DE102015111491A1

DE102015111491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Glas- oder Glaskeramikteilen

Info

Publication number: DE102015111491A1
Application number: DE102015111491.7A
Authority: DE
Inventors: Frank-Thomas Lentes; Fabian Wagner; Andreas Ortner; Albrecht Seidl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US11161766B2; CN107848860B; WO2017009379A1; US20180134604A1; US20200199007A1; CN113526856B; US11884573B2; US20240116797A1; CN107848860A; CN113526856A

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Abtrennen von Glasteilen, wie etwa von Glasteilen aus Glasplatten. Im Speziellen betrifft die Erfindung das Abtrennen von Glasteilen mittels eines lasergestützten Verfahrens.
Aus der WO 2012/006736 A2 ist im Speziellen bekannt, dass mit hochenergetischen Laserpulsen die Bildung von Filamenten in Glas als irreversible Schädigungen verursacht werden kann. Die Aneinanderreihung solcher Schädigungen in Glas ermöglicht das Trennen von transparenten Substraten. Ein Filament entsteht durch einen ultrakurzen Laserpuls, wobei im Inneren des Glases infolge des Kerr Effektes eine Selbstfokussierung erfolgt, bis die Energiedichte in einem Punkt so hoch wird, dass ein Plasma gezündet wird. Es kommt zu einer Plasmaexplosion, bei der das Glas irreversible Schäden rund um diese Plasmaentstehungsstelle erleidet. Von dort geht weitere Strahlung aus, die der Selbstfokussierung unterliegt und die in einer Plasmaexplosion endet. Dieser Effekt wiederholt sich je nach Intensität mehrfach. Die Energie nimmt über die gesamte Glasdicke ab, so haben die ersten Plasmaspots die größte Energie und erzeugen auch die größten Schädigungen.
Die DE 10 2012 110 971 A1 beschreibt ein Verfahren der Trennvorbereitung von transparenten Werkstücken, bei welchem sich quer durch das Werkstück erstreckende, aneinander gereihte Filamentstrukturen durch ultrakurze Laserpulsen entlang einer Sollbruchlinie erzeugt werden. In einem nachfolgenden Schritt wird die Trennung des Werkstücks ausgeführt. Durch das Verfahren wird eine Bruchlinie geschaffen, ohne dass ein Trennspalt/Fuge erzeugt wird.
Ist die Trennlinie geradlinig, so gestaltet sich das der Laserbearbeitung nachfolgende Abtrennen einfach. Schwieriger ist das Abtrennen demgegenüber dann, wenn die Trennlinie gebogen ist, mehrere in einem Winkel zueinander stehende Abschnitte aufweist oder sogar eine geschlossene Linie bildet. Letzterer Fall ist unter anderem dann gegeben, wenn eine Innenkontur, beziehungsweise ein Loch hergestellt werden soll. Beispielsweise tritt dieser Fall ein, wenn in eine Glasplatte ein Fenster geschnitten werden soll. Ebenfalls tritt dieser Fall auf, wenn ein Glasteil hergestellt werden soll, dessen Außenkontur vollständig durch die Trennlinie vorgegeben ist.
Das Trennen entlang allgemein gebogener, abschnittweise gewinkelter oder sogar in sich geschlossenen Trennlinien ist deshalb schwierig, weil nicht ohne weiteres ein hinreichendes Biegemoment auf das Glas an der Trennlinie ausgeübt werden kann und weil sich keine Fuge/Trennspalt ausbildet. Das Problem verschärft sich noch mit steigender Glasdicke.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein sauberes Abtrennen von Glasteilen entlang einer solchen nicht geradlinigen Trennlinie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Generell ist die Erfindung sehr gut auf sprödbrüchige, insbesondere glashaltige Werkstoffe anwendbar. Werkstoffe, die für die Erfindung in Frage kommen, sind daher insbesondere Glas und Glaskeramik. Darüber hinaus ist das Verfahren auch zur Bearbeitung und Trennen in den jeweiligen Wellenlängenbereichen transparenter Dielektrika geeignet.
Das Präzisionstrennverfahren von Glas durch Erzeugung definierter Schädigungen auf kleinstem Raum durch Ultrakurzpuls-Laser, welches für die Erfindung eingesetzt wird, basiert auf der lokalen Zerstörung des Glases in der Wechselwirkungszone mit dem Laserlicht durch Erzeugung von dicht beieinander liegenden Submikron-Hohlkanälen, also Hohlkanäle mit einem Durchmesser kleiner als 1 Mikrometer. Im folgenden werden diese Submikron-Hohlkanäle als filamentartig bzw. filamentförmige (d.h. fadenförmige) Schädigungen bezeichnet, ohne dass notwendigerweise ein echter Filamentations-Prozess gemäß WO 2012/006736 A2 vorliegt. Im Gegenteil, bevorzugt wird die Laserstrahlung mit Hilfe eines Strahlformungssystems so in das Glas bzw. Glaskeramik eingebracht, dass sich diese linienförmige Schädigungszone deterministisch einstellt. Zur Ausbildung der Strahlgeometrie können bekannte optische Systeme wie externally fed beams, z.B. strahlformende Systeme mit starker sphärischer Aberration oder Bessel-Beams verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen von Teilen aus Glas- oder Glaskeramikelementen basiert im Speziellen darauf, dass nebeneinander entlang einer Trennlinie filamentförmige, beziehungsweise entlang der Lichtausbreitungsrichtung langgestreckte Schädigungen im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements erzeugt werden, wobei die Schädigungen durch Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers erzeugt werden, wobei das Material des Glas- oder Glaskeramikelements für die Wellenlänge der Laserpulse transparent ist und wobei die Laserpulse im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements ein Plasma erzeugen, welches die filamentförmigen Schädigungen hervorruft, und wobei die Auftreffpunkte der Laserpulse auf das Glas- oder Glaskeramikelement über dessen Oberfläche entlang der Trennlinie bewegt werden, wobei die Laserpulse, beziehungsweise der Laserstrahl schräg auf die Oberfläche gerichtet werden, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen schräg zur Oberfläche verlaufen. Außerdem verläuft dabei die Trennlinie schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene. Nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche verlaufenden, filamentförmigen Schädigungen wird dann ein Teil vom Glas- oder Glaskeramikelement entlang der Trennlinie an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen abgetrennt.
