WO2014012696A1 - Method for the production of chemically strengthened glass substrates - Google Patents

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WO2014012696A1
WO2014012696A1 PCT/EP2013/061248 EP2013061248W WO2014012696A1 WO 2014012696 A1 WO2014012696 A1 WO 2014012696A1 EP 2013061248 W EP2013061248 W EP 2013061248W WO 2014012696 A1 WO2014012696 A1 WO 2014012696A1
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WO
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chemically tempered
glass substrates
glass substrate
tempered glass
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PCT/EP2013/061248
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Fabian Wagner
Dr. Volker PLAPPER
Dr. Oliver Hochrein
Thomas Risch
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Schott Ag
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam

Definitions

  • the invention relates to a method for producing chemically tempered glass substrates.
  • the invention relates to prestressing and
  • thermal tempering processes are usually only suitable for glasses with a thickness of over 1 mm and lead to many applications such as
  • displays and touch screens of mobile devices not to the desired strength of the glass and scratch resistance of the surface.
  • ions present in the substrate such as, for example, sodium ions
  • larger ions for example potassium ions
  • the disadvantage is that strongly chemically toughened substrates usually by voltage-induced separation processes, such as mechanical scoring or scribing a laser and subsequent breaking, can not be separated controlled, as it usually comes to an uncontrolled break.
  • At least strongly chemically biased substrates are therefore usually isolated in practice before the chemical toughening. This is extremely disadvantageous, in particular, when electronic components, for example for forming a display and / or touch panel, are to be applied to the substrate. This, usually applied in thin-film technology electronic components can then be applied only to the already isolated substrate components, which means a high handling effort due to their small size and therefore is uneconomical. As a result, in practice for the production of displays,
  • a cover glass is highly chemically tempered and serves as scratch protection.
  • another substrate is arranged, on which the electronic components for forming the touch panel are applied and which is not pre-hardened.
  • the publication JP 201 1 -251879 proposes to first provide chemically toughened glasses with an initial crack at a specific position of the surface and then to heat them along the initial crack to a temperature of at most 200 ° C below the glass transition temperature to a mechanical stress field thermally to induce and thus to divide the glass. Also, this approach does not seem particularly practical for the production of displays and touches.
  • the invention is the object of the invention to provide a practical method, with which in a simple way chemically
  • tempered glasses can be separated in a controlled manner.
  • the object of the invention is already achieved by a method for producing chemically toughened glass substrates, as well as by a chemical
  • the invention relates to a method for producing chemically tempered glass substrates.
  • the invention particularly relates to chemically tempered substrates which have a compressive stress of at least 600 MPa, preferably at least 800 MPa, on the surface of the substrate, the penetration depth of the layer having a higher compressive stress being at least 30 ⁇ m, preferably at least 40 ⁇ m.
  • Compressive stress on the surface also be lower. This amounts to at least two-stage biased substrates usually at least 500 MPa, although the penetration depth of the layer with higher compressive stress is higher, namely at least 50 ⁇ , preferably at least 100 ⁇ .
  • the invention preferably relates to glass substrates having a thickness of less than one mm.
  • the invention provides first to provide a chemically tempered glass substrate.
  • the separation of the glass substrate ie the separation of the substrate into several parts, takes place after the chemical pretensioning.
  • the chemically tempered glass substrate along at least one line to a temperature above the
  • Glass transition temperature T g heated.
  • the glass substrate is then separated along this line.
  • the glass substrate is locally heated along the line to a temperature above the annealing temperature.
  • the upper cooling temperature is understood to mean the temperature at which the glass has a viscosity of 10 13 dPas and at which the glass relaxes rapidly.
  • the inventors have found that by local heating it is possible to locally permanently degrade the preload generated by the chemical prestressing process in such a way that it is then possible by means of
  • the local heating takes advantage of the fact that, in particular above the annealing points, the glass structure can relax very quickly, so that the stresses introduced by the ion exchange locally degrade.
  • the substrate is punctiformly heated by a chain of successively arranged points which run along the line.
  • at least the glass transition temperature should be achieved in spite of the so inhomogeneous heating along the line.
  • the glass substrate is preferably along the latest separation line for a Period of at least 0.5 seconds, preferably at least one second, heated to a temperature above the glass transition temperature.
  • the heating can be brought about, for example, by moving the substrate relative to a heat source, for example along a laser beam.
  • a CO2 laser For thermal heating, for example, a CO2 laser can be used.
  • Laser radiation in particular can be well focused and is easy to control with regard to the surface temperature.
  • the temperature as provided in one embodiment of the invention, can be controlled and / or regulated by means of a pyrometer.
  • the glass substrate is cooled prior to separation, in particular to a temperature of less than 300 ° C, preferably less than 100 ° C.
  • the invention thus makes use of the effect that a reorganization of the glass network takes place by heating above the glass transition temperature, thereby permanently reducing the compressive stress which has been introduced into the existing glass lattice by introducing larger ions.
