DE102018100299A1

DE102018100299A1 - Strukturiertes plattenförmiges Glaselement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102018100299A1
Application number: DE102018100299.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ortner; Andreas Roters; Frank-Thomas Lentes; Lutz Parthier; Markus Heiss-Chouquet; Ulrich Peuchert; Fabian Wagner; Florian Resch; Laura Brückbauer; Matthias Jotz; Vanessa Hiller
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-08-02
Also published as: US11091383B2; US12017943B2; CN108358461A; JP6636064B2; CN108358461B; JP2018123048A; KR20180088599A; US20210340050A1; US20180215647A1; KR102115651B1; US20210340051A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glaselement mit feinen Strukturen bereitzustellen, die sich zwischen den Seitenflächen des Glaselements erstrecken, dabei aber die Festigkeit möglichst wenig mindern. Dazu ist ein plattenförmiges Glaselement (1) mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (2, 3), sowie einen die beiden Seitenflächen (2, 3) verbindenden und in die Seitenflächen mündenden, in das Glas des Glaselements (1) eingefügten Kanal (5) mit abgerundeter Wandung (54) und einer Querabmessung von kleiner als 100 µm vorgesehen, dessen Längsrichtung (51) quer zu den Seitenflächen (2, 3) verläuft, wobei die Wandung (54) des Kanals eine Vielzahl von abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Strukturieren von Gläsern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein laserbasiertes Verfahren zum Strukturieren von Glas, sowie die damit herstellbaren Glaselemente.
Die präzise Strukturierung von transparenten, opaken und undurchsichtigen Gläsern ist in vielen Anwendungsbereichen von großem Interesse. Dabei werden Genauigkeiten im Bereich von wenigen Mikrometern benötigt. Die Strukturierung bezieht sich auf Löcher (rund und eckig), Kavitäten, Kanäle bzw. beliebigen Freiformen. Um in einen weiten Anwendungsbereich eingesetzt zu werden, sollte die Bearbeitung keine Beschädigung, Reste oder Spannungen im Randbereich bzw. Volumen des Substrats hinterlassen. Des Weiteren soll das Verfahren einen möglichst effizienten Fertigungsprozess erlauben. Für die Herstellung von Löchern können verschiedene Verfahren angewendet werden. Neben dem Sandstrahlen durch entsprechende Masken ist das Ultraschallschwingläppen ein etabliertes Verfahren. Beide Methoden sind aber hinsichtlich ihrer Skalierung auf kleine Strukturen begrenzt, die typischerweise bei Ultraschallschwingläppen bei ca. 400µm und beim Sandstrahlen bei minimal 100µm liegen. Aufgrund des mechanischen Abtrags werden beim Sandstrahlen Spannungen im Glas verbunden mit Abplatzungen am Lochrandbereich erzeugt. Für das Strukturieren von dünnen Gläsern sind beide Verfahren grundsätzlich nicht anwendbar.
In der letzten Zeit wurde eine Vielzahl von Laserquellen für die Strukturierung von verschiedenen Materialien eingesetzt. Dabei wurden fast alle bekannten Laserquellen eingesetzt, wie CO₂- oder CO-Laser, diodengepumpte ns-, ps,- und fs-Festkörperlaser mit infraroter (z.B.1064nm), grüner (532 nm) und UV (365nm) Wellenlänge. Auch Eximer-Laser, die mit extrem kurzen Wellenlängen arbeiten (z.B. 193nm, 248nm) werden für die Bearbeitung eingesetzt. Besonders anspruchsvoll ist die Bearbeitung von Gläsern, da diese generell über eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Bruchempfindlichkeit verfügen. Alle Laserablationsverfahren führen daher zu einer mehr oder weniger starken thermischen Belastung bzw. Wärmeeintrag, der mit kürzeren Wellenlängen und kürzeren Pulslängen zwar abnimmt aber immer noch zu zum Teil kritischen Spannungen bis hin zu Mikrorissen und Verformungen im Randbereich der Löcher führt. Gleichzeitig werden mit diesem Verfahren noch deutlich messbare Rauigkeiten an den Lochwänden erzeugt, da alle Laserverfahren clusterähnlich ablatieren, d.h. die jeweilige Clustergröße bestimmt die Restrauigkeit der Wände.
Um kleinste Strukturen in Oberflächen herzustellen, wird das Verfahren der Laserablation eingesetzt. Nachteilig ist hierbei, dass tiefreichende Strukturen nur mit mehrfachem Überstreichen des zu bearbeitenden Werkstücks zu erzielen sind. Entsprechend langsam ist die Bearbeitungsdauer. Das Verfahren eignet sich daher nur bedingt zum Einsatz in einer industriellen Fertigung. Dies gilt insbesondere dann, wenn in Gläsern durchgehende Öffnungen oder allgemein Strukturen, die sich von einer Seitenfläche zur gegenüberliegenden Seitenfläche erstrecken, einzufügen sind. Auch weisen die Wandungen solcher Strukturen, wie etwa von Gräben, eine Neigung auf, sind also nicht senkrecht.
Ein weiteres Problem besteht speziell bei der Strukturierung von Gläsern als sprödharten Werkstoffen darin, dass die eingefügten Strukturen die Festigkeit unter Biegebelastung erheblich mindern können. Dies gilt insbesondere dann, wenn die eingefügten Strukturen Bestandteil einer Kante oder einer durch das Glas hindurchgehenden Öffnung bilden.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Glaselement mit feinen Strukturen bereitzustellen, die sich zwischen den Seitenflächen des Glaselements erstrecken, dabei aber die Festigkeit möglichst wenig mindern oder sogar erhöhen. 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, beziehungsweise scheibenförmiges Glaselement mit zwei gegenüberliegenden, im Allgemeinen parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen, sowie einen die beiden Seitenflächen verbindenden und in die Seitenflächen mündenden, in das Glas des Glaselements eingefügten Kanal mit abgerundeter Wandung und einer Querabmessung von kleiner als 100 µm, vorzugsweise kleiner als 70 µm vor. Die Längsrichtung des Kanals verläuft quer zu den Seitenflächen. Dabei weist die Wandung des Kanals eine Vielzahl von abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen auf. Die Längsrichtung des Kanals verläuft besonders bevorzugt senkrecht zu den Seitenflächen, beziehungsweise dementsprechend parallel zu den Flächennormalen der Seitenflächen. Der Kanal mündet in die Seitenflächen.
Ein solches Glaselement wird mit einem laserbasierten Verfahren hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des plattenförmigen Glaselements basiert darauf, dass

- der Laserstrahl eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Seitenflächen des Glaselements gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement konzentriert wird, wobei
- durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls eine filamentförmige Schädigung im Volumen des Glaselements erzeugt wird, deren Längsrichtung quer zur Seitenfläche, insbesondere senkrecht zur Seitenfläche verläuft und zur Erzeugung einer filamentförmigen Schädigung
- der Ultrakurzpulslaser einen Puls oder ein Pulspaket mit mindestens zwei aufeinander folgenden Laserpulsen einstrahlt, und wobei nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigung
- das Glaselement einem Ätzmedium ausgesetzt wird, welches Glas des Glaselements mit einer Abtragsrate von kleiner als 15µm bevorzugt kleiner als 10µm besonders bevorzugt kleiner 8 µm pro Stunde abträgt und
- die filamentförmige Schädigung zu einem Kanal aufweitet, der folglich mit seiner Längsrichtung in Richtung der Längsrichtung der filamentförmigen Schädigung liegt und
- in der Wandung des Kanals abgerundete, kalottenförmige Vertiefungen einfügt.