Mit anderen Worten werden also die Schädigungskanäle so eingefügt, dass deren Längsrichtung von der Normalenrichtung der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements abweicht. Es ergibt sich mithin eine schräge Schnitt- oder Trennfläche zwischen den zu trennenden Teilen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, nach dem Einfügen der nebeneinander entlang der Trennlinie angeordneten filamentförmigen Schädigungen einen Auftreffpunkt einer Laserstrahlung, vorzugsweise eines Kohlendioxidlasers, auf dem Glaselement über dessen Oberfläche entlang der Trennlinie zu bewegen, so dass entlang der Trennlinie lokale Zugspannungen im Glas hervorzurufen werden, um eine Rissbildung zwischen benachbarten filamentförmigen Schädigungen zu bewirken. Ein solcher Verfahrensschritt wird auch als Cleaving-Schritt bezeichnet.
Ein Cleaving-Schritt dient der Vortrennung. Das Glaselement wird dabei entlang der Trennlinie vorzugsweise mit einem CO₂-Laser bestrahlt, um thermomechanische Spannungen in dem Glaselement an der Trennlinie zu erzeugen. Dadurch kann eine die filamentförmigen Schädigungen verbindende Rissbildung entlang der Trennlinie erzeugt werden und somit ein zumindest abschnittsweises Auftrennen entlang der Trennlinie bewirkt werden.
Sowohl die Filamentstrukturen an sich, als auch durch einen Cleaving-Schritt hervorgerufene zusätzliche Risse im Material stellen Vorschädigungen im Material dar, die entlang der Trennlinie verlaufen.
Bei der für die Erfindung eingesetzte Mikroperforation wird – von winzigen Mengen abgesehen – kein Material aus der Trennfuge abgetragen. Beide zu trennenden Teile sind nach dem Einfügen der filamentartigen Schädigungen im Wesentlichen noch miteinander verbunden. Mit zunehmender Glasdicke wird das Risiko der Verkantung zwischen den sich im Kontakt befindlichen Glasteilen aber immer größer, so dass eine sichere Trennung schwierig oder gar unmöglich wird. Durch den Einsatz schräger Schnittlinien, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen werden, wird das Herauslösen insbesondere von Innenlochteilen wesentlich erleichtert. Schräge Konturen von einigen Grad bis über 10° und mehr, beziehungsweise entsprechende schräge Bruchkanten ermöglichen das Herauslösen ohne Verkantungsrisiko.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigeschlossenen Figuren erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dabei gleiche oder entsprechende Elemente.
Es zeigen:
1 schematisch in Seitenansicht eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 die Laserbearbeitungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
3 in schematischer Schnittdarstellung die Brechung von Laserpulsen im Glas- oder Glaskeramikelement,
4 eine Skizze zur Erläuterung des Einfügens filamentartiger Schädigungen in verschiedenen Tiefen,
5 ein Glas- oder Glaskeramikelement mit einer durch eine umlaufende Kantenfläche begrenzten Öffnung,
6 ein Glas- oder Glaskeramikelement mit abgeschrägten Kantenflächen und eingesetztem Druckschalter, und
7 einen Querschnitt durch ein Glas- oder Glaskeramikelement mit abgestuften Störungen.
Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1, mit welcher ein Glas- oder Glaskeramikteil 2 durch Einbringen von filamentförmigen Schädigungen mikroperforiert und damit für eine nachfolgende Abtrennung eines Teils 3 des Elements 2 vorbereitet werden kann.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst einen Ultrakurzpulslaser 10, dessen Laserpulse 8 auf das Glas- oder Glaskeramikteil gerichtet werden. Die Laserpulse 8 werden dazu mittels eines Scanners 11 in die gewünschte Richtung gelenkt und mittels einer Fokussiereinrichtung 13 auf das Glas- oder Glaskeramikteil fokussiert. Die Wellenlänge des Ultrakurzpulslasers 10 wird so gewählt, dass die Laserpulse 8 in das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eindringen können.
Die Laserpulse 8 erzeugen dabei im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ein Plasma, welches die filamentförmigen Schädigungen 6 hervorruft. Die Auftreffpunkte 80 der Laserpulse 8 auf dem Glas- oder Glaskeramikelement 2 werden sukzessive über die Oberfläche 20 entlang der vorgesehenen Trennlinie 4 bewegt.
Wie anhand der 1 und 2 ersichtlich ist, werden die Laserpulse insbesondere auch schräg auf die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 gerichtet, so dass zwischen der Oberflächennormalen 21 und der Richtung der Laserpulse 8 ein Winkel besteht. Damit verläuft auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen 6, wie in 1 gezeigt, schräg zur Oberfläche 20. Der Einfluss der Brechung des Laserlichts an der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ist in 1 vereinfachend nicht dargestellt.
Der Winkel zwischen der Lichteinfallsrichtung und der Oberflächennormalen 21 kann, um das Abtrennen des Glasteils 3 zu erleichtern, im Bereich wenige Grade bis deutlich über 10° liegen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dabei zwischen der Lichteinfallsrichtung der Laserpulse und der Oberflächennormalen 21 der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ein Winkel im Bereich von 3° bis 30°, vorzugsweise 3° bis 15°, vorzugsweise mindestens 5° eingestellt.
Das Abtrennen kann, wie oben erwähnt, weiterhin auch durch einen nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen vorgenommenen Cleaving-Schritt, vorzugsweise mittels eines CO₂-Lasers erleichtert werden.
