (de) Glaselement mit strukturierter wandung und verfahren zu dessen herstellung
WO2022148682A1 (de) Verfahren zur verminderung erhabener strukturen an glaselementen und verfahrensgemäss hergestelltes glaselement
DE10212266C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrotiterplatten
EP0970024B1 (de) Verfahren zum herstellen eines glaskörpers mit mindestens einer ausnehmung
DE102021100144A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung eines Glases
EP3875436B1 (de) Verfahren zum vorbereiten und/oder durchführen des trennens eines substratelements und substratteilelement
EP3964324A1 (de) Verfahren zum oberflächenstrukturieren eines substratkörpers und substratkörper
DE102014200742B4 (de) Verfahren zum Entspiegeln eines optischen Elements, optisches Element und Terahertz-System
EP3854515A1 (de) Verfahren zur bearbeitung sprödharter materialien
DE102022100008B4 (de) Strukturierter Wafer und damit hergestelltes optoelektronisches Bauteil
DE10313606A1 (de) Mechanische Mikrostrukturierung eines Halbleiterchips
EP3964323A1 (de) Verfahren zum oberflächenstrukturieren eines substratkörpers und substratkörper
WO2022148681A1 (de) Verfahren zur erzeugung erhabener strukturen an glaselementen und verfahrensgemäss hergestelltes glaselement
DE102022115711A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21790795

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023522473

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237015746

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021790795

Country of ref document: EP

Effective date: 20230515