Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrostrukturen mit dem Laser ätzen

25.10.2016

Mit dem Ultrakurzpulslaser lassen sich nicht nur feine Strukturen schneiden, in einem Verbundprojekt haben Wissenschaftler untersucht, wie man damit auch Mikrostrukturen in Dünnglas erzeugen kann. Anwendungen gibt es im Analytikbereich (lab-on-a-chip), aber auch in der Elektronikbranche und im Consumer-Bereich gibt es großes Interesse.

Am Anfang dieser neuen Methode stand ein überraschender Effekt: Wenn Glas mit dem Ultrakurzpulslaser in der richtigen Weise bestrahlt wird, wird es so modifiziert, dass es deutlich empfindlicher für ein anschließendes nasschemisches Ätzverfahren wird. Und zwar hundert- bis tausendfach.


Strukturierungsprozess von Glas durch direkte Laserablation bei der Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen.

Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.


Mit dem SLE-Verfahren wurden Löcher in Dünnglas hergestellt, die besonders glatte Kanten aufweisen.

Fraunhofer ILT, Aachen.

Man kann also einen Laserfokus von wenigen Mikrometern Durchmesser durch einen Glasblock führen und anschließend auf seiner Spur eine feine Röhre durch das Volumen ätzen. So lassen sich kleinste Löcher erzeugen, komplette Mikrofluidik-Systeme in das Volumen schreiben oder auch Schnitte mit hoher Kantenqualität herstellen.

Ergebnisse im Forschungsprojekt Femto Digital Photonic Production

Bevor dieser Effekt für industrielle Verfahren genutzt werden kann, müssen eine Reihe von Fragen beantwortet werden: Was sind die Wechselwirkungsprozesse? Bei welchen Materialien funktioniert das? Was sind die optimalen Prozessparameter? Welche Prozesstechnik ist nötig?

Die Beantwortung dieser Fragen ist ein Ziel des BMBF-geförderten Verbundprojektes »Femto Digital Photonic Production«. Seit 2014 arbeiten in dem Projekt Partner von drei Lehrstühlen der RWTH Aachen University, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und sechs Firmen an der Erforschung neuartiger Effekte bei der Bearbeitung von transparenten Materialien mit ultrakurzen Laserpulsen.

Inzwischen wurde ein Demonstrator entwickelt, an dem sich verschiedene Materialien und Prozessparameter vergleichen lassen. Das selektive Laser-Ätzen (englisch Selective Laser Etching SLE) wurde für mehrere Glasmaterialien untersucht, so zum Beispiel für Quarzglas, Saphir, Borofloat 33 und Corning Willow. In Borofloat 33 wurden Ätz-Selektivitäten zwischen laserstrukturierten und unstrukturierten Bereichen von etwa 1000:1 erreicht, in Willow-Gläsern etwa 100:1.

Nächstes Ziel: Prozessverständnis verbessern

In der nächsten Phase des Projektes bis 2019 soll das Prozessverständnis verbessert werden. Dafür werden am Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen verschiedene Experimente durchgeführt, parallel laufen am Lehr-/Forschungsgebiet für Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD komplexe Simulationen. Der Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS konzentriert sich auf die Optimierung der Optik in den Systemen.

Bei der Entwicklung der Prozesstechnik arbeiten die Wissenschaftler mit drei Herstellern von Laserstrahlquellen (Amphos, Edgewave, Trumpf) sowie drei Systemanbietern (4Jet, LightFab, Pulsar Photonics) zusammen. Gemeinsam wollen sie sowohl Multistrahlsysteme für großflächige Anwendungen als auch kleinere Systeme für die Mikrobearbeitung entwickeln.

Die Firma LightFab GmbH, ein Start-up von ehemaligen Mitarbeitern des Lehrstuhls für Lasertechnik der RWTH Aachen, nutzt das selektive laserinduzierte Ätzen zur Fertigung von 3D-Präzisionsteilen aus Quarzglas. Die Maschine dafür, der LightFab 3D Printer, wurde auf der Photonics West 2016 mit dem Prism Award geehrt. Sie steigert die Produktivität des subtraktiven 3D-Drucks von Glasbauteilen für Prototypen und Serien und mit den Hochgeschwindigkeitsmodulen ermöglicht sie sogar die Massenproduktion mit dem SLE-Verfahren.

Anwendungspotential von Biomedizin bis Elektronik

Schon heute sehen die Projektpartner eine Vielzahl von möglichen Anwendungen. Für die Mikrofluidik lassen sich nicht nur Kanäle im Volumen erzeugen sondern auch Düsen und andere Mikrobauteile.

Große Vorteile bietet das Verfahren auch für Bohr- und Schneidprozesse. Das Ätzen erlaubt dabei einen spannungsfreien Materialabtrag. Das bietet Vorteile zum Beispiel für die Herstellung von Interposer-Strukturen in der Halbleitertechnik. Dabei sind Strukturen unter 10 µm möglich. Neue Systeme mit hoher Laserleistung und Multistrahl-Optiken bieten ein erhebliches Potential, auch dabei einen hohen Durchsatz zu erreichen.

Ansprechpartner

M.Sc. Christian Kalupka
Projektkoordinator »Femto Digital Photonic Production«
Telefon +49 241 8906-276
christian.kalupka@llt.rwth-aachen.de

Dipl.-Phys. Sebastian Nippgen
Gruppenleiter 3D-Volumenstrukturierung
Telefon +49 241 8906-470
sebastian.nippgen@llt.rwth-aachen.de

LLT - Lehrstuhl für Lasertechnik
RWTH Aachen University

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Weitere Informationen:

http://www.llt.rwth-aachen.de
http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Sprühtrocknung: Wirkstoffe passgenau verkapseln
01.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

nachricht Smarte Sensoren steuern Industrieprozesse von morgen
31.08.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik