Glasscheiben, wie sie aus dem Heißformgebungsprozeß, beispielsweise dem Float-Verfahren oder einem Ziehverfahren, beispielsweise dem Down- Draw-Verfahren, erhalten werden, müssen je nach Anwendungszweck den verschiedensten Bearbeitungsschritten unterworfen werden, bis schließlich aus dem Glasbad das entsprechende Glaserzeugnis erhalten wird. Dazu gehören insbesondere Schritte, die dem Erzeugnis die gewünschte Kontur vermitteln, also z. B. Schneid-, Brech-, Ritz-Brech-oder andere Trennverfahren, beispielsweise Bohrverfahren oder Sägen, und nachgeschaltete Kantenbearbeitungsschritte wie Polieren, Läppen, Schleifen usw.

Beispielsweise bei der Herstellung von Glassubstraten für optische oder magnetische Speichermedien, also für Festplatten, müssen kreisrunde Substrate aus der vereinzelten Scheibe herausgetrennt und gegebenenfalls mit einem kreisrunden Innenloch versehen werden.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für kreisrunde Glasplättchen, hergestellt aus dünnen Scheiben, sind Optokappen, also Glasplättchen für Lichteinkopplungen in Gehäusen für elektronische Schaltungen, oder Uhrengläser.

Es ist rationell, wenn solche Bearbeitungsschritte in einem Arbeitszyklus an mehreren Substraten durchgeführt werden können. Beispielsweise können mit mehreren Vorrichtungen aus einer großen Scheibe gleichzeitig mehrere Substrate herausgetrennt werden.

Noch rationeller wäre es, wenn mittels einer Vorrichtung gleichzeitig mehrere Scheiben bearbeitet werden könnten.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein rationelles, das heißt schnelles, billiges, einfaches Verfahren um Bearbeiten einer Zahl von Glasscheiben zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelost.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben umfaßt die folgenden Schritte : Zunächst werden die zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel gepackt, wobei sich zwischen zwei Scheiben wenigstens eine vollflächig oder teilweise aufgebrachte Zwischenlage befindet. Dann werden die Scheiben im Stapel bearbeitet. Danach wird der Stapel wieder gelöst, indem jeweils wenigstens eine der wenigstens einen Zwischenlage entfernt wird.

Vor der Bearbeitung werden die zu bearbeitenden Glasscheiben als Stapel mit jeweils einer oder mehreren Zwischenlagen, die aus organischen oder anorganischen Klebemitteln mit oder ohne organische oder anorganische Füllstoffe bestehen, gepackt.

Der Stapel kann dann als Block bearbeitet werden.

Der Vorteil eines solchen Stapels ist auch,. daß er bei der Bearbeitung, beispielsweise beim Heraustrennen eines Stapels mit kleinerer Glasoberfläche als der des ursprünglichen Stapels, beispielsweise mittels eines Bohrers, eine Stützwirkung ausübt, so daß die Kantenqualität der Scheiben verbessert ist, da weniger Ausmuschelungen auftreten..

Vor, nach oder gleichzeitig zu einem solchen Heraustrennen eines Stapels kleinerer Oberfläche kann auch eine weitere, beispielsweise geschlossene Kontur herausgetrennt werden, so daß ein Stapel kleinerer Glasoberfläche mit Innenloch, vorzugsweise mit zentrischem Innenloch, entsteht.

Die Zwischenschichten, wenn sie vollflächig aufgebracht sind, dienen auch als Schutzschichten, die die Oberflächen der Scheiben vor mechanischer Beschädigung schützen sollen.

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine Zwischenlage aus wenigstens einer Schicht, die vorzugsweise durch Sprühen, Tauchen, Aufwalzen oder Rakeln aufgebracht wird.

