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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Technologie betrifft allgemein die Laserbearbeitung von Materialien, und insbesondere, aber nicht darauf beschränkt, Systeme und Verfahren, die Materialien vereinzeln.
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HINTERGRUND
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Allgemein gesprochen ist Vereinzelung ein Material-Trennverfahren, das oftmals die Anwendung von chemischen Prozessen und/oder mechanischen Kräften auf Materialien, insbesondere spröde Materialien, wie gehärtetes Glas, beinhaltet. Andere typische Beispiele von Materialien, die häufig verarbeitet werden, um Produkte mittels Vereinzelung zu erzeugen, umfassen amorphe Feststoffe, kristalline Materialien, Halbleitermaterialien, kristalline Keramiken, Polymere, Harze und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER TECHNOLOGIE
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Entsprechend einigen Ausführungsformen kann die vorliegende Technik auf Verfahren zum Vereinzeln von Material gerichtet sein. Die Verfahren können umfassen: (a) Beaufschlagen des Materials mit einer ersten Laserleistungsabgabe, wobei die erste Laserleistungsabgabe eine Änderung der Materialeigenschaft des Materials verursacht, wenn es der ersten Laserleistungsabgabe ausgesetzt ist; und (b) Beaufschlagen des Materials, das der ersten Laserleistungsabgabe ausgesetzt wurde, mit einer zweiten Laserleistungsabgabe, um eine Vereinzelung des Materials zu verursachen, wobei das Einbringen von Defekten in das Material erheblich reduziert wird.
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In weiteren Ausführungsformen kann die vorliegende Technik auf Lasergeräte zur Vereinzelung von Material gerichtet. Diese Lasergeräte können umfassen: (a) ein erstes Lasergerät, welches eine Laserleistungsabgabe zum Modifizieren einer oder mehrerer Materialeigenschaften eines Materials erzeugt, wenn mindestens ein Teil des Materials damit beaufschlagt wird; und (b) ein zweites Lasergerät, das eine Laserleistungsabgabe erzeugt, die, wenn das Material, das der Laserleistungsabgabe des ersten Lasergeräts ausgesetzt war, damit beaufschlagt wird, ein vereinzeltes Produkt erzeugt, wobei das Einbringen von Defekten in das Produkt erheblich reduziert wird.
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In weiteren Ausführungsformen kann die vorliegende Technologie auf vereinzelte Produkte, die von einem Verfahren erzeugt werden, gerichtet sein. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren umfassen: (a) Bereitstellen eines Ausgangsmaterials; (b) Beaufschlagen des Ausgangsmaterials mit einer ersten Laserleistungsabgabe entlang eines Strahlengangs, wobei die erste Laserleistungsabgabe eine Änderung einer Materialeigenschaft des Ausgangsmaterials entlang des Strahlengangs verursacht; und (c) Beaufschlagen mit einer zweiten Laserleistungsabgabe entlang des Strahlengangs, um eine Abtrennung des vereinzelten Materials von dem Ausgangsmaterial entlang des Strahlengangs in einer solchen Weise zu erreichen, dass Oberflächen des vereinzelten Materials, die durch die Abtrennung erzeugt wurden, im Wesentlichen frei von Defekten sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Technologie sind in den beigefügten Abbildungen dargestellt. Es versteht sich, dass die Abbildungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind und Einzelheiten, die nicht notwendig für das Verständnis der Technologie sind oder das Verständnis anderer Details erschweren, möglicherweise nicht enthalten sind. Es versteht sich ferner, dass die Technologie nicht notwendigerweise auf die hier dargestellten, spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
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1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Vereinzelungssystems zur Verwendung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
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2A ist eine perspektivische Ansicht eines Materials mit einer Veränderung, die durch Beaufschlagen des Materials mit einer ersten Laserleistungsabgabe verursacht wurde.
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2B ist eine Seitenansicht des Materials, das die Veränderung, wie sie sich durch das Material erstreckt, zeigt, dargestellt in mikroskopischer Auswertung.
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3 ist eine Seitenansicht eines Materials, das verschiedene Veränderungen zeigt, die sich jeweils unterschiedlich tief in das Material erstrecken.
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4A ist eine mikroskopische Fotografie einer Seitenansicht, die eine Veränderung des Materials zeigt.
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4B ist eine weitere mikroskopische Aufnahme der Seitenansicht der 4A, fokussiert auf drei Millimeter in das Material.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des durch Beaufschlagung mit einer zweiten Laserleistungsabgabe in zwei Teile vereinzelten Materials.
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6 zeigt ein beispielhaftes Computersystem, das dazu verwendet werden kann, Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Technologie zu implementieren.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Während diese Technologie in vielen verschiedenen Formen zur Anwendung kommen kann, werden in den Zeichnungen mehrere spezifische Ausführungsformen gezeigt und hier detailliert in dem Verständnis beschrieben, dass die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Technologie berücksichtigt werden soll und nicht dazu gedacht ist, die Technologie auf die dargestellten Ausführungsformen zu beschränken.
