Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks mittels eines ultrakurze Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers umfassenden Laserstrahls.

Stand der Technik

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Lasern mit sehr kurzen Pulslängen, insbesondere mit Pulslängen unter einer Nanosekunde, und hohen mittleren Leistungen, insbesondere im Kilowatt- Bereich, zu einer neuen Art der Materialbearbeitung geführt. Die kurze Pulslänge und hohe Pulsspitzenleistung beziehungsweise die hohe Pulsenergie von einigen 100 pJ können zu einer nichtlinearen Absorption der Pulsenergie im Material eines Werkstücks führen, so dass auch für die verwendete Laserlichtwellenlänge eigentlich transparente beziehungsweise im Wesentlichen transparente Materialien bearbeitet werden können.

Ein besonderer Anwendungsbereich einer solchen Laserstrahlung ist das Trennen und Bearbeiten vor Werkstücken. Hierbei wird bevorzugt der Laserstrahl unter senkrechtem Einfall in das Material eingebracht, da dann prinzipiell Reflexionsverluste an der Oberfläche des Materials minimiert werden. Jedoch stellt nach wie vor das Trennen von Materialien mit großen Brechungsindex ein ungelöstes Problem dar, insbesondere auch weil es aufgrund der großen Brechungsindexdifferenz zwischen umgebendem Medium und Material des Werkstücks zu einer starken Aberration des Laserstrahls kommt und so keine gezielte Energiedeposition in das Material nicht stattfinden kann.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Trennen eines Werkstücks bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.

Entsprechend wird ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks vorgeschlagen, wobei mittels eines ultrakurze Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers umfassenden Laserstrahls Material des Werkstücks entlang einer Trennlinie abgetragen wird, wobei das Material des Werkstücks transparent für die Wellenlänge des Laserstrahls ist und einen Brechungsindex zwischen 2,0 und 3,5, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5, aufweist, und das Werkstück entlang einer durch den Abtrag des Materials entstehenden Einkerbung in einem Trennschritt getrennt wird

Der Ultrakurzpulslaser stellt hierbei ultrakurze Laserpulse zur Verfügung. Ultrakurz kann hierbei bedeuten, dass die Pulslänge beispielsweise zwischen 500 Pikosekunden und 10 Femtosekunden liegt und insbesondere zwischen 10 Pikosekunden und 100 Femtosekunden liegt. Die ultrakurzen Laserpulse bewegen sich dabei in der Strahlausbreitungsrichtung entlang des durch sie ausgebildeten Laserstrahls.

Unter einem transparenten Material wird hierin ein Material verstanden, das für die Wellenlänge des Laserstrahls des Ultrakurzpulslasers im Wesentlichen transparent ist. Hierin werden die Begriffe „Material“ und „transparentes Material“ austauschbar verwendet - das hierin genannte Material ist also immer als für den Laserstrahl des Ultrakurzpulslasers transparentes Material zu verstehen.

Wenn der Laserstrahl unter einem Winkel aus einem umgebenden Medium, beispielsweise Luft, auf die Oberfläche des transparenten Materials fällt, wird der Laserstrahl unter dem Brechungswinkel gebrochen. Hierbei sind der Einfallswinkel und der Brechungswinkel über den Brechungsindex des Materials des Werkstücks und des umgebenden Mediums miteinander durch das Snellius’sche Brechungsgesetz verknüpft.

Weitere Eigenschaften des an der Oberfläche reflektierten und gebrochenen Laserstrahls sind durch die Fresnel-Gleichungen gegeben. Die Fresnel-Gleichungen beschreiben hierbei das polarisationsabhängige Transmissions- und Reflexionsverhalten des Laserstrahls an der Oberfläche. Hierbei ist insbesondere das Reflexionsgesetz zu berücksichtigen, welches besagt, dass bei einem senkrechten Einfall des Laserstrahls auf die Oberfläche des Materials für den Reflexionsgrad gilt: Beispielsweise werden bei einem Brechungsindex des Materials von n=2,5 und bei einem Brechungsindex von Luft n=1 an der Oberfläche des Materials bereits 18% der einfallenden Laserintensität reflektiert. Dementsprechend kann das Material des Werkstücks zwar transparent für die Wellenlänge des Lasers sein, aber es kann trotzdem sein, dass der Laserstrahl wegen der sogenannten Fresnel-Reflexionen nur schwach in das Material einkoppelt und entsprechend schwach durch das Material transmittiert wird.

Wenn ein ultrakurzer Laserpuls in ein Material des Werkstücks fokussiert wird, kann die Intensität im Fokusvolumen zu einer nichtlinearen Absorption durch beispielsweise Multiphotonen- Absorptions- und/oder Elektronen-Lawinen-Ionisationsprozessen führen. Diese nichtlineare Absorption führt zur Erzeugung eines Elektronen-Ionen-Plasmas, wobei bei dessen Abkühlung dauerhafte Strukturänderungen im Material des Werkstücks induziert werden können.

Die durch ultrakurze Laserpulse in transparente Materialien verursachten Materialmodifikationen werden in drei verschiedene Klassen unterteilt, siehe K. Itoh et al. „Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials“ MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006): Der Typ I ist eine isotrope Brechungsindexänderung; der Typ II ist eine doppelbrechende Brechungsindexänderung; und der Typ III ist ein sogenannter Void beziehungsweise Hohlraum, welcher durch sogenannte Mikroexplosionen erzeugt wird. Die erzeugte Materialmodifikation hängt hierbei von Laserparametern wie der Pulsdauer, der Wellenlänge, der Pulsenergie und der Repetitionsfrequenz des Lasers, von den Materialeigenschaften, wie unter Anderem der elektronischen Struktur und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, sowie von der numerischen Apertur (NA) der Fokussierung, ab.

Die Voids (Hohlräume) der Typ 111-Modifikationen können beispielsweise mit einer hohen Laserpulsenergie erzeugt werden. Hierbei wird die Bildung der Voids einer explosionsartigen Ausdehnung von hoch angeregtem, verdampftem Material aus dem Fokusvolumen in das umgebende Material zugeschrieben. Dieser Prozess wird auch als Mikroexplosion bezeichnet. Da diese Ausdehnung innerhalb der Masse des Materials stattfindet, hinterlässt die Mikroexplosion einen weniger dichten oder hohlen Kern (der Void), der von einer verdichteten Materialhülle umgeben ist. Durch die Verdichtung an der Stoßfront der Mikroexplosion entstehen in dem transparenten Material Spannungen, die zu einer spontanen Rissbildung führen können, beziehungsweise eine Rissbildung begünstigen können.

