Effiziente Glasbearbeitung von komplexen Geometrien
Um präzise Löcher mit definierten Geometrien zu bohren oder um komplexe Freiformgeometrien herzustellen, steht mit Flow Supported Laser Ablation (FSLA) jetzt ein neues Verfahren bereit. Es basiert auf Ultrakurzpulslasern und eignet sich besonders für Glas und Saphir.
Bild 1. Die Laserbearbeitung mit FSLA bietet neue Möglichkeiten für die Bearbeitung von Saphir und Glas
Chemisch gehärtetes Glas und Saphir zeichnen sich durch herausragende Materialeigenschaften aus, die sie zu unverzichtbaren Werkstoffen in der Elektronikproduktion machen. Die Anwendungen reichen dabei von Uhrengläsern und Displays für mobile Geräte über Schutzgläser für Kameras bis hin zu LED- oder OLED-Trägern. Ungehärtetes Glas und Quarzglas werden zudem für MEMS oder mikrofluidische Komponenten verwendet.
Die Bearbeitung von Glas ist mit den heute verfügbaren Laserquellen weit verbreitet. Typischerweise werden transparente Werkstoffe, die im sichtbaren und nahen Infrarotbereich eine hohe Transmission aufweisen, entweder mit CO2-Lasern oder UV-Lasern, zum Beispiel mit Excimer- oder frequenzvervielfachten Festkörperlasern, bearbeitet. Auch mehrstufige Prozesse wie das laserinduzierte Ätzen gehören heute zum Stand der Technik.
In den letzten Jahren hat sich zudem die Bearbeitung mit Ultrakurzpulslasern (UKP) durchgesetzt. Bei der sogenannten Rückseitenbearbeitung (Bottom-up) durchstrahlt der Laser das transparente Material und wird an der Rückseite durch nichtlineare Absorptionsprozesse in den Werkstoff eingekoppelt. Die UKP-Laser erzeugen eine sehr hohe Intensität, die wiederum einen lokal sehr begrenzten Abtrag mit geringem Wärmeeinfluss ermöglicht.
Bohren und Strukturieren lasertransparenter Werkstoffe
Diese herkömmlichen Laserprozesse haben verschiedene Vor- und Nachteile. Vor allem gerade, zylindrische Löcher beziehungsweise hinterschnittene Bohrungsgeometrien stellen alle Laserprozesse vor große Herausforderungen. Bei der konventionellen Laserablation entstehen in der Regel Bohrungen, die eine unvermeidliche Konizität aufweisen, bedingt durch Parameter wie Leistungsdichte, Rayleigh-Länge, Abschattungseffekte und Plasmaabschirmung während des Prozesses. Je nach angestrebter Ablationsrate liegen die erreichbaren Rauheiten typischerweise bei einigen wenigen Mikrometern. Hinterschneidungen sind bei Top-down-Ablationsprozessen generell nicht möglich. Mit Bottom-up-Prozessen lassen sich Hinterschneidungen zwar realisieren, jedoch stößt man hier schnell an die Prozessgrenzen. Die starken Ablagerungen können den Bohrkanal komplett verschließen und somit zum Prozessversagen führen.
Der FSLA-Prozess
Um diesen Herausforderungen Rechnung zu tragen, hat das Unternehmen 3D-Micromac aus Chemnitz den sogenannten FSLA- (Flow Supported Laser Ablation) Prozess entwickelt (Bild 1). Das zum Patent angemeldete Verfahren nutzt einen UKP-Laser mit einer typischen Pulslänge von weniger als 20 ps. Das Material wird von der Rückseite bearbeitet. Hierbei wird die Fokusebene während der Ablation kontinuierlich oder in kleinen Fokusschritten ins Material verlagert (Bottom-up). Zusätzlich wird ein Medium mit einer definierten Strömung während des gesamten Laserprozesses gegen die Rückseite des Materials geleitet (Bild 2). [...]
Hersteller
3D‑Micromac AG
09126 Chemnitz
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www.3d‑micromac.com