Die Pulsenergie der Einzelpulse wird so gewählt, dass diese unter der Ablationsschwelle des Glases liegt, so dass das Laserlicht in das Glas eindringen kann und die Laserenergie nicht durch den Ablationsprozess bereits an der Oberfläche aufgebraucht wird.
Die besondere Strukturierung der Mantelfläche der Kanäle mit kalottenförmigen Vertiefungen bringt mehrere Vorteile. Zunächst einmal stellen die abgerundeten Strukturen eine besonders günstige Form dar, um an der Oberfläche auftretende Zugspannungen bis zu den tiefsten Punkten der Oberfläche, nämlich den tiefsten Punkten der Kalotten, abzubauen. Damit wird das Risswachstum an möglichen Defekten der Oberfläche wirksam unterdrückt.
Durch das Einfügen der Kanäle können, wenn diese nebeneinander hergestellt werden, insbesondere auch Teile vom Glaselement 1 abgetrennt und damit Kanten, insbesondere auch Innenkanten von Öffnungen erzeugt werden. Solche Öffnungen weisen bevorzugt eine Querabmessung von mindestens 200 µm, besonders bevorzugt von mindestens 300 µm auf.
Die kalottenförmigen Vertiefungen bilden sich insbesondere aus, wenn ein langsamer Ätzprozess durchgeführt wird. Daher ist die oben genannte geringe Ätzrate von kleiner als 15 µm pro Stunde vorgesehen. Weiterhin werden die kalottenförmigen Vertiefungen vermutlich durch Strukturen verursacht, die beim Einfügen der filamentförmigen Schädigungen auftreten. Der Burst-Modus mit der Einstrahlung eines Pulspakets wird dabei besonders bevorzugt, um langgestreckte, gleichmäßige Schädigungen zu erzielen.
Als Ätzmedium wird eine Ätzlösung besonders bevorzugt. Das Ätzen wird gemäß dieser Ausführungsform also nasschemisch durchgeführt. Dies ist günstig, um während des Ätzens Glasbestandteile von der Oberfläche zu entfernen. Als Ätzlösungen können sowohl saure, als auch alkalische Lösungen verwendet werden. Als saure Ätzmedien sind insbesondere HF, HCl, H₂SO₄, Amoniumbifluorid, HNO₃-Lösungen oder Mischungen aus diesen Säuren geeignet Für basische Ätzmedien kommen bevorzugt KOH- oder NaOH-Laugen in Betracht. Mit sauren Ätzlösungen lassen sich typischerweise größere Abtragsraten erzielen. Basische Lösungen werden aber bevorzugt, zumal ohnehin nur ein langsamer Abtrag angestrebt wird.
Das Ätzen wird weiterhin bevorzugt in einem Temperaturbereich von 40 °C bis 150 °C, vorzugsweise von 50° bis 120°, besonders bevorzugt bis 100 °C durchgeführt.
Allgemein eignen sich für die erfindungsgemäße Strukturierung silikatische Gläser mit niedrigem Alkaligehalt besonders. Zu hohe Alkaligehalte erschweren das Ätzen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Glas des Glaselements ein Silikatglas mit einem Gehalt von Alkalioxiden kleiner als 17 Gewichtsprozent ist.
Bei dem für die Erfindung vorgesehenen Burst-Betriebsmodus wird die Laserenergie nicht als Einzelpuls abgegeben, sondern als Folge kurz hintereinander abgegebener Pulse, die gemeinsam ein Pulspaket, einen sogenannten Burst, bilden. Ein solches Pulspaket weist typischerweise eine etwas größere Energie auf, als ein Einzelpuls im üblichen Single-Shot-Betrieb. Die Pulse eines Bursts selbst beinhalten aber dafür deutlich weniger Energie als ein Einzelpuls. Hinsichtlich der Pulse innerhalb eines Bursts kann vorgesehen sein, dass die Pulsenergien flexibel einstellbar sind, insbesondere, dass die Pulsenergien entweder im Wesentlichen konstant bleiben oder dass die Pulsenergien zunehmen oder dass die Pulsenergien abnehmen. Jedenfalls ergibt sich die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur mit einem Kanal mit den konkaven, abgerundeten Einsenkungen, beziehungsweise den kalottenförmigen Vertiefungen insbesondere dann, wenn die filamentförmigen Schädigungen durch Laserpulse im Burst-Modus eingefügt werden.
Eine geeignete Laserquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern.
Die Laserquelle erzeugt beispielsweise einen Rohstrahl mit einem (1/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.
Die Repetitionsrate und/oder die Scangeschwindigkeit kann dabei so gewählt werden, dass der gewünschte Abstand benachbarter filamentförmiger Schädigungen erreicht wird.
Die geeignete Pulsdauer eines Laserpulses liegt in einem Bereich von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt bei weniger als 20 Pikosekunden.
Die typische Leistung der Laserquelle liegt dabei besonders günstig in einem Bereich von 20 bis 300 Watt. Um die filamentförmigen Schädigungen zu erzielen, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Pulsenergie im Burst von mehr als 400 Mikrojoule eingesetzt, ferner vorteilhaft eine gesamte Burstenergie von mehr als 500 Mikrojoule.
Beim Betrieb des Ultrakurzpuls-Lasers 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. Die Burstfrequenz kann im Bereich von 15 MHz bis 90 MHz liegen, bevorzugt im Bereich von 20 MHz bis 85 MHz liegen und beträgt beispielsweise 50 MHz und die Anzahl der Pulse im Burst kann zwischen 1 und 10 Pulsen, z.B. 6 Pulsen liegen.
Um eine Öffnung der Kanäle zu beiden Seitenflächen hin zu erzielen, ist es günstig, wenn die filamentförmige Schädigung das Glaselement im Wesentlichen vollständig durchquert, wobei es aber nicht notwendig ist, dass eine durchgehende Schädigung zu erkennen ist. Die filamentförmige Schädigung kann sich etwa auch als eine Abfolge hintereinander angeordneter lokaler Defekte darstellen. Um einen durch das Glaselement 2 hindurchgehenden Kanal herzustellen, eignen sich aber jedenfalls allgemein dünnere Glaselemente. Der bevorzugte Dickenbereich der Glaselemente beträgt 30 Mikrometer bis 3 Millimeter.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigeschlossenen Figuren genauer erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung der Glaselemente als Vorbereitung für ein nachfolgendes Ätzen;
2 ein Glaselement mit eingefügten filamentförmigen Schädigungen;
3 das Glaselement mit entlang der filamentförmigen Schädigungen eingefügten Kanälen;
4 das Glaselement nach dem Abtrennen eines Teils;
5 eine Variante des in 4 gezeigten Glaselement;
6 und 7 elektronenmikroskopische Aufnahmen einer Kante eines Glaselements in unterschiedlicher Vergrößerung;
8 und 9 elektronenmikroskopische Aufnahmen von Kanälen, die mit verschiedenen Laserparametern eingefügt wurden;
10 bis 12 anhand von Querschnittansichten Verfahrensschritte gemäß einer Weiterbildung der Erfindung;
13 ein Diagramm des Taperwinkels der Kanäle in Abhängigkeit von der Ätzgeschwindigkeit;
14 zwei elektronenmikroskopische Aufnahme auf die Öffnungen von Kanälen;
15 in Aufsicht auf eine Seitenfläche ein Glaselement mit zwei durch einen Steg getrennten Öffnungen;
16 eine Variante mit mehreren nebeneinander verlaufenden Stegen;
17 eine weitere Variante mit einseitig freischwingenden Stegen;
18 und 19 elektronenmikroskopische Aufnahmen einer Kante eines Glaselements in unterschiedlicher Vergrößerung;
20 ein Glaselement mit einem Steg;
21 ein Glaselement mit mehreren durch Stege verbundene Strukturen
22 ein Glaselement, welches zum Herauslösen von Innenteilen vorbereitet ist.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Laserbearbeitungsvorrichtung 20 gezeigt, mit welcher in ein Glaselement 1 filamentförmige Schädigungen 32 eingefügt werden können, um nachfolgend in einem Ätzprozess Kanäle an den Stellen der filamentförmigen Schädigungen 32 einzufügen. Die Vorrichtung 20 umfasst einen Ultrakurzpulslaser 30 mit vorgeschalteter Fokussierungsoptik 23 und eine Positioniereinrichtung 17. Mit der Positioniereinrichtung 17 kann der Auftreffpunkt 73 des Laserstrahls 27 des Ultrakurzpulslasers 30 auf der Seitenfläche 2 eines zu bearbeitenden plattenförmigen Glaselements 1 lateral positioniert werden. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die Positioniereinrichtung 17 einen x-y-Tisch, auf dem das Glaselement 1 auf einer Seitenfläche 3 aufliegt. Alternativ oder zusätzlich möglich ist aber auch, die Optik beweglich auszubilden, um den Laserstrahl 27 zu bewegen, so dass der Auftreffpunkt 32 des Laserstrahls 27 bei festgehaltenem Glaselement 1 bewegbar ist.
Die Fokussierungsoptik 23 fokussiert den Laserstrahl 27 nun zu einem in Strahlrichtung, also dementsprechend quer, insbesondere senkrecht zur bestrahlten Seitenfläche 2 langgezogenen Fokus. Ein solcher Fokus kann beispielsweise mit einer kegelförmigen Linse (ein sogenanntes Axikon) oder einer Linse mit großer sphärischer Aberration erzeugt werden. Die Steuerung der Positioniereinrichtung 17 und des Ultrakurzpulslasers 30 wird vorzugsweise mittels einer programmtechnisch eingerichteten Recheneinrichtung 15 durchgeführt. Auf diese Weise lassen sich vorbestimmte Muster von lateral entlang der Seitenfläche 2 verteilten filamentförmigen Schädigungen 32 erzeugen, dies insbesondere durch Einlesen von Positionsdaten, vorzugsweise aus einer Datei oder über ein Netzwerk.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können folgende Parameter für den Laserstrahl verwendet werden:
Die Wellenlänge des Laserstrahls beträgt 1064nm, typisch für einen YAG-Laser. Es wird ein Laserstrahl mit einem Rohstrahldurchmesser von 12mm erzeugt, der dann mit einer Optik in Form einer Bikonvex-Linse mit einer Brennweite von 16mm fokussiert wird. Die Pulsdauer des Ultrakurzpulslasers beträgt weniger als 20ps, bevorzugt etwa 10ps. Die Pulse werden in Bursts mit 2 oder mehr, bevorzugt 4 oder mehr Pulsen abgegeben. Die Burstfrequenz beträgt 12-48ns, bevorzugt etwa 20ns, die Pulsenergie mindestens 200 Mikrojoule, die Burstenergie entsprechend mindestens 400 Mikrojoule.
Anschließend, nach dem Einfügen einer oder insbesondere einer Vielzahl von filamentförmigen Schädigungen 32 wird das Glaselement 1 entnommen und in einem Ätzbad gelagert, wo in einem langsamen Ätzprozess Glas entlang der filamentförmigen Schädigungen 32 entfernt wird, so dass an der Stelle einer solchen Schädigung 32 jeweils ein Kanal in das Glaselement 1 eingefügt wird.
Bevorzugt wird ein basisches Ätzbad mit einem ph-Wert >12, beispielsweise eine KOH-Lösung mit >4mol/l bevorzugt >5mol/l besonders bevorzugt >6mol/l, aber <30mol/l. Das Ätzen wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unabhängig vom verwendeten Ätzmedium bei einer Temperatur des Ätzbads von >70°C, bevorzugt >80°C, besonders bevorzugt >90°C durchgeführt.
2 zeigt in Aufsicht auf eine Seitenfläche 2 ein Glaselement 1 mit einer Vielzahl von filamentförmigen Schädigungen 32, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind, wie es durch die oben beschriebene rechnergesteuerte Ansteuerung der Positioniereinrichtung 17 und des Ultrakurzpulslasers 30 in das Glaselement 1 eingeschrieben werden kann. Im Speziellen sind die filamentförmigen Schädigungen 32 hier beispielhaft entlang eines vorgegebenen Pfades in Form einer geschlossenen rechteckigen Linie in das Glaselement 1 eingefügt worden. Die Ecken der Linie können auch leicht abgerundet sein. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass mit dem Verfahren nicht nur rechteckige, sondern beliebig geformte Pfade abgefahren werden können.
3 zeigt das Glaselement 1 nach einem nachfolgenden Ätzschritt. An Stelle der filamentförmigen Schädigungen 32 sind nun Kanäle 5 vorhanden, die entlang des vorgegebenen Pfades nebeneinander angeordnet und aufgereiht sind. Das Glaselement 1 ist schraffiert dargestellt, um das Element von Öffnungen, wie sie auch die Kanäle 5 darstellen, zeichnerisch zu unterscheiden.
Die eingefügten, nebeneinander entlang des vom Laser abgefahrenen Pfads aufgereihten Kanäle 5 können nun als Sollbruchstellen dienen, um ein Teil des Glaselements 1 abzutrennen, beziehungsweise das Glaselement 1 entlang dieses Pfads aufzutrennen.
4 zeigt das Glaselement nach dem Auftrennen entlang des Pfads. Da die Kanäle entlang einer rechteckigen, geschlossenen Trennlinie angeordnet waren, wird durch das Abtrennen ein Innenteil abgelöst und eine Öffnung 13 im Glaselement 1 geschaffen.
Ganz allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel wird mit einem Abtrennen entlang einer durch einen oder mehrere Kanäle 5 nun ein plattenförmiges Glaselement 1 mit einem Kanal 5 erhalten, der seitlich offen ist und einen Teil einer Kante 10 des Glaselements 1 bildet.
Weiterhin war, wie in 3 gezeigt, zwischen den Kanälen 5 noch Glasmaterial vorhanden. Demgemäß waren Innenteil und umgebendes Glaselement 1 nach dem Ätzen noch miteinander verbunden. Das endgültige Abtrennen kann dann beispielsweise durch Brechen erfolgen. Aufgrund der durch die nebeneinander angeordneten Kanäle 5 geschaffenen Perforation bricht das Glaselement 1 entlang des Pfades der aufgereihten Kanäle 5. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel wird auf diese Weise eine Kante 10 erzeugt, bei welcher sich wie in 4 dargestellt zwischen den Kanälen 5 ebene Kantenabschnitte 11 erstrecken. Die ebenen Kantenabschnitte 11 bilden sich dabei beim Bruch des Glases zwischen den Kanälen 5 aus.
Um ein Innenteil herauszulösen und/oder eine Öffnung 13 in einem Glaselement 1 zu erzeugen, eignet sich eine Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens besonders. Diese Ausführungsform der Erfindung basiert darauf, dass durch das Ätzen der Durchmesser der Kanäle 5 so weit vergrößert wird, bis das Glas zwischen den Kanälen 5 abgetragen wird und die Kanäle 5 sich vereinigen.
Ein Glaselement 1, bei welchem die Kanäle 5 sich beim Ätzen seitlich vereinigt haben, zeigt 5. Wie bei dem Beispiel der 4 sind die Kanäle 5 entlang eines geschlossenen Pfades nebeneinander aufgereiht. Dementsprechend wird mit dem Ablösen wiederum eine Öffnung 13 und ein komplementäres Innenteil erzeugt. In dem dargestellten Beispiel ist das Innenteil 9 zwar schon abgetrennt, aber noch in der Öffnung 13 angeordnet.
2 bis 5 sind Beispiele einer Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher eine Kante 10 des Glaselements 1 geschaffen wird, die eine Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, seitlich offenen Kanälen 5 aufweist.
Weiterhin liegt allen diesen Beispielen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zugrunde, bei welchem