  • Heating and cooling are kept as low as possible.
  • the glass substrate is locally heated from both sides.
  • the local heating takes place substantially simultaneously from both sides.
  • Temperature difference of 150 ° C preferably of 100 ° C is present. It has been shown that, especially when lasers are used, which are already absorbed near the surface in many types of glass, for example CO2 lasers, simultaneous heating from both sides is generally necessary in order to avoid damage to the substrate.
  • the substrate is separated while still partially heated.
  • the temperature along the dividing line is already below the glass transition temperature.
  • the thermally introduced energy can be used for a subsequent thermal separation step, for example for laser scribing or thermal blasting.
  • the invention preferably relates to flat substrates or substrates with only slight curvature. But it is also conceivable, for example, to separate round substrates such as pipes.
  • the local heating takes place by means of electromagnetic radiation whose penetration depth is at least one Quarter, preferably at least half, more preferably at least the entire thickness of the substrate.
  • the separation of the glass substrate is preferably voltage-induced, in particular mechanically by scribing or by laser scribing.
  • electronic components are applied to the substrate before the separation, which serve in particular to form a display and / or a touch panel.
  • the invention makes it possible to singulate chemically tempered substrates after the application of electronic circuits by means of thin-film technology, which considerably simplifies the process control and furthermore makes it possible in a simpler and more economical way to provide a display or touch panel in which not between cover glass and substrate glass for the electronic components, but in which the cover glass also serves as a substrate for the electronic components.
  • the invention further relates to a chemically tempered glass substrate, which can be produced as described above.
  • Fig. 1 shows schematically a glass substrate 1, which is to be separated along the lines 2 in several sections 1 a, 1 b.
  • the penetration depth of the chemically prestressed layer 5 is indicated by a dashed line.
  • the substrate has a high compressive stress.
  • the substrate can now be separated by means of stress-inducing separation processes.
  • Fig. 4 shows schematically how the process control in the manufacture of the display of a mobile phone can be simplified by the invention.
  • a glass substrate 1 is provided.
  • the glass substrate 1 is chemically biased in step II in a salt bath 6.
  • step III the already biased substrate with electric
  • a frame 8 for example as a sputtered metal layer, are applied.
  • step IV between the individual pieces along the line 2, the substrate is then locally heated in order to reduce the chemical bias along the parting lines.
  • step V the substrate is voltage-induced isolated in sections 1 a, 1 b, which are now already designed as a display.
  • FIG. 5 shows, on the basis of a flow chart, the essential method steps of an exemplary embodiment of the invention.
  • the glass substrate is heated locally along a line above the glass transition temperature T g .
  • the substrate is chemically prestressed in a salt bath.
  • the substrate is isolated by stress induced by scratching along the lines and separated by breaking.
  • the invention enabled a simple method of separating
  • Glass substrates are provided with which chemically toughened glass substrates can be separated after toughening.

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Abstract

The invention relates to a method for producing chemically strengthened glass substrates. In said method, the substrate is first chemically strengthened, is then locally heated along a line to a temperature exceeding the glass transition temperature, and is cut along said line.

Description

Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate  Process for producing chemically tempered glass substrates
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate. Insbesondere betrifft die Erfindung das Vorspannen und The invention relates to a method for producing chemically tempered glass substrates. In particular, the invention relates to prestressing and
Vereinzeln von chemisch vorgespannten Glassubstraten für Displays und Separation of chemically tempered glass substrates for displays and
Touchfelder. Touch fields.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Vorspannungsprozesse für Gläser sind bekannt. Industriell vielfältig angewendet werden thermische Vorspannprozesse, bei welchen der gesamte Biasing processes for glasses are known. Applyed industrially diverse thermal tempering processes in which the entire
Glasgegenstand erhitzt und dann die Glasoberfläche durch Anblasen mit kalter Luft schnell abgeschreckt wird. Dadurch erstarrt die Oberfläche sofort, während das Glasinnere sich weiter zusammenzieht. So entsteht im Inneren eine Heated glass object and then the glass surface is quenched by blowing cold air quickly. As a result, the surface solidifies immediately, while the glass interior continues to contract. This is how a inside arises
Zugspannung und entsprechend an der Oberfläche eine Druckspannung. Tensile stress and accordingly at the surface a compressive stress.
Thermische Vorspannprozesse eignen sich allerdings in der Regel nur für Gläser mit einer Dicke von über 1 mm und führen für viele Anwendungen wie However, thermal tempering processes are usually only suitable for glasses with a thickness of over 1 mm and lead to many applications such as
beispielsweise Displays und Touchscreens von mobilen Geräten nicht zur gewünschten Festigkeit des Glases und Kratzfestigkeit der Oberfläche. For example, displays and touch screens of mobile devices not to the desired strength of the glass and scratch resistance of the surface.