Wie anhand von 2 zu erkennen ist, werden die Laserpulse 8 weiterhin schräg so auf die Oberfläche 20 gerichtet, dass die Lichteinfallsebene 82 quer, bevorzugt senkrecht zur Trennlinie 4 liegt. Dementsprechend liegt auch die Fortbewegungsrichtung, entlang welcher der Auftreffpunkt 80 über die Oberfläche 20 bewegt wird, quer, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82. Die Lichteinfallsebene 82 wird durch die Lichteinfallsrichtung und die Oberflächennormale 21 aufgespannt. Ist die Trennlinie, wie auch im gezeigten Beispiel gekrümmt, beispielsweise kreisförmig, so ist die Orientierung der Trennlinie 4 quer zur Lichteinfallsebene 82 dahingehend zu verstehen, dass die Tangente an die Trennlinie 4 quer, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82 steht.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele ist gemäß einem Aspekt der Erfindung demgemäß auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zum Vorbereiten eines Abtrennens eines Teils 3 aus einem Glas- oder Glaskeramikelement 2 vorgesehen, welche umfasst:

– einen Ultrakurzpulslaser 10, dessen Pulsleistung ausreicht, um durch in Glas oder Glaskeramik fokussierte Laserpulse 8 filamentförmige Schädigungen 6 innerhalb des Glases oder der Glaskeramik zu erzeugen,
– eine Halterung für ein Glas- oder Glaskeramikelement 2,
– eine Fokussierungseinrichtung, um vom Ultrakurzpulslaser 10 erzeugte Laserpulse 8 in einem mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelement 2 zu fokussieren, sowie
– eine Scan-, beziehungsweise Bewegungs-Einrichtung, um
(i) die Laserpulse schräg auf die Oberfläche 20 eines mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelements 2 zu richten, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen schräg zur Oberfläche 20 verlaufen, sowie, um
(ii) die Auftreffpunkte der vom Ultrakurzpulslaser erzeugbaren Laserpulse über die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 entlang einer Trennlinie 4 zu bewegen, derart, dass die Trennlinie 4 schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene 82 verläuft und die filamentförmigen Schädigungen 6 nebeneinander liegend entlang der Trennlinie 4 erzeugt werden.

Im einfachsten Fall ist die Halterung für das Glas- oder Glaskeramikelement 2 durch eine Auflage gegeben. Eine seitliche Halterung ist nicht zwangsläufig notwendig.
Die Scan-Einrichtung ist bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Scanner 11 gegeben. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das gehalterte Glas- oder Glaskeramikelement 2 zu bewegen, so dass der Auftreffpunkt 80 entlang der vorgesehenen Trennlinie 4 über die Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 geführt wird. Selbstverständlich kann eine Bewegung des Laserstrahls mittels eines Scanners 11 und eine Bewegung des Glas- oder Glaskeramikelements 2 mittels einer Halterung miteinander kombiniert werden.
Nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche 20 verlaufenden, filamentförmigen Schädigungen wird dann ein Teil 3 vom Glas- oder Glaskeramikelement entlang der Trennlinie an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen abgetrennt.
Zur Ausbildung der Strahlgeometrie können bekannte optische Systeme wie externally fed beams, z.B. strahlformende Systeme mit starker sphärischer Aberration oder Bessel-Beams verwendet werden.
Für schief einfallende Strahlbündel, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen sind, kommt es bei der Brechung an der Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements 2 zu einer astigmatischen Verformung des Strahlprofils. Durch eine Zylinderlinse oder auch eine andere optische Vorrichtung kann der Astigmatismus korrigiert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher eine Fokussiereinrichtung 13 vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse 8 beim Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement 2 auszugleichen.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele werden mit den Laserpulsen 8 gemäß einer bevorzugen Weiterbildung der Erfindung filamentförmige Schädigungen 6 mit einer Länge von mindestens 200 Mikrometern, besonders bevorzugt mindestens 500 Mikrometern erzeugt. Dazu werden geeignete Pulsenergien und Pulsdauern gewählt.
Besonders vorteilhaft für die Erzeugung langer filamentförmiger Schädigungen ist ein Betrieb des Lasers 10 im Burst-Mode. Bei diesem Betriebsmodus wird der Laserpuls nicht als Einzelpuls abgegeben, sondern als Folge kurz hintereinander abgegebener Pulse, die gemeinsam ein Pulspaket, einen sogenannten Burst bilden. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung ein Betrieb des Lasers 10 in Form einer zeitlich nacheinander folgenden Abgabe von Laserpulsen in Form von Bursts, beziehungsweise Pulspaketen vorgesehen, wobei vorzugsweise jeder dieser Bursts jeweils eine der filamentförmigen Schädigungen 6 erzeugt.
Ein solches Pulspaket weist im Allgemeinen eine etwas größere Energie auf, als ein Einzelpuls im üblichen Single-Shot-Betrieb. Die Pulse eines Bursts selbst beinhalten aber deutlich weniger Energie als ein Einzelpuls. Weiterhin ist typisch, dass die Pulsenergien der Pulse innerhalb eines Bursts abnehmen. Bei bestimmten Lasern ist die Energieverteilung der Pulse innerhalb des Bursts einstellbar.
Eine geeignete Laserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern, vorzugsweise 532 Nanometern, besonders bevorzugt 355 Nanometern. Die Laserquelle arbeitet insbesondere mit einer Repetitionsrate, welche zwischen 10 kHz und 120 kHz, bevorzugt zwischen 30 kHz und 110 kHz und ganz besonders bevorzugt zwischen 35 kHz und 105 kHz liegt. Die Scangeschwindigkeit kann vorzugsweise so gewählt werden, dass abhängig von der Repetitionsrate der Abstand benachbarter filamentförmiger Schädigungen im Bereich von 4 Mikrometer bis 10 Mikrometer liegt.
Dabei liegt die geeignete Pulsdauer eines Laserimpulses in einem Bereich von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt bei weniger als 10 Pikosekunden. Die Pulsdauer kann auch bei weniger als 1 Pikosekunde liegen. Die typische Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von 40 bis 100 Watt. Um die filamentförmigen Schädigungen zu erzielen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Pulsenergie im Burst von mehr als 200 Mikrojoule eingesetzt, ferner vorteilhaft eine gesamte Burstenergie von mehr als 500 Mikrojoule.
Die Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von etwa 7 bis 12 Watt.
Die im Glas deponierte Laser-Energie beträgt > 80 µJ, bevorzugt > 100 µJ und ganz besonders bevorzugt > 150 µJ.
Im Falle eines Betriebs des Lasers 10 im Burst-Modus ist die Repetitionsrate die Wiederholrate der Abgabe von Bursts. Die Pulsdauer ist im Wesentlichen unabhängig davon, ob ein Laser im Einzelpulsbetrieb oder im Burst-Mode betrieben wird. Die Pulse innerhalb eines Bursts weisen typischerweise eine ähnliche Pulslänge auf, wie ein Puls im Einzelpulsbetrieb.
Bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 ist es in der Regel nicht mehr möglich oder zumindest ungünstig, die Mikroperforation über die gesamte Dicke in einem Bearbeitungsschritt, beziehungsweise mit einmaligem Entlangbewegen des Auftreffpunkts 80 entlang der Trennlinie 4 durchzuführen. Um eine einfache und sichere Abtrennung des Glasteils zu ermöglichen, ist es vielmehr günstig, zwei oder mehr Überfahrten in unterschiedlichen Fokustiefen durchzuführen. Für senkrechten Einfall des Laserstrahls stellt dies kein Problem dar. Im Fall der erfindungsgemäß vorgesehenen schrägen Schnittkanten und mehreren Überfahrten bei veränderter Fokustiefe hingegen liegen die Mikrokanäle nicht mehr kollinear hintereinander, sondern je nach Einfallswinkel und Fokuslage versetzt. Dieser Versatz kann mehrere 10 Mikrometer betragen. Dadurch ist eine Abtrennung erheblich erschwert oder es kommt zu einem unerwünschten Verlauf der Bruchkante.
Es ist daher auch Gegenstand der Erfindung, einen Algorithmus zur Kompensation des lateralen Versatzes als Funktion des Einfallswinkels, der Fokuslage und des zu bearbeitenden Materials anzugeben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Versatz also kompensiert, so dass die filamentartigen Schädigungen in verschiedenen Tiefen erzeugt werden und deren Längsrichtungen in einer gemeinsamen Fläche liegen. Diese zunächst nur gedachte Fläche bildet nach dem Abtrennen die Bruchkante. Die Kompensation bewirkt dabei, dass die Auftreffpunkte je nach Tiefe der filamentartigen Schädigung 6 einen unterschiedlichen Abstand zur Trennlinie 4 aufweisen.
Startet man den mehrlagigen Trennprozess in der größten Tiefe, können bereits – je nach Eigenschaften des Glases bzgl. der nichtlinearen Wechselwirkung mit der einfallenden ultrakurzen Laserstrahlung – Modifikationen des Materials (z.B. Änderung der Brechzahl) in geringeren Tiefen auftreten, die zu einer geringfügigen Ablenkung des Laserstrahls führen, so dass keine gemeinsame, verbindende Fläche nach den einzelnen Überfahrten entsteht. Daher ist in der Regel ein geringer, definierter Versatz sogar erstrebenswert. Dieser Versatz liegt bevorzugt im Bereich von einigen Mikrometern bis max. 50 µm.
Dabei werden die Einfallswinkel bezogen auf die Flächennormale der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2, den Brechungsindex des Glas- oder Glaskeramikelements 2, die Fokustiefe und den lateralen Versatz so aufeinander abgestimmt, dass sich eine kollineare Mikrokanalbildung ergibt, beziehungsweise, dass die in verschiedenen Tiefen erzeugten filamentförmigen Schädigungen auf einer gemeinsamen Trennfläche liegen. Insbesondere kann dazu gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die laterale Position des Auftreffpunkts 80 der Laserpulse abhängig von der Fokustiefe korrigiert werden. Die laterale Position ist dabei insbesondere die Position in Richtung des Schnitts der Lichteinfallsebene 82 mit der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements. Die laterale Position kann weiterhin auch als Abstand zur Trennlinie 4 ausgedrückt werden.
Allgemein werden gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Auftreffpunkte 80 der Laserpulse 8 auf das Glas- oder Glaskeramikelement 2 über dessen Oberfläche 20 in Richtung entlang der Trennlinie 4 mindestens zweimal, also in mindestens zwei Überfahrten bewegt, wobei bei jeder Überfahrt die Fokustiefe variiert wird, um in unterschiedlichen Tiefen im Glas- oder Glaskeramikelement 2 filamentförmige Schädigungen 6 einzufügen.
Bei den Überfahrten werden dann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch Neigungswinkel und/oder lateraler Versatz des Laserstrahls so angepasst, dass die erzeugten Mikrokanäle (Perforationskanäle), beziehungsweise filamentförmigen Schädigungen 6 in ihrer Längsrichtung ohne seitlichen Versatz in Strahlrichtung kollinear angeordnet sind. Mit der kollinearen, beziehungsweise versatzfreien Anordnung der filamentförmigen Schädigungen wird auf diese Weise eine versatzfreie Trennfläche hergestellt.
3 zeigt in schematischer Schnittdarstellung, wie die Laserpulse 8 im Glas- oder Glaskeramikelement 2 gebrochen werden. Wie anhand der Darstellung ersichtlich, ist bei einem Lichteinfallswinkel α der Laserpuls 8 in einer Tiefe d gegenüber dem Auftreffpunkt 80 lateral um eine Strecke ∆ versetzt. Aufgrund der Brechung gilt für den Winkel β zur Oberflächennormalen 21 im Inneren des Glas- oder Glaskeramikartikels 2 die Beziehung sinβ = (1/n)·sinα, wobei n der Brechungsindex des Materials des Glas- oder Glaskeramikelements 2 ist. Für den Versatz ∆ in einer Tiefe d folgt: ∆ = d·tanβ., beziehungsweise ∆ = d·tan(arcsin((1/n)·sinα)).
Wird nun die Fokustiefe um eine Strecke d variiert, und ändert sich durch die geänderte Fokustiefe auch der Einfallswinkel α, so kann gemäß der oben angegebenen Beziehung der gewünschte Versatz ∆ durch eine laterale Verschiebung des Auftreffpunkts 80 hergestellt werden.
In 4 ist zur Erläuterung der Scanner mit Fokussiereinrichtung zweimal in verschiedenem Abstand zum Glas- oder Glaskeramikelement 2 eingezeichnet. Durch den unterschiedlichen Abstand ergeben sich unterschiedliche Fokustiefen. Wird jeweils eine Überfahrt der Auftreffpunkte entlang der Trennlinie 4 mit den verschiedenen Abständen und damit verschiedenen Fokustiefen vorgenommen, so liegen auch die filamentförmigen Schädigungen 6 entsprechend in unterschiedlichen Tiefen. Wird, wie dargestellt, nur der Abstand geändert, so bleibt der Einfallswinkel α bei den Überfahrten im Wesentlichen gleich. Wie ersichtlich, verläuft bei der in gestrichelten Linien eingezeichneten, näher zum Glas- oder Glaskeramikelement hin versetzten Position der Fokussierungseinrichtung 13 aber der Laserstrahl nicht mehr kollinear zu dem Laserstrahl in der höheren, in durchgezogenen Linien gezeichneten Position der Fokussierungseinrichtung 13.