- der Auftreffpunkt 73 des Laserstrahls 27 auf dem Glaselement 1 entlang eines vorgegebenen Pfades geführt und
- eine Vielzahl von nebeneinander auf dem Pfad liegenden filamentförmigen Schädigungen 32 und
- anschließend durch das Ätzen eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Kanälen 5 in das Glaselement 1 eingefügt wird, und
- das Glaselement 2 dann entlang des Pfades aufgetrennt wird, so dass eine Kante 10 mit seitlich geöffneten Kanälen 5 gebildet wird.

Die Kanäle 5 weisen im Allgemeinen eine rohrförmig zylindrische Grundform, beziehungsweise sind rohrförmig mit zylindrisch geformter Wandung. Dabei kann eine leichte Verjüngung von der Öffnung an der Seitenfläche zur Mitte des Glaselements 1 hin vorhanden sein. Bei der Vereinigung der allgemein zylindrisch geformten Kanäle 5 im Zuge des Aufweitens während des Ätzvorgangs bilden sich Grate an den Stoßstellen. Allgemein, ohne Beschränkung auf das Beispiel der 5 ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kanäle 5 aneinander angrenzen, so dass zwischen den Kanälen 5 Grate 52 gebildet werden, die parallel zur Längsrichtung 51 der Kanäle 5 verlaufen.
Diese Grate oder Rippen verlaufen dementsprechend parallel zur Längsrichtung der Kanäle und sind in der Darstellung der 5 daher nur als zacken- oder zahnförmige Elemente an der Stelle des Übergangsbereichs benachbarter Kanäle 5 zu sehen.
6 und 7 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen der Kante 10 eines erfindungsgemäß bearbeiteten Glaselements 1. Dabei wurde 7 mit einer größeren Vergrößerung aufgenommen. Wie bei den Beispielen der 4 und 5 weist die Kante 10 eine Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, seitlich offenen Kanälen 5 auf. In der Darstellung der 6 in Aufsicht auf die Kante 10 ist nun ersichtlich, dass sich die Längsrichtung 51 quer, insbesondere senkrecht zu den Seitenflächen 2, 3 erstreckt. Im Ausschnitt der 6 ist jedoch nur der Übergang der Kante 10 zu einer der Seitenflächen, hier als Seitenfläche 3 bezeichnet, zu sehen. Entsprechend dem Beispiel der 3 weist die Kante 10 neben den seitlich offenen Kanälen 5 auch ebene Kantenabschnitte 11 auf. Die Kante 10 wurde mithin durch Brechen an der durch die Kanäle 5 geschwächten Trennlinie erzeugt.
Der Abstand der Kanäle 5 ist in diesem Beispiel mit etwa 50 µm relativ groß. Der Abstand kann auch geringer gewählt werden, insbesondere im Falle, dass die Kanäle 5 ohne ebene Kantenabschnitte 11 direkt ineinander übergehen. Allgemein liegt der Abstand der Kanäle (auch als „Pitch“ bezeichnet) vorzugsweise im Bereich von 3 bis 70 Mikrometern. Dieser Abstand wird dabei von Mitte zu Mitte der Kanäle gemessen. Die Querabmessung, beziehungsweise der Durchmesser der Kanäle 5 liegt wie bereits gesagt bei kleiner als 100 Mikrometern. Vorzugsweise liegt der Durchmesser in einem ähnlichen Bereich, wie der Abstand der Kanäle 5. Ohne Beschränkung auf die hier beschriebenen Beispiele wird ein Durchmesser bevorzugt, der im Bereich von 3 Mikrometern bis 50 Mikrometern liegt. Im Beispiel der 6 und 7 beträgt der Durchmesser etwa 30 Mikrometer.
Die Tiefe der kalottenförmigen Vertiefungen 7 ist typischerweise kleiner als 5 µm, bei Querabmessungen von typischerweise 5-20 µm.
Es ist ersichtlich, dass die Fläche der Kante 10 durch Kanäle 5 mit durch die seitliche Öffnung in etwa halbkreisförmigem Querschnitt größer ist, als die Fläche einer ebenen Kante. Würden die Kanäle 5 direkt aneinander angrenzen und genau halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, so wäre die Länge der Kantenlinie parallel zu den Seitenflächen 2, 3 um einen Faktor π/2 größer als die Kantenlinie einer glatten Kante. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vergrößerungen der Fläche sind etwas kleiner und liegen im Allgemeinen im Bereich von 10 bis 40 Prozent. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist daher ein plattenförmiges Glaselement 1 mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 2, 3 und einer Kante 10 vorgesehen, wobei die Kante eine Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, seitlich offenen Kanälen 5 mit abgerundeter Wandung 54 und einer Querabmessung von kleiner als 200 µm aufweist, deren Längsrichtung 51 quer, vorzugsweise senkrecht zu den Seitenflächen 2, 3 verläuft und die vorzugsweise auch an den Seitenflächen 2, 3, enden, beziehungsweise in diese münden, wobei die Oberfläche der Kante 10 durch die Kanäle 5 eine gegenüber einer glatten Kantenfläche ohne Kanäle 5 um einen Faktor 1,1 bis 1,4 vergrößert ist. Die Kante 10 kann dabei eine Außenkante oder auch wie bei den Beispielen der 4 und 5 eine Innenkante sein, die eine Öffnung 13 begrenzt. Vorzugsweise werden damit Öffnungen mit einer Querabmessung von mindestens 200 µm, insbesondere auch von mehr als 300 µm hergestellt. Die Querabmessung ist dabei die längste laterale Erstreckung der Öffnung. Im Falle einer kreisförmigen Öffnung ist deren Querabmessung durch den Durchmesser gegeben.
Diese Vergrößerung der Oberfläche ergibt eine gegenüber Biegebelastungen vergleichsweise bruchstabile Kante, was insofern überrascht, dass die Bruchwahrscheinlichkeit normalerweise mit der Fläche skaliert. Wahrscheinlich führen die gegenüber dem abgerundeten Kanal hervorstehenden Strukturen dazu, dass sich Defekte an diesen hervorstehenden Strukturen (Grate oder ebene Kantenabschnitte) nicht weit fortpflanzen können. Durch die Strukturierung der Kante 11 wird also die Rissfortpflanzung unterdrückt.
Dieser Effekt wird durch die erfindungsgemäße, im Folgenden genauer erläuterter Feinstruktur der Kanäle 5 noch unterstützt. Anhand der 6 und 7 ist die Feinstruktur der Kanäle 5 in Form von kalottenförmigen, beziehungsweise abgerundeten, kappenförmigen Vertiefungen 7 deutlich zu erkennen. Durch den bevorzugten langsamen Ätzprozess grenzen die kalottenförmigen Vertiefungen 7 aneinander an, wobei die aneinander stoßenden konkaven Rundungen der Vertiefungen 7 Grate 70 ausbilden.
Weiterhin ist zu erkennen, dass die Grate 70 in Aufsicht auf die Vertiefungen 7 gesehen polygonale Begrenzungslinien 71 der Vertiefungen 7 bilden. Dabei ist die mittlere Anzahl der Ecken 72 der Begrenzungslinien 71 der Vertiefungen 7 vorzugsweise auch kleiner als acht, vorzugsweise kleiner als sieben. Letzteres Merkmal ergibt sich dann, wenn die von den meisten kalottenförmigen Vertiefungen eingenommenen Gebiete im mathematischen Sinne konvex sind.
Die Grate 70 des in 7 gezeigten Kanals 5 sind sehr schmal, es gibt keine erkennbaren Bereiche, in denen die konkaven Wölbungen der Vertiefungen 7 über einen konvex gewölbten Bereich am Grat 70 ineinander übergehen. Die Struktur der Kanäle 5 kann daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch so beschrieben werden, dass der Flächenanteil konvex geformter Bereiche in einem Kanal 5 kleiner als 5%, vorzugsweise kleiner als 2% ist.
Das Glaselement 1 des in den 5 und 6 gezeigten Beispiels ist ein silikatisches Glas mit niedrigem Alkaligehalt, im Speziellen ein Borosilikatglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,3*10^-6K^-1. Als Borosilikatglas wird allgemein ein Glas mit folgender Zusammensetzung bevorzugt:

Zusammensetzung (Gew.-%)

SiO₂ 63-83

Al₂O₃ 0-7

B₂O₃ 5-18

Li₂O + Na₂O + K₂O 4-14

MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0-10

TiO₂ + ZrO₂ 0-3

P₂O₅ 0-2
Die 8 und 9 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen von Kanälen, die in ein Borosilikatglas, welches unter dem Markennamen D263 ® von Schott vertrieben wird, eingefügt wurden. Dabei wurden unterschiedliche Laserparameter verwendet. Bei dem Beispiel der 8 wurde ein Burst mit 8 Einzelpulsen eingesetzt, wobei die Repetitionsrate des Lasers 100 kHz betrug. Bei dem in 9 gezeigten Beispiel wurde eine höhere Repetitionsrate von 200 kHz eingesetzt, dafür aber ein Burst mit nur zwei Einzelpulsen. Für jeden Kanal 5 wurde jeweils aber nur ein einzelner Burst eingestrahlt. Die Kanäle 5 wurden dann in einer KOH-Lauge bei 80°C für eine Dauer von 8 Stunden geätzt. Die Struktur der Kanäle 5 ist ähnlich, wobei die kalottenförmigen Vertiefungen 7 aufgrund des im Vergleich zum Beispiel der 6 und 7 geringeren Durchmessers noch bauchiger erscheinen. Mit weiterem Aufätzen nähert sich die Struktur derjenigen der 6 und 7 an.
Noch ein weiteres Glas aus der Klasse der alkaliarmen silikatischen Gläser, welches für das Verfahren gemäß der Erfindung gut geeignet ist, ist ein alkalifreies Alumosilikatglas. Bevorzugt wird dabei ein Glas mit folgender Zusammensetzung:

Zusammensetzung (Gew.-%)

