glasbearbeitung mit laserstrahlung - Fraunhofer
Transcrição
glasbearbeitung mit laserstrahlung - Fraunhofer
F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R L aserte c hni k I L T GLASBEARBEITUNG MIT LASERSTRAHLUNG Fraunhofer ILT - Kurzprofil Mit rund 370 Mitarbeitern und über 11.000 m² Nutzfläche zählt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten im Bereich Laserentwicklung und Laseranwendung. DQS zertifiziert nach Unsere Kernkompetenzen umfassen die Entwicklung neuer DIN EN ISO 9001 Laserstrahlquellen und -komponenten, Lasermess- und Prüf- Reg.-Nr.: DE-69572-01 technik sowie Laserfertigungstechnik. Hierzu zählt beispielsweise das Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten sowie das Oberflächenvergüten, die Mikrofertigung und das Rapid Manufacturing. Übergreifend befasst sich das Fraunhofer ILT mit Laseranlagentechnik, Prozessüberwachung und -regelung, Modellierung Fraunhofer-Institut sowie der gesamten Systemtechnik. Unser Leistungsspektrum für Lasertechnik ILT reicht von Machbarkeitsstudien über Verfahrensqualifizie- Institutsleitung rungen bis hin zur kundenspezifischen Integration von Laser- Prof. Dr. Reinhart Poprawe M.A. prozessen in die jeweilige Fertigungslinie. Das Fraunhofer ILT ist eingebunden in die Fraunhofer-Gesellschaft mit mehr Steinbachstraße 15 als 80 Forschungseinrichtungen, 20.000 Mitarbeitern und 52074 Aachen einem jährlichen Forschungsvolumen von über 1,8 Mrd. EUR. Telefon +49 241 8906-0 Fax +49 241 8906-121 [email protected] www.ilt.fraunhofer.de Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 09/2012. 1 2 4 3 6 5 GLASBEARBEITUNG MIT LASERSTRAHLUNG Laserbohren und -schneiden Energie zum Aufheizen auf die erforderliche Verarbeitungs- Laserstrahlung bietet sich für die Bearbeitung verschiedenster Materialien an. Sie kann insbesondere im Mikrobohrungen werden verstärkt in Medizin und Technik wird nahezu vollständig auf der Bauteiloberfläche absorbiert, Bereich der Glasbearbeitung auf vielfältige Weise dazu verwendet werden, etablierte Prozesse signifikant zu als Entlüftungs- oder Dosierungsöffnungen benötigt. Mittels wodurch die Effizienz im Vergleich zur konventionellen verbessern oder komplett neue Verfahren zu schaffen. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt ultrakurz gepulster Laserstrahlung lassen sich Bohrungen mit Bearbeitung signifikant gesteigert werden kann. in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen University Laserverfahren vom einem Durchmesser < 50 µm bei einer Materialstärke von Polieren über die 3D-Volumenstrukturierung bis hin zum Schweißen von Glas. 100 µm herstellen, wobei Anzahl, Anordnung und Durch- temperatur durch CO2-Laserstrahlung eingebracht. Diese Laserbonden messer der Löcher variabel sind und auf die Kundenwünsche abgestimmt werden können. Für das Schneiden von Glasproben Das Laserstrahlbonden von Glas ist ein schmelzefreies Fest- Weise können optische Komponenten wie Wellenleiter und mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung werden mehrere parallele körperfügeverfahren und basiert analog zum konventionellen Volumenmarkierungen mit Farbeffekten realisiert werden. Linien, jeweils mit einer Tiefe von einigen Mikrometern, abge- Bondprozess auf der Bildung von Sauerstoffbrücken. Durch Beim Polieren von Glas- und Kunststoffmaterialien mit Wird ein nasschemischer Ätzprozess angeschlossen, lassen tragen. Die Anzahl der Linien wird so angepasst, dass das Glas eine selektive Laserbestrahlung des Fügebereichs können CO2-Laserstrahlung wird die zu polierende Oberfläche bis sich dreidimensionale Mikrobauteile und Mikrofluidik-Kom- durchtrennt wird. Die Interaktion zwischen Laserstrahlung bei geringster Temperaturbelastung des Gesamtbauteils knapp unterhalb ihrer Verdampfungstemperatur erwärmt. ponenten mit nahezu beliebiger Geometrie herstellen, die in und Glasmaterial kann dabei im Voraus simuliert und die Fügezonen mit Bondnahtbreiten < 100 μm erreicht werden. Dabei sinkt die Viskosität der Oberfläche, wodurch die Rau- der Mikromechanik und der Medizintechnik zur Anwendung Parameter auf das gewünschte Ergebnis abgestimmt werden. Daher eignet sich das