Lasermikrobearbeitung

Die Lasermikrostrukturierung ist ein kontaktloses und verschleißfreies Verfahren, das von der hochpräzisen Oberflächenstrukturierung bis hin zur definierten Herstellung dreidimensionaler Bauelemente mit Strukturauflösungen bis in den Submikrometerbereich Anwendung findet. Am LHM kommen hierfür Ultrakurzpuls-, Kurzpuls-, Excimer- sowie ein Fluorlaser zum Einsatz. Die eingesetzten Laserwellenlängen reichen hierbei vom infraroten bis in den vakuum-ultravioletten Bereich, wodurch es möglich ist, nahezu jedes Material zu bearbeiten.

Kenngrößen: Auflösung 5 µm, Abtragraten von 0,1 mm³/min (für µm-Auflösung) bis 1.000 mm³/min (Hochrate-Mikrostrukturierung)

Werkstoffe: Metalle (allgemein), Gläser (u.a. Borosilikatglas, Floatglas), Quarzgläser (u.a. Corning 7980, SQ1), Edelsteine (u.a. Saphir, Diamant), wide-bandgap Materialien (u.a. CaF₂, MgF₂), Kunststoffe (u.a. PTFE, TOPAS 5013), Keramiken (u.a. Al₂O₃, SiC), Verbundmaterialien (u.a. WC, GFK, CFK) und Hartstoffschichten (u.a. DLC, ta-C, c-BN, TiN, TiAlN, AlCrN)

Das Lasermikroschneiden ist ein hochpräzises Trennverfahren, was für die Bearbeitung von dünnen Folien und Blechen mit Dicken von bis zu 50 µm eingesetzt wird. Damit können beispielsweise Masken, Blenden, Distanz- und Abdeckfolien gefertigt werden. Durch die Verwendung von Ultrakurzpulslasern werden wärmebeeinflusste Materialveränderungen nahezu vermieden. So können Strukturgrößen im Bereich weniger Mikrometer hergestellt werden.

Kenngrößen: Kantenrauheit < 0,5 µm, absolute Konturtreue ± 1 µm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Molybdän, Tantal)

Um Mikrobohrungen ins Material einzubringen, wird am LHM das Perkussionsbohren mittels Nanosekunden- und Ultrakurzpuls-Laserstrahlung eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird die Bohrlochgeometrie erzeugt, indem eine definierte Anzahl an Pulsen immer an der gleichen Stelle auf das Werkstück trifft. Mit der Lasertechnologie können Mikrolochstrukturen generiert werden, die u.a. für die Mikrosystemtechnik relevant sind.

Kenngrößen: bis 10.000 Bohrungen/s, Lochdurchmesser 10 – 50 µm

Werkstoffe: Metalle (Stahl, Aluminium), Halbmetalle (Silizium), Glas und Keramik

Beim selektiven Schichtabtrag wird gezielt eine Oberflächenschicht von einem Substratmaterial entfernt, ohne das darunterliegende Grundmaterial zu schädigen. Diese Entfernung der Deckschicht kann entweder flächig oder auch mit hoher räumlicher Auflösung mit Strukturauflösungen im Mikrometerbereich erfolgen. Durch die sehr selektive Bearbeitung ist es möglich entweder die komplette Schicht oder bei Mehrschichtsystemen einzelne funktionelle Schichten lagenweise abzutragen.

Kenngrößen: Schichtdicken von wenigen nm bis zu einigen 100 µm, min. Strukturauflösung 1 µm, Flächenraten von 0,3 mm²/min (für µm-Auflösung) bis 10.000 cm²/min (Hochrate-Schichtabtrag mit Polygon)

Grundwerkstoffe: Gläser (u.a. Borosilikatglas, Floatglas, Quarz), Metalle, Kunststoffe und Siliziumwafer (auch mit SiO₂-Schicht)

Schichtmaterialien (Einzelschicht oder Schichtsysteme): Metalle (u.a. Kupfer, Gold, Wolfram, Aluminium), Oxidschichten und Kunststoffe

Mittels Innenbearbeitung können für die verwendete Laserstrahlung transparente Materialien bearbeitet werden. Mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen hoher Intensität und dem Einsatz von Mikroskopobjektiven zur Fokussierung der Laserstrahlung im Materialinneren werden durch nichtlineare Absorptionseffekte Mikromaterialmodifikationen/-defekte hervorgerufen. So können zum Beispiel definierte Bereiche im Materialinneren modifiziert (Erzeugung von Brechungsunterschieden) oder gezielt Schadebenen (für Trennprozesse) erzeugt werden.

Kenngrößen: minimale Schädigungszone 1 - 1,5 µm, Bearbeitungsgeschwindigkeit bis 1 m/s

Werkstoffe: Gläser, Kunststoffe und spezielle Wafermaterialien