SiO₂ 50-75

Al₂O₃ 7-25

B₂O₃ 0-20

Li₂O + Na₂O + K₂O 0-0,1

MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5-25

TiO₂ +ZrO₂ 0-10

P₂O₅ 0-5
Allgemein ist es günstig, ohne Beschränkung auf die oben genannten Zusammensetzungen Gläser mit Basizitäten im Bereich von 0,45 bis 0,55, bevorzugt im Bereich von 0,48 bis 0,54 zu verwenden. Dies macht die Gläser besonders geeignet für eine langsame, kontrollierte Ätzung mit basischen Ätzmedien, wobei aber auch eine Ätzung mit sauren Ätzmedien möglich bleibt.
Ein Nachteil kann bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen nun darin liegen, dass nicht nur die filamentförmige Schädigung geätzt wird, sondern auch beide Seitenflächen 2, 3 des Glaselements 1. Zwar ist die Ätzrate hier noch geringer als innerhalb der Kanäle 5, allerdings kann die Dickenabnahme dennoch unerwünscht sein. Auch kann es gegebenenfalls wünschenswert sein, die Oberfläche des Glases nicht durch den Ätzprozess zu verändern. Zur Vermeidung dieser Nachteile kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem ersten Schritt die Oberfläche des Glaselements 1 durch eine Polymerbeschichtung (beispielsweise einer Folie oder einem Lack) bedeckt werden, die beim Einbringen des Laserlichts lokal abgetragen wird. Damit verbleibt die Polymerbeschichtung an den Bereichen, welche den Auftreffpunkt des Lasers und damit auch die filamentförmige Schädigung umgeben und schützt so diese Bereiche der Seitenflächen beim nachfolgenden Ätzen.
Das Verfahren und das erhaltene Glaselement sind in den 10 bis 12 dargestellt.
Diese Ausführungsform der Erfindung basiert also darauf, dass vor dem Bestrahlen mit dem Laserstrahl 27 zumindest eine Seitenfläche 2, 3, vorzugsweise wie in 10 gezeigt beide Seitenflächen 2, 3 mit einer Polymerschicht 35 versehen werden.
Es wird ein Glaselement 1 erhalten, wie es schematisch in 12 dargestellt ist. Ist der Durchmesser des Kanals 5 kleiner als der Durchmesser der ablatierten Öffnung 36 in der Polymerschicht 35, so ergibt sich ein Glaselement 1, bei welchem der Kanal 5 von einem Bereich umgeben ist, der eine geätzte Oberfläche aufweist, wobei dieser geätzte Bereich an der Seitenfläche wiederum von einem nicht geätzten Bereich umgeben ist.
Bereits anhand von 7 ist zu erkennen, dass die mit der Erfindung herstellbaren Kanäle 5 eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweisen. Damit geht einher, dass sich an 90° angenäherte Taper-Winkel erzeugen lassen. Der Taperwinkel eines Kanals 5 gibt den Winkel der Wandung des Kanals zur jeweiligen Seitenfläche 2, 3 an. Dieser Winkel kann unter anderem aufgrund der Feinstruktur der Kanäle mit den kalottenförmigen Vertiefungen 7 lokal variieren und wird daher vorzugsweise über eine Mittelung bestimmt. Eine einfache Mittelung kann über eine Berechnung des Taperwinkels aus dem Aspektverhältnis des Kanals 5 bestimmt werden. Das Aspektverhältnis ergibt sich aus dem Verhältnis der Tiefe eines Kanals zu kleinstem Kanaldurchmesser. Bei einem offenen Kanal 5, wie er erfindungsgemäß vorgesehen ist, kann dazu die halbe Kanallänge durch die Differenz von Lochdurchmesser an der Seitenfläche zu Lochdurchmesser an der halben Länge des Kanals geteilt werden. 13 zeigt Messwerte des Taperwinkels bei einer Ätzung mit Natronlauge in Abhängigkeit von der Ätzgeschwindigkeit. Je geringer die Ätzgeschwindigkeit, desto mehr nähert sich der Taper-Winkel einem rechten Winkel an. Bei der erfindungsgemäß eingesetzten Ätzrate von kleiner als 8 µm pro Stunde ist der Taperwinkel in diesem Beispiel größer als 87°. Der Taperwinkel kann neben der Ätzgeschwindigkeit auch durch die Glassorte und das Ätzmedium beeinflusst sein. Allgemein ist aber gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Taperwinkel des zumindest einen Kanals 5 von einem rechten Winkel um weniger als 5°, vorzugsweise um weniger als 3°, oder sogar um weniger als 1° abweicht.
Auch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sehr kreisförmiger Querschnitt erreicht werden, dem sich dann kleinere Abweichungen von der Kreisform durch die kalottenförmigen Vertiefungen 7 überlagern. 14 zeigt zwei elektronenmikroskopische Aufnahmen der Öffnung 6 von Kanälen 5, die mit einer NaOH-Lösung in das Glaselement 1 geätzt wurden. Wie ersichtlich sind die Öffnungen 6 der Kanäle 5 nahezu kreisförmig. Als Maß für die Kreisförmigkeit kann eine sogenannte Rundheitsabweichung definiert werden. Diese ist das Verhältnis von Umfang der Öffnung 6 zu Umfang eines Kreises mit gleichem Flächeninhalt. Ein perfekt kreisrunder Kanal hätte dementsprechend eine Rundheitsabweichung von 1,0. Es zeigt sich, dass im Allgemeinen eine Rundheitsabweichung von kleiner als 1,15 trotz der kalottenförmigen Vertiefungen 7 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, sowohl beim Ätzen mit HF, als auch mit KOH oder NaOH erreicht wird. Die Rundheitsabweichung kann auch bei seitlich offenen Kanälen 5, die Bestandteil einer Kante 10 sind, bestimmt werden, indem dieser Wert beispielsweise analog für ein Kreissegment errechnet wird.
Die Erfindung eignet sich unter anderem für die Herstellung von sogenannten Interposern für elektronische oder mikrofluidische Anwendungen. Für elektronische Anwendungen können die Kanäle 5 oder Öffnungen mit erfindungsgemäßen Innenkanten mit einem leitfähigen Material befüllt werden, um elektrische Kontakte von einer zur anderen Seitenfläche zu verlegen. Ebenso können die Kanäle 5 oder mittels der Kanäle 5 hergestellte größere Öffnungen zur Leitung von Fluiden dienen. Wird Material in die Kanäle 5 eingefüllt, etwa um elektrische Leitungen durch das Glaselement hindurch zu verlegen, bieten die kalottenförmigen Vertiefungen 7 den Vorteil, dass dieses Material sich in den Kanälen 7 gut verankern kann. Bei der Leitung von Fluiden können die Vertiefungen 7 andererseits den Strömungswiderstand senken. Geeignete Anwendungen sind MEMS-Bauelemente. Hier ist insbesondere ein Drucksensor zu nennen, bei dem das Glaselement an einer Kappe befestigt wird, die sich unter Druckeinwirkung verformt. Hier können Öffnungen vorgesehen werden, um elektrische Kontakte zur Kappe zu führen und insbesondere für eine Differenz- oder Relativdruckmessung einen Druckausgleich zum in der Kappe eingeschlossenen Gasvolumen zu ermöglichen. Ein solcher Drucksensor kann kapazitiv, piezoresistiv oder resistiv messen. Bei einer resistiven Messung können in der Kappe elektrische Widerstandsschichten vorgesehen sein, die zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet sind. Die an der Brücke abgegriffene Spannung ist dann proportional zur druckbedingten Verformung der Membran.
Ein Drucksensor mit einem erfindungsgemäßen Glaselement kann unter anderem in folgenden Applikationen eingesetzt werden: ein Kraftstoffdruck-Sensor in Einspritzsystemen, ein Öldruck-Sensor in Getrieben, ein Sensor in einem Airbag oder für den Luftdruck z.B. für Höhenmessungen, ein Reifendrucksensor.
Ist der Abstand der filamentförmigen Schädigungen klein, so gehen die Kanäle 5 beim Ätzen schnell ineinander über. Je länger der Ätzprozess andauert, desto mehr verflachen die durch die Kanäle 5 verursachten Strukturen. Demgegenüber bleibt die Struktur der aneinander angrenzenden kalottenförmigen Vertiefungen 7 erhalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist demgemäß ein plattenförmiges Glaselement 1 mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 2, 3, sowie eine die beiden Seitenflächen 2, 3 verbindende Kante 10 vorgesehen, wobei die Kante 10 eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen 7 aufweist. Typischerweise ist dabei unabhängig davon, ob zusätzlich noch Kanäle 5 zu erkennen sind, die laterale Ausdehnung oder mittlere Querabmessung der Vertiefungen 7 im Mittel kleiner als deren Tiefe. Die Vertiefungen 7 stellen sich mithin als flache Mulden dar.
Um eine im Wesentlichen ebene Kante 10 ohne sichtbare nebeneinander verlaufende Kanäle 5 zu erhalten, eignet sich ein Abstand der filamentförmigen Schädigungen von vorzugsweise kleiner als 6 µm, bevorzugt kleiner 5 µm. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Glaselements 1 mit einer strukturierten Kante 10 vorgesehen, bei welchem

- der Laserstrahl 27 des Ultrakurzpulslasers 30 auf eine der Seitenflächen 2, 3 des Glaselements 1 gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik 23 zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement 1 konzentriert wird, wobei
- der Auftreffpunkt 73 des Laserstrahls 27 auf dem Glaselement 1 entlang eines vorgegebenen Pfades geführt und
- mit dem Laserstrahl eine Vielzahl von nebeneinander auf dem Pfad liegenden filamentförmigen Schädigungen 32 im Abstand von höchstens 6 µm, deren Längsrichtung quer zur Seitenfläche 2, 3, insbesondere senkrecht zur Seitenfläche 2, 3 verläuft, eingefügt und
- das Glaselement 1 einem Ätzmedium 33 ausgesetzt wird, welches das Glas des Glaselements 1 mit einer Abtragsrate von kleiner als 8 µm pro Stunde abträgt und
- die filamentförmige Schädigungen 32 zu Kanälen 5 aufweitet und durch das Ätzen der Durchmesser der Kanäle 5 so weit vergrößert wird, bis das Glas zwischen den Kanälen 5 abgetragen wird und die Kanäle 5 sich unter Bildung einer Kante 10, welche das Glaselement 1 auftrennt, vereinigen.

Eine Besonderheit der Erfindung bei der Verwendung des Verfahrens zum Abtrennen von Teilen, wie insbesondere dem Herauslösen von Innenteilen und damit der Herstellung von Öffnungen 13 liegt darin, dass sehr dünne Stege als Glasstrukturen hergestellt werden, indem zwei dicht nebeneinander verlaufende Kanten mit erfindungsgemäßer Struktur eingefügt werden. 15 zeigt hierzu ein Beispiel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher ein plattenförmiges Glaselement 1 mit einer Dicke im Bereich von 30 Mikrometer bis 3 Millimeter mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 2, 3 vorgesehen, wobei die Kontur des Glaselements 1 einen langgestreckten Steg 40 umfasst, dessen Länge 41 mindestens fünfmal, vorzugsweise mindestens zehnmal größer ist, als dessen Breite, wobei Länge und Breite jeweils gemessen sind in einer Richtung entlang einer Seitenfläche, und wobei die nebeneinander verlaufenden Kanten 10 des Stegs 40 jeweils eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen 7 aufweisen. Der Steg 40 wird durch Abtrennen von Teilen an den Kanten 10 hergestellt, wobei vorzugsweise das zuvor beschriebene Verfahren eingesetzt wird, bei welcher die Kanäle 5 aufgeweitet werden, bis diese ineinander übergehen und sich dann durch das Ätzen weiter abflachen, so dass diese gegebenenfalls nicht mehr als parallel verlaufende Strukturen senkrecht zur Längsrichtung der Kante 10 erkennbar sind. Es ist aber auch möglich, Stege 40 mit Kanten 10 herzustellen, wie sie die 4, 5 oder 6 zeigen.
Das vorstehend genannte Aspektverhältnis von Steglänge zu Stegbreite bringt zum Ausdruck, dass die Stege 40 sehr filigrane Elemente darstellen. Alternativ oder zusätzlich kann für einen solchen Steg 40 auch gelten, dass die Stegbreite 42 höchstens so groß ist, wie die vierfache Dicke des Glaselements 1, vorzugsweise höchstens so groß wie die zweifache Dicke des Glaselements 1. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Stegbreite sogar geringer sein, als die einfache Dicke des Glaselements 1.
Unabhängig von dem Verhältnis der Breite zur Glasdicke oder dem Aspektverhältnis lassen sich mit der Erfindung auch Stege mit einer Breite von 400 µm oder weniger, bevorzugt höchstens 200 µm, oder sogar 100 µm oder weniger herstellen.
Bei dem in 15 gezeigten Beispiel ist eine Ausführungsform der Erfindung realisiert, bei welcher ein Steg 40 zwei Öffnungen 13 im Glaselement 1 trennt. Dies ist eine bevorzugte Anwendung der Erfindung, da dies das Heraustrennen von Innenteilen zur Herstellung der Öffnungen 13 mit sich bringt, was angesichts des empfindlichen verbleibenden dünnen Stegs 40 mit anderen Verfahren nur schwierig oder gar nicht realisierbar wäre. Zudem werden mit dem Verfahren gleichzeitig aufgrund der kalottenförmigen Strukturierung vergleichsweise bruchfeste Kanten 10 erzeugt, welche den Steg 40 stabilisieren. Das Glaselement 1 besteht selbstverständlich nicht nur aus dem Steg 40, sondern der Steg 40 ist mit einer Basis 43 in Form eines Abschnitts des Glaselements 1 mit größerer Breite verbunden. Basis 43 und Steg 40 bilden aber nur verschiedene Abschnitte eines einteiligen Glaselements 1. Mit anderen Worten ist das Glaselement 1 ein monolithisches, beziehungsweise einstückiges Teil mit der Basis 43 und dem Steg. Bei dem in 15 gezeigten Beispiel ist die Basis 43 rahmenförmig und der Steg 40 ist mit beiden Enden mit der rahmenförmigen Basis 43 verbunden. 16 zeigt eine Variante der in 15 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Variante sind mehrere Stege 40 vorgesehen, die nebeneinander verlaufen und an beiden Enden in die hier ebenfalls rahmenförmige Basis 43 übergehen. Wie anhand dieses Beispiels ersichtlich, müssen die Stege 40 nicht zwangsläufig geradlinig verlaufen. Die Länge des Steges 40 ist in einem solchen Fall durch die jeweilige Kurvenlänge gegeben. Unabhängig davon, ob zwischen den Öffnungen 13 dünne Stege 40 definiert werden oder nicht, beträgt die Querabmessung von Öffnungen 13, wie sie mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden können und deren Kante 10 kalottenförmige Vertiefungen 7 aufweist, vorzugsweise mindestens 200 µm, insbesondere mindestens 300 µm. Beispielsweise kann für verschiedene Anwendungen ein Glaselement 1 mit einer Vielzahl von auf dem Glaselement verteilten kreisförmigen Öffnungen 13 mit einem Durchmesser von mindestens 200 µm oder mehr hergestellt werden.
17 zeigt noch eine Variante. Bei dieser Variante gehen die Stege 40 nur einseitig in die Basis 43 über, so dass die Stege 40 ein freischwingendes Ende aufweisen.
18 und 19 zeigen zwei weitere elektronenmikroskopische Aufnahmen der Kante 10 eines Glaselements 1. Dabei zeigt 18 die Kante 10 in voller Breite des Glaselements 1. 19 zeigt die Kante 10 in hoher Vergrößerung am Übergang zu einer der Seitenflächen 2. Die Kante 10 wurde wie oben beschrieben hergestellt, indem die Kanäle 5 beim Ätzen so weit aufgeweitet werden, dass sich diese vereinigen und eine durchgehende Kante bilden, so dass ein Teil vom Glaselement 1 abgelöst werden kann. Die Kanäle 5 sind im Verlauf des Ätzens verflacht, so dass eine im Wesentlichen ebene Kante 10 erhalten wird, die eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen 7 aufweist. Wie anhand von 19 zu erkennen ist, sind die Vertiefungen 7 auch hier durch Grate 70 getrennt, die in etwa polygonale Begrenzungslinien 71 bilden. Was insbesondere bei der Aufnahme der 18 auffällt, ist, dass die Kante 10 in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen 2, 3 geradlinig und auch im Wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen verläuft. Ebenso ist auch der Übergang von der Kante 10 zu den Seitenflächen 2, 3, praktisch nicht verrrundet. Der senkrechte Verlauf entspricht dem großen Taperwinkel der Kanäle 5 der in 6 gezeigten Ausführungsform. Die Form dieser Kante 10, wie sie insbesondere auch für die Stege 40 oder für Innenkonturen, beziehungsweise als Begrenzung von Öffnungen 13 geeignet ist, kann mit den oben genannten Eigenschaften wie folgt charakterisiert werden: Die Neigung, beziehungsweise der Winkel der Kantenfläche zur angrenzenden Seitenfläche 2, 3 beträgt mindestens 85° in der an die Seitenfläche angrenzenden Hälfte der Kantenfläche. Damit verläuft die Kantenfläche 10 im Wesentlichen rechtwinklig zu den Seitenflächen 2, 3, mit einer Abweichung von maximal 5° vom rechten Winkel.
Wie am Beispiel der 19 weiterhin zu erkennen ist, ist der Übergangsbereich, in dem die Neigung der Kante 10 in die angrenzende Seitenfläche 2 übergeht, schmal und von der Größenordnung der Ausdehnung der kalottenförmigen Vertiefungen 7. Gemäß einer Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass der mittlere Kantenradius am Übergang von der Seitenfläche 2, 3 in die im Wesentlichen senkrecht zur Seitenfläche 2, 3 ausgerichtete Kante 10 maximal 10 Mikrometer beträgt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kanten 10 zeichnen sich bedingt durch die kalottenförmigen Vertiefungen 7 allgemein durch eine hohe Festigkeit und günstige statistische Parameter, speziell ein hohes Weibull-Modul aus. Dies ist gerade bei fragilen Elementen mit solchen Kanten, wie etwa die in den 15 bis 17 gezeigten Stege 40 von Vorteil. Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele können erfindungsgemäß hergestellte Kanten 10 mit kalottenförmigen Vertiefungen 7 eine mittlere Bruchfestigkeit von mindestens 200 MPa oder sogar mindestens 300 MPa aufweisen. Dieser Wert ist die Zugspannung, die unter Biegebelastung am Übergang der Kante 10 zur Seitenfläche bei einer Biegebelastung auftritt und bei der im Mittel ein Bruch auftritt. Das Weibull-Modul der Weibull-Verteilung der Zugspannungs-Werte für einen Bruchtest und von der Kante 10 ausgehende Brüche kann gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung einen Wert von mindestens 5,5 aufweisen. Diese Werte gelten sowohl für die Kanten 10 mit noch sichtbaren Kanälen 5, also entsprechend den Beispielen der 4 bis 7, als auch für Kanten 10, die wie in 18 und 19 gezeigt keine erkennbaren Kanäle 5 aufweisen.
Durch die hohe Stabilität und Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Kanten ist die Erfindung besonders für komplexe und fragile Strukturen, welche mit anderen Verfahren nicht herstellbar sind, geeignet. Dazu zählen auch nicht symmetrische Ausschnitte mit dünnen und/oder langen Stegen. Gleichzeitig wurde jedoch auch festgestellt, dass die Stabilität der Produkte massiv von der Geometrie abhängig ist. Genauer wurde festgestellt, dass es günstig ist, bei einer Struktur, die durch einen oder mehrere Stege in Öffnungen im Glaselement gehalten wird, eine bestimmte geometrische Vorgabe einzuhalten. Mit dieser Vorgabe wird eine hinreichende Stabilität und Handhabbarkeit gewährleistet. Im Speziellen ist dazu ein Glaselement vorgesehen, welches zumindest zwei Öffnungen 13 aufweist, derart, dass zwischen den Öffnungen 13 eine Struktur mit mindestens einem Steg 40 gebildet wird. Dabei kann der Struktur ein Parameter G zugeordnet werden, welcher durch die Beziehung $G = \frac{l_{1}^{2}}{l_{2} \cdot b \cdot \sqrt[3]{h} \cdot N}$