Für viele Anwendungen werden daher chemische Vorspannprozesse bevorzugt. Dabei werden im Substrat vorhandene Ionen wie beispielsweise Natrumionen durch größere Ionen, beispielsweise Kaliumionen, ausgetauscht und an der Oberfläche des Substrates wird so eine Druckspannung erzeugt, mittels derer sich die Festigkeit des Glases erheblich erhöhen lässt. For many applications, therefore, chemical tempering processes are preferred. In this case, ions present in the substrate, such as, for example, sodium ions, are exchanged for larger ions, for example potassium ions, and a compressive stress is thus generated on the surface of the substrate by means of which the strength of the glass can be increased considerably.
Nachteilig ist, dass sich stark chemisch vorgespannte Substrate in der Regel durch spannungsinduzierte Trennverfahren, wie beispielsweise mechanisches Anritzen oder Anritzen eines Lasers und anschließendes Brechen, nicht kontrolliert trennen lassen, da es in der Regel zu einem unkontrollierten Bruch kommt. The disadvantage is that strongly chemically toughened substrates usually by voltage-induced separation processes, such as mechanical scoring or scribing a laser and subsequent breaking, can not be separated controlled, as it usually comes to an uncontrolled break.
Schwach chemisch vorgespannte Gläser, bei denen die Druckspannung im Oberflächenbereich geringer ist, lassen sich zwar vielfach noch Weakly chemically toughened glasses, in which the compressive stress in the surface area is lower, can often still be used
spannungsinduziert brechen. Diese Gläser weisen jedoch meist nicht die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Kratz- und Bruchfestigkeit auf. break stress-induced. However, these glasses usually do not have the desired scratch and break resistance properties.
Weiter ist es zwar denkbar, chemisch vorgespannte Substrate mittels nicht spannungsinduzierter Verfahren zu trennen, wie beispielsweise über Furthermore, it is conceivable to separate chemically tempered substrates by means of non-stress-induced processes, such as over
Laserablation über die komplette Dicke des Substrates hinweg. Dies ist aber äußerst aufwändig und für die Praxis daher in der Regel untauglich. Laser ablation across the entire thickness of the substrate. However, this is extremely complex and therefore generally unsuitable for practice.
Zumindest stark chemisch vorgespannte Substrate werden daher in der Praxis meist vor dem chemischen Vorspannen vereinzelt. Dies ist insbesondere dann äußerst nachteilig, wenn auf das Substrat elektronische Bauelemente, beispielsweise zur Ausbildung eines Displays- und oder Touchfeldes, aufgebracht werden sollen. Diese, zumeist in Dünnschichttechnik aufgebrachten elektronischen Bauteile, können sodann nämlich nur auf die bereits vereinzelten Substratbestandteile aufgebracht werden, was aufgrund deren geringer Größe einen hohen Handlingaufwand bedeutet und daher unwirtschaftlich ist. Dies hat zur Folge, dass in der Praxis zur Herstellung von Displays, At least strongly chemically biased substrates are therefore usually isolated in practice before the chemical toughening. This is extremely disadvantageous, in particular, when electronic components, for example for forming a display and / or touch panel, are to be applied to the substrate. This, usually applied in thin-film technology electronic components can then be applied only to the already isolated substrate components, which means a high handling effort due to their small size and therefore is uneconomical. As a result, in practice for the production of displays,
beispielsweise für Smartphones, häufig zwei Schichten verwendet werden: Ein Coverglas ist stark chemisch vorgespannt und dient als Kratzschutz. Unter dem Coverglas ist ein weiteres Substrat angeordnet, auf dem die elektronischen Bauteile zur Ausbildung des Touchfeldes aufgebracht sind und welches nicht vorgehärtet ist. For example, for smartphones, often two layers are used: A cover glass is highly chemically tempered and serves as scratch protection. Under the cover glass, another substrate is arranged, on which the electronic components for forming the touch panel are applied and which is not pre-hardened.
Die Offenlegungsschrift JP 201 1 -251879 schlägt vor, chemisch vorgehärtete Gläser zunächst mit einem Anfangsriss an einer spezifischen Position der Oberfläche zu versehen und diese sodann entlang des Anfangsrisses auf eine Temperatur von maximal 200°C unterhalb der Glasübergangstemperatur zu erwärmen, um ein mechanisches Spannungsfeld thermisch zu induzieren und das Glas so zu zerteilen. Auch diese Vorgehensweise scheint insbesondere zur Herstellung von Displays und Touches nicht gut praktikabel. The publication JP 201 1 -251879 proposes to first provide chemically toughened glasses with an initial crack at a specific position of the surface and then to heat them along the initial crack to a temperature of at most 200 ° C below the glass transition temperature to a mechanical stress field thermally to induce and thus to divide the glass. Also, this approach does not seem particularly practical for the production of displays and touches.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein praktikables Verfahren bereitzustellen, mit welchem auf einfache Weise chemisch The invention is the object of the invention to provide a practical method, with which in a simple way chemically
vorgespannte Gläser kontrolliert getrennt werden können. tempered glasses can be separated in a controlled manner.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, es auf einfache Weise zu ermöglichen, dass unter Beibehaltung eines wirtschaftlichen In particular, it is an object of the invention to make it possible in a simple manner, while maintaining an economic
Fertigungsprozesses das Trennen des Substrates nach dem Vorspannen erfolgen kann. Manufacturing process, the separation of the substrate after biasing can take place.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate, sowie durch ein chemisch The object of the invention is already achieved by a method for producing chemically toughened glass substrates, as well as by a chemical
vorgespanntes Glassubstrat nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Toughened glass substrate according to one of the independent claims. Preferred embodiments and further developments of the invention are to be taken from the respective subclaims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate. The invention relates to a method for producing chemically tempered glass substrates.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf chemisch vorgespannte Substrate, die an der Oberfläche des Substrates eine Druckspannung von mindestens 600 MPa, vorzugsweise mindestens 800 MPa aufweisen, wobei die Eindringtiefe der Schicht mit höherer Druckspannung mindestens 30 μιτι, vorzugsweise mindestens 40 μιτι beträgt. The invention particularly relates to chemically tempered substrates which have a compressive stress of at least 600 MPa, preferably at least 800 MPa, on the surface of the substrate, the penetration depth of the layer having a higher compressive stress being at least 30 μm, preferably at least 40 μm.
Im Fall von mehrstufig chemisch vorgespannten Substraten kann die In the case of multistage chemically tempered substrates, the
Druckspannung an der Oberfläche auch geringer sein. Diese beträgt bei zumindest zweistufig vorgespannten Substraten in der Regel mindestens 500 MPa, wobei allerdings die Eindringtiefe der Schicht mit höherer Druckspannung höher ist, nämlich mindestens 50 μιτι, vorzugsweise mindestens 100 μιτι. Compressive stress on the surface also be lower. This amounts to at least two-stage biased substrates usually at least 500 MPa, although the penetration depth of the layer with higher compressive stress is higher, namely at least 50 μιτι, preferably at least 100 μιτι.
Weiter betrifft die Erfindung vorzugsweise Glassubstrate mit einer Dicke von weniger als einem mm. Furthermore, the invention preferably relates to glass substrates having a thickness of less than one mm.
Die Erfindung sieht vor, zunächst ein chemisch vorgespanntes Glassubstrat bereitzustellen. Die Vereinzelung des Glassubstrates, also das Trennen des Substrates in mehrere Teile, erfolgt nach dem chemischen Vorspannen. The invention provides first to provide a chemically tempered glass substrate. The separation of the glass substrate, ie the separation of the substrate into several parts, takes place after the chemical pretensioning.
Gemäß der Erfindung wird das chemisch vorgespannte Glassubstrat entlang zumindest einer Linie auf eine Temperatur oberhalb der According to the invention, the chemically tempered glass substrate along at least one line to a temperature above the
Glasübergangstemperatur Tg erwärmt. Entlang dieser Linie wird sodann das Glassubstrat getrennt. Vorzugsweise wird das Glassubstrat lokal entlang der Linie auf eine Temperatur oberhalb der oberen Kühltemperatur (annealing temperature) erwärmt. Unter der oberen Kühltemperatur wird hierbei die Temperatur verstanden, bei welcher das Glas eine Viskosität von 1013 dPas aufweist und bei welchem das Glas schnell relaxiert. Glass transition temperature T g heated. The glass substrate is then separated along this line. Preferably, the glass substrate is locally heated along the line to a temperature above the annealing temperature. Here, the upper cooling temperature is understood to mean the temperature at which the glass has a viscosity of 10 13 dPas and at which the glass relaxes rapidly.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass es durch ein lokales Erwärmen möglich ist, die durch den chemischen Vorspan nprozess erzeugte Vorspannung lokal dauerhaft derart abzubauen, dass es sodann möglich ist, mittels The inventors have found that by local heating it is possible to locally permanently degrade the preload generated by the chemical prestressing process in such a way that it is then possible by means of
konventioneller, insbesondere spannungsinduzierter Trennverfahren zu trennen, wie beispielsweise mechanischem Anritzen (scribing) oder Trennen mittels eines Lasers (Laser scribing). conventional, in particular stress-induced separation methods to separate, such as mechanical scribing or laser cutting (laser scribing).
Das lokale Erwärmen macht sich dabei zu Nutze, dass insbesondere oberhalb des annealing points die Glasstruktur sehr schnell relaxieren kann, so dass sich die durch den lonenaustausch eingebrachten Spannungen lokal abbauen. The local heating takes advantage of the fact that, in particular above the annealing points, the glass structure can relax very quickly, so that the stresses introduced by the ion exchange locally degrade.
Es versteht sich, dass im Sinne der Erfindung, nicht unbedingt erforderlich ist, dass sich die Erwärmung gleichmäßig entlang einer ununterbrochenen Linie erstreckt, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. It is understood that for the purposes of the invention, it is not absolutely necessary that the heating extends uniformly along a continuous line, as is provided in a preferred embodiment of the invention.
