Lasertechnik für Displays

Laser modifiziert das Glas für einen sauberen Schnitt

21.01.16 | Autor / Redakteur: Dmitrij Walter * / Hendrik Härter

Gefragt bei Elektronikherstellern: Die Laserschneidanlage M-Cut von Manz ist in der Lage, superhartes und kratzfestes Glas bis 2 mm zu schneiden. Für die Elektronikindustrie ein wichtiger Schritt.
Gefragt bei Elektronikherstellern: Die Laserschneidanlage M-Cut von Manz ist in der Lage, superhartes und kratzfestes Glas bis 2 mm zu schneiden. Für die Elektronikindustrie ein wichtiger Schritt. (Bild: Manz)

Ob für Deckgläser, Linsen oder Displays: Mit dem Laserschneidverfahren M-Cut lassen sich spröde Materialien wie beispielsweise gehärtetes Glas für die Elektronikindustrie bearbeiten.

Beim Laserschneideverfahren M-Cut wird das Glassubstrat modifiziert: Das erfolgt mit einem Laser entlang einer Linie, um es in variable Geometrien zu trennen. Für den Anwender ergibt sich eine höhere Qualität der Kanten und die Bruchfestigkeit nimmt zu. Außerdem bietet das Laserschneideverfahren einen schnelleren Durchsatz im Fertigungsprozess.

Darauf ist man bei Manz besonders stolz: Für M-Cut reicht eine hauchdünne Modifikation mit einem ultrakurz gepulsten Pikosekundenlaser. Das kann man sich vorstellen wie bei einer Perforierung. Somit lässt sich superhartes und kratzfestes Glas mit einer Materialdicke von 2 mm schneiden. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, um spröde Materialien in der Elektronikindustrie zu schneiden. Dazu gehören chemisch und thermisch gehärtete Gläser und zunehmend auch Saphir für Displays oder Kamera-Deckgläser. Diese kommen bei Tablets, Smartphones oder Wearables zum Einsatz.

Ergänzendes zum Thema
 
Laserschneidverfahren M-Cut im Überblick

M-Cut steht für modification cut und beschreibt den zugrundeliegenden Prozess für einen sauberen Schnitt. Durch den moderaten Energieeintrag ist das Verfahren äußerst schonend für das bearbeitete Substrat. Möglich macht das eine gegenüber bisherigen Ultra-Kurzpulslasern veränderte Strahlquelle mit einer speziell angepassten Optik, die das Material entlang einer Linie modifiziert.

Die erzeugte Schnittkante weist eine Rauigkeit von <0,5 µm auf. Ein aufwendiges Nachpolieren entfällt. Damit ist M-Cut eine Alternative zum thermischen Laserstrahlschneiden mit Kurzpulslasern im Mikrosekundenbereich, bei dem das Glassubstrat an der Schnittkante aufgeschmolzen wird.

Das neue Verfahren ist auch qualitativ besser als das Trennen von Substraten in einer kalten Ablation. Auch hier wird mit einem Ultra-Kurzpulslaser im Pikosekundenbereich das Material lokal verdampft. Dadurch kann es zu leichten Verfärbungen im Material oder zu sogenannten Chippings kommen. Das sind kleine Absplitterungen.

Exakter Glaszuschnitt für mobile Endgeräte

Glas als Material in der Elektronik muss nicht nur hart und kratzfest sein, sondern auch flexibel oder biegsam und fast immer berührungsempfindlich. Das Stichwort hier heißt Touch Displays. Vorausgegangen sind Innovationen in der Laserbearbeitung, um Displays kostengünstig und in hoher Qualität herstellen zu können, damit sich die Technik im Massenmarkt durchsetzen konnte. Denn gerade bei mobilen Endgeräten sind die mechanischen Anforderungen an das Material sehr hoch.

Die Substrate der Displays werden chemisch gehärtet, allerdings bisher oft erst nach dem Ausschneiden aus einem bis zu 2,2 m x 2,5 m großen Glassubstrat. Ein mechanisches Ausschneiden von Displays mit Außen- und Innenkonturen oder von Kameradeckgläsern für Smartphones war nach dem Härten nicht trivial. Dementsprechend war der Werkzeugverschleiß enorm hoch und Schnittkanten mussten aufwendig nachpoliert werden. Zudem konnte der Schneideprozess Mikrorisse verursachen, was negative Auswirkungen auf die Bruchfestigkeit der Glassubstrate hat. Deshalb wurden die Gläser erst geschnitten und anschließend im chemischen Bad gehärtet, was recht unwirtschaftlich ist.

Große Glassubstrate schneiden

Trotz des unwirtschaftlichen Prozesses wurde dieser zwangsläufig auch bei den Laserschneidprozessen der ersten Generation beibehalten, da auch sie sich noch nicht zum Schneiden von bereits gehärtetem Material eigneten. Mit M-Cut ist es möglich, große Glassubstrate erst zu härten und anschließend in entsprechender Qualität zu schneiden. Das Material ist dadurch stabil und es bricht auch nicht während des Schneidens. Da chemisch gehärtetes Glas eine gewisse Eigenspannung hat, reicht eine Perforation des Materials für den Schnitt – die einzelnen ausgeschnitten Gläser lassen sich problemlos heraustrennen.

Bei Saphir, das keine solche Eigenspannung hat, benötigen die Display-Hersteller einen zweiten Arbeitsschritt, um die ausgeschnittenen Konturen aus dem Material herauszutrennen. Viele unterschiedliche Geometrien sind möglich, wie Schnitte um die Ecke im Winkel von 90°. Das System ist XY-achsen- und nicht Scanner-basiert. Einschränkungen bei der Größe der auszuschneidenden Konturen durch ein limitiertes Scan-Feld entfallen. Der Zwischenraum zwischen zwei auszuschneidenden Geometrien beträgt 0,5 mm. Künftig reicht ein Schnitt, um eine Kante zweier Geometrien gleichzeitig auszuschneiden. Neben Abdeckgläser für Kameras lassen sich beispielsweise runde Kameralinsen in Durchmessern von 1 mm oder ovale und rechteckige ausschneiden. Da kein Material abgetragen wird, entfallen Absauganlagen.

* Dr. Dmitrij Walter leitet die Entwicklungsabteilung Laser und Optical Devices bei der Manz AG in Reutlingen.

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posted am 13.05.2016 um 14:45 von Unregistriert


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