Damit die Laserpulse 8 kollinear im Glas- oder Glaskeramikelement 2 verlaufen und damit auch die jeweils in verschiedenen Tiefen eingefügten filamentförmigen Schädigungen 6 hintereinander ohne seitlichen Versatz liegen, wird auch die laterale Position des Auftreffpunkts 80 um eine Strecke V geändert. Wie aus 4 ersichtlich, wird bei gegebenem Einfallswinkel und einer Erhöhung der Fokustiefe um einen Betrag d der Auftreffpunkt 80 des Laserpulses um eine Strecke V verschoben. Zwischen dem Versatz, beziehungsweise der Verschiebung V, senkrecht zur Trennlinie, der vertikalen Verschiebung d des Fokus und dem Einfallswinkel α gilt dabei die Beziehung: ∆/d = tanα. Die Korrektur um den Versatz V führt hier dazu, dass die Auftreffpunkte 80 bei den verschiedenen Überfahrten auf einer Linie liegen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird also die Trennlinie 4 zumindest zweimal abgefahren und bei einer Überfahrt die Fokustiefe gegenüber einer vorherigen Überfahrt variiert, wobei die Position des Auftreffpunkts 80 abhängig von der Fokustiefe so verschoben wird, dass die Fokuspunkte bei den Überfahrten auf einer Linie liegen.
Insbesondere erfolgt eine Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung senkrecht zur Trennlinie gemäß der oben angegebenen Beziehung um einen Betrag V = d·tanα.
Bedingt durch die erfindungsgemäße Bearbeitung ergeben sich auch am erfindungsgemäß bearbeiteten Glas- oder Glaskeramikartikel 2 einige Besonderheiten: Ist das Teil 3 abgetrennt, so weist das Teil 3 eine schräge Randfläche oder Kantenfläche auf, die durch die Bruchfläche beim Abtrennen entsteht.
Da der Bruch entlang der filamentförmigen Schädigungen 6 erfolgt, sind diese Schädigungen 6 auch in der Oberfläche der abgeschrägten Kantenfläche vorhanden. Das verbleibende Teil, aus welchem das Teil 3 abgetrennt wurde, weist ebenfalls eine solche geneigte oder abgeschrägte Kantenfläche mit an deren Oberfläche vorhandenen filamentförmigen Schädigungen auf.
5 zeigt dazu ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäß herstellbaren platten- oder scheibenförmigen Glas- oder Glaskeramikelements 2.
Die Erfindung ist zwar auch auf geradlinige Trennungslinien anwendbar, aber wie oben erläutert ergeben sich die besonderen Vorteile insbesondere bei gebogenen oder polygonalen Trennlinien. Für die Kantenfläche des erfindungsgemäß bearbeiteten Glas- oder Glaskeramikartikels 2 gilt dabei vorzugsweise, dass diese eine geschlossene, umlaufende Fläche ist, oder Anfangs- und Endabschnitt der Kantenfläche einen Winkel von wenigstens 75°, vorzugsweise wenigstens 85° einschließen. Die Kantenfläche 24 grenzt an den Kanten 27, 28 an den Seitenflächen 25, 26 an.
Das in 5 gezeigte Beispiel stellt einen besonders bevorzugten Anwendungsfall dar, bei welchem durch Abtrennen eines Teils entlang einer geschlossenen Trennlinie ein Fenster, beziehungsweise eine Öffnung 23 im Glas- oder Glaskeramikelement 2 hergestellt wurde. Demgemäß wird die Öffnung durch eine umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt.
Die filamentförmigen Schädigungen 6 verlaufen weiterhin in Richtung quer, vorzugsweise senkrecht zu den Kanten zwischen Kantenfläche 24 und den beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 25, 26. Da die Abtrennung der Glasteile ausgehend von den filamentförmigen Schädigungen 6 erfolgt, liegen diese im Idealfall jeweils zur Hälfte in den jeweiligen Kantenflächen der durch Abtrennen hergestellten Glasteile. Jedenfalls bilden die filamentförmigen Schädigungen 6 Vertiefungen in der Kantenfläche 24.
Wie anhand von 5 ersichtlich, müssen bei einem erfindungsgemäßen Glas- oder Glaskeramikelement 2 nicht alle Kantenflächen wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Wird beispielsweise eine Innenkontur, beziehungsweise eine Öffnung 23 herausgearbeitet, so weist diese dann eine Kantenfläche 24 zusätzlich zur bereits vorher vorhandenen äußeren Kantenfläche auf.
Unabhängig von der speziellen Ausbildung des in 5 gezeigten Beispiels, auch unabhängig davon, ob die Kantenfläche 24 eine Außenkante, oder wie dargestellt, eine Innenkante einer Öffnung ist, bleibt die Neigungsrichtung entlang der Kanten gleich. Fährt man also eine der Kanten ab, so ist die Kantenfläche entlang dieser Kante entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn geneigt. Damit geht einher, dass auch die Gefällerichtung der Kantenfläche 24 immer auf die gleiche Kante 27 oder 28 weist. Im Falle einer durch die Kantenfläche 24 begrenzten Öffnung 23 im Glas- oder Glaskeramikelement führt dies dazu, dass eine der Kanten 27, 28 (im dargestellten Beispiel die Kante 28) weiter als die andere Kante in die Öffnung hineinragt. Bildet die Kantenfläche 24 einen äußeren Rand des Glas- oder Glaskeramikelements 2, so ragt dementsprechend umgekehrt eine der Kanten 27, 28 weiter heraus.
Ohne Beschränkung auf das spezielle in 5 dargestellte Beispiel ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement 2 herstellbar, umfassend zwei gegenüberliegende Seitenflächen 25, 26, sowie eine diese beiden Seitenflächen 25, 26 verbindende, besonders bevorzugt umlaufende Kantenfläche 24, wobei in der Kantenfläche 24 nebeneinander verlaufende filamentförmige Schädigungen 6 vorhanden sind, die Vertiefungen in der Kantenfläche 24 bilden, wobei die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen 6 in Richtung von einer zur anderen Kante 27, 28, welche den Übergang zwischen der Kantenfläche 24 und den Seitenflächen 25, 26 bilden, vorzugsweise senkrecht zu den Kanten 27, 28, verläuft, und wobei die Kantenfläche 24 schräg zu den Seitenflächen 25, 26 liegt, und wobei die Richtung der Neigung der Kantenfläche 24 gegenüber den Seitenflächen 25, 26 in Richtung entlang einer Kante 27, 28 gleich bleibt. Zwar bleibt die Richtung der Neigung gleich, nicht aber notwendigerweise der Neigungswinkel. Vorzugsweise weist das Glas- oder Glaskeramikelement 2 eine Öffnung 23 auf, welche die umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt ist.