Verfahren besonders für das Bonden heit ausfließen kann und die Oberfläche geglättet wird. Das kommen. Das zugrunde liegende Laserfertigungsverfahren ist Laserpolieren erlaubt dabei im Vergleich zu konventionellen das selektive laserinduzierte Ätzen (ISLE, in-volume selective Polierverfahren auch die schnelle Bearbeitung asphärischer laser etching). Hier wird das durch die Laserstrahlung modi- Optiken mit komplexer Oberflächengeometrie. Zudem kann fizierte Material geätzt, während das unmodifizierte Material Im Zuge der fortschreitenden Erhöhung der Integrationsdichte und Laserstrahlquellen mit einer Wellenlänge im Bereich die Oberflächenform der Optik in einem vorgelagerten Schritt nahezu unbeeinflusst bleibt. Das ISLE-Verfahren zeichnet sich in hermetisch gekapselten Mikrosystemen einerseits und 1500 - 1900 nm können auch andere Werkstoffverbünde durch Materialabtrag gemäß individueller Anforderungen durch höchste Präzision (< 500 nm) bei gleichzeitig schneller großformatigen OLED-Fertigungen in einer langzeitstabilen, wie z. B. Silizium/Silizium gefügt werden. generiert werden. Materialabtrag und Polieren bilden zusammen Strukturierung (v > 0,1 m/s) aus. hermetisch verkapselten Atmosphäre andererseits, stellt das Laserpolieren und Formgebung mit einem dritten Schritt zur Formkorrektur eine laserbasierte und Verkapseln von Mikrosystemen mit beweglichen Laserlöten Strukturen und thermisch empfindlichen Komponenten. Durch den Einsatz von absorbierenden Zwischenschichten Packaging von Glasbauteilen eine große Herausforderung Ansprechpartner Prozesskette zur Optikfertigung, welche künftig die flexible Beim rückseitigen Laserbohren wird das abzutragende dar. Ein Ansatz ist das Glaslöten mit Laserstrahlung im nahen und kostengünstige Fertigung individualisierter Linsen in Volumen Ebene für Ebene von der Rückseite des trans- infraroten Wellenlängenbereich. Dieses Verfahren stellt Dr. Arnold Gillner kleinen Stückzahlen ermöglichen soll. Die Hauptvorteile des parenten Werkstücks abgetragen, wobei jede Ebene mit eine Möglichkeit dar, die zum Verbinden von Glasbauteilen Telefon +49 241 8906-148 Laserpolierens und dieser neuen Prozesskette gegenüber Einzelschüssen ultrakurz gepulster Laserstrahlung abgerastert erforderliche Energie konzentriert und räumlich begrenzt [email protected] konventionellen Fertigungsmethoden liegen in der signifikant wird. Vorteile dieses Verfahrens sind: keine Konizität des im Glaslot zu deponieren und die Gesamterwärmung des verringerten Herstellungszeit und der großen Flexibilität der Bohrkanals, keine Verunreinigung der Bohrkanäle und die zu fügenden Gesamtsystems zu minimieren. zu polierenden bzw. zu generierenden Oberflächenform. Möglichkeit großer Aspektverhältnisse. Derzeit können Bohrungen mit Durchmessern von 0,35 bis 8 mm und einer Glasbearbeitung im Volumen Dr. Konrad Wissenbach Telefon +49 241 8906-147 Laserschweißen [email protected] Bohrtiefe von 120 mm in BK7 realisiert werden. In Quarzglas werden Bohrtiefen von bis zu 60 mm bei einem Durchmesser Das Schweißen von Quarzglas wird derzeit überwiegend 1 Schneiden von Mikrobohrungen in Quarzglas. Fokussierte, ultrakurz gepulste Laserstrahlung wird für von 0,6 bis 8 mm erreicht. Weiterhin können mit diesem konventionell mittels Gasbrennersystemen durchgeführt. Ein 2 Laserpolierte Sphäre aus Quarzglas. die Modifikation von Gläsern und Kristallen unterhalb der Verfahren frei definierbare Strukturen wie z.B. tordierte Merkmal dieses Fügeverfahrens ist eine geringe Absorption 3 Gelötete Glas/Glas, Glas/MAM, Glas/Silizium, Oberfläche verwendet. Durch die direkte Strukturierung wird Vielecke und sehr filigrane Strukturen hergestellt werden, der vom Brennersystem abgestrahlten Energie, was zu einem Glas/ITO-Bauteile. lokal der Brechungsindex des Materials verändert. Auf diese die konventionell nicht realisierbar sind. großen Bedarf an Prozessenergie und zu einer geringen 4 Bewegliches, montiertes Zahnrad in Quarzglas Effizienz führt. Beim Laserstrahlschweißen hingegen wird die hergestellt mit ISLE (Ø 3 mm, Höhe 500 µm). 5 Photonische Struktur in BK7-Glas. 6 Schneiden von Dünnglas mit ps-Laserstrahlung.