Vorzugsweise werden die Schichten direkt am kalten Ende der Heißformgebungsvorrichtung, z. B. des Down-Draw-Glaszuges, on-line auf das Glasbad aufgebracht, vorzugsweise durch Walzen, Rakeln oder Sprühen. So wird die Oberflächengüte der H. erstellung konserviert, noch bevor irgendwelche Abrasiv-oder Schmutzpartikel Gelegenheit haben, diese zu mindern. Die Glasscheiben werden dann schon beschichtet weiterverarbeitet.

Geeignete Schichten sind in der DE 199 06 333 A1 und der EP 00 100 898 A1 der Anmelderin beschrieben, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Bevorzugt besteht die wenigstens eine Zwischenlage aus einem Polymer, das mit Wasser wieder abgelöst werden kann. Bevorzugt weist sie Schutzdicken zwischen 5 und 30 um, insbesondere zwischen 10 und 15 pm auf.

Bevorzugt umfaßt die wasserlösliche Schicht einen Polyvinylalkohol mit einer mittleren Molekülmasse > 55000 g/mol und einem Hydrolysegrad 95 %, besonders bevorzugt 2 98 %. Die so entstehende Schicht ist zwar wieder ablösbar, vorzugsweise mit Wasser bei einer Temperatur zu 50 °C, sie ist aber nur sehr schwer kalt wasserlöslich, weswegen eine Kühlung beim Bohren und bei der Kantenbearbeitung mit kaltem Wasser möglich ist, ohne daß die Schicht angegriffen wird.

Die Wasserlöslichkeit des Polyvinylalkohol ist abhängig von der Molekülmasse und vom Hydrolysegrad. Je kürzer die Molekülketten, d. h. je niedriger die Molekülmasse ist und je niedriger der Hydrolysegrad ist, desto wasserlöslicher ist die Beschichtung. So ist beispielsweise ein Polyvinylalkohol mit einer mittleren Molekülmasse < 55000 g/mol und einem Hydrolysegrad < 90 % auch kalt wasserlöslich. Wenn bei den Bearbeitungsschritten die Schicht nicht oder zumindest nicht dauerhaft in Kontakt mit Wasser kommt, ist die Verwendung solcher Beschichtungen möglich und bevorzugt, weil das spätere Entfernen noch einfacher möglich ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführung besteht die Schicht aus einem Polymer, das in einem polaren organischen Lösungsmittel lösbar ist.

Bei dem in einem organischen Lösungsmittel lösbaren Polymer für die Beschichtung handelt es sich bevorzugt um Polyacrylat oder Polyvinylacetat-Copolymer oder Poiyvinylcaprolactam.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenlage aus einem wasserunlöslichen Epoxydharz. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenlage aus einem photoinitiierten Klebstoff (PI). Vorzugsweise sind die PI-oder Epoxidklebstoffe mit Glas gefüllt, vorzugsweise hochgefüllt, damit der Klebstoff, indem er möglichst viel Glas enthalt, sich in seinen mechanischen Eigenschaften an Glas angleicht.

Je nach verwendetem Beschichtungsmaterial härten die Schichten durch Trocknung an der Luft, z. B. durch Beblasen mit erwärmter Luft, durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlern oder durch UV-Bestrahlung aus. Beispiele für letzteres sind Schichten aus Polyacrylat oder Epoxydharz. Die genannten wasserlöslichen Polyvinylalkohole werden vorzugsweise bei Temperaturen > 100 °C, insbesondere bei ca. 120 °C ausgehärtet.

Der Vorgang des Ablüften, das heißt des Aushärtens bei lösemittelhaltigen Beschichtungen, von vollflächigen Beschichtungen läuft bei nicht gestapelten Scheiben leichter ab, da die Abhängigkeit von der Diffusionsstrecke nicht gegeben ist.

Auch deswegen ist es bevorzugt, die im Stapel härtende Schicht als Rand auszubilden, da so die Diffusionswege kürzer sind.

Beispiele für Füllstoffe in den Klebemitteln sind dispergierende Füllstoffe, z. B. Methacrylat-Acrylat-Copolymere oder Magnesiumaluminoschichtsilicate.

In einer bevorzugten Ausführung wird auf der Glasscheibe (G) auf eine wasserlösliche, vorzugsweise bereits ausgehärtete, Schicht (W), beispielsweise einen Polyvinylalkohol, ein wasserunlöslicher Kleber (K), beispielsweise ein Epoxydharz, aufgetragen. In bevorzugter Ausführung wird auf diesen Kleber wieder eine mit einer wasserlöslichen Schicht beschichtete Glasscheibe aufgebracht, so daß der Aufbau einer Zwischenlage als G-W-K-W-G beschrieben werden kann.

Der Kleber kann ebenfalls vollflächig aufgebracht sein.

Vorzugsweise, insbesondere dann, wenn durch Bohren Substrate aus dem Stapel herausgetrennt werden sollen, ist der Kleber nur teilweise aufgebracht, und zwar vorzugsweise als Kleberand, beispielsweise gewalzt, oder vorzugsweise als Kleberaupe. ausgebildet. Vorzugsweise ist der Kleberand oder die Kleberaupe entlang des Verlaufs der späteren Bohrlinie aufgebracht und ist sie mit einer Breite von einigen wenigen Millimetern etwas breiter als die Bohrlinie. So ist die Bohrstelle vollkommen durch den Kleber unterstützt und ist der. ausgebohrte Stapel noch dauerhaft verbunden. Der Kleber wird vorzugsweise durch Rakeln, Siebdruck oder konventionelle Dosiersysteme aufgebracht.

Unabhängig. davon, ob als Schutzschicht oder explizit als Kleber bezeichnet, hat die wenigstens eine vollflächig oder teilweise aufgebrachte Schicht ausreichende Hafteigenschaften, um den Stapel von Glasscheiben zusammenzuhalten.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält die Schicht oder enthalten die Schichten einer jeden Zwischenlage Abstandhalter, um die Scheiben innerhalb des Stapels in einen definierten Abstand zu bringen und zu halten. So können die nachfolgenden Bearbeitungsschritte am Stapel, beispielsweise die Kantenbearbeitung oder das Bohren, präzise und für alle Scheiben im Stapel mit identischem Ergebnis durchgeführt werden.

Geeignete Abstandhalter sind beispielsweise kleine Kügelchen, beispielsweise aus Glas oder Polymeren, die auch die mechanische Bearbeitbarkeit des Klebers verbessern oder, wenn gewünscht ist, daß die Zwischenlage elektrisch leitfähig ist, elektrisch leitfähige Kügelchen, beispielsweise aus Graphit oder Nickel. Diese Kügelchen sind Bestandteile der Klebe-oder Schutzschicht.

Der Stapel aus Glasscheiben und Zwischenlagen wird gepreßt, derart, daß die Scheiben in definiertem Abstand zueinander gehalten werden.

Bei oder nach diesem Preßvorgang wird die eine, oder bei Vorhandensein mehrerer Zwischenschichten wenigstens noch eine Schicht ausgehärtet, so daß ein Stapel erhalten wird, der sich wie ein monolithischer Glasverbundblock verhält.

Die Bearbeitung eines Stapels zu Trennzwecken, das heißt zum Heraustrennen eines Stapels mit kleinerer Glasoberfläche, in bevorzugter Ausführungsform zum Heraustrennen eines Stapels mit kreisrunder Glasoberfläche, geschieht vorzugsweise mittels eines Bohrers. Mit einem solchen Bohrer kann sowohl das Glassubstrat aus der Scheibe gelöst werden, d. h. die Außenbohrung durchgeführt werden, als auch vorher, nachher oder gleichzeitig, ggf. mit einem zweiten Bohrer, die Innenbohrung durchgeführt werden, d. h. das Innenloch erzeugt werden. Auch die Innenbohrung ist vorzugsweise kreisrund und zentrisch. Zur Anwendung kommen vorzugsweise Hohlbohrer, beispielsweise Bohrer mit einer Körnung D 46 (ISO 6106 DIN 848 Teil 1), wobei D für Diamant steht und 46 nach dem FEPA-Standard die Siebkörnung bezeichnet.