Insbesondere kann es bei einer oberflächennahen Mikroexplosion zu einem Verpuffen des

Materials kommen, so dass das Material oberflächennah effektiv abgetragen wird. Die Bildung eines Voids im Innern eines Materials und die Verpuffung des Materials an der Oberfläche haben demnach dieselbe Ursache. Insbesondere kann mit „oberflächennah“ sowohl die Nähe zur oberen Oberfläche (hier „Oberseite“) als auch zur unteren Oberfläche (hier „Unterseite“) des Werkstücks relativ zur Strahlausbreitungsrichtung gemeint sein.

Bei hohen Repetitionsraten des Lasers kann das Material zwischen den Pulsen nicht vollständig abkühlen, sodass sich die im Material vorliegende Wärme von Puls zu Puls vergrößert. Beispielsweise kann die Repetitionsfrequenz des Lasers höher sein als der Kehrwert der Wärmediffusionszeit des Materials, sodass in der Fokuszone durch sukzessive Absorption von Laserenergie eine Wärmeakkumulation stattfinden kann, bis die Schmelztemperatur des Materials erreicht ist. Durch den thermischen Transport der Wärmeenergie in die die Fokuszone umgebenden Gebiete kann zudem ein größerer Bereich als die Fokuszone aufgeschmolzen und verdampft werden, wodurch es zu einem Materialabtrag kommt.

Durch den großen Brechungsindex des Materials wird die Oberfläche des Materials besonders stark beansprucht, so dass es dort zu einem Materialabtrag kommt.

Das Material wird mit den oben genannten Effekten entlang einer Trennlinie abgetragen. Die Trennlinie beschreibt die Auftrefflinie des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks. Durch einen Vorschub wird beispielsweise der Laserstrahl und das Werkstück relativ zu einander mit einer Vorschubgeschwindigkeit verschoben, sodass sich mit fortschreitender Zeit unterschiedliche Auftrefforte der Laserpulse auf die Oberfläche des Werkstücks ergeben. Relativ zueinander verschiebbar bedeutet hierbei, dass sowohl der Laserstrahl translatorisch relativ zu einem ortsfesten Werkstück verschoben werden kann, als auch, dass das Werkstück relativ zum Laserstrahl verschoben werden kann. Es kann auch sein, dass eine Bewegung sowohl des Werkstücks als auch des Laserstrahls stattfindet. Während Werkstück und Laserstrahl relativ zueinander bewegt werden, gibt der Ultrakurzpulslaser mit seiner Repetitionsfrequenz Laserpulse in das Material des Werkstücks ab.

Die ultrakurzen Laserpulse erzeugen also entlang der Trennlinie einen Materialabtrag, so dass sich als Summe des Materialabtrags eine Einkerbung an der Materialoberfläche ergibt.

Dadurch wird das Material an der Oberfläche unter Anderem gezielt geschädigt beziehungsweise geschwächt, so dass entlang der Einkerbung eine Sollbruchstelle des Werkstücks entsteht. Mit einem folgenden Trennschritt kann das Werkstück demnach besonders einfach entlang der Trennlinie getrennt werden. Der Trennschritt kann eine mechanische Trennung und/oder einen Ätzvorgang und/oder eine thermische Beaufschlagung und/oder einen Selbsttrennungsschritt umfassen.

Eine thermische Beaufschlagung kann beispielsweise eine Erwärmung des Materials oder der Trennlinie sein. Beispielsweise kann die Trennlinie mittels eines Dauerstrich-CO2-Lasers lokal erwärmt werden, so dass sich das Material im Bereich der eingebrachten Materialschwächung unterschiedlich im Vergleich zum unbehandelten beziehungsweise unmodifizierten Material ausdehnt. Es kann aber auch sein, dass eine thermische Beaufschlagung durch einen Heißluftstrom realisiert wird, oder durch ein Ausbacken auf einer Heizplatte oder durch das Beheizen des Materials in einem Ofen. Insbesondere können in dem Trennschritt auch Temperaturgradienten aufgebracht werden. Die durch die Materialschwächung begünstigten Risse erfahren dadurch ein Risswachstum, so dass sich eine durchgehende und unverhakte Trennfläche ausbilden kann, durch welche die Teile des Werkstücks voneinander getrennt sind.

Eine mechanische Trennung kann durch Aufbringen einer Zug- oder Biegespannung, beispielsweise durch das Aufbringen einer mechanischen Belastung auf die durch die Trennlinie separierten Teile des Werkstücks erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Zugspannung aufgebracht werden, wenn auf die durch die Trennlinie separierten Teile des Werkstücks in der Materialebene entgegengesetzte Kräfte an je einem Kraftangriffspunkt wirken, die jeweils von der Trennlinie weg zeigen. Sind die Kräfte nicht parallel beziehungsweise antiparallel zueinander ausgerichtet, so kann dies zum Entstehen einer Biegespannung beitragen. Sobald die Zug- oder Biegespannungen größer als die Bindungskräfte des Materials, wird das Werkstück getrennt. Insbesondere kann eine mechanische Änderung auch durch eine pulshafte Einwirkung auf den abzutrennenden Teil erreicht werden. Beispielsweise kann durch einen Stoß eine Gitterschwingung im Material erzeugt werden. Durch die Auslenkung der Gitteratome können so ebenfalls Zug- und Druckspannungen erzeugt werden, die eine Rissbildung auslösen können. Insbesondere kann ein solches Verfahren insgesamt dann auch als „scribe and break“-Verfahren bezeichnet werden, bei dem ein Material typischerweise erst angeritzt und anschließend gezielt entlang der definierten Trennlinie gebrochen wird.

Das Material kann auch durch Ätzen mit einer nasschemischen Lösung getrennt werden, wobei der Ätzprozess das Material bevorzugt an der gezielten Materialschwächung ansetzt. Indem bevorzugt die geschwächten Teile des Werkstücks geätzt werden, führt dies zu einem Trennen des Werkstücks entlang der Trennlinie. Insbesondere kann auch durch eine gezielte Rissführung durch die Orientierung des Materialabtrags im Material eine sogenannte Selbsttrennung durchgeführt werden. Die Rissbildung von Materialabtrag zu benachbartem Materialabtrag ermöglicht dabei eine vollflächige Trennung der beiden Teile des Werkstücks, ohne dass ein weiterer Trennschritt durchgeführt werden muss.