Im Falle einer Öffnung 23 führt diese Abschrägung dazu, dass sich die Öffnung 23 allgemein zu einer der Seitenflächen 25, 26 hin verjüngt. Auch im umgekehrten Fall, dass die Kantenfläche 24 eine Außenkante bildet, führt die Neigung, beziehungsweise Abschrägung dazu, dass sich das Glas- oder Glaskeramikelement von einer zur anderen Seitenfläche hin verjüngt.
Wie bereits oben ausgeführt, liegt der Lichteinfallswinkel vorzugsweise im Bereich von 3° bis 30°, besonders bevorzugt im Bereich von 3° bis 15°. Vorzugsweise ist der Lichteinfallswinkel auch mindestes 5°, um eine hinreichend schräge Kantenfläche 24 zu erhalten. Durch die Brechung an der Oberfläche 20 des Glas- oder Glaskeramikelements 2 zum Lot hin wird dieser Winkel, welcher dann die Neigung der Kantenfläche 24 bestimmt, etwas kleiner. Vorzugsweise wird aber auch für die Kantenfläche 24 eine Neigung gegenüber dem Lot, beziehungsweise der Normalen 21 der Oberfläche 20 oder einer der Seitenflächen 25, 26 von mindestens 3°, besonders vorzugsweise von mindestens 5° vorgesehen. Der Neigungswinkel beträgt weiterhin vorzugsweise maximal 25°, besonders bevorzugt maximal 15°.
Die Breite der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten filamentförmigen Schädigungen beträgt typischerweise weniger als 20 µm. Vorzugsweise ist die Breite sogar kleiner als 10 µm. Damit geht einher, dass typischerweise auch die Tiefe der durch die filamentförmigen Schädigungen 6 in der Kantenfläche gebildeten Vertiefungen kleiner als 20 µm, vorzugsweise kleiner als 10 µm ist. Die Länge der filamentförmigen Schädigungen beträgt dabei wie bereits oben ausgeführt im Allgemeinen mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometer.
Die spezielle Ausbildung der Kantenfläche 24 ist nicht nur für das Abtrennen des zu entfernenden Teils vom Glas- oder Glaskeramikelement 2 entlang einer gewinkelt oder gebogen verlaufenden Trennlinie günstig. Vielmehr ergeben sich auch besondere Vorteile für die Weiterverarbeitung des Glas- oder Glaskeramikelements 2. Die allseits schräg verlaufende, beziehungsweise geneigte Kantenfläche 24 erleichtert im Falle einer Öffnung das genaue Einpassen von Teilen, wie etwa von elektrischen oder elektronischen Bauelementen. Die als Vertiefungen in der Kantenfläche 24 vorhandenen filamentförmigen Schädigungen 6 ermöglichen dann außerdem eine gute Verankerung des Teils, beispielsweise durch Kleben. 6 zeigt dazu ein Beispiel eines im Querschnitt dargestellten Glas- oder Glaskeramikelements 2 mit einem in eine erfindungsgemäß hergestellte Öffnung 23 eingesetzten Druckschalter 15. Durch die allseits abgeschrägte Kantenfläche 24 der Öffnung 23 verjüngt sich wie auch bei dem in 5 gezeigten Beispiel die Öffnung 23 zur Seitenfläche 26 hin. Bildet die Seitenfläche 25 die Bedienseite, von welcher aus der Schalter 15 für einen Benutzer zugänglich ist, so führt die sich verjüngende Form der Öffnung 23 dazu, dass der Schalter 15 fest in der Öffnung verankert ist und auch bei hohem Druck auf den Schalter 15 dieser nicht durch die Öffnung 24 gedrückt werden kann. Wird der Schalter 15 eingeklebt, so kann der Klebstoff in die in 6 der Einfachheit halber nicht dargestellten Vertiefungen 6 eindringen und so die Verankerung des in die Öffnung 23 eingesetzten Teils, also beispielsweise eines Schalters 15 oder auch eines elektrischen Anzeigeelements verbessern.
Allgemein ist gemäß einer Weiterbildung daher vorgesehen, dass zumindest eine Öffnung 23 vorgesehen ist, welche durch die Kantenfläche 24 begrenzt wird, wobei in der Öffnung 23 zumindest ein elektrisches oder elektronisches Element, vorzugsweise ein Bedienelement, wie etwa der Schalter 15 und/oder ein elektrisches Anzeigeelement verankert ist. Die Verankerung kann wie gesagt beispielsweise durch eine Verklebung erreicht werden. Ein Schalter 15 und ein Anzeigeelement können selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden, beispielsweise in Form eines beleuchteten Druckschalters 15.
Darüber hinaus ist es möglich, das Verfahren so zu modifizieren, dass durch den Versatz von Überfahrt zu Überfahrt eine gestufte, gewissermassen „tortenartige“ Schichtung auftritt, die ebenfalls dazu beiträgt, das Auslösen des innenliegenden, allseitig umrandeten Glasteils zu erleichtern. Eine derartige tortenartige oder gestufte Schichtung ist in 7 gezeigt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, nebeneinander entlang einer von der Trennlinie um mindestens 5 und höchstens 50, vorzugsweise höchstens 40, besonders bevorzugt höchstens 30 Mikrometer beabstandeten Versatzlinie filamentförmige Schädigungen im Volumen des Glaselements zu erzeugen, deren Projektion auf die Längsrichtung der entlang der Trennlinie erzeugten filamentförmigen Schädigungen eine Überlappung mit den entlang der Trennlinie erzeugten filamentförmigen Schädigungen von weniger als 200, vorzugsweise weniger als 100, vorzugsweise weniger als 50 Mikrometer aufweisen.
