DE102008043539A1

DE102008043539A1 - Verfahren zum Laserritzen von spröden Bauteilen

Info

Publication number: DE102008043539A1
Application number: DE102008043539A
Authority: DE
Inventors: Claus Peter Dr. Kluge; Michael Hemerle
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-05-14
Also published as: EP2209586A1; WO2009060048A1; US20100247836A1; CN101939129A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserritzen von spröden Bauteilen (8) zur Vorbereitung für dessen spätere Vereinzelung durch Einbringen von sackartigen Einschüssen (1) eines Laserstrahls, wobei die Einschüsse (1) linienförmig aneinandergereiht werden und eine Laserritzlinie (2) bilden, die als Bruchinitiierungslinie dient, wobei unter Laserritzlinie (2) eine gedachte Linie verstanden wird, welche durch den Mittelpunkt aller Einschüsse (1) führt, und auf dem Bauteil (8) zumindest zwei einander in einem Kreuzungspunkt (3) kreuzende Laserritzlinie (2) eingebracht werden. Zur Sicherstellung, dass beim Vereinzeln der Bruch immer entlang der Laserritzlinie verläuft, Brüche abweichend von der Laserritzlinie vermieden werden und die Ecken der Einzelteile nach dem Brechen gleichmäßig geformt sind, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in den Kreuzungspunkt (3) mindestens ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss (4) eingebracht wird, der das Bauteil (8) gezielt am Kreuzungspunkt (3) schwächt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserritzen von spröden Bauteilen zur Vorbereitung für dessen spätere Vereinzelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Bauteil, welches mit diesem Verfahren bearbeitet wurde.
Ein derartiges Verfahren wird verwendet um mechanische Schneideerfahren zu ersetzen und hat sich als Laserbohren auch in der Ritztechnik etabliert. Dabei werden Sacklöcher linienförmig aneinander gereiht und dienen bei spröden Materialien wie Metallguss oder Keramiken als Sollbruchkanten. Dieses Verfahren wird auch zum Vereinzeln von Keramikplatten verwendet.
Standardmäßig werden beim Laserritzen Einschüsse in definierten Abstand in das Material eingebracht. Hierbei entstehen an den Kreuzungspunkten der x- und y-Linien beliebige Überlappungen der Einschüsse. Entlang der entstehenden Ritzlinien kann das Teil anschließend gebrochen werden. Bedingt durch die undefinierten Kreuzungspunkte kann der Bruch an den Kreuzungen in jede beliebige Richtung verändert werden, was zum Ausfall der Teile führt.
Als Laserritzlinie oder Laserspur wird nachfolgend eine gedachte Linie verstanden, welche durch den Mittelpunkt aller Einschüsse führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laserritzen anzugeben, mit dem sichergestellt ist, dass beim Vereinzeln der Bruch immer entlang der Laserritzlinie verläuft, Brüche abweichend von der Laserritzlinie vermieden werden und die Ecken der Einzelteile nach dem Brechen gleichmäßig geformt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den Kreuzungspunkt mindestens ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss eingebracht wird, der das Bauteil gezielt am Kreuzungspunkt schwächt. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Bruch immer entlang der Laserritzlinie verläuft. Brüche abweichend von der Laserritzlinie werden vermieden und die Ecken der Einzelteile sind nach dem Brechen gleichmäßig geformt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in den Kreuzungspunkt mindestens ein weiteres Mal gezielt gesteuert eingeschossen. Dies schwächt gezielt den Kreuzungspunkt.
In erfinderischer Ausgestaltung werden der oder die Kreuzungspunkt-Einschüsse in den Kreuzungspunkt so gesteuert, dass deren Tiefe gleich oder größer ist als die Tiefe der den Kreuzungspunkt umgebenden Einschüsse auf den Laserritzlinien. Eine größere Tiefe bedeutet eine größere Schwächung des Bauteils am Kreuzungspunkt.
Es kann auch eine Laserritzlinie im Kreuzungspunkt enden. Die Laserritzlinien im Bereich des Kreuzungspunktes bilden in diesem Fall eine T-Form und keine x-Form. Dies wird aber auch als Kreuzungspunkt verstanden.