Dies hat den Vorteil, dass für das jeweilige Material des Werkstücks ein ideales Trennverfahren ausgewählt werden kann, so dass eine Trennung des Werkstücks mit einer hohen Güte der Trennkante einhergeht.

Bei einer einzigen Überfahrt entlang der Trennlinie kann durch den Abtrag des Materials eine Einkerbung an der Oberseite und/oder der Unterseite des Werkstücks ausgebildet werden.

Dadurch kann erreicht werden, dass das Werkstück mit dem Trennschritt besonders einfach getrennt werden kann.

Beispielsweise kann der Laserstrahl so in das Material eingebracht werden, dass die Oberseite in der Fokuszone des Laserstrahls liegt. Dadurch wird bevorzugt eine Einkerbung in die Oberseite des Materials eingebracht. Beispielsweise kann der Laserstrahl auch so in das Material eingebracht werden, dass die Unterseite in der Fokuszone des Laserstrahls liegt. Dadurch wird bevorzugt eine Einkerbung in die Unterseite des Materials eingebracht.

Es kann aber auch sein, dass sowohl in die Oberseite als auch die Unterseite eine Einkerbung gleichzeitig eingebracht wird, so dass nur eine einzige Überfahrt des Laserstrahls über das Werkstück nötig ist.

Die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Umgebungsmedium und dem Material des Werkstücks kann größer als 1 ,5 sein.

Wie oben beschrieben, hängen die Brechung und Reflexion des Laserstrahls gemäß den Fresnelschen Formeln von den Brechungsindizes des umgebenden Mediums und des Materials des Werkstücks ab. Hierbei muss das umgebende Medium jedoch nicht Luft sein, sondern kann auch ein anderes Material sein, beispielsweise Glas. Durch die große Brechungsindexdifferenz ist hierbei sichergestellt, dass die Brechungseigenschaften des Laserstrahls beim Übergang vom umgebenden Medium in das Material des Werkstücks zu einem oberflächennahen Materialabtrag führen. Das Material kann Silizium enthalten oder Silizium sein, oder Siliziumcarbid SiC sein oder Siliziumcarbid enthalten.

Siliziumcarbid ist im sichtbaren und infraroten Spektralbereich transparent, weist jedoch einen Brechungsindex von n>2,5 auf. Dadurch kommt es - obwohl das Material transparent für die Wellenlänge des Lasers ist - zu großen Reflexionsverlusten.

Beispielsweise kann das Werkstück ein Silizium-Wafer sein, der in Chips vereinzelt werden soll.

Das Werkstück kann eine Dicke zwischen 100pm und 2000pm, bevorzugt 700pm aufweisen. Beispielsweise kann das Werkstück eine Materialdicke von 500pm aufweisen. Dabei kann das Werkstück auch verschiedene Materialschichten umfassen, also ein Schichtsystem aufweisen. Insbesondere kann jede Materialschicht transparent für die Wellenlänge des Lasers sein. Dadurch können auch bearbeitete und behandelte Wafer-System mit dem Verfahren getrennt werden.

Der Abtrag des Materials kann aus einem oberflächigen Materialflächenabtrag und einem lokalisierten Materialtiefenabtrag zusammengesetzt sein, wobei der lokalisierte Materialtiefenabtrag eine Breite von mehr als 10pm senkrecht zur Trennlinie aufweisen kann und eine Tiefe von mehr als 1 m aufweisen kann.

Dadurch kann erreicht werden, dass die Materialspannungen graduell in Tiefen richtung des Materials gelenkt werden und somit mit dem Trennschritt eine glattere Trennfläche erzeugt werden kann.

Ein lokalisierter Materialtiefenabtrag weist beispielsweise einen Durchmesser von wenigen Mikrometern auf, etwa zwischen 1 m und 20pm, während die Abtragstiefe zwischen 0,1 pm und 5pm liegt. Ein oberflächiger Materialflächenabtrag weist hingegen beispielsweise einen Durchmesser von 5 bis 10mm auf und eine Abtragstiefe von 0 bis 10pm. Dadurch ist der lokalisierte Materialtiefenabtrag auf einen kleinen Durchmesser in größerer Materialtiefe beschränkt, während der oberflächige Materialflächenabtrag einen großen Durchmesser und eine kleine Materialtiefe beschränkt ist.

Sofern die Materialmodifikationen überlappend entlang der Trennlinie eingebracht werden, kann der Durchmesser senkrecht zur Trennlinie gemessen werden. Bei separierten Materialmodifikationen hingegen kann der Durchmesser auch der maximale Durchmesser des Materialabtrags sein. Der Laserstrahl kann ein nicht-beugender Laserstrahl sein und eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone aufweisen, bevorzugt ein in Strahlausbreitungsrichtung längenvariable elongierte Fokuszone aufweisen.

Unter nicht-beugenden Strahlen und/oder Bessel-artigen Strahlen sind insbesondere Strahlen zu verstehen, bei welchen eine transversale Intensitätsverteilung propagationsinvariant ist. Insbesondere ist bei nicht-beugenden Strahlen und/oder Bessel-artigen Strahlen eine transversale Intensitätsverteilung längs einer longitudinalen Richtung und/oder Propagationsrichtung der Strahlen im Wesentlichen konstant.

Unter einer transversalen Intensitätsverteilung ist eine Intensitätsverteilung zu verstehen, welche in einer zu der longitudinalen Richtung und/oder Propagationsrichtung der Strahlen senkrecht orientierten Ebene liegt. Zudem wird unter der Fokuszone stets der Teil der Intensitätsverteilung des Laserstrahls verstanden, der größer als die Modifikationsschwelle des Materials ist. Das Wort Fokuszone verdeutlicht hierbei, dass dieser Teil der Intensitätsverteilung gezielt bereitgestellt wird und durch eine Fokussierung eine Intensitätsüberhöhung in Form der Intensitätsverteilung erreicht wird.

Hinsichtlich der Definition und Eigenschaften nicht-beugender Strahlen wird auf das Buch „Structured Light Fields: Applications in Optical Trapping, Manipulation and Organisation“, M. Wördemann, Springer Science & Business Media (2012), ISBN 978-3-642-29322-1 verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.

