Selektives laserinduziertes Ätzen

  Verfahrensschritte selektives laserinduziertes Ätzen Urheberrecht: Fraunhofer ILT Prinzip des selektiven laserinduzierten Ätzens - Verfahrensschritte selektives laserinduziertes Ätzen

In transparenten Materialien werden Mikrostrukturen hergestellt durch selektives laserinduziertes Ätzen SLE - Selective Laser-induced Etching

Selektives laserinduziertes Ätzen
Das selektive laserinduzierte Ätzen im Volumen (engl. selective laser-induced etching, SLE) ist eine neues Laserfertigungsverfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen, Kanälen und geformten Ausschnitten in transparenten Materialien wie Gläsern oder Saphir.

Die Miniaturisierung von Produkten für die Mikrooptik, Medizintechnik und Mikrosystemtechnik erfordert die Herstellung von Komponenten mit Abmessungen im Bereich von Mikrometern Strukturgenauigkeiten von bis zu 100 nm. SLE ist ein geeignetes Fertigungsverfahren für Strukturen aus und in transparenten Materialien. Durch die Fokussierung der Laserstrahlung im Inneren des Werkstückes wird das Material in einem kleinen Volumen (einige Kubikmikrometer) strukturell verändert. Beispielsweise wird die Kristallstruktur von Saphir in eine amorphe glasartige Struktur umgewandelt, welche 10.000 fach schneller geätzt wird als das Ausgangsmaterial. Duch Bewegen des Laserfokus durch das Werkstück werden zusammenhängende modifizierte Gebiete erzeugt, welche nachfolgend mittels KOH oder HF in wässriger Lösung chemisch geätzt und entfernt werden.

Mittels SLE werden Mikrokanäle und Schlitze mit großem Schachtverhältnis hergestellt. In Saphir haben wir beispielsweise einen Schlitz mit einer Breite von 1 µm, einer Höhe von 125 µm und einer Länge von 10 mm hergestellt.

  Zahnrad strukturiert in Quarzglas durch SLE - Ein Zahnrad von 1 mm Größe wurde Quarzglas geschnitten. Die Präzision und die Rauheit Rz betragen ca. 1 µm, der Spalt zwischen Achse und Zahnrad ist < 10 µm. Urheberrecht: Fraunhofer ILT Zahnrad strukturiert in Quarzglas durch SLE - Ein Zahnrad von 1 mm Größe wurde Quarzglas geschnitten. Die Präzision und die Rauheit Rz betragen ca. 1 µm, der Spalt zwischen Achse und Zahnrad ist < 10 µm.

Durch das selektive Modifizieren von geschlossenen Flächen in Quarzglas werden nach dem Ätzen geformte Bauteile mit einer Schnittfuge von < 10 µm Breite gefertigt (siehe Zahnrad im Bild links). Sowohl das ausgeschnittene Mikro-Bauteil als auch die geformte Bohrung können verwendet werden und der Materialverschnitt ist äußerst gering.

Für den produktiven Einsatz von SLE werden hochrepetierende Lasersysteme im MHz-Bereich eingesetzt. Die Laserstrahlung wird mit einem neu entwickelten Mikroscanner im Volumen fokussiert. Unser Mikroscanner hat eine große numerische Apertur (NA=0,4-1,2) für kleine Foki (0,6-2,2 µm) mit großer Präzision (100-400 nm) in Kombination mit großer Geschwindigkeit (50-400 mm/s) und einer Rechner gesteuerten Vorkompensation der sphärischen Abberationen für die Fokussierung ins Volumen. Der n-Scanner ist mit einer 3-Achsen Positionieranlage kombiniert, so dass große flache Werkstücke wie z.B. Scheiben mit einer Dicke von bis zu 2 mm bearbeitet werden können.

 

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