In einer erfinderischen Ausgestaltung werden auf zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen des Bauteils Laserritzlinien so eingebracht, dass sie sich auf zwei sich kreuzenden Ebenen befinden und sich die Kreuzungspunkt-Einschüsse auf der Schnittlinie der Ebenen befinden. Dies erleichtert das Brechen entlang der Laserritzlinien enorm.
Bevorzugt wird auch in Einschüsse, die auf keinem Kreuzungspunkt liegen, mindestens ein weiterer gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Einschuss eingebracht. Hierdurch wird die gesamte Laserritzlinie geschwächt.
Die Einschüsse und damit die Laserritzlinien werden bevorzugt so eingebracht, dass nach dem Brechen des lasergeritzten Bauteils entlang den Laserritzlinien mindestens 3 Einzelteile entstehen. Die Laserritzlinien müssen nicht geradlinig, sondern können auch in gekrümmten Linien verlaufen.
In Weiterbildung der Erfindung werden alle Kreuzungspunkte durch mindestens zwei gezielt gesteuerte Kreuzungspunkt-Einschüsse geschwächt. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch wirklich alle Kreuzungspunkte geschwächt sind.
Ein Bauteil hergestellt mit dem eben beschriebenen Verfahren besteht bevorzugt aus Keramiken, wie Aluminiumoxide, Zirkonoxide, Aluminiumnitride, Siliziumnitride oder aus Glas. Es können auch Kombinationen dieser Werkstoffe eingesetzt werden.
In dem Bauteil sind in einer Ausführungsform Bohrungen oder Kerben eingebracht. Das Lasserritzen kann zugleich mit dem Einbringen dieser Bohrungen oder Kerben erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bauteile plattenförmig ausgebildet und bestehen aus einer Keramik mit einer Dicke kleiner oder gleich 1,7 mm. Diese Dicke eignet sich vorzüglich für das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren.
Bevorzugt weisen die Bauteile mindestens zwei planparallele Oberflächen auf. Dies vereinfacht die Herstellung. Die Bauteile können jedoch auch dreidimensional ausgebildet sein.
In bevorzugter erfinderischen Ausgestaltung sind sich kreuzende Laserritzlinien in einem Winkel von 90° +/– 1°, d. h. rechtwinklig zueinander angeordnet. Hierdurch werden nach dem Brechen rechteckige Bauteile erzeugt.
Bevorzugt sind die Bauteile Keramikplatten die als Substrate für elektronische oder elektrische Bauteile verwendet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
6 zeigt das Laserritzen nach dem Stand der Technik anhand von drei Ausführungsformen. Auf einem Bauteil 8 werden zur Vorbereitung für dessen spätere Vereinzelung sackartige Einschüsse 1 eines Laserstrahls eingebracht. Diese Einschüsse 1 werden linienförmig aneinander gereiht und bilden eine Laserritzlinie 2, die beim späteren Brechen des Bauteils in einzelne kleinere Bauteile als Bruchinitiierungslinie dient. Unter einer Laserritzlinie 2 wird hier und in der gesamten Beschreibung zu dieser Erfindung eine gedachte Linie verstanden, welche durch den Mittelpunkt aller Einschüsse 1 führt. Auf dem Bauteil 8 sind zumindest zwei einander in einem Kreuzungspunkt 3 kreuzende Laserritzlinien 2 eingebracht. Die Einschüsse 1 im Bereich 13 der Kreuzungspunkte 3 sind zufällig angeordnet. Sie können im Bereich 13 nebeneinander angeordnet sein (6b), überlappend (6a) oder einander berühren (6c). Die Bruchinitiierungslinie ist am Kreuzungspunkt nicht scharf definiert. Als Folge hiervon kann der Bruch an den Kreuzungspunkten in jede beliebige Richtung verändert werden, was zum Ausfall der Teile führt.