Denkbar, insbesondere bei der Verwendung eines Lasers, ist auch, dass das Substrat punktförmig durch eine Kette nacheinander angeordneter Punkte, die entlang der Linie verlaufen, erwärmt wird. Hierbei sollte aber, trotz der so inhomogenen Erwärmung entlang der Linie, zumindest im oberflächennahen Bereich bzw. in dem Bereich, in welchem sich die vorgespannte Schicht erstreckt, zumindest die Glasübergangstemperatur erreicht werden. It is also conceivable, in particular when using a laser, that the substrate is punctiformly heated by a chain of successively arranged points which run along the line. In this case, however, at least in the near-surface region or in the region in which extends the prestressed layer, at least the glass transition temperature should be achieved in spite of the so inhomogeneous heating along the line.
Um dem Substratmaterial hinreichend Zeit zu geben zu relaxieren wird vorzugsweise das Glassubstrat entlang der spätesten Trennlinie für einen Zeitraum von mindestens 0,5 Sekunden, vorzugsweise mindestens einer Sekunde, auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur erwärmt. To give the substrate material sufficient time to relax, the glass substrate is preferably along the latest separation line for a Period of at least 0.5 seconds, preferably at least one second, heated to a temperature above the glass transition temperature.
Die Erwärmung kann beispielsweise herbeigeführt werden, indem das Substrat relativ zu einer Wärmequelle, beispielsweise entlang eines Laserstrahls, bewegt wird. The heating can be brought about, for example, by moving the substrate relative to a heat source, for example along a laser beam.
Weiter ist denkbar, eine oder mehrere Linien zeitgleich zu erwärmen, It is also conceivable to heat one or more lines at the same time,
beispielsweise mittels aufgefächerter Laserstrahlung. for example by means of fanned laser radiation.
Zur thermischen Erwärmung kann beispielsweise ein CO2- Laser verwendet werden. Insbesondere Laserstrahlung lässt sich gut fokussieren und ist hinsichtlich der Oberflächentemperatur gut zu kontrollieren. For thermal heating, for example, a CO2 laser can be used. Laser radiation in particular can be well focused and is easy to control with regard to the surface temperature.
Die Temperatur kann, wie es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, mittels eines Pyrometers kontrolliert und/oder geregelt werden kann. The temperature, as provided in one embodiment of the invention, can be controlled and / or regulated by means of a pyrometer.
Vorzugsweise wird das Glassubstrat vor dem Trennen abgekühlt, insbesondere auf eine Temperatur von weniger als 300°C, vorzugsweise von weniger als 100°C. Preferably, the glass substrate is cooled prior to separation, in particular to a temperature of less than 300 ° C, preferably less than 100 ° C.
Die Erfindung macht sich also den Effekt zu Nutze, dass durch eine Erwärmung oberhalb der Glasübergangstemperatur eine Neuordnung des Glasnetzwerkes erfolgt und dadurch die Druckspannung, welche durch die Einbringung größerer Ionen in das vorhandene Glasgitter eingebracht worden ist, dauerhaft reduziert wird. Somit ist eine komplette zeitliche Entkopplung der beiden The invention thus makes use of the effect that a reorganization of the glass network takes place by heating above the glass transition temperature, thereby permanently reducing the compressive stress which has been introduced into the existing glass lattice by introducing larger ions. Thus, a complete temporal decoupling of the two
Verfahrensschritte lokales Erwärmen und Trennen möglich, während bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Trennen mit einem thermisch induzierten Spannungsfeld, das Trennen direkt in Verbindung mit dem Einbringen des Temperaturfeldes erfolgen muss. Insbesondere bei der Verwendung eines Lasers zum Erwärmen, welcher gut kontrollierbar und fokussierbar ist, kann auch das lokale Abkühlen kontrolliert durchgeführt werden, so dass entstehende Spannungen durch das lokale Local heating and separating process steps possible, while in the known from the prior art separation with a thermally induced stress field, the separation must be made directly in connection with the introduction of the temperature field. In particular, when using a laser for heating, which is easy to control and focus, and the local cooling can be carried out in a controlled manner, so that resulting stresses by the local
Erwärmen und Abkühlen so gering wie möglich gehalten werden. Heating and cooling are kept as low as possible.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung, wird das Glassubstrat von beiden Seiten her lokal erwärmt. Vorzugsweise findet die lokale Erwärmung im Wesentlichen von beiden Seiten zeitgleich statt. Hierunter wird verstanden, dass auf den erwärmten gegenüberliegenden Seiten des Substrates ein maximaler In a development of the invention, the glass substrate is locally heated from both sides. Preferably, the local heating takes place substantially simultaneously from both sides. By this is meant that on the heated opposite sides of the substrate a maximum
Temperaturunterschied von 150°C, vorzugsweise von 100°C vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei der Verwendung von Lasern, die bei vielen Glassorten bereits im oberflächennahen Bereich absorbiert werden, wie beispielsweise CO2- Lasern, eine gleichzeitige Erwärmung von beiden Seiten her in der Regel nötig ist, um Schädigungen des Substrates zu vermeiden. Temperature difference of 150 ° C, preferably of 100 ° C is present. It has been shown that, especially when lasers are used, which are already absorbed near the surface in many types of glass, for example CO2 lasers, simultaneous heating from both sides is generally necessary in order to avoid damage to the substrate.