Nicht-beugende Laserstrahlen weisen demnach den Vorteil auf, dass sie eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone haben können, die deutlich größer als die transversalen Abmessungen der Fokuszone sind. Insbesondere kann dadurch ein in Strahlausbreitungsrichtung elongierter Materialabtrag erzeugt werden, um ein einfaches Trennen des Werkstücks zu gewährleisten.

Insbesondere lassen sich mittels nicht-beugender Strahlen elliptische nicht-beugende Strahlen erzeugen, die eine nicht-radialsymmetrische transversale Fokuszone aufweisen. Beispielsweise weisen elliptische quasi nicht-beugende Strahlen ein Hauptmaximum auf, welches mit dem Zentrum des Strahls zusammenfällt. Das Zentrum des Strahls ist hierbei gegeben durch den Ort, an dem sich die Hauptachsen der Ellipse schneiden. Insbesondere können sich elliptische quasi nichtbeugende Strahlen aus der Überlagerung mehrerer Intensitätsmaxima ergeben, wobei in diesem Fall lediglich die Einhüllende der beteiligten Intensitätsmaxima elliptisch ist. Insbesondere müssen die einzelnen Intensitätsmaxima kein elliptisches Intensitätsprofil aufweisen.

Der Durchmesser der transversalen Fokuszone kann kleiner als 5pm sein und/oder die Länge der longitudinalen Fokuszone kann größer als 50pm sein und/oder die Länge der longitudinalen Fokuszone kann kleiner als die 1 ,2-fache Materialdicke sein.

Durch den geringen Durchmesser kann erreicht werden, dass besonders saubere Trennflächen mit dem Trennschritt erzeugt werden können, da der Materialabtrag und somit die gezielte Materialschwächung besonders genau auf der Trennlinie orientiert werden können. Durch die große longitudinale Fokuszone wird insbesondere ein großer Materialtiefenabtrag erreicht, so dass das Material besonders entlang der Trennlinie geschwächt wird und die spätere Trennfläche besonders genau vorgegeben wird. Wenn die longitudinale Fokuszone hierbei größer als das 1 ,2-fache der Materialdicke ist, dann können zudem besonders einfach Einkerbungen in die Oberseite und die Unterseite des Werkstücks eingebracht werden.

Die in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone kann die Oberseite des Werkstücks durchdringen und/oder die Unterseite des Werkstücks durchdringen und/oder beide Seiten durchdringen.

Dadurch kann das Material gezielt entlang der Trennlinie geschwächt werden, so dass ein einfaches Trennen durch den Trennschritt realisiert werden kann.

Indem die elongierte Fokuszone lediglich die Oberseite des Werkstücks durchdringt, kann bevorzugt in der Oberseite eine Einkerbung erzeugt werden. Indem die elongierte Fokuszone lediglich die Unterseite des Werkstücks durchdringt, kann bevorzugt an der Unterseite eine Einkerbung erzeugt werden. Insbesondere kann durch eine elongierte Fokuszone auch eine Einkerbung an der Oberseite und der Unterseite erzeugt werden, wenn die Länge der elongierten Fokuszone länger als die Materialdicke ist.

Der nicht-beugende Strahl kann durch ein Axicon, ein diffraktives optisches Element oder eine reflektive oder refraktive optische Freiformfläche erzeugt werden.

Die Strahlformoptik kann beispielsweise als ein diffraktives optisches Element (DOE), eine Freiformoberfläche oder ein Axicon oder ein Microaxicon ausgebildet sein, oder eine Kombination mehrerer dieser Komponenten oder Funktionalitäten beinhalten. Wenn die Strahlformoptik aus dem Laserstrahl vor der Bearbeitungsoptik einen nicht-beugenden Laserstrahl formt, dann kann über die Fokussierung der Bearbeitungsoptik die Einbringtiefe der Fokuszone in das Material bestimmt werden. Die Strahlformungsoptik kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass der nicht-beugende Laserstrahl erst durch eine Abbildung mit der Bearbeitungsoptik erzeugt wird.

Ein diffraktives optisches Element ist dazu eingerichtet, den einfallenden Laserstrahl in zwei Raumdimensionen in einer oder mehreren Eigenschaften zu beeinflussen. Ein diffraktives optisches Element ist ein fixes Bauteil, welches zur Herstellung eines bestimmten nicht-beugenden Laserstrahls aus dem einfallenden Laserstrahl verwendet werden kann. Typischerweise ist ein diffraktives optisches Element ein speziell ausgeformtes Beugungsgitter, wobei durch die Beugung der einfallende Laserstrahl in die gewünschte Strahlform gebracht wird.

Ein Axicon ist ein konisch geschliffenes optisches Element, welches aus einem einfallenden Gauß’schen Laserstrahl beim Hindurchtreten einen nicht-beugenden Laserstrahl formt. Insbesondere weist das Axicon einen Konuswinkel a‘ auf, der gerechnet wird von der Strahleintrittsfläche zur Mantelfläche des Konus. Dadurch werden die Randstrahlen des Gauß'schen Laserstrahls zu einem anderen Fokuspunkt gebrochen, als Achs-nahe Strahlen. Dadurch ergibt sich insbesondere eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone.

Der nicht-beugende Strahl kann durch ein Teleskop in das Werkstück überführt werden.

Ein Teleskop ist hierbei ein optischer Aufbau oder eine Bearbeitungsoptik, die eine Abbildung des Laserstrahls ermöglicht, beziehungsweise zusammen mit der Strahlformungsoptik einen nichtbeugenden Strahl in oder auf dem Material zur Verfügung stellt. Insbesondere kann ein solches Teleskop eine vergrößernde und/oder eine verkleinernde Wirkung aufweisen.

Insbesondere kann ein Teil der optischen Funktionalität des Teleskops in die Strahlformoptik integriert sein. Beispielsweise kann das Axicon eine sphärisch geschliffene Rückseite aufweisen, so dass es die Strahlformungsfunktionalität mit einer Linsenwirkung vereint.

Eine Vergrößerung und oder eine Verkleinerung des Laserstrahls beziehungsweise dessen transversaler Intensitätsverteilung erlaubt es die Lasterstrahlintensität auf eine große oder kleine Fokuszone zu verteilen. Durch das Verteilen der Laserenergie auf eine große oder kleine Fläche wird die Intensität angepasst, so dass insbesondere durch die Vergrößerung und/oder Verkleinerung auch zwischen den Modifikationstypen I, II, und III gewählt werden kann.