1 zeigt die Erfindung schematisch anhand von zwei Laserritzlinien 2 auf einem Bauteil 8, welche durch den Mittelpunkt aller Einschüsse 1 führen. Auf dem Kreuzungspunkt 3 der beiden Laserritzlinien 2 ist ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss 4 eingebracht, der das Bauteil 8 gezielt am Kreuzungspunkt 3 schwächt. Auch wenn durch Zufall ein oder auch mehrere Einschüsse in den Bereich 13 (siehe 6) um den Kreuzungspunkt herum eingebracht wurden, so wird immer mindestens ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss 4 eingebracht. Unter Kreuzungspunkt-Einschuss 4 wird ein Einschuss in den Kreuzungspunkt 3 der Laserritzlinien 2 verstanden.
2 zeigt ein Bauteil 8 mit einer Oberfläche 9a in die Einschüsse 1 mit einem Laserstrahl eingebracht wurden, die zwei Laserritzlinien 2 bilden. in den Kreuzungspunkt 3 dieser Laserritzlinien 2 ist ein Kreuzungspunkt-Einschuss 4 eingebracht worden. Die Tiefe der Einschüsse 1 ist mit dem Bezugszeichen 14a gekennzeichnet und die Tiefe des Kreuzungspunkt-Einschusses 4 ist mit dem Bezugszeichen 14b bezeichnet. Die Tiefe 14b des Kreuzungspunkt-Einschusses 4 ist, wie in der 2 gezeigt, größer als die Tiefe 14a der Einschüsse 1. Hierdurch ist der Kreuzungspunkt 3 gezielt stärker geschwächt als die umgebenden Einschüsse 1. 2 verdeutlicht auch eine eckige Bohrung 7 im Bauteil 8, d. h. das Bauteil 8 kann beliebig, je nach Anwendungsfall, ausgebildet sein.
3 zeigt ein Bauteil 8 mit zwei Laserritzlinien 2, von denen eine im Kreuzungspunkt 3 der anderen Laserritzlinie endet. Auch dieser Kreuzungspunkt 3 ist mit einem Kreuzungspunkt-Einschuss 4 geschwächt. Die Laserritzlinien 2 im Bereich des Kreuzungspunktes 3 bilden in diesem Fall eine T-Form und keine x-Form. Dies wird aber auch als Kreuzungspunkt verstanden. Nach dem Brechen des Bauteils 8 entlang der Laserritzlinien 2 entstehen in diesem Fall drei Bauteile mit 11a, 11b, 11c bezeichnet.
4 zeigt ein Bauteil 8 mit zwei Oberflächen 9a, 9b auf der Einschüsse 1 sich kreuzende Laserritzlinien 2 bilden. Die Laserritzlinien 2 sind dabei so angeordnet, dass sie sich auf zwei sich kreuzenden Ebenen 10a, 10b befinden, wobei eine erste Ebene 10a durch die Laserritzlinien 2a, 2b gebildet ist und die zweite Ebene 10b durch die Laserritzlinien 2c, 2d gebildet ist. Hierbei befinden sich die Laserritzlinien 2a, 2c auf der Oberfläche 9a und die Laserritzlinien 2b, 2d auf der Oberfläche 9b. Die Kreuzungspunkt-Einschüsse 4 beider Oberflächen 9a, 9b befinden sich auf der Schnittlinie 15 der beiden Ebenen 10a, 10b. Hierdurch ist durch zwei Kreuzungspunkt-Einschüsse 4 das Bauteil von „oben" und „unten" an den Kreuzungspunkten 3 geschwächt.
5 zeigt ein plattenförmiges Bauteil 8 mit einer Dicke S von 1,7 mm und mit einer Oberfläche 9a auf der Laserritzlinien 2 aufgebracht sind. Jeweils zwei sich kreuzende Laserritzlinien 2 bilden zueinander einen Winkel α von 90° +– 1°. In die Kreuzungspunkte 3 ist auch hier mindestens ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss 4 eingebracht, der das Bauteil 8 gezielt am Kreuzungspunkt 3 schwächt. Derartige plattenförmige Bauteile 8 sind Keramikplatten, die als Substrate für elektronische oder elektrische Bauteile verwendet werden. Ihre Dicke S liegt vorzugsweise bei kleiner gleich 1,7 mm.
