Лазерный мир

Сверхбыстрые лазеры предоставили новые возможности в гравировке ультратонких структур, и ученые теперь также исследуют, как использовать их для травления микроструктур в тонком стекле. В аналитике (лаборатории на чипе) и особенно в электронике и потребительском секторе есть интересные приложения, в которых проявился большой интерес.

            Этот новый метод был вызван удивительным явлением: облучение стекла особым способом излучением ультрабыстрого лазера приводит к тому, что стекло в тысячу раз более чувствительно к последующему мокрому химическому травлению.

Благодаря данной технологии SLE отверстия с особенно гладкими краями могут быть просверлены тонким стеклом.

Fraunhofer ILT, Аахен.

Процесс структурирования стекла с использованием прямой лазерной абляции со сверхбыстрыми лазерными импульсами.

Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.

            Это означает, что можно направлять лазерный луч, сфокусированный до диаметра в несколько микрометров, через стеклянный блок, а затем вытравливать тонкую трубку через объем стекла. Этот метод можно использовать для создания мельчайших отверстий, для травления замкнутых микроканальных систем в стекле или для создания резов с чрезвычайно высоким качеством поверхности.

            Прежде чем это явление может быть использовано в промышленных процессах, все еще остается много вопросов. Каковы процессы взаимодействия? Какие материалы подходят? Каковы оптимальные параметры обработки? Какой тип технологии обработки необходим?

            Ответ на эти вопросы является основной целью совместного исследовательского проекта Femto Digital Photonic Production, финансируемого BMBF. С 2014 года представители трех научных кафедр в RTWH Aachen University и Института лазерной технологии Fraunhofer ILT сотрудничают с шестью компаниями для изучения новых явлений, возникающих при обработке прозрачных материалов со сверхбыстрыми лазерными импульсами.

            Исследователи разработали демонстратор, в котором можно сравнить различные материалы и параметры обработки. Процедура, называемая селективным лазерным травлением (SLE), была протестирована на несколько различных типов стеклянных материалов, включая кварцевое стекло, сапфир, BOROFLOAT 33 и Corning Willow. Селективность травления 1000: 1 между лазерно-структурированными и неструктурированными областями была достигнута в BOROFLOAT 33 и примерно 100: 1 в стекле Willow.

            Следующий шаг: улучшение понимания процесса

            На следующем этапе проекта, который продлится до 2019 года, понимание процесса будет углублено. В связи с этим несколько экспериментов будут проведены на кафедре лазерной технологии LLT в RWTH Aachen University, где комплексные симуляции будут проводиться параллельно в лаборатории NLD по нелинейной динамике  производственных процессов. Кафедра технологии оптических систем TOS сосредоточится на оптимизации оптики в системах.

Исследователи работают над разработкой технологии в сотрудничестве с тремя производителями лазерных источников (Amphos, Edgewave и TRUMPF) и тремя поставщиками лазерных систем обработки (4Jet, LightFab и Pulsar Photonics). Их целью является разработка многолучевых систем для использования большей площади поверхностей, а также небольших систем для микрообработки.

            LightFab GmbH, стартап от бывших сотрудников кафедры лазерной технологии в RWTH Aachen University, использует селективное  лазерное травление (SLE) для производства трехмерных точных деталей из кварцевого стекла. Их машина, которая делает это — принтер LightFab 3D, была удостоена премии Prism Award в Photonics West 2016. Эта машина повышает производительность субтрактивной 3D-печати стеклянных компонентов для прототипов и серий и благодаря своим высокоскоростным модулям деланет возможным массовое производство компонентов с процессом SLE.

            Потенциальные применения биомедицины для электроники

            Уже сейчас партнеры проекта могут увидеть множество потенциальных приложений для этой техники. Для Микрофлюидики он может производить не только каналы в стеклянных материалах, но также сопла и другие микрокомпоненты.

Этот метод также дает существенные преимущества в процессах сверления и резки. Травление позволяет абляцию без образования растягивающих напряжений материала, что выгодно, например, при изготовлении конструкций промежуточных элементов в полупроводниковой технологии. Метод может создавать структуры размером менее 10 мкм. Между тем, новые системы с высокой мощностью лазера и многолучевой оптикой имеют большой потенциал для достижения

Источник:

http://www.innovations-report.com/html/reports/process-engineering/etching-microstructures-with-lasers.html