Insbesondere können durch die Vergrößerung oder Verkleinerung der nicht-radialsymmetrischen transversale Intensitätsverteilung auch ein vergrößerter oder verkleinerter Materialabtrag realisiert werden. Zudem kann durch eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung das optische System an die gegebenen Bearbeitungsbedingungen anpassbar, so dass die Vorrichtung flexibler eingesetzt werden kann.

Die Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse kann zwischen 100fs und 100ns, bevorzugt zwischen 100fs und 10ps lang sein und/oder die mittlere Laserleistung kann zwischen 1W und 1 kW, bevorzugt 50W betragen und/oder die Wellenlänge kann zwischen 300nm und 1500nm groß sein, bevorzugt 1030nm groß sein und/oder die Laserpulse können Einzellaserpulse sein oder Teil eines Laserbursts sein, wobei ein Laserburst zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 4 Laserpulse umfasst und/oder die Repetitionsrate der Einzellaserpulse und/oder Laserbursts kann 100kHz betragen und/oder die Puls- oder Burstenergie kann zwischen 10pJ und 50mJ betragen.

Dadurch ist es möglich, für jedes Material die optimalen Bearbeitungsparameter einzustellen.

Das Werkstück und der Laserstrahl können relativ zueinander mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden, wobei die Vorschubgeschwindigkeit bevorzugt zwischen 0,05m/s bis 5m/s beträgt.

Indem der Laserstrahl und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, kann das Material entlang der Trennlinie abgetragen werden.

Insbesondere kann ein solcher Vorschub mit einer Achsvorrichtung erreicht werden. Beispielsweise ist eine Achsvorrichtung ein XYZ-Tisch, der entlang aller Raumachse translatorisch verschiebbar ist. Es kann aber auch sein, dass die Achsvorrichtung auch um bestimmte Achsen gedreht werden kann, so dass besonders hochwertige runde und/oder geschwungene Trennlinien erzeugt werden können.

Die Laserpulse oder Laserbursts können in einem räumlich konstanten Abstand in das Material eingebracht werden.

Bei gekrümmten oder eckigen Vorschubtrajektorien kann es sinnvoll sein, die Vorschubgeschwindigkeit lokal zu reduzieren. Bei einer konstanten Repetitionsfrequenz des Lasers kann dies jedoch dazu führen, dass benachbarte Materialmodifikationen überlappen oder das Material ungewollt erhitzt und oder aufgeschmolzen wird. Aus diesem Grund kann eine Regelelektronik die Pulsabgabe in Abhängigkeit von der relativen Position von Laserstrahl und Werkstück regeln. Beispielsweise kann die Vorschubvorrichtung über einen ortsauflösenden Encoder verfügen, der die Position der Vorschubvorrichtung und des Laserstrahls vermisst. Aufgrund der Ortsinformation kann über ein entsprechendes Auslösesystem der Regelelektronik die Pulsabgabe eines Laserpulses beim Ultrakurzpulslaser ausgelöst werden.

Zur Realisierung der Pulsauslösung können insbesondere auch Computersysteme eigesetzt werden. Beispielsweise können für die jeweilige Trennlinie vor dem Bearbeiten des Materials die Orte der Laserpulsabgabe festgelegt werden, so dass eine optimale Verteilung der Laserpulse entlang der Trennlinie gewährleistet ist.

Dadurch wird erreicht, dass der Abstand der Materialmodifikationen stets gleich groß ist, auch wenn die Vorschubgeschwindigkeit variiert. Insbesondere wird dadurch auch erreicht, dass eine gleichmäßige Trennfläche erzeugt werden kann und die Trennfläche eine hohe Oberflächenqualität aufweist.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1A, B eine schematische Darstellung des Verfahren;

Figur 2A, B, C eine schematische Darstellung eines Trennschrittes;

Figur 3A, B, C eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 4A, B eine Mikroskop-Aufnahme eines eingekerbten Materials;

Figur 5 eine weitere Mikroskop-Aufnahme eines eingekerbten Materials;

Figur 6 eine Mikroskop-Aufnahme eines mit dem Verfahren getrennten Schichtsystems;

Figur 7A, B eine schematische Darstellung eines nichtbeugenden Strahls;

Figur 8 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und

Figur 9A, B eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

In Figur 1 A ist schematisch ein Werkstück 1 gezeigt, dessen Material einen hohen Brechungsindex NM aufweist. Auf das Werkstück 1 wird ein Laserstrahl 2 gebracht, der hierbei so fokussiert ist, dass die Teillaserstrahlen 20 des Laserstrahls 2 unter einem Einfallswinkel a auf die Oberseite 10 des Werkstücks 1 fallen. Hierbei fällt der Laserstrahl 2 beispielsweise aus der Luft mit einem Brechungsindex von NL = 1 auf die Oberfläche 10 des Werkstücks 1.

Das Werkstück 1 ist insbesondere transparent für die Wellenlänge des Laserstrahl 2. Somit wird der Laserstrahl 2, beziehungsweise dessen Teillaserstrahlen 20, gemäß den Fresnel-Formeln in Abhängigkeit von den Brechungsindizes NM, NL sowie vom Einfallswinkel a gebrochen.

Beispielsweise ist das Material des Werkstücks 1 Siliziumcarbid mit einem Brechungsindex von NM=2,5. Insbesondere ist dann die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Material des Werkstücks 1 und dem umgebenden Medium größer als 1 ,5, so dass der Brechungseffekt besonders groß ist. Das Material des Werkstücks 1 kann eine Materialdicke D zwischen D=100|jm und D=2000|jm, etwa D=700|jm aufweisen.

In dem Material des Werkstücks 1 bildet sich beispielsweise aufgrund der konisch zulaufenden Teillaserstrahlen 20 ein nicht-beugender Laserstrahl 2 aus, der eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone 22 aufweist. Die elongierte Fokuszone 22 durchdringt hierbei die Oberseite 10 als auch die Unterseite 12 des Materials des Werkstücks 1. In der elongierten Fokuszone 22 wir durch nichtlineare Absorptionseffekte das Material des Werkstücks 1 verdampft, so dass ein Materialabtrag an der Oberseite 10 und der Unterseite 12 entsteht.