Die Lagetoleranz der doppelten Einschüsse beträgt maximal +/–30 μm. Dadurch ist gewährleistet, dass der Bruch immer entlang der Laserritzlinie verläuft. Brüche abweichend von der Laserritzlinie werden vermieden. Die Ecken der Einzelteile nach dem Brechen sind gleichmäßig geformt.
Aufgabe dieser Erfindung war es ein Bauteil durch Laserritzen gezielt gesteuert zu perforieren. Das Bauteil bleibt nach dem Laserritzen als ein Stück erhalten und kann zu einem späteren Zeitpunkt durch Anlegen einer äußeren Kraft entlang der Laserritzlinien gebrochen werden.
Bei diesem Verfahren wird die Laseranlage so gesteuert, dass an mindestens einem Kreuzungspunkt von mindestens zwei Laserlinien mit beliebigem Winkel der Schnittlinien mindestens ein gezielt gesteuert eingebrachter (nicht zufällig entstandener) Einschuss auf einer Oberfläche des Teils entsteht. Im Kreuzungspunkt von zwei Laserritzlinien wird mindestens ein zweites Mal gezielt gesteuert in den gleichen Einschuss, der den Kreuzungspunkt definiert, eingeschossen.

Claims

Verfahren zum Laserritzen von spröden Bauteilen (8) zur Vorbereitung für dessen spätere Vereinzelung durch Einbringen von sackartigen Einschüssen (1) eines Laserstrahls, wobei die Einschüsse (1) linienförmig aneinander gereiht werden und eine Laserritzlinie (2) bilden, die als Bruchinitiierungslinie dient, wobei unter Laserritzlinie (2) eine gedachte Linie verstanden wird, welche durch den Mittelpunkt aller Einschüsse (1) führt, und auf dem Bauteil (8) zumindest zwei einander in einem Kreuzungspunkt (3) kreuzende Laserritzlinien (2) eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreuzungspunkt (3) mindestens ein gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Kreuzungspunkt-Einschuss (4) eingebracht wird, der das Bauteil (8) gezielt am Kreuzungspunkt (3) schwächt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreuzungspunkt (3) mindestens ein weiteres Mal gezielt gesteuert eingeschossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kreuzungspunkt-Einschüsse (4) so gesteuert werden, dass deren Tiefe gleich oder größer ist als die Tiefe der den Kreuzungspunkt (3) umgebenden Einschüsse (1) auf den Laserritzlinien (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserritzlinie (2) im Kreuzungspunkt (3) endet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen (9a, 9b) des Bauteils (8) Laserritzlinien (2) so eingebracht werden, dass sie sich auf zwei sich kreuzenden Ebenen (10a, 10b) befinden und sich die Kreuzungspunkt-Einschüsse (4) auf der Schnittlinie der Ebenen (10a, 10b) befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch in Einschüsse (1), die auf keinem Kreuzungspunkt (3) liegen, mindestens ein weiterer gezielt gesteuerter und nicht zufällig entstehender Einschuss eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschüsse und damit die Laserritzlinien (2) so eingebracht werden, dass nach dem Brechen des lasergeritzten Bauteils (8) entlang den Laserritzlinien (2) mindestens 3 Einzelteile (11a, 11b, 11c) entstehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kreuzungspunkte (3) durch mindestens zwei gezielt gesteuerte Kreuzungspunkt-Einschüsse (4) geschwächt werden.
Bauteil hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8) aus Keramiken, wie Aluminiumoxide, Zirkonoxide, Aluminiumnitride, Siliziumnitride oder aus Glas besteht.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bauteil (8) auch Bohrungen (7) oder Kerben eingebracht sind.
Bauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (8) plattenförmig ausgebildet sind und aus einer Keramik mit einer Dicke kleiner oder gleich 1,7 mm bestehen.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (8) mindestens zwei planparallele Oberflächen (9a, 9b) aufweisen.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich kreuzende geradlinige Laserritzlinien (2) in einem Winkel von 90° +/– 1°, d. h. rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (8) Keramikplatten sind, die als Substrate für elektronische oder elektrische Bauteile verwendet werden.