Laser in der Mikromaterialbearbeitung
Hohe Pulsenergie für robuste Materialien
In Entwicklung und Forschung steigt die Nachfrage nach besonders flexiblen Verfahren, die zudem hochpräzise arbeiten und eine verlässliche Prozessführung garantieren – auch in der Mikromaterialbearbeitung. Lasersysteme sind für diese Anforderungen besonders gut geeignet.
Die Forschung an flexiblen biomedizinischen Sensoren, an Prototypen von Implantaten aus biokompatiblem Material oder an Kombinationen von Mikrofluidik und Elektronik für Lab-on-Chip-Anwendungen ist äußerst anspruchsvoll. Durch die direkte Laserbearbeitung kann sie jedoch deutlich vereinfacht und beschleunigt werden. Denn die Lasertechnologie für die Materialbearbeitung im eigenen Labor beinhaltet eine Reihe von Vorteilen. Verschiedene Materialien oder Layouts lassen sich innerhalb kürzester Zeit testen. Für die Lasersysteme sind keine Rüstzeiten zu berücksichtigen; nach Dateneingabe kann der Prozess direkt gestartet werden. Es kommen keine Chemikalien zum Einsatz, folglich entstehen keine nachteiligen Wirkungen auf biokompatible Materialien oder Sensoren. Diese Faktoren beschleunigen die Forschungsergebnisse und entsprechen am Ende auch höchsten Qualitätsstandards.
LPKF hält für Forschungsvorhaben aus dem medizintechnischen Bereich ein Portfolio an kompakten Lasersystemen und ergänzendem Equipment bereit, das direkt in Laboren eingesetzt werden kann. Mit dem integrierten UV-Laser prozessiert beispielsweise der »LPKF ProtoLaser U4« eine Vielzahl von Materialien – schnell und zuverlässig.
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Das System verwendet einen speziell für den Einsatz im Elektroniklabor entwickelten scannergeführten Laser mit einer Wellenlänge von 355 nm im UV-Spektrum. Bei dieser Wellenlänge lassen sich viele Materialgruppen sehr gut mit dem Laser bearbeiten – ohne zusätzliche Werkzeuge, Masken oder Filme. Durch Aneinanderlegen von Scanfeldern beträgt der Arbeitsbereich bis zu 229 mm × 305 mm × 10 mm. Der Laserfokus mit einem Durchmesser von ca. 20 µm erlaubt Strukturen mit einem Pitch von 65 µm (50 µm Linienbreite, 15 µm Abstand) bezogen auf FR4 mit 18 µm Cu.
Die Systemsoftware bietet Zugriff auf alle wichtigen Prozessparameter. Eine Parameterbibliothek für viele gebräuchliche, aber auch exotische Materialien unterstützt den Bediener bei eigenen Projekten.
Stabilisierung im Low-Energy-Bereich
Feine, empfindliche Prozesse erfordern besonders wenig Laserenergie. Die UV-Laserquelle ist entsprechend ausgelegt und über einen großen Leistungsbereich stabilisiert. Davon profitieren Applikationen mit besonders dünnen Schichten oder empfindlichen Materialien. Ein Leistungsmessfeld ermittelt die tatsächliche Laserleistung in der Fokuslage. Das ergibt exakte Ist-Daten zur Dokumentation des Produktionsprozesses.
Der LPKF ProtoLaser U4 nutzt ein schnelles Vision-System, das für die Laser-Mikromaterialbearbeitung optimiert ist. Kamera und Bilderkennungsverfahren tasten Fiducials (Rahmenmarken) oder geometrische Strukturen auf dem zu bearbeitenden Substrat an. Das Lasermodul ist voll im Maschinengehäuse integriert. Wie alle Systeme des Unternehmens erfüllen auch die LPKF ProtoLaser die Laserschutzklasse 1 und sind einfach in jedes Labor zu integrieren. Dank intuitiv zu bedienender Software ist die Laserbearbeitung auch für gelegentliche Anwender und Anwenderinnen einfach zu realisieren.
Kurze Laserpulse – schonende Materialbearbeitung
In der Lasertechnologie gilt: Je kürzer der Bearbeitungspuls ist, desto geringer ist der Wärmeeintrag in das benachbarte Material. Mit einem Pikosekundenlaser fällt eine wichtige Hürde: Es findet praktisch keine Wärmeübertragung mehr statt, das getroffene Material verdampft direkt. Dieser thermische Effekt ist sowohl für das Schneiden als auch für die Oberflächenbearbeitung temperaturempfindlicher Materialien wichtig. Der »LPKF ProtoLaser R4« ist speziell für die Forschung mit diesen sensiblen Materialien entwickelt worden. Er arbeitet mit kurzen Pikosekunden-Laserpulsen und ermöglicht somit eine hochpräzise Strukturierung von empfindlichen Materialien sowie das Schneiden von gehärteten oder gebrannten Substraten.
Der Laser bietet eine hohe Pulsenergie zum Schneiden sehr robuster und spröder Materialien. Glas oder keramische Materialien wie Al2O3 oder GaN lassen sich bearbeiten, ohne sich im Bearbeitungsprozess zu verfärben. Durch den geringen Wärmeeintrag entstehen keine Mikrorisse im Material. Auch für die Oberflächenbearbeitung – etwa das Ablatieren transparenter Dünnschichten oder das Ablösen von Metalllagen auf Kunststofffolien – ist der ProtoLaser R4 das perfekte System. Es erreicht den angestrebten sehr stabilen Lasereintrag bei niedriger Laserleistung. Damit lassen sich Standard-FR4 sowie laminierte HF-Materialien ebenso gut bearbeiten.
Die Hardware sowie die integrierte Kamera werden durch die Software LPKF CircuitPro unterstützt. Dadurch sind Anwender und Anwenderinnen in der Lage, Projekte auf anspruchsvollen Materialien im eigenen Labor innerhalb kürzester Zeit umzusetzen.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten
Bereits seit vielen Jahren werden die ProtoLaser-Systeme von LPKF in Forschungsprojekten aus der Elektronik weltweit eingesetzt. Inzwischen nutzen auch immer mehr Anwender und Anwenderinnen in der Medizintechnik die Lasertechnologie des Unternehmens, um Forschungsprojekte durch Inhouse-Materialbearbeitung zu beschleunigen. Die Grundlagenforschung an neuen innovativen Materialien, die Überführung bestehender Produkte in kleinere Dimensionen mit zusätzlicher Funktionalität oder einfach die Zeit- und Kostenersparnis bei der Entwicklung sind die Hauptgründe für den Einsatz eines Lasersystems im eigenen Labor.
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