Überraschender Weise hat sich bei der Verwendung von CO2- Lasern gezeigt, dass es in der Praxis kaum möglich ist, das Substrat zunächst entlang einer Linie auf einer Seite, dann entlang einer gegenüberliegenden Linie auf der anderen Seite zu erwärmen, ohne dass es zu entsprechenden Schädigungen kommt. Surprisingly, it has been found in the use of CO2 lasers that in practice it is hardly possible to heat the substrate first along a line on one side, then along an opposite line on the other side, without causing corresponding damage comes.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird das Substrat im noch teilweise erwärmten Zustand getrennt. Hierbei liegt die Temperatur entlang der Trennlinie schon unterhalb der Glasübergangstemperatur. Die thermisch eingebrachte Energie kann aber für einen folgenden thermischen Trennschritt, beispielsweise für Laserritzen oder thermisches Sprengen, genutzt werden. In a development of the invention, the substrate is separated while still partially heated. Here, the temperature along the dividing line is already below the glass transition temperature. However, the thermally introduced energy can be used for a subsequent thermal separation step, for example for laser scribing or thermal blasting.
Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf ebene Substrate oder Substrate mit nur geringer Wölbung. Es ist aber auch denkbar, beispielsweise runde Substrate wie Rohre zu trennen. The invention preferably relates to flat substrates or substrates with only slight curvature. But it is also conceivable, for example, to separate round substrates such as pipes.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das lokale Erwärmen mittels elektromagnetischer Strahlung, deren Eindringtiefe mindestens ein Viertel, vorzugsweise mindestens die Hälfte, besonders bevorzugt mindestens die gesamte Dicke des Substrats beträgt. In a further embodiment of the invention, the local heating takes place by means of electromagnetic radiation whose penetration depth is at least one Quarter, preferably at least half, more preferably at least the entire thickness of the substrate.
Es wird also eine Wellenlänge verwendet, für die das Substrat teildurchlässig ist, aber noch hinreichend viel Strahlung absorbiert, dass dieses erwärmt werden kann. Unter der Eindringtiefe eine Abschwächung der Strahlungsintensität auf 1/e verstanden. It is therefore used a wavelength for which the substrate is partially transparent, but still absorbs enough radiation that this can be heated. Under the penetration depth understood a weakening of the radiation intensity to 1 / e.
Über elektromagnetische Strahlung mit hoher Eindringtiefe ist es möglich, das Substrat über seine Gesamtdicke hinweg homogen zu erwärmen. So ist es denkbar, dass thermisch erzeugte Spannungen im Substrat gering gehalten werden. Weiter ist es denkbar, dass auf ein Erwärmen von beiden Seiten her verzichtet werden kann, da durch die hohe Eindringtiefe sichergestellt wird, dass auch die der Quelle elektromagnetischer Strahlung gegenüberliegende Seite über die Glasübergangstemperatur erwärmt wird. So können zum Beispiel kurzwellige Infrarotstrahlung oder auch Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich der Absorptionskante des Substrates eingesetzt werden. With high penetration electromagnetic radiation, it is possible to homogeneously heat the substrate over its total thickness. Thus, it is conceivable that thermally generated stresses in the substrate are kept low. Further, it is conceivable that can be dispensed with heating from both sides, since it is ensured by the high penetration depth, that the source of electromagnetic radiation opposite side is heated above the glass transition temperature. For example, short-wave infrared radiation or even laser radiation having a wavelength in the region of the absorption edge of the substrate can be used.
Das Trennen des Glassubstrates erfolgt vorzugsweise spannungsinduziert, insbesondere mechanisch durch Ritzen (scribing) oder mittels Lasertrennen (Laser scribing). The separation of the glass substrate is preferably voltage-induced, in particular mechanically by scribing or by laser scribing.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden vor dem Trennen elektronische Bauteile auf das Substrat aufgebracht, welche insbesondere zur Ausbildung eines Displays und/oder eines Touchfeldes dienen. In a further development of the invention, electronic components are applied to the substrate before the separation, which serve in particular to form a display and / or a touch panel.