Das Kühfschmiermittef des Werkzeugs zur mechanischen Bearbeitung des Stapels beeinträchtigt die Schichten nicht.

Die Beschichtungen, die nach dem Aufbringen schrumpfen, stehen unter Zugspannung und erzeugen so eine Druckspannung im beschichteten Glas. Besonders geeignet sind hier die genannten Polyvinylalkohol. Die Druckspannung hat zum einen den Vorteil, daß sich entstehende Mikrorisse im Glas nicht oder nur schlecht fortpflanzen, zum anderen wird die Restwandstärke, ab der das Glas nicht mehr gebohrt, sondern ausgedrückt, also gebrochen wird, geringer, so daß weniger Ausmuschelungen und Risse und damit saubere Kanten entstehen.

Die Bohrungen werden bevorzugt mit Ultraschallunterstützung durchgeführt. Übliche Frequenzen sind ca. 20 kHz ( 2 kHz).

Zwar kann auch ein konventionelles Bohren Anwendung finden. Der Bohrer wird jedoch aufgrund der im Stapel verwendeten Kleber, die weniger spröde als Glas sind, leicht zugeschmiert, müßte also ständig abgerichtet werden, um die Schneidfähigkeit zu gewähren. Je elastischer oder schmierender der Kleber, desto eher verklebt der Bohrer. Desweiteren würden außerdem beim konventionellen Bohren gerichtete Schleifspuren auf dem Glas erzeugt. Dagegen wird das Werkzeug beim Ultraschallbohren durch die Ultraschallbewegung freigesetzt, muß also nicht so oft gerichtet werden und hinteriäßt auf dem bearbeiteten Werkstück aufgrund der auf das Werkzeug aufgebrachten axialen Schwingung keine gerichteten Schleifspuren. Bei Verwendung eines Ultraschallbohrers kann mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten gebohrt werden als mit einem herkömmlichen Bohrer.

Beispielsweise können bei Glasdicken von 1 mm in Stapeln von 50 Scheiben, die in Abständen von 0,05 mm gestapelt sind, die mit Epoxydharz ausgefällt sind, Vorschubgeschwindigkeiten > 100 mm/min erzielt werden, z. B. bei einer Körnung von d46 und einem Bohrerinnendurchmesser von 65 mm, während bei der vergleichbaren konventionellen Bohrung bei gleicher Körnung und gleichen Bohrerinnendurchmesser Vorschubgeschwindigkeiten von max. 30 mm/min möglich sind, wobei jedoch außerdem die genannten zusätzlichen Nachteile auftreten.

Geeignete Vorschubgeschwindigkeiten beim ultraschallunterstützten Bohren sind 5-180 mm/min, vorzugsweise 20-30 mm/min. Die Bearbeitungsqualitåt wird besser mit abnehmenden Vorschüben, jedoch wird der Bohrer dabei eher stumpf. Hohe Vorschübe verschlechtern die Kantenqualität, so daß ein Nachschleifen der Kanten erforderlich wird.

Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit wird die Bearbeitungsqualität besser. Bevorzugte Drehzahlen sind 500-3000 1/min ; vorzugsweise 2500-300 1/min.

Für das Heraustrennen im Stapel besteht beim Ultraschallbohren der weitere Vorteil, daß dort eine geringere axiale Kraft nötig ist, so daß auch bei den letzten zu trennenden Scheiben Größe und Anzahl der Ausmuschelungen gegenüber dem konventionellen Bohren reduziert werden.