Zudem ist es möglich, dass es aufgrund der nichtlinearen Absorptionseffekte zur einer Oberflächenmodifikation, beispielsweise zu einer Verformung oder zu einem Materialabtrag, an der Oberseite 10 kommt, so dass zumindest im oberflächennahen Bereich kein idealer nicht-beugender Strahl 2 vorliegt. Jedoch kann sich der nicht-beugende Laserstrahl 2 nach Durchdringen des oberflächennahen Bereichs dann beispielsweise aufgrund von Selbstheilungseffekten bilden. In der Beschreibung wird der Laserstrahl 2 dennoch als nicht-beugender Strahl 2 beschrieben, wobei solche Oberflächeneffekte mitgedacht werden.

In Figur 1 B ist gezeigt, dass das Material entlang der Trennlinie 3 abgetragen wird. Hierfür können das Werkstück 1 und der Laserstrahl 20 mit einem Vorschub V zwischen V=0, 05m/s und V=5m/s relativ zueinander bewegt werden. Indem das Material des Werkstücks 1 gezielt entlang der Trennlinie 3 geschwächt wird, bildet sich entlang der Trennlinie 3 eine Sollbruchstelle aus, entlang derer das Werkstück 1 mit einem anschließenden Trennschritt getrennt werden kann.

Insbesondere kann die Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse zwischen 100fs und 100ns, bevorzugt zwischen 100fs und 10ps lang sein und/oder die mittlere Laserleistung zwischen 1W und 1 kW, bevorzugt 50W betragen und/oder die Wellenlänge kann zwischen 300nm und 1500nm groß sein, bevorzugt 1030nm betragen und/oder die Laserpulse können Einzellaserpulse sein oder Teil eines Laserbursts sein, wobei ein Laserburst zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 4 Laserpulse umfasst und/oder die Repetitionsrate der Einzellaserpulse und/oder Laserbursts 100kHz kann betragen und/oder die Puls- oder Burstenergie kann zwischen 10pJ und 5mJ betragen.

Aufgrund der Repetitionsrate R von beispielsweise R=100kHz lässt sich zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit V der Abstand der Auftrefforte der Laserpulse auf 0,5pm bis 50pm abschätzen.

Der Laserstrahl 20 kann hierbei eine Fokuszone 22 aufweisen, dessen Durchmesser senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung kleiner als 5pm ist. Dadurch kann der Materialabtrag durch den Laserstrahl 20 genau auf der Trennlinie 3 orientiert werden. Zudem einen können die verschiedenen Laserpulse übereinanderliegen beziehungsweise räumlich überlappen, so dass es zu einer Wärmeakkumulation in dem Material des Werkstücks 1 kommt, wodurch das Material des Werkstücks 1 geschwächt wird. Zum anderen ist es aber auch möglich, dass die Laserpulse so weit voneinander separiert sind, so dass das Material des Werkstücks 1 entlang der Trennlinie 3 lediglich an der Oberfläche perforiert wird.

In Figur 1 A ist ebenfalls gezeigt, dass die Länge der in Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone 22 des Laserstrahls 20 größer als die Materialdicke D ist. Insbesondere ist die eingezeichnete Fokuszone 22 des Laserstrahls 800pm lang, so dass sie größer als 50pm ist, aber auch kleiner als das 1 ,2fache der Materialdicke D ist. Dadurch wird erreicht, dass der Laserstrahl 20 in Verbindung mit dem Vorschub V Einkerbungen sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Materials des Werkstücks 1 erzeugen kann. Insbesondere ist dadurch also sichergestellt, dass die elongierte Fokuszone 22 die Oberseite 10 und die Unterseite 12 durchdringt.

In Figur 2 ist ein möglicher Trennschritt gezeigt, der das Aufbringen einer mechanischen Belastung auf das Material des Werkstücks 1 beinhaltet. In Figur 2A ist insbesondere gezeigt, dass die Einkerbungen 4 durch den nicht-beugenden Laserstrahl 20 der Figur 1A sowohl auf der Oberseite 10, als auch der Unterseite 12 eingebracht wurden.

Als mechanische Kraft kann beispielsweise eine Biegespannung auf die zu separierenden Teile 100, 102 des Werkstücks 1 gebracht werden. Eine Biegespannung kann bewirken, dass eine Kompression des Materials des Werkstücks 1 an der Oberseite 10 hin zur Einkerbung 4 stattfindet, während das Material des Werkstücks 1 an der Unterseite 12 von der Einkerbung weggedehnt wird. Dadurch entsteht ein Spannungsgradient der von der Unterseite 12 zur Oberseite 10 gerichtet ist. Sobald die Materialspannungen entlang des Spannungsgradienten größer als die Bindungskräfte des Materials des Werkstücks 1 sind, relaxiert das Material des Werkstücks 1 unter Ausbildung eines Risses, welcher beispielsweise von der Einkerbung 4 in der Oberseite 12 zur Einkerbung 4 in der Unterseite 12 des Materials des Werkstücks 1 verläuft. Dieser Zustand des Materials des Werkstücks 1 ist hierbei in Figur 2B gezeigt. Figur 2C zeigt den anschließenden Zustand in dem die Teile 100, 102 des Werkstücks vereinzelt und separiert vorliegen. Das Werkstück 1 wurde demnach entlang der Trennlinie 3 getrennt.

Ein solcher Trennschritt kann insbesondere auch durch das Aufbringen eines thermischen Gradienten, beispielsweise durch Bestrahlung der Einkerbungen 4 mit einem CO2-Dauerstrichlaser realisiert werden. Alternativ ist es auch möglich das Material des Werkstücks 1 in einem chemischen Bad entlang der Einkerbungen 4 zu Ätzen, wobei die gezielte Materialschwächung das Material des Werkstücks 1 selektiv ätzbar macht. Eine weitere Möglichkeit ist auch, dass durch die gezielte Materialschwächung mit Typ III Modifikationen die Materialspannung die Bindungskräfte übersteigen, so dass es zu einem Selbsttrennungsprozesses Werkstücks 1 kommt. In jedem Fall gibt jedoch die Materialschwächung entlang der Trennlinie 3 die Richtung des Trennprozesses vor.

In Figur 3A ist das Verfahren gezeigt, bei dem die Fokuszone 22 des Laserstrahls 20 kürzer als die Materialdicke D ist und lediglich in der Oberseite 10 des Materials des Werkstücks 1 eine Einkerbung 4 erzeugt. Jedoch ist auch die Einkerbung 4 in der Oberseite 10 des Werkstücks ausreichend, um eine gezielte Materialschwächung herbeizuführen, so dass das Werkstück 1 entlang der Trennlinie 3 mit einem Trennschritt getrennt werden kann. Dies ist exemplarisch in den Figuren 3B, C gezeigt, wo die Teile 100, 102 des Werkstücks 1 durch einen Trennschritt separiert werden.