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Es versteht sich, dass gleiche oder analoge Elemente und/oder Komponenten, auf die hierin Bezug genommen wird, in allen Zeichnungen durch gleiche Bezugszeichen identifiziert werden können. Es versteht sich ferner, dass einige der Abbildungen lediglich schematische Darstellungen der vorliegenden Technologie sind. Als solche mögen einige der Komponenten zu Gunsten bildlicher Klarheit, ausgehend von ihren tatsächlichen Maßstab, verfälscht dargestellt sein.
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Die vorliegende Technologie bezieht sich allgemein auf die Laserbearbeitung von Materialien, und insbesondere, aber nicht einschränkend, auf Systeme und Verfahren, die Materialien vereinzeln, insbesondere spröde Materialien, durch Beaufschlagung des Materials mit zwei oder mehr Arten von Laserleistungsabgaben, wobei das resultierende, vereinzelte Produkt im Wesentlichen frei von Defekten ist.
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Die Vereinzelung ermöglicht die Trennung des Materials in einzelne Produkte oder das Fräsen von Merkmalen in das Material. Herkömmliche Vereinzelungsprozesse umfassen häufig zahlreiche Verarbeitungsschritte, die langsam und iterativ ausgeführt werden, um die Einbringung von Defekten wie Mikrorisse oder Abplatzungen in das Endprodukt zu vermeiden. Selbst mit mehrstufigen Verfahren haben aktuelle Prozesse niedrige Ausbeuten, da jede Anwendung mechanischer Kräfte auf das Material leicht Mangel in das Material einbringen kann.
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Daher besteht Bedarf an einem vereinfachten Verfahren zum Vereinzeln von Materialien, das die Verwendung mechanischer Materialtrenneinrichtungen und/oder Materialtrennprozesse nicht erfordert.
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Allgemein ausgedrückt kann die vorliegende Technik das synchrone Beaufschlagen eines Materials mit zwei oder mehr verschiedenen Arten von Laserstrahl-Leistungsabgaben umfassen, wobei jede Art von Laserstrahl-Leistungsabgabe einen unterschiedlichen physikalischen Veränderungsmechanismus in dem Material auslöst. Die Kombination dieser Beaufschlagungen erschafft ein Produkt mit einer sauberen, defektfreien Oberfläche. Ein Produkt mit einer sauberen, defektfreien Oberfläche kann auch als ein Produkt mit Oberflächen, die „im Wesentlichen glatt sind”, bezeichnet werden.
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Wie oben angegeben, umfassen typische Beispiele für Materialien, die häufig verarbeitet werden um Artikel mittels Vereinzelung zu schaffen, wobei sie aber nicht darauf beschränkt sind, amorphe Feststoffe, kristalline Materialien, Halbleitermaterialien, kristalline Keramiken, Polymere, Harze und so weiter.
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Beispielsweise kann eine Scheibe aus gehärtetem Glas mit zwei oder mehrere Arten von Laserstrahl-Leistungsabgaben beaufschlagt werden, um die Scheibe aus gehärtetem Glas in eine oder mehrere Touchscreen-Beschichtungen umzuwandeln, die verwendet werden können, um Touchscreen-Geräte zu erzeugen. Beispiele für gehärtetes Glas können Glas, das durch hohe Temperatureinwirkung oder durch chemische Behandlung veredelt wurde, wie Gorilla-Glas von Corning oder Dragontrail von Asahi, umfassen. Die Scheibe gehärtetes Glas kann besonders dünn – ca. 0,5 mm oder dünner – sein, was möglicherweise eine erhöhte Anfälligkeit hinsichtlich der Einbringung von Defekten bei konventionellen Vereinzelungsverfahren mit sich bringt.
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Allgemein gesagt, löst die erste Laserleistungsabgabe eine Veränderung in dem Material aus und die zweite Laserleistungsabgabe kann zur Trennung des Materials an der Veränderung führen. Dieser zweistufige Prozess kann ein vereinzeltes Produkt mit Randflächen (sowie ein Gesamtprodukt) erzeugen, die im Wesentlichen frei von Defekten, wie Rissen oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten/Variationen sind. Das heißt, dass die vorliegende Technologie vereinzelte Produkte erzeugt, die glattere vereinzelte Kanten, gleichmäßigere ebene Oberflächen, geringere Oberflächenrauigkeit und höhere mechanische Festigkeit im Vergleich zu vereinzelten Produkte haben, die mittels mechanischer Verfahren erzeugt wurden.
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Die vorliegende Technologie kann genutzt werden, um vereinzelte Produkte mit sehr unterschiedlichem geometrischen Aufbau zu erstellen. Zusätzlich können die hier bereitgestellten Systeme und Verfahren dazu verwendet werden, um Merkmale in Produkten mit feiner Präzision herzustellen. Beispiele für Merkmale können umfassen, ohne auf sie beschränkt zu sein, Schlitze, Öffnungen, Nuten, Kerben, Ätzungen und so weiter.