Aufgrund der Tatsache, daß beim Ultraschallbohren durch die Ultraschallbewegung das Werkzeug sich kontinuierlich selbst freisetzt, gibt es diesbezüglich gegenüber dem konventionellen Bohren weniger Beschränkungen in der Auswahl der Materialien und Dicken der Zwischenlagen. Jedoch ist zu berücksichtigen, daß elastische Kleber die UltraschalJschwingung abdämpfen. Da aber auf jeden Fall der Kleber schlechter bearbeitbar ist als das Glas, führen zu große Kleberdicken (> 1 mm) zunächst zu unerwünschten Kantenausbrüchen und machen eine Vorschubreduktion nötig. Bevorzugt sind Kleberdicken < 0,5 mm. Mit abnehmendem Abstand zwischen den Glasscheiben verbessert sich die Kantenqualität. Besonders bevorzugte Abstände sind ca. 0,2 mm.

Dadurch daß die Materialauswahl sich im wesentlichen nur nach den Haftungseigenschaften, der Aufbringbarkeit, der Bearbeitbarkeit, z. B. der Zerspanbarkeit, der Lösbarkeit und der Stützwirkung der Materialien auf den Scheiben zu richten braucht, kann der Gesamtprozeß effektiver gestaltet werden.

Es ist sinnvoll, für einen Bohrvorgang die Gesamtstapeldicke auf < 100 mm zu beschränken.

Beim beschriebenen Bohrverfahren kann auch von zwei Seiten aus gebohrt werden, was die bohrbaren Stapeldicken verdoppelt.

Mit Stapeldicken zwischen 3 mm und 100 mm, wobei die Abstände zwischen den Scheiben zwischen 0,05 mm und 1 mm betragen, können die Stapel problemlos aus 10 bis 100 Glasscheiben bestehen.

Der Bohrprozeß erfüllt die Anforderungen, die an Festplattensubstrate hinsichtlich Rundheit und Konzentrizität gestellt werden.

Auch beim Sägen mit Ultraschallunterstützung ergeben sich gegenüber konventionellem Sägen die genannten Vorteile. in bevorzugter Ausführungsform werden die zusammengeklebten Glasscheiben oder zusammengeklebten ausgetrennten Scheiben wie z. B. die kreisförmigen Substrate mit Innenloch auch im Stapel weiteren Bearbeitungsschritten unterworfen, beispielsweise kantenbearbeitet, beispielsweise gestrahlt, geschliffen, poliert, gefast oder durch Bürsten verrundet.

Durch das Kantenschleifen, Polieren oder Fasen im Stapel, beispielsweise mit Strahlverfahren oder flexiblem Werkzeug, oder im Slurry, wird aufgrund der unterschiedlichen Härte von Glas und Kleber zwischen den Scheiben eine Verrundung der Kanten erzielt, da am Übergang vom Glas zum weicheren Kleber und den ggf. weiteren ebenfalls weicheren Schichten aufgrund des tieferen Eintrags von Schleifmittel oder Strahlmittel auch mehr Glas abgetragen wird. Damit das Werkzeug zwischen die Platten dringt, ist eine Mindestdicke von 0,05 mm sinnvoll. Bevorzugt sind wenigstens 0,1 mm, besonders bevorzugt wenigstens 0,2 mm.

Dieser Effekt des unterschiedlichen Abtrags kann noch verstärkt werden, indem der Kleber und/oder die ggf. weiteren Materialien zwischen den Glasscheiben elektrisch leitfähig gemacht werden, beispielsweise durch Zumischen vor dem Auftragen von leitfähigen kleinen Kügelchen, beispielsweise aus Graphit oder Nickel, die auch als Abstandhalter fungieren können, und indem dann die Kanten mit einem elektrisch leitfähigen Poliermaterial, beispielsweise ebenfalls durch das Untermischen leitfähiger Kügelchen so geworden, bzw. mit einem elektrisch leitfähigen Werkzeug bearbeitet werden. Durch Oberflächeneffekte beim Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen Werkzeug und Substrat kommt es in diesen Schichten und damit wieder am angrenzenden Glas zu einem stärkeren Abtrag.

