Komplexe Glasbearbeitung mit Ultrakurzpulslaser

Glas hat bei anspruchsvollen Technologien klare Vorteile. Es ist widerstandsfähig und verfügt über weitere Eigenschaften, die Mikrochips, metallisierte Glasschichten oder biochemische Prozesse noch effektiver machen. Bislang war die Bearbeitung umständlich. Der LPKF ProtoLaser R4 ist ein Ultrakurzpulslaser (UKP), der schwierige Bearbeitungsschritte auf und mit diesem Material schnell, extrem präzise und ohne Ätzchemie ausführt.

Eine laserstrukturierte Leiterverbindung auf einem perforierten Glassubstrat. Dank Probenkamera lässt sich eine ununterbrochene Leiterbahn präzise zwischen den Löchern der Perforation anlegen.

Bei der Glasstrukturierung geht es darum, dass Bearbeitungsschritte die umgebende Struktur nicht beschädigen dürfen. Mechanische Verfahren führen oft zu Mikrorissen oder beinträchtigen die Fähigkeit zur optischen Analyse. Ätzverfahren erfordern eine anspruchsvolle chemische Umgebung für den Ätzprozess selbst und die lithografischen Prozesse.

Der LPKF ProtoLaser R4 arbeitet mit Laserimpulsen im Pikosekundenbereich bei einer Wellenlänge von 515 nm. Er kann Glassubstrate schneiden und damit auch bohren. Minimaler Durchmesser ist der Radius des Laserstrahls – denkbar für die Ankontaktierung von SMT-Chips. Bei größeren Löchern werden Kreise in beliebigem Durchmesser oder auch freie Konturen herausgeschnitten. Bei der direkten Glasbearbeitung sind Bohrungen oder Konturschnitte möglich.

Aber der ProtoLaser R4 kann noch mehr: In umfangreichen Versuchsreihen hat er bewiesen, dass er Gläser auch gravieren kann, mit einer Präzision von wenigen Nanometern. Das eröffnet ganz neue Anwendungsgebiete in der Physik, Chemie und Biologie. Das Inhouse-Prototyping erstellt Träger für Untersuchungen im Submillimeter- oder Submikrometerbereich beziehungsweise mit kleinsten Flüssigkeitsmengen. Geeignete Systemparameter sorgen für eine Ablation ohne thermische Effekte im und auf dem Glas. Selbst die optischen Eigenschaften des Glassubstrats bleiben praktisch intakt.

Beschichtungen auf Gläsern werden mit einer Genauigkeit von ca. 10 µm abgetragen. Das gilt für dicke oder für dünne Schichten – beides Anwendungen, bei denen das Glassubstrat unangetastet bleibt.

Die Parameter für viele Bearbeitungsprozesse sind in der Bibliothek der Layoutsoftware enthalten. Damit ist die Prozessführung nach dem eigentlichen Entwurf sehr einfach. Nur eine Stunde vom Entwurf bis zum fertigen Prototyp – das war bei der Glasbearbeitung bislang nicht möglich. Statt vieler Einzelschritte braucht der LPKF ProtoLaser R4 nur den CAD-Entwurf, um das Werkstück in der Laserkammer zu strukturieren.

Der vollständige deutsche Beitrag erschien in der Zeitschrift „Mikroproduktion“ , Ausgabe 1-2/22.