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Genauer gesagt, kann ein erster Laserstrahl eine diskrete Veränderung der Molekularstruktur des Materials entlang eines Strahlengangs (auch als Werkzeugbahn bekannt) auslösen. Die Veränderung kann jegliche umfassen aus: eine Trennung molekularer Bindungen in dem Materialgitter, eine geometrische Neuausrichtung der Molekülbestandteile, und/oder eine räumliche Bewegung einer Molekülart – um nur einige zu nennen. Veränderungen können sich makroskopisch als eine Störung eines Brechungsindexes, einer optischen Absorption, eine Veränderung in der mechanischen Belastung im Verhältnis zum Rest des Materials oder eine Veränderung der physikalischen Dichte des Werkstoffes manifestieren.
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In manchen Ausführungsformen kann der zweite Laserstrahl dem gleichen Pfad wie der erste Laserstrahl folgen und eine Wärmewirkung entlang des Pfades entfalten, die eine vollständige Trennung zwischen Abschnitten des Substrats (entlang der Veränderung) entlang des durch die Laserstrahlen vorgezeichneten Pfades erzeugt. Die beiden Laserstrahlen können mit wenig Zeitverzögerung auf das Substrat abgegeben werden. Das heißt, zwischen der Abgabe des zweiten Strahls nach der Abgabe des ersten Strahls kann eine sehr geringe Zeitverzögerung liegen (in einigen Fällen innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde). Darüber hinaus können die beiden Laserstrahlen mit einer einzigen Bewegungssteuerung und einer einzigen Strahlabgabevorrichtung abgegeben werden. Die Belichtung des Substrats mit den beiden Laserstrahlen kann im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen, so dass sie in Bezug auf die Zeit wie ein Laserstrahl funktionieren, aber die letztendliche Material-Veränderung (z. B. Vereinzeln) durch die kombinierte Wirkung von zwei diskreten laserinduzierten Mechanismen erfolgt.
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Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Technologie einen kurzen Laserimpuls verwenden, um eine erste Veränderung in dem Material auszulösen, und einen langen Puls oder einen Dauerstrich-Laser, um das Material zu trennen. Die mit dem kurzen Laserpuls verbundene Spitzenleistung kann ohne weiteres zu einer der vorgenannten molekularen Störungen führen. Es versteht sich, dass diese Störungen durch eine schnelle Beschleunigung von Elektronen in Reaktion auf das Anlegen des starken elektrischen Feld des kurzen Laserpulses an das Material verursacht werden. Die erste Veränderung kann jeden aus einer Familie von Ionisationseffekten umfassen, wie Diskontinuitäten in dem Gittermuster (auf molekularer Ebene) des Materials.
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Der zweite Laser kann einen Laserstrahl mit relativ hoher Durchschnittsleistung und niedriger Spitzenleistung erzeugen. Der Laserstrahl kann Wärme in dem Material durch optische Absorption erzeugen. Örtliches Erhitzen im Belichtungsbereich des zweiten Laserstrahls kann selektiv die durch den ersten Laserstrahl erzeugte Veränderung erhitzen und das Material dazu bringen, sich entlang der Gittermuster-Diskontinuität (z. B. der Veränderung) zu trennen. Andere Ursachen für die Trennung können die Ausbreitung einer akustischen Stoßwelle (erzeugt durch die Anwendung des Laserstrahls des zweiten Lasers) durch den Bereich der Materialveränderung umfassen, und/oder starke thermische Abstufung des Bereichs der Materialveränderung.
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1 zeigt ein beispielhaftes Vereinzelungssystem (im Folgenden „System 100”) zur Verwendung bei Gebrauch der Ausführungsformen der vorliegenden Technologie. Allgemein gesagt, kann das System 100 ein erstes Lasergerät 105 und ein zweites Lasergerät 110, die jeweils selektiv mit einer Strahlabgabevorrichtung 115 gekoppelt sind, umfassen. Jedes des ersten und zweiten Lasergeräts wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Zum Zwecke der Klarheit sind das erste und das zweite Lasergerät 105 und 110 als in dem gleichen Gehäuse 120 angeordnet gezeigt, obwohl es sich versteht, dass das erste und das zweite Lasergerät getrennt voneinander untergebracht werden können, und gegebenenfalls in separaten Systemen (nicht gezeigt).
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Die Strahlabgabevorrichtung 115 kann allgemein als optische und/oder strukturelle Komponenten umfassend beschrieben werden, die dazu verwendet werden, Laserstrahlen, die von dem ersten und zweiten Lasergerät 105 und 110 erzeugt werden, zu fokussieren und auszurichten. Der Aufbau und Betrieb von Strahlabgabevorrichtungen würde einem Durchschnitts-Fachmann auf dem Gebiet, mit der vorliegenden Offenbarung vor sich, bekannt sein. Daher wird eine detaillierte Diskussion der Strahlabgabevorrichtung 115 zur Erreichung einer kurzen Darstellung weggelassen.