Die Erfindung ermöglicht es, chemisch vorgespannte Substrate nach dem Aufbringen von elektronischen Schaltungen mittels Dünnschichttechnik zu vereinzeln, was die Prozessführung erheblich vereinfacht und des Weiteren auf einfachere und wirtschaftlichere Weise ermöglicht, ein Display oder Touchfeld bereitzustellen, bei dem nicht zwischen Coverglas und Substratglas für die elektronischen Bauteile unterscheiden wird, sondern bei welchen das Coverglas gleichzeitig als Substrat für die elektronischen Bauteile dient. The invention makes it possible to singulate chemically tempered substrates after the application of electronic circuits by means of thin-film technology, which considerably simplifies the process control and furthermore makes it possible in a simpler and more economical way to provide a display or touch panel in which not between cover glass and substrate glass for the electronic components, but in which the cover glass also serves as a substrate for the electronic components.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein chemisch vorgespanntes Glassubstrat, welches wie vorstehend beschrieben herstellbar ist. The invention further relates to a chemically tempered glass substrate, which can be produced as described above.
Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein chemisch stark vorgespanntes Substrat randseitig eine Bruchkante aufweist, entlang der es mittels eines spannungsinduzierenden Verfahrens gebrochen wurde. This is characterized in particular by the fact that a chemically strongly biased substrate edge edge has a fracture edge along which it was refracted by means of a stress-inducing process.
Beschreibung der Zeichnungen Description of the drawings
Die Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 5 anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings Fig. 1 to Fig. 5 with reference to a schematic embodiment.
Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt ein Glassubstrat 1 , welches entlang der Linien 2 in mehrere Teilstücke 1 a, 1 b vereinzelt werden soll. Fig. 1 shows schematically a glass substrate 1, which is to be separated along the lines 2 in several sections 1 a, 1 b.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird das Substrat entlang der zwischen den Teilstücken 1 a, 1 b liegenden Linie 2 auf beiden Seiten gleichzeitig mittels As shown in Fig. 2, the substrate along the lying between the sections 1 a, 1 b line 2 on both sides simultaneously
gegenüberliegender Laser 3 erwärmt. heated opposite laser 3.
Die Eindringtiefe der chemisch vorgespannten Schicht 5 ist mittels einer gestrichelten Linie angedeutet. In diesem Bereich weist das Substrat eine hohe Druckspannung auf. The penetration depth of the chemically prestressed layer 5 is indicated by a dashed line. In this area, the substrate has a high compressive stress.
Zu erkennen ist der Bereich 4, innerhalb dessen sich das Substrat durch die Laserstrahlung, welche in diesem Ausführungsbeispiel überwiegend an der Oberfläche des Substrates absorbiert wird, auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur, vorzugsweise oberhalb der oberen Kühltemperatur, erwärmt. Evident is the area 4, within which the substrate by the laser radiation, which is absorbed in this embodiment, predominantly on the surface of the substrate, to a temperature above the Glass transition temperature, preferably above the upper cooling temperature, heated.
Wie nunmehr in Fig. 3 dargestellt, hat sich durch die zeitweise lokale Erwärmung über einen Zeitraum von mehr als einer Sekunde das Material im Bereich des Bereichs 4 relaxiert, und die vorgespannte Schicht 5 ist in diesem Bereich 4 zwischen den Teilstücken 1 a und 1 b nicht mehr vorhanden. As now shown in Fig. 3, has been relaxed by the temporary local heating over a period of more than one second, the material in the region of the area 4, and the prestressed layer 5 is in this area 4 between the sections 1 a and 1 b not available anymore.
Entlang der Linie 2 kann nunmehr das Substrat mittels spannungsinduzierender Trennverfahren vereinzelt werden. Along line 2, the substrate can now be separated by means of stress-inducing separation processes.
Fig. 4 zeigt schematisch, wie die Prozessführung bei der Herstellung des Displays eines Mobiltelefones durch die Erfindung vereinfacht werden kann. Fig. 4 shows schematically how the process control in the manufacture of the display of a mobile phone can be simplified by the invention.
Im Prozessschritt I wird ein Glassubstrat 1 bereitgestellt. In process step I, a glass substrate 1 is provided.
Sodann wird das Glassubstrat 1 im Schritt II in einem Salzbad 6 chemisch vorgespannt. Then, the glass substrate 1 is chemically biased in step II in a salt bath 6.
In Schritt III wird das bereits vorgespannte Substrat mit elektrischen In step III, the already biased substrate with electric
Bauelementen zur Ausbildung eines Displays 7 versehen. Weiter kann, wie hier dargestellt, auch ein Rahmen 8, etwa als aufgesputterte Metallschicht, aufgebracht werden. Components provided to form a display 7. Further, as shown here, a frame 8, for example as a sputtered metal layer, are applied.
In Schritt IV wird nunmehr zwischen den Einzelstücken entlang der Linie 2 das Substrat lokal erwärmt, um die chemische Vorspannung entlang der Trennlinien abzubauen. In step IV, between the individual pieces along the line 2, the substrate is then locally heated in order to reduce the chemical bias along the parting lines.