In Figur 4A ist eine Mikroskop-Aufnahme der Oberseite 10 eines Werkstückes 1 gezeigt, welche mit einem nicht-beugenden Laserstrahl 20 beaufschlagt wurde. In Figur 4B ist das dazugehörige Höhenprofil entlang der y-Richtung gezeigt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Einkerbung 4 aus einem lokalisierten Materialtiefenabtrag 40 und einem oberflächigen Materialflächenabtrag 42 zusammengesetzt ist. Der oberflächige Materialabtrag 42 kann hierbei Teil der oben angesprochenen Oberflächenmodifikation sein. Die Tiefe des jeweiligen Abtrags wird hierbei gerechnet von der ursprünglichen Oberfläche 10 des Werkstücks 1 . Somit ergibt sich im vorliegenden Fall ein Materialtiefenabtrag 40 von 2,5pm während der Materialflächenabtrag 42 eine Abtragstiefe von 1 ,5pm aufweist. Zudem weist der Materialflächenabtrag 42 einen Durchmesser beziehungsweise Querschnitt von 80pm auf, während der Materialtiefenabtrag im Querschnitt lediglich 20pm misst.

Der Materialtiefenabtrag 40 und der Materialflächenabtrag 42 kommen zustande, wenn der Laserstrahl 20 auf die Oberseite 10 des Materials des Werkstücks 1 trifft. Dann wird zunächst über der gesamten Breite des Laserstrahl 20 ein Materialflächenabtrag 42 realisiert. Der Materialflächenabtrag 42 und die am Rande des Abtrags entstehenden Kanten wirken jedoch - auch aufgrund des großen Brechungsindex des Materials - als Abschirmung. Dadurch wird die Ausbildung des nicht-beugenden Laserstrahls auf tieferliegende Materialschichten verlagert, so dass es erst dort zur Ausprägung der elongierten Fokuszone 22 und somit zum Materialtiefenabtrag 40 kommt.

Die Ausprägung der Einkerbung 4 kann zudem auch die Intensitätsverteilung des Laserstrahls 20 beziehungsweise die Form der Fokuszone 22 wiederspiegeln. Indem die Ausbildung einer Einkerbung 4 auf nichtlinearen Absorptionseffekten beruht, wie oben beschrieben, kann der zentrale Laserstrahlteil beispielsweise besonders effektiv Einkerbungen 4 ausprägen, während randnahe Teillaserstrahlen dies nicht können.

Des Weiteren ist in den Figuren 4A, B gezeigt, dass die Einkerbung auf der Materialoberseite 10 durchgängig ist. Demensprechend war im vorliegenden Fall die Vorschubgeschwindigkeit beziehungsweise die Repetitionsrate des Lasers so groß, dass benachbart eingebrachte Laserpulse überlappen und somit eine durchgängige Sollbruchstelle auf der Oberseite 10 des Werkstücks 1 erzeugen. Insbesondere konnte die Einkerbung 4 demnach auch in einem einzigen Verfahrensschritt erzeugt werden. In Figur 5 ist die Perforation eines Materials eines Werkstücks 1 entlang einer Trennlinie 3 gezeigt. Die Laserpulse wurden hierbei mit einem Abstand von 50pm in das Material des Werkstücks eingebracht. Der Abstand der Laserpulse kann sich hierbei insbesondere aus der Repetitionsfrequenz R des Lasers und der Vorschubgeschwindigkeit V ergeben. Der oberflächige Materialabtrag trägt hierbei die Form von konzentrischen Beugungsringen, wobei dich die Stärke des Materialabtrags hin zur Mitte verstärkt. In diesem Bereich geht der Materialflächenabtrag 42 in den lokalisierten Materialtiefenabtrag 40 über.

Figur 6 zeigt, dass das Werkstück 1 auch ein Schichtsystem aus verschiedenen Materialien 1A-1 D umfassen kann. Insbesondere kann durch die Verwendung eines nicht-beugenden Laserstrahls 20, dessen Fokuszone 22 länger als die gesamte Materialdicke D, also die Summe aller Materialdicken des Werkstücks 1 ist, auch im Übergangsbereich zwischen den Schichten 1A-1 D die Abtragsschwelle erreicht werden. Die Abtragsschwelle ist hierbei die Intensitätsschwelle ab der das Material des Werkstücks 1 abgetragen wird und kann aufgrund der chemischen Grenzflächenbedingungen heraufgesetzt oder zumindest verändert sein. Insbesondere kann hierbei jede Materialschicht einen Brechungsindex zwischen 2,0 und 3,5 aufweisen.

In Figur 7A ist die transversale Intensitätsverteilung beziehungsweise die Fokuszone 22 eines nichtbeugenden Laserstrahls 20 gezeigt. Der nicht-beugende Laserstrahl 20 ist ein sogenannter Bessel- Gauß-Strahl, wobei die transversale Intensitätsverteilung in der x-y-Ebene radialsymmetrisch ist, sodass die Intensität des nicht-beugenden Laserstrahls 20 nur vom radialen Abstand zur optischen Achse abhängt. Insbesondere ist der Durchmesser der transversalen Intensitätsverteilung kleiner als 5pm. In Figur 7B ist der longitudinale Strahlquerschnitt, also die longitudinale Intensitätsverteilung, gezeigt. Die longitudinale Intensitätsverteilung weist einen elongierten Bereich mit hoher Intensität auf, der etwa 3mm groß ist. Damit ist die longitudinale Ausdehnung der Fokuszone 22 deutlich größer als die transversale Ausdehnung.

In Figur 8 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 5 zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. Hierbei werden die Laserpulse vom Ultrakurzpulslasers 50 bereitgestellt und durch eine Strahlformungsoptik 52 gelenkt. Von der Strahlformungsoptik 52 wird der Laserstrahl 20 beispielsweise durch ein Teleskopsystem 54 oder eine andere Art von Bearbeitungsoptik auf das Material 1 gelenkt.