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Das System 100 kann auch eine unterhalb des ersten und zweiten Lasergeräts 105 und 110 positionierte Plattform 125 umfassen. Die Plattform 125 kann als Auflage für ein Material 130, auch als Ausgangsmaterial bezeichnet, dienen.
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Gemeinsam auf die 1–2B Bezug nehmend, kann das erste Lasergerät 105 irgendeine einer Anzahl verschiedener Laserarten umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl 135 zu erzeugen, der eine vorwiegend elektronische Anregungsenergie in das Material 130 induziert. Es versteht sich, dass das erste Lasergerät 105 einen Laserstrahl erzeugen kann, der eine Lichtwellenlänge aus dem sichtbaren, dem nahen Infrarot oder dem ultravioletten Spektrum umfasst.
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Zusätzlich kann das erste Lasergerät 105 eine Laserpulsdauer von weniger als oder gleich zu etwa zehn Nanosekunden verwenden. In anderen Ausführungsformen kann das erste Lasergerät 105 eine Laserpulsdauer von weniger als oder gleich zu etwa fünfzig Pikosekunden verwenden. In einigen Ausführungsformen kann das erste Lasergerät 105 eine Laserpulsdauer von weniger als oder gleich zu etwa einer Pikosekunde verwenden. Die Laserpulsdauer des ersten Lasergeräts 105 kann auf der Grundlage einer gewünschten elektrischen Feldstärke, die in dem bestrahlten Bereich (Bereich in dem eine Veränderung gewünscht ist) erzeugt werden soll, ausgewählt werden. Die Laserpulsdauer und Laserpulsstärke können basierend auf der Grundlage der physikalischen Eigenschaften des Materials wie Dichte und Lichtundurchlässigkeit variiert werden.
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Das erste Lasergerät 105 kann das Material selektiv mit einen Laserstrahl entlang eines Strahlengangs 140 oder nach einem bestimmten Muster beaufschlagen. Selektive Anpassungen der Strahlabgabevorrichtung 115 können elektronische Anregungsenergien in beliebiger Tiefe des Materials bewirken (siehe 3). Zusätzlich kann der Betrag elektronischer Anregungsenergie durch Variation zusätzlicher Parameter des ersten Lasergeräts 105, wie Strahlaussendungsgeschwindigkeit und Strahlenergiepegel, eingestellt werden.
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Die elektronische Energieanregung des Materials kann eine Störung der Moleküle innerhalb des Materials entlang des Strahlengangs 140 bewirken. Es versteht sich, dass, allgemeinen ausgedrückt, eine Störung des Materials eine Veränderung einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften des Materials 130 auslöst. Eine Störung kann z. B. eine Trennung der molekularen Bindungen in dem Molekulargitter des Materials (auch als Erzeugen einer Gittermuster-Diskontinuität bekannt), ein örtlich begrenztes Volumen entfernten Materials (auch als „scribe” bekannt), eine geometrische Neuausrichtung der Moleküle des Materials und/oder eine Änderung der Materialdichte entlang des Strahlengangs umfassen – um nur einige zu nennen.
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2A und 2B veranschaulichen eine Veränderung 145, die sich zwischen einer oberen Fläche 150 und einer unteren Oberfläche 155 des Materials 130 entlang der Länge des Strahlengangs 140 erstreckt.
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3 veranschaulicht Materialveränderungen unterschiedlicher Länge und Tiefe in einem Material 300. Zum Beispiel kann sich eine Veränderung 305 zwischen einer Oberseite 310 und einer Unterseite 315 des Materials 300 (ähnlich der Veränderung 145 in 2A und 2B) erstrecken. Die Veränderung 320 ist als sich von der Oberseite 310 bis in eine Tiefe in dem Material 300 erstreckend gezeigt. Die Veränderung 325 ist beginnend in einem Abstand unterhalb der Oberseite 310 und endend in einem vorbestimmten Abstand über der Unterseite 315 gezeigt. Die Veränderung 330 ist als sich von der Unterseite 315 des Materials 300 nach oben erstreckend und innerhalb des Materials 300 in einem vorbestimmten Abstand von der Oberseite 310 endend gezeigt. Diese Veränderungen sind nur beispielhaft und veranschaulichen, dass Veränderungen sich in jeder Tiefe zwischen der Unterseite 310 und der Oberseite 315 des Materials 300 erstrecken können.
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Zusätzlich kann die Breite des Strahlengangs 140 selektiv durch Variieren der optischen Konfigurationen der Strahlabgabevorrichtung 115 eingestellt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Strahlabgabevorrichtung 115 die Abgabe des ersten Lasergeräts 105 auf ungefähr 1 Mikrometer bis 100 Mikrometer in der Breite konzentrieren. Ein Durchschnitts-Fachmann auf dem Gebiet, mit der vorliegenden Offenbarung vor sich, erkennt, dass die Strahlbreite selektiv variiert werden kann, um die Abmessungen der Veränderungen 305 zu variieren.