Es versteht sich, dass das Erwärmen auch vor dem Aufbringen der It is understood that heating also before applying the
elektronischen Bauelemente erfolgen kann. Im Schritt V wird das Substrat spannungsinduziert in Teilstücke 1 a, 1 b vereinzelt, welche nunmehr bereits als Display ausgebildet sind. electronic components can be done. In step V, the substrate is voltage-induced isolated in sections 1 a, 1 b, which are now already designed as a display.
Es versteht sich, dass sodann noch eine weitere Nachverarbeitung, wie beispielsweise das Schleifen und Polieren von Kanten, erfolgen kann. It goes without saying that then a further post-processing, such as, for example, the grinding and polishing of edges, can take place.
Fig. 5 zeigt anhand eines Flussbildes die wesentlichen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Zunächst wird ein Glassubstrat 5 shows, on the basis of a flow chart, the essential method steps of an exemplary embodiment of the invention. First, a glass substrate
bereitgestellt. Sodann wird das Glassubstrat lokal entlang einer Linie über die Glasübergangstemperatur Tg erwärmt. Anschließend wird das Substrat in einem Salzbad chemisch vorgespannt. Auf das noch nicht vereinzelte Substrat werden Leiterbahnen und Halbleiterbauelemente zur Ausbildung eines Displays aufgebracht. Sodann wird das Substrat spannungsinduziert vereinzelt, indem es entlang der Linien angeritzt und durch Brechen getrennt wird. provided. Then, the glass substrate is heated locally along a line above the glass transition temperature T g . Subsequently, the substrate is chemically prestressed in a salt bath. On the not yet isolated substrate tracks and semiconductor devices are applied to form a display. Then the substrate is isolated by stress induced by scratching along the lines and separated by breaking.
Durch die Erfindung konnte ein einfaches Verfahren zum Vereinzeln von The invention enabled a simple method of separating
Glassubstraten bereitgestellt werden, mit welchem chemisch vorgespannte Glassubstrate nach dem Vorspannen getrennt werden können. Glass substrates are provided with which chemically toughened glass substrates can be separated after toughening.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate, 1 . Method for producing chemically toughened glass substrates,
umfassend die Schritte:  comprising the steps:
Bereitstellen eines chemisch vorgespannten Glassubstrats (1 ), lokales Erwärmen des chemisch vorgespannten Glassubstrats (1 ) entlang zumindest einer Linie (2) auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg, Providing a chemically tempered glass substrate (1), locally heating the chemically tempered glass substrate (1) along at least one line (2) to a temperature above the glass transition temperature T g ,
Trennen des Glassubstrats entlang der Linie.  Separate the glass substrate along the line.
2. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das 2. A method for producing chemically tempered glass substrates according to the preceding claim, characterized in that the
Glassubstrat (1 ) lokal mittels eines Lasers (3) erwärmt wird.  Glass substrate (1) is heated locally by means of a laser (3).
3. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1 ) von beiden Seiten her lokal erwärmt wird. 3. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass substrate (1) is heated locally from both sides.
4. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Erwärmung von beiden Seiten her im Wesentlichen zeitgleich erfolgt. 4. A method for producing chemically tempered glass substrates according to the preceding claim, characterized in that the local heating takes place from both sides substantially simultaneously.
5. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Erwärmen mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt, deren Eindringtiefe mindestens ein Viertel, vorzugsweise mindestens die Hälfte, besonders bevorzugt mindestens die ganze Dicke des Substrats beträgt. 5. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the local heating by means of electromagnetic radiation whose penetration depth is at least a quarter, preferably at least half, more preferably at least the entire thickness of the substrate.
6. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1 ) entlang der Linie (2) spannungsinduziert getrennt wird. 6. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the Glass substrate (1) along the line (2) is voltage-induced separated.
7. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1 ) vor dem Trennen abgekühlt wird. 7. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass substrate (1) is cooled before separation.
8. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Trennen elektronische Bauteile auf das Substrat aufgebracht werden, insbesondere zur Ausbildung eines Displays (7) und/oder eines Touchfeldes. 8. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that prior to separation, electronic components are applied to the substrate, in particular for forming a display (7) and / or a touch panel.
9. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1 ) für einen Zeitraum von mindestens 0,5 s, vorzugsweise mindestes 1 s lokal auf eine Temperatur oberhalb der 9. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass substrate (1) for a period of at least 0.5 s, preferably at least 1 s locally to a temperature above the
Glasübergangstemperatur erwärmt wird.  Glass transition temperature is heated.
10. Verfahren zum Herstellen chemisch vorgespannter Glassubstrate nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glassubstrat (1 ) lokal auf eine Temperatur oberhalb der oberen 10. A method for producing chemically tempered glass substrates according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass substrate (1) locally to a temperature above the upper
Kühltemperatur (annealing point) erwärmt wird.  Cooling temperature (annealing point) is heated.
1 1 . Chemisch vorgespanntes Glassubstrat (1 ), herstellbar, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden 1 1. Chemically toughened glass substrate (1), can be produced, in particular produced by a method according to one of the preceding
Ansprüche.  Claims.
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