gegeben ist. Erfindungsgemäße Glaselemente lassen sich dabei mit guter mechanischer Stabilität noch realisieren, wenn der Parameter G mindestens 10 mm^-1/3, vorzugsweise mindestens 50 mm^-1/3, besonders bevorzugt mindestens 100 mm^-1/3 beträgt. Umgekehrt ist es ausreichend, wenn der Parameter höchstens 400 mm^-1/3, bevorzugt höchstens 300 mm^-1/3, besonders bevorzugt höchstens und 200 mm^-1/3 beträgt.
Die Variable h in der obigen Beziehung bezeichnet die Dicke des Glaselements 1.
20 zeigt zur Verdeutlichung der Parameter der Beziehung ein Glaselement 1 mit einer einfachen Struktur, die in diesem Fall nur einen Steg 40 umfasst, welcher zwischen zwei Öffnungen 13 verläuft.
In der obigen Beziehung bezeichnet l₁ die längste Kantenlänge zwischen zwei benachbarten entlang der Kante der Struktur liegenden Kontaktpunkten oder Kontaktgebieten 45 eines oder zweier verschiedener Stege 40 mit dem Glaselement 1. Dieses Maß bezeichnet also die Bogenlänge der längsten Kante zwischen zwei benachbarten Kontaktgebieten 45. Die Kanten 46, 47 des Stegs 40 können, wie auch das Beispiel der 20 zeigt, je nach Formgebung unterschiedliche Längen aufweisen. Bei dem gezeigten Beispiel weist die Kante 46 eine größere Länge auf, als die Kante 47. Der Parameter l₁ ist hier also die Bogenlänge dieser Kante 46. Die Kontaktgebiete 45 sind die Übergangsbereiche des Glases, an denen der Steg 40 in das die Öffnungen 13 umgebende Glas, beziehungsweise in die Basis 43, übergeht. Dabei ist ein Kontaktgebiet 45 definiert als kreisförmiger Bereich mit einem Durchmesser von 1 mm, der so am Steg 40 positioniert ist, dass dessen Rand beide Kanten des Stegs 40, also auch die Ränder beider Öffnungen 13 berührt. Zur Berechnung des Parameters G kann dabei die Position des gedachten Kontaktgebiets 45 bestimmt werden, indem das kreisförmige Gebiet von der Basis 43 in Richtung auf den Steg 40 verschoben wird. Die Position ist erreicht, wenn das Gebiet gerade noch vollständig auf das Glas passt und deren Rand die Ränder der Öffnungen berührt. Demzufolge gilt diese Beziehung und die erfindungsgemäße Geometrie für Stege mit einer minimalen Stegbreite von kleiner als 1 mm.
Die Länge l₂ bezeichnet den kürzesten geradlinigen Abstand zweier Kontaktbereiche 45 an den Enden des Stegs 40. Für beide Längen l1 und l2 ist die Entfernung von Rand zu Rand der kreisförmigen Kontaktbereiche 45 maßgeblich. Bei mehr als zwei Kontaktgebieten 45 müssen die Pfade der Längen l₁ und l₂ nicht notwendig zwischen denselben Kontaktgebieten 45 verlaufen. Der in 20 eingezeichnete Doppelpfeil zur Bezeichnung der Länge l2 endet dementsprechend auch an den Rändern der Kontaktbereiche 45.
Der Parameter b schließlich bezeichnet den geringsten Abstand der Öffnungen 13 zueinander entlang des Stegs 40, beziehungsweise mit anderen Worten die minimale Stegbreite.
Eine derartige Geometrie, wie sie vorstehend beschrieben wurde, ist hinsichtlich der Festigkeit und Handhabbarkeit besonders vorteilhaft in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kante, also mit kalottenförmigen Vertiefungen. Allerdings kann eine derartige Geometrie auch mit andersartig ausgebildeten Kanten eingesetzt werden.
Bei dem dargestellten Beispiel ist nur ein einzelner Steg 40 vorhanden. Es sind aber auch eine Vielzahl Strukturen möglich, die von mehr als einem Steg getragen werden können. Wichtig dabei ist, dass bei mehreren Stegen die Pfade l₁ und l₂ zwischen unterschiedlichen Kontaktgebieten 45 verlaufen können. Zur Bewertung der Stabilität eines Designs setzt G die längste mögliche Strecke zwischen zwei Kontaktgebieten l₁ also in Beziehung zur kürzest möglichen Verbindung l₂ zweier Kontaktpunkte. Dies können wie gesagt auch unterschiedliche Kontaktgebiete sein. Für die Anzahl N der Kontaktbereiche 45 gilt grundsätzlich N≥2.
21 zeigt zur weiteren Verdeutlichung ein Glaselement mit drei verschiedenen Strukturen 39. Die obere Struktur 39 ist kreisförmig und an drei Stegen 40 gehaltert. Die Struktur 39 in der Mitte des Glaselements 1 ist ebenfalls an drei Stegen 40 gehaltert, hat aber eine rechteckige Form. Die unterste Struktur 39 besteht ähnlich wie das Beispiel der 20 lediglich aus einem einzelnen Steg 40. Dieser verjüngt sich aber zur Mitte hin. Dabei verjüngt sich die Stegbreite von einer Breite von deutlich mehr als 1 mm zu einer Stegbreite kleiner als 1 mm in der Mitte hin. Dementsprechend liegen auch die Kontaktgebiete 45 zur Berechnung des Parameters G auf dem Steg 40, nämlich so, dass deren Rand die Kanten des Stegs an der Stelle berühren, an welcher der Abstand der Kanten 1 mm unterschreitet.
Anhand der beiden oberen Strukturen 39 ist ersichtlich, dass der Abstand l₂ und die Bogenlänge l₁ zwischen den Kontaktgebieten 45 an unterschiedlichen Stegen berechnet werden kann. Für den Parameter G ist die längste Kantenlänge l₁ zwischen zwei entlang der Kante der Struktur benachbart liegenden Kontaktpunkten 45 maßgeblich. Diese ist für beide Strukturen 39 jeweils eingezeichnet. Insbesondere ergibt sich im Beispiel der obersten, kreisförmigen Struktur 39 ein kürzester Abstand l₂ zwischen zwei Kontaktgebieten 45 und eine längste Kantenlänge l₁ zwischen zwei anderen, benachbarten Kontaktgebieten 45.
Demgemäß ist in einer Ausführungsform der Erfindung, auch unabhängig von der Morphologie der Kanten, ein plattenförmiges Glaselement 1 mit einer Dicke im Bereich von 30 Mikrometer bis 3 Millimeter und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 2, 3 vorgesehen, wobei im Glaselement 1 mindestens zwei Öffnungen 13 eingefügt sind, derart, dass der Bereich des Glaselements 1 zwischen den Öffnungen eine Struktur 39 mit mindestens einem Steg 40 bildet, dessen minimale Breite kleiner als 1 mm beträgt, wobei für die Struktur ein Parameter G definiert ist, der gegeben ist durch die oben angegebene Beziehung, wobei der Parameter G einen Wert von mindestens 10 mm^-1/3 und von höchstens 400 mm^-1/3 aufweist, wobei l₁ die längste Kantenlänge zwischen zwei entlang der Kante einer der Öffnungen 13 benachbarten Kontaktgebieten 45 und l₂ die Länge der kürzest möglichen geradlinigen Verbindung zwischen zwei Kontaktgebieten 45 ist, und wobei ein Kontaktgebiet 45 eines Stegs 40 jeweils als kreisförmiger Bereich des Glaselements 1 mit einem Durchmesser von 1 mm definiert ist, welches so am Steg 40 angeordnet ist, dass deren Rand die Ränder beider Öffnungen 13, deren Zwischenbereich den Steg 40 bildet, an jeweils mindestens einem Punkt berührt, und wobei b die minimale Stegbreite, h die Dicke des Glaselements 1 und N die Anzahl der Kontaktgebiete 45 bezeichnen. Für diese Ausführungsform sind Stege mit einer minimalen Breite von nicht weniger als 300 µm bevorzugt.
Auch bei der oben beschriebenen Geometrie eines Glaselements mit einem oder mehreren Stegen kann es bei der Herstellung immer noch leicht zu Brüchen am Steg kommen.
Des Weiteren wurde festgestellt, dass es bei der Herstellung solcher Produkte vermehrt zu Ausschuss durch Stegbruch kommt. Dieses Risiko besteht vor allem bei Glaselementen, bei denen die Öffnungen deutlich größer als die verbleibenden Stege sind. Beim Herauslösen der Innenteile können die Stege sich im Glaselement verdrehen und dabei Schaden nehmen. Dies kann verhindert werden, indem allgemein zusätzlich zur geschlossenen Trennlinie ein oder mehrere Hilfsschnitte, beziehungsweise Hilfslinien aus nebeneinanderliegenden filamentförmigen Schädigungen eingefügt werden, welche ein von der geschlossenen Trennlinie begrenztes Innenteil in kleinere Segmente unterteilt. Es wurde dabei festgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn ein Innenteil durch einen Hilfsschnitt mindestens halbiert bevorzugt gevierteilt wird. 22 zeigt als Beispiel ein Glaselement 1 vor dem Herauslösen von Innenteilen 9. Das Glaselement 1 ist mit zwei geschlossenen Trennlinien 8 aus nebeneinanderliegenden Kanälen vorbereitet, wobei zwischen den einander zugewandten Abschnitten der Trennlinien 8 der spätere Steg 40 verläuft. Zusätzlich ist zu jeder Trennlinie eine Hilfslinie 80 eingefügt, welche die Innenteile 8 in jeweils zwei Segmente 91, 92 und 93, 94 unterteilt. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass nach Bedarf auch weitere Hilfslinien eingefügt werden können. Weiterhin können die Trennlinie 8 und die Hilfslinie in einem einzigen Schritt eingefügt werden, indem etwa der Laserstrahl in einer achtförmigen Linie geführt wird.
In einer Weiterbildung werden die Hilfslinien hinsichtlich Verlauf und Anzahl so gewählt, dass das Innenteil 9 mit einer oder mehreren Hilfslinien 80 in Segmente von maximal der 20-fachen Größe, bevorzugt maximal der 10-fachen Größe, besonders bevorzugt maximal der zweifachen Größe eines Stegs zwischen zwei Innenteilen 9 unterteilt wird. Das Größenverhältnis ist dabei durch das Verhältnis von minimaler Stegbreite zu maximaler Diagonalen eines Segments bestimmt. Demgemäß ist also die maximal lange Diagonale eines Segments höchstens 20 mal, vorzugsweise höchstens 10 mal, besonders bevorzugt höchstens zweimal länger als die minimale Stegbreite.
Bezugszeichenliste