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Veränderungen der Materialeigenschaften des Materials können durch Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Materials nachgewiesen werden. Zum Beispiel kann eine Veränderung eine Änderung des Brechungsindex (insbesondere bei transparenten oder semitransparenten Materialien) des Materials entlang der Veränderung auslösen. Daher kann sich die Veränderung bei Brechungsuntersuchung des Materials visuell von dem nicht-veränderten Material abheben.
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4A und 4B zeigen mikroskopische Aufnahmen einer Brechungsuntersuchung eines veränderten Materials 400. Das Material 400 wurde einer ersten Laserleistungsabgabe ausgesetzt, die eine Veränderung 405 innerhalb des Materials 400 ausgelöst hat. Es ist zu beachten, dass die Veränderung zu einer Dichteänderung des Materials 400 entlang eines Strahlenganges, der durch das erste Lasergerät emittiert wurde, geführt hat. Im Zuge der Untersuchung wurde das Material Licht ausgesetzt. Setzt man das Material dem Licht aus, wird die Veränderung 405 als dunkle Linie, die sich durch das Material 400 erstreckt, sichtbar. Diese Verdunkelung wird dadurch hervorgerufen, dass das Licht langsamer oder mit höherer Absorption, im Vergleich zum Rest des (an jeder Seite) der Veränderung 405 angrenzenden Materials 400, durch die Veränderung 405 hindurchtritt.
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Es erscheint sinnig anzumerken, dass 4B den gleichen Abschnitt des Materials 400 wie 4A zeigt, mit der Ausnahme, dass 4B auf drei Millimeter in dem Material 400 konzentriert ist. Außerdem ist eine Vergrößerung und Abbildung des Materials 400 möglich, da das Material 400 zumindest teilweise transparent und in der Lage ist, Licht hindurchtreten zu lassen.
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5 veranschaulicht die Trennung (z. B. die Vereinzelung) des veränderten Materials 500 (bereits in vereinzelter Anordnung gezeigt) in einzelne Abschnitte, beispielsweise in einen ersten Abschnitt 505 und einen zweiten Abschnitt 510. Der erste und zweite Abschnitt 505 und 510 sind nur für illustrative Zwecke versetzt zueinander gezeigt, um eine Randfläche 515 des ersten Abschnitts 505 zu zeigen. Der Begriff verändertes Material wird als ein Material umfassend verstanden, das zuvor einer ersten Laserleistungsabgabe eines ersten Lasergeräts 105 ausgesetzt wurde.
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Die Vereinzelung des veränderten Materials 500 kann durch eine Laserleistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 entlang des Strahlengangs 520 verursacht werden. Es erscheint sinnig anzumerken, dass der Strahlengang 520 nur zur Veranschaulichung als sich über die Kanten des veränderten Materials 500 erstreckend dargestellt ist.
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Die Laserleistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 kann eine Erwärmung des veränderten Materials 500 entlang des Strahlengangs 520 hervorrufen, die zu einer Trennung oder Vereinzelung des veränderten Materials entlang der Veränderung (dargestellt anhand des Strahlengangs 520) führt. Es versteht sich, dass die Trennung des veränderten Materials 500 durch den zweiten Laser 110 ein vereinzeltes Produkt erzeugt, das im Wesentlichen frei von Defekten ist. Zum Beispiel sind eine Randfläche, wie die vereinzelte Randfläche 515 und die Ecken 525 und 530, die während der Vereinzelung erzeugt wurden, im Wesentlichen frei von Defekten, wie Rissen, Abplatzungen oder Falschformungen. Diese Defekte können die mechanische Integrität, die Bruchfestigkeit und/oder den ästhetischen Wert des Produktes verschlechtern. Obwohl nicht gezeigt, umfasst der zweite Abschnitt 510 auch eine vereinzelte Randfläche, die im Wesentlichen frei von Defekten ist.
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Obwohl nicht gezeigt, kann der von dem zweiten Lasergerät 110 erzeugte Laserstrahl eine ausreichende Breite aufweisen, um die Temperatur des unmittelbar an das veränderte Material angrenzenden Materials zu erhöhen. Die Erhöhung der Temperatur des angrenzenden Materials hilft bei der Vermeidung der Entwicklung von Defekten entlang des Strahlenganges 520 während der Vereinzelung.
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Abhängig von der Art des verwendeten Lasers kann die zweite Leistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 eine akustische Stoßwelle erzeugen, die sich durch das veränderte Material 500 ausbreitet. Diese akustische Stoßwelle kann zum Ausfall des veränderten Materials entlang des Strahlengangs 520 führen. Es ist klar, dass eine Stoßwelle durch die Leistungsabgabe eines ultraschnellen Lasergeräts erzeugt werden kann.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Laserstrahl des zweiten Lasergeräts 110 Laserpulsdauern einsetzen, die größer als oder gleich zu etwa zehn Picosekunden sind. Andere Ausführungsformen können Laserpulsdauern von mehr als oder gleich zu etwa einer Mikrosekunde aufweisen.
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In manchen Ausführungsformen kann die zweite Laserleistungsabgabe eine aus einem Bereich von einschließlich etwa 0,78 bis drei Mikrometer (d. h. nahes Infrarotspektrum) ausgewählte Wellenlänge aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Laserleistungsabgabe eine aus einem Bereich von einschließlich etwa 3 bis 50 Mikrometer (d. h. mittleres Infrarotspektrum) ausgewählte Wellenlänge aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Laserleistungsabgabe eine aus einem Bereich von einschließlich etwa 50 bis 1000 Mikrometer (d. h. fernes Infrarotspektrum) ausgewählte Wellenlänge aufweisen. In noch anderen Ausführungsformen umfasst das zweite Lasergerät 110 ein Dauerstrich-Lasergerät.
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Wie oben erwähnt, kann die Breite des Lichtstrahls des zweiten Lasergeräts 110 selektiv auf Basis der Breite der Veränderung 145 eingestellt werden. Die Breite des Strahls kann durch Variation der optischen Konfiguration der Strahlabgabevorrichtung 115 selektiv eingestellt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Strahlabgabevorrichtung 115 die Leistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 auf etwa 10 Mikrometer bis 10 mm in der Breite (basierend auf der Breite der durch die Leistungsabgabe des ersten Lasergeräts verursachten Veränderung oder etwa 1 bis 100 Mikrometern) konzentrieren.
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In einigen Ausführungsformen kann das System 100 eine Laserleistungsabgabe des ersten Lasergeräts 105 längs der gesamten Länge des Strahlengangs 140 des Materials 130 aufbringen, bevor die Laserleistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 längs der gesamten Länge des Strahlengangs 140 aufgebracht wird. In anderen Ausführungsformen erfolgen Laserleistungsabgaben beider, des ersten und zweiten Lasergeräts 105 und 110, im Wesentlichen gleichzeitig. Das heißt, dass die Aufbringung der Leistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 nach dem Aufbringen der Leistungsabgabe des ersten Lasergeräts 105 erfolgen kann. Zum Beispiel kann ein Laserstrahl des zweiten Lasergeräts 110 (in einem vorbestimmten Abstand) dem Laserstrahl des ersten Lasergeräts 105, entlang dem Strahlengang 140, folgen.
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Während die oben beschriebenen Beispiele sich mit dem Trennen eines einfachen rechteckigen Materials in zwei getrennte rechteckige Abschnitte beschäftigen, ist es einem Durchschnitts-Fachmann auf dem Gebiet klar, dass das System 100 dazu verwendet werden kann, fein ausgeformte Produkte aus einem Ausgangsmaterial herzustellen. Beispielsweise kann eine Scheibe aus gehärtetem Glas verarbeitet werden, um gemäß den oben beschriebenen Verfahren eine Vielzahl von Touchscreen-Beschichtungen zu erzeugen. Die Touchscreen-Beschichtungen können jeglichen gewünschten geometrischen Aufbau aufweisen.
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Darüber hinaus können unter Verwendung der oben genannten Verfahren feine Details in die Touchscreen-Beschichtungen wie Öffnungen oder Anschlüsse eingearbeitet werden.
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Bei anderen beispielhaften Verwendungen können Halbleitersubstrate durch die vorliegende Technologie verarbeitet werden. Zum Beispiel können unter Verwendung der vorliegenden Technologie Merkmale wie Durchkontaktierungen durch Silizium in dem Halbleitersubstrat hergestellt werden.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System anstatt getrennter erster und zweiter Lasergeräte ein einzelnes Laser-Erzeugungs- und Abstrahlungsgerät umfassen, das eine Vielzahl von Laserleistungsabgaben erzeugen kann. Beispielsweise kann das einzelne Laser-Erzeugungs- und Abstrahlungsgerät Laserstrahlen mit kurzen und langen Pulsdauern erzeugen. Darüber hinaus kann das Laser-Erzeugungs- und Abstrahlungsgerät Laserstrahlen, die eine beliebige geeignete Wellenlänge aufweisen, erzeugen.
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Im Hinblick auf sowohl das erste als auch das zweite Lasergerät 105 und 110 versteht es sich, dass diese Lasergeräte irgendeine einer Anzahl von Techniken zum Aussenden eines Laserstrahls verwenden (z. B. Ausbreitung in Richtung oder in) einem Material. Nichteinschränkende Beispiele von Laserstrahl-Aussende-Techniken umfassen lineare und/oder nichtlineare optische Ausbreitung, statische und/oder transiente Wellenleitereffekte, optische Beugung, Brechung, Reflexion, Filamentierung, Selbstfokussierung, zusammen mit jeglichem anderen Verfahren/Vorrichtungen zur Platzierung von Laserenergie relativ zu irgendeinem von einem Volumen, einer Ebene, einer Linie oder einem Punkt, die einem Durchschnitts-Fachmann auf dem Gebiet, mit der vorliegenden Offenbarung vor ihm, bekannt wären.
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Zusätzlich können die kombinierten Effekte der hierin offenbarten Lasergeräte für die Verwendung in einer Vielzahl von Mikrobearbeitungsanwendungen konfiguriert werden, die umfassen, aber nicht beschränkt sind auf, die Gestaltung wertvoller Schmucksteine, Ritzen oder Vereinzeln von Halbleiterwafern, chirurgisches Schneiden von Hartgewebe und Anbringen von Erkennungsmerkmalen wie Seriennummern oder Teilenummern im Inneren von transparenten Geräten – um nur einige zu nennen.
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Wieder Bezug nehmend auf 1, wird im Betrieb ein Ausgangsmaterial 130 auf der Plattform 125 des Systems 100 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können ausführbare Anweisungen verwendet werden, um selektiv die Betriebscharakteristiken des Systems 100 zu variieren, um Produkte ausgehend von einem Ausgangsmaterial zu vereinzeln. Diese Anweisungen können durch den Prozessor eines Computersystems (nicht gezeigt), wie das mit Bezug auf 6 beschriebene Computersystem 600, ausgeführt werden. Das Computersystem kann insbesondere dazu gedacht sein, den Betrieb des Systems 100 zum Vereinzeln von Materialien zu steuern.
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Die ausführbaren Anweisungen können Laserparameter für das erste Lasergerät 105 umfassen, die auf der Grundlage der physikalischen Eigenschaften des Materials 130 ausgewählt sind. Die physikalischen Eigenschaften des Materials 130 können von einem Benutzer eingegeben werden oder mittels von einem oder mehreren Sensoren (nicht gezeigt) gesammelter Daten bereitgestellt werden. Anschließend wird die Strahlabgabevorrichtung 115 selektiv eingestellt, um den Strahl des ersten Lasergeräts 105 auf eine bestimmte Tiefe und Breite relativ zu dem Material 130 zu konzentrieren. Die Leistungsabgabe des ersten Lasergeräts 105 wird entlang eines Strahlengangs 140 gemäß einem gewünschten Produkt-Profil abgegeben. Das heißt, der Strahlengang 140 fährt einem Umriss des gewünschten Produkt-Profils ab (z. B. rechteckig, kreisförmig, polygonal, unregelmäßig, und so weiter).
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Die Beaufschlagung mit der Leistungsabgabe des ersten Lasergeräts 105 bewirkt eine Veränderung 145 der Materialeigenschaften des Materials 130 entlang des Strahlenganges 140. Um die Trennung oder Vereinzelung des Materials 130 entlang des Strahlenganges 140 zu bewirken, werden die Laserparameter für den zweiten Laser 110 selektiv eingestellt, wiederum basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Materials und der innerhalb des Materials 130 bewirkten Veränderung 145.
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Als nächstes wird die Konfiguration der Strahlabgabevorrichtung 115 selektiv eingestellt. Beispielsweise wird die Breite des Strahls des zweiten Lasergeräts 110 so gewählt, dass der Strahl des zweiten Lasergeräts 110 auf Abschnitte des Materials, die an die Veränderung 145 angrenzen, sowie auf die Veränderung 145 selbst gerichtet ist.
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Die Abgabe der Laserleistungsabgabe des zweiten Lasergeräts 110 führt zur Vereinzelung oder Abtrennung des Produkts (nicht gezeigt) von dem Ausgangsmaterial 130 entlang der Veränderung 145, ohne Einbringung von Defekten in die Kantenflächen des Materials 130 (oder in irgendeinen anderen Abschnitt des Materials 130).
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6 zeigt ein beispielhaftes Computersystem 600, das verwendet werden kann, um eine Ausführungsform der vorliegenden Technologie zu implementieren. Das System 600 der 6 kann in den Kontexten von Verwandten von Computersystemen, Netzwerken, Servern oder Kombinationen davon umgesetzt werden. Das Computersystem 600 von 6 umfasst einen oder mehrere Prozessoren 610 und Hauptspeicher 620. Der Hauptspeicher 620 speichert, zum Teil, Anweisungen und Daten zur Ausführung durch den Prozessor 610. Der Hauptspeicher 620 kann im Betrieb den ausführbaren Code speichern. Das System 600 der 6 enthält ferner eine Massenspeichervorrichtung 630, Laufwerk(e) 640 für tragbare Speichermedien, Ausgabevorrichtungen 650, Benutzereingabegeräte 660, eine Grafikanzeige 670 und Peripheriegeräte 680.
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Die in 6 gezeigten Komponenten sind als über einen einzigen Bus 690 verbunden dargestellt. Die Komponenten können über ein oder mehrere Datentransportmittel verbunden werden. Prozessoreinheit 610 und Hauptspeicher 620 können über einen lokalen Mikroprozessorbus verbunden sein und die Massenspeichervorrichtung 630, Peripheriegerät(e) 680, Vorrichtung für tragbaren Speicher 640, und Anzeigesystem 670 können über einen oder mehrere Eingabe/Ausgabe(I/O)-Busse verbunden sein.