Ferner können in analoger Weise entlang einer zweiten Versatzlinie, welche von der ersten Versatzlinie beabstandet ist, filamentförmige Schädigungen im Volumen des Glaselements erzeugt werden.
7 zeigt ein Glas- oder Glaskeramikelement 2 mit einer Oberfläche 20. Schräg zur Oberfläche 20 wurde ein Laserstrahl eingestrahlt, der im Inneren des Glas- oder Glaskeramikelementes 2 filamentartige Störungen 6, 6', 6'' erzeugt hat. Dabei wird die Kontur des herauszulösenden Teils mehrfach mit dem Laserstrahl abgefahren, wobei dieser jeweils in verschiedenen Tiefen fokussiert wird. Gleichzeitig wird der Laserstrahl lateral versetzt. Die dabei entlang der jeweiligen Pfade erzeugten Störungen 6, 6', 6'' sind dadurch stufenartig angeordnet. Die Störungen 6'' entsprechen der am tiefsten liegenden Stufe. Die Störungen 6' befinden sich auf der nächst höheren Stufe, der wiederum die Stufe folgt, auf der die Störungen 6 liegen. Die einzelnen durch die schräge Einstrahlung schräg zu den Seitenflächen 25, 26 verlaufenden Stufen 6, 6’, 6’’ werden bevorzugt von unten nach oben eingebracht, d.h. dass der Laserstrahl während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich des Glaselementes 2 von innen nach außen geführt wird. Die Stufen 6, 6’, 6’’ gehen durch Absätze 60, 61 ineinander über.
Die Steigung an diesen Stufen ist außerdem, wie auch in 7 zu erkennen ist, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens höher als die mittlere Steigung der Kantenfläche 24. Die Stufen ragen von einer Seitenfläche zur gegenüberliegenden Seitenfläche sukzessive weiter heraus oder herein, je nachdem, von welcher der Seitenflächen man ausgeht.
Diese gestufte Einfügung von filamentförmigen Störungen ist besonders für dickere Glas- oder Glaskeramikelemente geeignet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass eine solche gestufte Kantenfläche in einem Glas- oder Glaskeramikelement mit einer Dicke von mindestens 10 Millimetern vorhanden ist, beziehungsweise in ein solches Element eingefügt wird.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erläuterten Beispiele beschränkt ist, sondern die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung auch miteinander kombiniert werden können. So kann beispielsweise eine Öffnung 23 hergestellt werden, welche nicht durch eine vollständig umlaufende Kantenfläche 24 begrenzt wird. Ebenso kann eine solche Öffnung auch am Rand des Glas- oder Glaskeramikelements 2 vorhanden sein, so dass die abgeschrägte Kantenfläche 24 in den Rand des Elements übergeht, beziehungsweise die Öffnung 23 seitlich offen ist und damit die Gestalt einer Einbuchtung am Rand des Glas- oder Glaskeramikelements aufweist. Weiterhin ist das Ausführungsbeispiel der 5 mit nur einer sich entlang der Kantenfläche 24 erstreckenden Reihe von filamentförmigen Schädigungen 6 dargestellt. Wie oben erläutert, können aber insbesondere bei dickeren Glas- oder Glaskeramikelementen 2 die Schädigungen in verschiedenen Tiefen durch entsprechende Fokussierung hergestellt werden. Damit ergeben sich zwei oder mehr solcher Reihen nebeneinander liegender filamentförmiger Schädigungen 6, wobei die Reihen übereinander auf der Kantenfläche 24, also in jeweils unterschiedlichem Abstand zu einer der Kanten 27, 28 liegen.
Bezugszeichenliste

1: Laserbearbeitungsvorrichtung
2: Glas- oder Glaskeramikelement
3: von 2 abzutrennendes oder abgetrenntes Teil
4: Trennlinie
6: filamentförmige Schädigung
8: Laserpuls
10: Ultrakurzpulslaser
11: Scanner
13: Fokussiereinrichtung
15: Druckschalter
20: Oberfläche von 2
21: Normale zu 20
23: Öffnung
24: Kantenfläche
25, 26: Seitenflächen
27, 28: Kante
60, 61: Absätze
80: Auftreffpunkt eines Laserpulses 8 auf Oberfläche 20
82: Lichteinfallsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/006736 A2 [0002, 0009]
DE 102012110971 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Abtrennen von Teilen (3) aus Glas- oder Glaskeramikelementen (2) bei welchem – nebeneinander entlang einer Trennlinie (4) filamentförmige Schädigungen (6) im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements (2) erzeugt werden, und – die Schädigungen durch Laserpulse (8) eines Ultrakurzpulslasers (10) erzeugt werden, wobei das Material des Glas- oder Glaskeramikelements (2) für die Laserpulse (8) transparent ist, und – die Laserpulse (8) im Volumen des Glas- oder Glaskeramikelements (2) ein Plasma erzeugen, welches die filamentförmigen Schädigungen (6) hervorruft, wobei – die Auftreffpunkte (80) der Laserpulse (8) auf das Glas- oder Glaskeramikelement (2) über dessen Oberfläche (20) entlang der Trennlinie bewegt werden, wobei – die Laserpulse (8) schräg auf die Oberfläche (20) des Glas- oder Glaskeramikelement (2) gerichtet werden, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse (8) und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen (6) schräg zur Oberfläche (20) verlaufen und außerdem – die Trennlinie (4) schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene (82) verläuft, und wobei – nach dem Einfügen der schräg zur Oberfläche (20) verlaufenden, nebeneinander entlang der Trennlinie (4) angeordneten filamentförmigen Schädigungen (6) ein Teil (3) vom Glas- oder Glaskeramikelement (2) entlang der Trennlinie (4) an den nebeneinander liegenden filamentförmigen Schädigungen (6) abgetrennt werden.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch. dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse mit einer Repetitionsrate kleiner 400 kHz, bevorzugt kleiner 350 kHz, besonders bevorzugt kleiner 300 kHz abgegeben werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Laserpulse im Glas- oder Glaskeramikelement deponierte Energie über 80 µJ, bevorzugt über 100 µJ, besonders bevorzugt über 150 µJ beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichteinfallsrichtung der Laserpulse und der Oberflächennormalen (21) der Oberfläche (20) des Glas- oder Glaskeramikelements ein Winkel im Bereich von 3° bis 30°, vorzugsweise 3° bis 15°, vorzugsweise mindestens 5° eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Laserpulsen filamentförmige Schädigungen (6) mit eine Länge von mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometer erzeugt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (10) im Burst-Modus betrieben wird, wobei vom Laser (10) Pulspakete abgegeben werden und wobei jedes dieser Pulspakete jeweils eine der filamentförmigen Schädigungen (6) erzeugt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffpunkte (80) der Laserpulse (8) auf dem Glas- oder Glaskeramikelement (2) über dessen Oberfläche (20) in Richtung entlang der Trennlinie (4) mindestens zweimal bewegt werden, wobei bei jeder Überfahrt die Fokustiefe variiert wird, um in unterschiedlichen Tiefen im Glas- oder Glaskeramikelement (2) filamentförmige Schädigungen (6) einzufügen.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei den zumindest zwei Überfahrten Neigungswinkel und/oder lateraler Versatz des Laserstrahls so angepasst werden, dass die erzeugten filamentförmigen Schädigungen (6) in ihrer Längsrichtung ohne wesentlichen seitlichen Versatz in Strahlrichtung kollinear angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Versatz des Laserstrahls im Bereich von 5 bis 50 µm liegt.
Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (4) zumindest zweimal abgefahren und bei einer Überfahrt die Fokustiefe gegenüber einer vorherigen Überfahrt variiert wird, wobei die Position des Auftreffpunkts (80) abhängig von der Fokustiefe so verschoben wird, dass die Fokuspunkte (80) bei den Überfahrten auf einer Linie liegen, wobei insbesondere eine Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung senkrecht zur Trennlinie um einen Betrag V = d·tanα vorgenommen wird, wobei d die Änderung der Fokustiefe, α den Lichteinfallswinkel und V die Verschiebung der Position des Auftreffpunkts bezeichnen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Versatz von Überfahrt zu Überfahrt eine gestufte Schichtung der filamentartigen Störungen erzeugt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zum Vorbereiten eines Abtrennens eines Teils (3) aus einem Glas- oder Glaskeramikelement (2), umfassend: – einen Ultrakurzpulslaser (10), dessen Pulsleistung ausreicht, um durch in Glas oder Glaskeramik fokussierte Laserpulse (8) filamentförmige Schädigungen (6) innerhalb des Glases oder der Glaskeramik zu erzeugen, – eine Halterung für ein Glas- oder Glaskeramikelement (2), – eine Fokussierungseinrichtung (13), um vom Ultrakurzpulslaser (10) erzeugte Laserpulse (8) in einem mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelement (2) zu fokussieren, sowie – eine Einrichtung, um (i) die Laserpulse schräg auf die Oberfläche (20) eines mit der Halterung gehalterten Glas- oder Glaskeramikelements (2) zu richten, so dass die Lichtausbreitungsrichtung der Laserpulse (8) und damit auch die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen (6) schräg zur Oberfläche (20) verlaufen, sowie, um (ii) die Auftreffpunkte (80) der vom Ultrakurzpulslaser (10) erzeugbaren Laserpulse (8) über die Oberfläche des Glas- oder Glaskeramikelements (2) entlang einer Trennlinie (4) zu bewegen, derart, dass die Trennlinie (4) schräg, vorzugsweise senkrecht zur Lichteinfallsebene (82) verläuft und die filamentförmigen Schädigungen (6) nebeneinander liegend entlang der Trennlinie (4) erzeugt werden.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrakurzpulslaser (10) eine Repetitionsrate kleiner 400 kHz, bevorzugt kleiner 350 kHz, besonders bevorzugt 300 kHz aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ultrakurzpulslaser (10) im Glas- oder Glaskeramikelement eine Energie von mehr 80 µJ, bevorzugt mehr als 100 µJ, besonders bevorzugt mehr als 150 µJ deponiert wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (13), welche eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse (8) beim Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement (2) auszugleichen.
Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (13), welche eingerichtet ist, eine astigmatische Verformung des Strahlprofils der Laserpulse (8) beim Eintritt in das Glas- oder Glaskeramikelement (2) auszugleichen.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend zwei gegenüberliegende Seitenflächen (25, 26), sowie eine diese beiden Seitenflächen (25, 26) verbindende Kantenfläche (24), wobei in der Kantenfläche (24) nebeneinander verlaufende filamentförmige Schädigungen (6) vorhanden sind, die Vertiefungen in der Kantenfläche (24) bilden, wobei die Längsrichtung der filamentförmigen Schädigungen (6) in Richtung von einer zur anderen Kante (27, 28), welche den Übergang zwischen der Kantenfläche (24) und den Seitenflächen (25, 26) bilden, verläuft, und wobei die Kantenfläche (24) schräg zu den Seitenflächen (25, 26) liegt, und wobei die Richtung der Neigung der Kantenfläche (24) gegenüber den Seitenflächen (25, 26) in Richtung entlang einer Kante (27, 28) gleich bleibt.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine umlaufende Kantenfläche (24) mit filamentförmigen Schädigungen (6).
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Öffnung (23) im Glas- oder Glaskeramikelement (2), welche durch die umlaufende Kantenfläche (24) begrenzt ist.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, mit zumindest einer Öffnung (23), welche durch die Kantenfläche 24 begrenzt wird, wobei in der Öffnung (23) zumindest ein elektrisches oder elektronisches Element, vorzugsweise ein Bedienelement oder ein elektrisches Anzeigeelement verankert, vorzugsweise mittels einer Verklebung verankert ist.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, gekennzeichnet durch filamentförmige Schädigungen (6) mit eine Länge von mindestens 200 Mikrometern, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometern.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Kantenfläche (24) gegenüber der Normalen (21) einer der Seitenflächen (25, 26) mindestens 3°, vorzugsweise mindestens 5° und maximal 25°, bevorzugt maximal 15° beträgt.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement (2) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der durch die filamentförmigen Schädigungen (6) in der Kantenfläche (24) gebildeten Vertiefungen kleiner als 20 µm, vorzugsweise kleiner als 10 µm ist und/oder die Länge der filamentförmigen Schädigungen (6) mindestens 200 Mikrometer, vorzugsweise mindestens 500 Mikrometer beträgt.
Scheibenförmiges Glas- oder Glaskeramikelement, herstellbar mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine gestufte Schichtung der filamentartigen Störungen.