plattenförmiges Glaselement	1
Seitenflächen	2, 3
Kanal	5
Öffnung von 5 in 2, 3	6
kalottenförmige Vertiefung	7
Trennlinie	8
Innenteil	9
Kante von 1	10
ebener Kantenabschnitt	11
Öffnung in 1	13
Recheneinrichtung	15
Positioniereinrichtung	17
Vorrichtung zur Laserbearbeitung	20
Fokussierungsoptik	23
Laserstrahl	27
Ultrakurzpulslaser	30
filamentförmige Schädigung	32
Polymerschicht	35
Öffnung in 35	36
Von Steg getragene Struktur	39
Steg	40
Länge von 40	41
Breite von 40	42
Basis	43
Kontaktbereich von 40	45
Kanten von 40	46, 47
Wandung von 5	54
Längsrichtung von 5	51
Grat zwischen Kanälen 5	52
Grat	70
polygonale Begrenzungslinie	71
Auftreffpunkt	73
Ecken von 71	72
Hilfslinie	80
Segmente von 9	91 - 94

Claims

Plattenförmiges Glaselement (1) mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (2, 3), sowie einen die beiden Seitenflächen (2, 3) verbindenden und in die Seitenflächen mündenden, in das Glas des Glaselements (1) eingefügten Kanal (5) mit abgerundeter Wandung (54) und einer Querabmessung von kleiner als 100 µm, dessen Längsrichtung (51) quer zu den Seitenflächen (2, 3) verläuft, wobei die Wandung (54) des Kanals eine Vielzahl von abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (7) aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei das Glaselement (1) eine Dicke im Bereich von 30 Mikrometer bis 3 Millimeter aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Taperwinkel des zumindest einen Kanals (5) von einem rechten Winkel um weniger als 5°, vorzugsweise um weniger als 3°, oder sogar um weniger als 1° abweicht.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (5) seitlich offen ist und einen Teil einer Kante (10) des Glaselements (1) bildet.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (10) eine Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, seitlich offenen Kanälen (5) aufweist.
Plattenförmiges Glaselement gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Kanälen (5) ebene Kantenabschnitte (11) erstrecken.
Plattenförmiges Glaselement gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (5) aneinander angrenzen, so dass zwischen den Kanälen (5) Grate (52) gebildet werden, die parallel zur Längsrichtung (51) der Kanäle (5) verlaufen.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale: - der Abstand der Kanäle (5), gemessen von Mitte zu Mitte liegt im Bereich von 3 bis 70 Mikrometern, - der Durchmesser der Kanäle (5) liegt im Bereich von 3 Mikrometern bis 50 Mikrometern.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kante (10) durch die Kanäle (5) gegenüber einer glatten Kantenfläche ohne Kanäle (5) um einen Faktor 1,1 bis 1,4 vergrößert ist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundheitsabweichung der Öffnung (6) des Kanals (5) in einer Seitenfläche (2, 3) des Glaselements (1) kleiner als 1,15 ist.
Plattenförmiges Glaselement (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Dicke im Bereich von 30 Mikrometer bis 3 Millimeter, mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 2, 3, wobei die Kontur des Glaselements (1) einen langgestreckten Steg (40) umfasst, dessen Länge (41) mindestens fünfmal, vorzugsweise mindestens zehnmal größer ist, als dessen Breite (42), wobei Länge (41) und Breite (42) jeweils gemessen sind in einer Richtung entlang einer Seitenfläche (2, 3), und wobei die nebeneinander verlaufenden Kanten (10) des Stegs (40) jeweils eine Vielzahl von aneinander angrenzenden, abgerundeten, kalottenförmigen Vertiefungen (7) aufweisen.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegbreite (42) höchstens so groß ist, wie die vierfache Dicke des Glaselements (1), vorzugsweise höchstens so groß wie dessen zweifache Dicke ist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (40) eine Breite von 100 µm oder weniger aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaselement (1) eine rahmenförmige Basis (43) aufweist, wobei der Steg (40) mit beiden Enden mit der rahmenförmigen Basis (43) verbunden ist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vier vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenfläche der Kante (10) rechtwinklig zu den Seitenflächen (2, 3), mit einer Abweichung von maximal 5 ° vom rechten Winkel verläuft.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kante (10) mit kalottenförmigen Vertiefungen (7), welche - eine mittlere Bruchfestigkeit von mindestens 200 MPa, vorzugsweise mindestens 300 MPa oder - ein Weibull-Modul der Weibull-Verteilung der Zugspannungs-Werte für einen Bruchtest bei von der Kante (10) ausgehenden Brüchen von mindestens 5,5 aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kalottenförmigen Vertiefungen (7) aneinander angrenzen und die aneinanderstossenden konkaven Rundungen der Vertiefungen (7) Grate (70) ausbilden.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Grate in Aufsicht auf die Vertiefungen (7) gesehen polygonale Begrenzungslinien (71) der Vertiefungen (7) bilden.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des Glaselements (1) ein Silikatglas mit einem Gehalt von Alkalioxiden kleiner als 17 Gewichtsprozent ist, vorzugsweise wobei das Glas eine Basizität im Bereich von 0,45 bis 0,55, bevorzugt im Bereich von 0,48 bis 0,54 aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Öffnung (13) mit einer Kante (10) mit kalottenförmigen Vertiefungen, wobei die Öffnung (13) eine Querabmessung von mindestens 200 µm, vorzugsweise von mindestens 300 µm aufweist.
Plattenförmiges Glaselement (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Dicke im Bereich von 30 Mikrometer bis 3 Millimeter und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (2, 3), wobei im Glaselement (1) mindestens zwei Öffnungen (13) eingefügt sind, derart, dass der Bereich des Glaselements (1) zwischen den Öffnungen (13) eine Struktur (39) mit mindestens einem Steg (40) bildet, dessen minimale Breite kleiner als 1 mm beträgt, wobei für die Struktur ein Parameter G definiert ist, der gegeben ist durch: $G = \frac{l_{1}^{2}}{l_{2} \cdot b \cdot \sqrt[3]{h} \cdot N},$
wobei der Parameter G einen Wert von mindestens 10 mm^-1/3 und von höchstens 400 mm^-1/3 aufweist, wobei l₁ die längste Kantenlänge zwischen zwei entlang der Kante einer der Öffnungen (13) benachbarten Kontaktgebieten (45) und l₂ die Länge der kürzest möglichen geradlinigen Verbindung zwischen zwei Kontaktgebieten (45) ist, und wobei ein Kontaktgebiet (45) eines Stegs (40) jeweils als kreisförmiger Bereich des Glaselements (1) mit einem Durchmesser von 1 mm definiert ist, welches so am Steg (40) angeordnet ist, dass deren Rand die Ränder beider Öffnungen (13), deren Zwischenbereich den Steg (40) bildet, an jeweils mindestens einem Punkt berührt, und wobei b die minimale Stegbreite, h die Dicke des Glaselements (1) und N die Anzahl der Kontaktgebiete (45) bezeichnen.
Plattenförmiges Glaselement (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Stegbreite mindestens 300 µm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Glaselements (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem - der Laserstrahl (27) eines Ultrakurzpulslasers (30) auf eine der Seitenflächen (2, 3) des Glaselements (2) gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik (23) zu einem langgezogenen Fokus im Glaselement (1) konzentriert wird, wobei durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls (27) eine filamentförmige Schädigung (32) im Volumen des Glaselements (1) erzeugt wird, deren Längsrichtung quer zur Seitenfläche (2, 3), insbesondere senkrecht zur Seitenfläche (2, 3) verläuft und zur Erzeugung einer filamentförmigen Schädigung der Ultrakurzpulslaser (30) einen Puls oder ein Pulspaket mit mindestens zwei aufeinander folgenden Laserpulsen einstrahlt, und wobei nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigung (32) - das Glaselement (1) einem Ätzmedium (33) ausgesetzt wird, welches Glas des Glaselements (1) mit einer Abtragsrate von kleiner als 8 µm pro Stunde abträgt und - die filamentförmige Schädigung (32) zu einem Kanal (5) aufweitet und - in der Wandung (54) des Kanals (5) abgerundete, kalottenförmige Vertiefungen (7) einfügt.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei - der Auftreffpunkt (73) des Laserstrahls (27) auf dem Glaselement (1) entlang eines vorgegebenen Pfades geführt und - eine Vielzahl von nebeneinander auf dem Pfad liegenden filamentförmigen Schädigungen (32) und - anschließend durch das Ätzen eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Kanälen (5) in das Glaselement (1) eingefügt wird, und - das Glaselement (2) dann entlang des Pfades aufgetrennt wird, so dass eine Kante (10) mit seitlich geöffneten Kanälen (5) gebildet wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Ätzen der Durchmesser der Kanäle (5) so weit vergrößert wird, bis das Glas zwischen den Kanälen (5) abgetragen wird und die Kanäle (5) sich vereinigen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem vor dem Bestrahlen mit dem Laserstrahl (27) zumindest eine Seitenfläche (2, 3), vorzugsweise beide Seitenflächen (2, 3) des Glaselements (1) mit einer Polymerschicht (35) versehen werden, die beim Einbringen des Laserlichts lokal abgetragen wird, aber an den Bereichen, welche den Auftreffpunkt (73) des Laserstrahls umgeben, verbleibt und diese Bereiche beim nachfolgenden Ätzen schützt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem eine geschlossenen Trennlinie (8) und zumindest eine Hilfslinie aus nebeneinanderliegenden filamentförmigen Schädigungen eingefügt werden, welche ein von der geschlossenen Trennlinie (8) begrenztes Innenteil (9) in kleinere Segmente (91, 92, 93, 94) unterteilt, die von der Hilfslinie (80) und der geschlossenen Trennlinie (8) begrenzt werden.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Innenteil (9) mit einer oder mehreren Hilfslinien (80) in Segmente (91, 92, 93, 94) von maximal der 20-fachen Größe, bevorzugt maximal der 10-fachen Größe, besonders bevorzugt maximal der zweifachen Größe eines Stegs (40) zwischen zwei Innenteilen (9) unterteilt wird, wobei das Größenverhältnis durch das Verhältnis von minimaler Stegbreite zu maximaler Diagonalen eines Segments bestimmt ist.