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Massenspeichervorrichtung 630, die mittels eines Magnetplattenlaufwerks oder eines optischen Plattenlaufwerks implementiert sein kann, ist eine nicht-flüchtige Speichereinrichtung zum Speichern von Daten und Anweisungen zur Verwendung durch die Prozessoreinheit 610. Massenspeichervorrichtung 630 kann die System-Software zum Implementieren von Ausführungsformen der vorliegenden Technologie zum Zwecke des Ladens der Software in den Hauptspeicher 620 speichern.
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Die Vorrichtung 640 für tragbaren Speicher arbeitet in Verbindung mit einem tragbaren nichtflüchtigen Speichermedium, wie eine Diskette, eine Compact-Disc, eine Digital-Video-Disc oder ein USB-Speichergerät, um Daten und Code in das und von dem Computersystem 600 der 6 ein- und auszugeben. Die Systemsoftware zum Implementieren von Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann auf einem solchen tragbaren Medium gespeichert sein und in das Computersystem 600 über die Vorrichtung 640 für tragbaren Speicher eingegeben werden.
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Eingabegeräte 660 stellen einen Teil einer Benutzerschnittstelle bereit. Eingabegeräte 660 können eine alphanumerische Tastatur, wie eine Tastatur zum Eingeben von alphanumerischen und anderen Informationen, oder eine Zeigevorrichtung, wie eine Maus, einen Trackball, einen Stift oder Cursorrichtungstasten umfassen. Zusätzlich kann das System 600, wie in 6 gezeigt, Ausgabegeräte 650 umfassen. Geeignete Ausgabegeräte umfassen Lautsprecher, Drucker, Netzwerkschnittstellen und Monitore.
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Das Anzeigesystem 670 kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine andere geeignete Anzeigevorrichtung umfassen. Anzeigesystem 670 empfängt Text- und Grafikinformationen und verarbeitet die Informationen zur Ausgabe auf der Anzeigevorrichtung.
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Peripheriegeräte 680 können jede Art von Computer-Unterstützungs-Gerät umfassen, um zusätzliche Funktionalität zu dem Computersystem hinzufügen. Peripheriegerät(e) 680 können ein Modem oder einen Router umfassen.
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Die in dem Computersystem 600 der 6 vorgesehen Komponenten sind jene, die typischerweise in Computersystemen gefunden werden, die zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Technologie geeignet sein können, und sind dazu bestimmt, eine weite Kategorie solcher Computerkomponenten, wie sie in der Technik bekannt sind, zu repräsentieren. So kann das Computersystem 600 der 6 ein Personal-Computer, ein Handheld-Computersystem, ein Telefon, ein mobiles Computersystem, eine Workstation, ein Server, ein Minicomputer, ein Mainframe-Computer oder jedes andere Computersystem sein. Der Computer kann auch unterschiedliche Bus-Konfigurationen, vernetzte Plattformen, Multi-Prozessor-Plattformen usw. umfassen. Verschiedene Betriebssysteme können verwendet werden, einschließlich Unix, Linux, Windows, Mac OS, Palm OS, Android, iPhone OS und andere geeignete Betriebssysteme.
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Beachtenswert ist, dass jede Hardwareplattform, die zur Durchführung der hier beschriebenen Verarbeitung geeignet ist, geeignet für die Verwendung mit der Technologie ist. Computer-lesbare Speichermedien beziehen sich auf jedes Medium oder Medien, die an der Bereitstellung von Anweisungen an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einem Prozessor, einem Mikrocontroller oder dergleichen teilnehmen. Solche Medien können in Form von, aber nicht beschränkt auf, nichtflüchtige und flüchtige Medien, wie optische oder magnetische Platten und dynamischen Speicher, auftreten. Übliche Ausbildungen computerlesbarer Speichermedien umfassen eine Diskette, eine flexible Disk, eine Festplatte, ein Magnetband, jedes andere magnetische Speichermedium, eine CD-ROM-Disk, eine Digital-Video-Disk (DVD), jedes andere optische Speichermedium, RAM, PROM, EPROM, FLASHEPROM, jeden anderen Speicherchip oder jede andere Speicherkassette.
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Während im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese nur beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt wurden. Die Beschreibungen sind nicht dazu gedacht, den Anwendungsbereich der Technologie auf die besonderen hier dargelegten Formen zu begrenzen. Somit sollte der Umfang und Schutzbereich einer bevorzugten Ausführungsform nicht durch irgendeine der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht einschränkend ist. Im Gegenteil sollen die vorliegenden Beschreibungen solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, wie sie im Geist und Umfangs der Technologie enthalten sein können, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist und andernfalls einem Durchschnitts-Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich ist. Der Schutzumfang der Technologie sollte daher nicht unter Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche in Zusammenhang mit deren vollen Umfang an Äquivalenten bestimmt werden.