Beim Anlegen eines Potentials im Innern der Zwischenschicht, kann es beim Polieren zu Funkenübersprüngen kommen, die die abtragende Wirkung verstärken.

Die im Stapel liegenden Oberflächen der Glasscheiben bzw. der Glassubstrate werden vor Oberflächenbeschädigungen und Verschmutzungen geschützt.

Daher ist es nicht nur vorteilhaft, in der Prozeßfolge der Substratherstellung die Schichten so früh wie möglich aufzubringen, sondern auch, sie so spät wie möglich wieder zu entfernen.

Das Entfernen von jeweils wenigstens einer der wenigstens einen Zwischenlage geschieht je nach der Löslichkeit der jeweils aufgebrachten Schicht durch Waschen mit ggf. erwärmtem Wasser, bei Schichten aus wasserlöslichem Polyvinylalkoholen mit bis zu 85 °C warmen Wasser, oder wäßrigen Lösungen und/oder mit organischen Lösungsmitteln, beispielsweise mit Alkoholen, insbesondere Ethanol oder Isopropanol, mit Ketonen oder Estern oder mit wäßrigen Lösungen derselben. Dabei wird oder werden die Schicht (en) gelöst.

In bevorzugter Ausführung wird der Löseprozeß ultraschallunterstützt durchgeführt.

Je nach Schichtenabfolge kann der Waschprozeß auch mehrstufig ablaufen. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt mit Wasser die wasserlösliche Schicht gelost werden und in einem zweiten Schritt mit einem organischen Lösungsmittel ein weiterer Schutzlack entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform bei der beschriebenen Schichtenfolge G-W-K-W-G, insbesondere bei Ausbildung von K als Kleberaupe, wird die wasserlösliche Beschichtung durch Auflösen entfernt und wird dabei die sich nicht auflösende Schicht oder Kleberaupe K mit separiert.

Einfluß auf die Dauer des Löseprozesses haben dabei die Dicke der Schicht W sowie die Breite der Kleberaupe K. Beispiel w. dauert das Lösen einer wasserlöslichen Polyvinylalkoholschicht von ca. 15 pm bei einer Klebenahtbreite von 2-3 mm im Ultraschall (35-40 kHz)-Wasserbad bei ca. 85 °C ca. 2-2,5 h.

In einer weiteren Ausführungsform wird bei der Schichtenfolge G-W-K- W-G die wasserunlösliche Schicht K mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, in dem sich W nicht auflöst, entfernt, so daß der Stapel in Substrate vereinzelt, wird, die noch beschichtet sind. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Substrate als Einzelteile weiteren Bearbeitungsschritten, beispielsweise Kantenbearbeitungsschritten, unterworfen werden sollen, da so ihre Oberflächen noch geschützt sind.

Die Schichten W können zu einem späteren Zeitpunkt in einem weiteren Waschschritt entfernt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten von Glasscheiben in einem Stapel ist nicht auf die Bearbeitung von Festplattensubstraten beschränkt, sondern kann auch vorteilhaft für kreisrunde Scheiben mit anderen Verwendungszwecken, beispielsweise für Optokappen, oder auch für nicht runde Scheiben, beispielsweise für Substrate in der Displaytechnik angewandt werden.

Das Verfahren ist dann besonders geeignet, wenn hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Scheiben gestellt werden, da die Oberflächen während der Bearbeitung und ggf. auch während Handling und Transport geschützt werden.

Das Verfahren ist auch dann besonders geeignet, wenn es um die Bearbeitung hoher Stückzahfen, d. h. um die Herstellung von Massenartikeln geht, da dann seine Rationalität, nämlich die gleichzeitige Bearbeitung einer Vielzahl von Scheiben mit nur einer Vorrichtung, sich besonders auszahit.