Die Strahlformungsoptik 52 ist im gezeigten Beispiel ein Axicon, um den einfallenden Laserstrahl 20 zu einem nicht-beugenden Laserstrahl 20 zu formen. Das Axicon kann aber auch durch andere Elemente ersetzt werden, um einen nicht-beugenden Laserstrahl zu erzeugen. Das Axicon erzeugt aus dem vorzugsweise kollimierten Eingangsstrahl 20, einen konisch zulaufenden Laserstrahl 20. Die Strahlformungsoptik 52 kann dem einfallenden Laserstrahl 20 hierbei auch eine nichtradialsymmetrische Intensitätsverteilung beziehungsweise Fokuszone 22 aufprägen. Der Laserstrahl 20 kann schließlich über eine Teleskopoptik 54, welche hier aus zwei Linsen 540, 542 besteht, in das Material 1 abgebildet werden, wobei die Abbildung eine vergrößernde oder eine verkleinernde Abbildung sein kann. Es ist aber auch möglich, dass Teile der Teleskopoptik 54, insbesondere die erste Linse 540 in die Strahlformoptik 52 integriert ist.

In Figur 9A ist eine Vorschubvorrichtung 6, die dazu eingerichtet ist die Bearbeitungsoptik 54 und das Material 1 entlang dreier Raumachsen XYZ translatorisch zu bewegen. Der Laserstrahl 20 des Ultrakurzpulslasers 50 wird durch eine Bearbeitungsoptik 54 auf das Material 1 gelenkt. Das Material 1 ist hierbei auf einer Auflagefläche der Vorschubvorrichtung 6 angeordnet, wobei die Auflagefläche die Laserenergie, die das Material nicht absorbiert, bevorzugt weder reflektiert, noch absorbiert noch stark zurück in das Material 1 streut.

Insbesondere kann der Laserstrahl 20 durch eine Strahlführungsvorrichtung 56 in die Bearbeitungsoptik 54 eingekoppelt werden. Hierbei kann die Strahlführungsvorrichtung 56 eine Freiraumstrecke mit einem Linsen- und Spiegelsystem sein, wie in Fig. 9A gezeigt. Die Strahlführungsvorrichtung 56 kann aber auch eine Hohlkernfaser mit Einkoppel- und Auskoppeloptik sein, wie in Figur 9B gezeigt.

Im vorliegenden Beispiel in Fig. 9A wird der Laserstrahl 20 durch eine Spiegelkonstruktion in Richtung des Materials 1 gelenkt und von der Bearbeitungsoptik 54 in das Material 1 eingebracht. Im Material 1 verursacht der Laserstrahl 20 einen Materialabtrag. Die Bearbeitungsoptik 54 kann mit der Vorschubvorrichtung 6 relativ zum Material bewegt und eingestellt werden, sodass beispielsweise eine Vorzugsrichtung beziehungsweise eine Symmetrieachse der transversalen Intensitätsverteilung des Laserstrahls 20 an die Vorschubtrajektorie und somit die Trennlinie 4 angepasst werden kann.

Die Vorschubvorrichtung 6 kann hierbei das Material 1 unter dem Laserstrahl 20 mit einem Vorschub V bewegen, so dass der Laserstrahl 20 das Werkstück 1 entlang der gewünschten Trennlinie 3 einkerbt. Insbesondere umfasst in der gezeigten Figur 9A die Vorschubvorrichtung 6 einen erstes Achssystem 60 aufweisen, mit dem der das Material 1 entlang der XYZ Achsen bewegen und gegebenenfalls rotiert werden kann. Insbesondere kann die Vorschubvorrichtung 6 auch eine Werkstückhalterung 62 aufweisen, die dazu eingerichtet ist das Material 1 zu haltern. Die Vorschubvorrichtung 6 kann insbesondere auch mit einer Regelelektronik 64 verbunden sein, wobei die Regelelektronik 64 die Nutzerbefehle eines Benutzers der Vorrichtung in Steuerbefehle für die Vorschubvorrichtung 6 umsetzt. Insbesondere können vordefinierte Schnittmuster in einem Speicher der Regelelektronik 64 gespeichert sein und durch die Regelelektronik 64 die Prozesse automatisch gesteuert werden.

Die Regelelektronik 64 kann insbesondere auch mit dem Ultrakurzpulslaser 50 verbunden sein. Die Regelelektronik 64 kann hierbei die Ausgabe eines Laserpulses oder Laserpulszuges anfordern oder auslösen. Die Regelelektronik 64 kann auch mit anderen genannten Komponenten verbunden sein und so die Materialbearbeitung koordinieren.

Insbesondere kann so eine positionsgesteuerte Pulsauslösung realisiert werden, wobei beispielsweise ein Achsencoder 600 der Vorschubvorrichtung 6 ausgelesen wird und das Achsencoder-Signal von der Regelelektronik 64 als Ortsangabe interpretiert werden kann. Somit ist es möglich, dass die Regelelektronik 64 automatisch die Abgabe eines Laserpulses oder Laserpulszuges auslöst, wenn beispielsweise eine interne Addiereinheit, die die zurückgelegte Wegstrecke addiert, einen Wert erreicht und sich nach Erreichen auf 0 zurücksetzt. So kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen automatisch ein Laserpuls oder Laserpulszug in das Material 1 abgegeben werden.

Indem in der Regelelektronik 64 auch die Vorschubgeschwindigkeit V und die Vorschubrichtung und somit die Trennlinie 3 verarbeitet werden können, kann eine automatisierte Abgabe der Laserpulse oder Laserpulszüge erfolgen.

Die Regelelektronik 64 kann auch aufgrund der gemessenen Geschwindigkeit und der vom Laser 2 zur Verfügung gestellten Grundfrequenz einen Abstand oder Ort berechnen, an dem eine Abgabe eines Laserpulszuges oder Laserpulses erfolgen soll. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass die Materialmodifikationen 5 im Material 1 nicht überlappen beziehungsweise die Laserenergie gleichmäßig entlang der Trennlinie 3 abgegeben wird.

Indem die Abgabe der Laserpulse oder der Pulszüge positionsgesteuert erfolgt, entfällt eine aufwändige Programmierung des Trennprozesses. Zudem können frei wählbare Prozessgeschwindigkeiten einfach umgesetzt werden. Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Werkstück

10 Oberseite

12 Unterseite

2 Laserstrahl

20 Teillaserstrahlen

3 Trennlinie

4 Einkerbung

40 Materialtiefenabtrag

42 Materialflächenabtrag

5 Vorrichtung

50 Ultrakurzpulslaser

52 Strahlformungsoptik

54 Teleskopsystem

56 Strahlführungsoptik

6 Vorschubvorrichtung

60 Achssystem

62 Werkstückhalterung

64 Regelelektronik