Laserbohren Laser bearbeitet Glas schnell und ohne Mikrorisse

Autor / Redakteur: Barbara Stumpp / Stéphane Itasse

Ein neues Laserverfahren liefert feine Bohrungen und Schnittkanten in Glas, die frei von Mikrorissen und thermischen Spannungen sind. Das Verfahren ist für die industrielle Produktion ausgelegt.

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Zum Herstellen feiner Löcher in Glas hat LPKF das laserinduzierte selektive Ätzen schneller gemacht.
Zum Herstellen feiner Löcher in Glas hat LPKF das laserinduzierte selektive Ätzen schneller gemacht.
(Bild: LPKF)

Glas ist inert, sehr formstabil und kann in dünner Form sogar mit Millimeterradius ohne Materialermüdung gebogen werden. Doch bei der Bearbeitung entstehen Mikrorisse. Deshalb müssen Kanten nachbearbeitet werden, um sie zu stabilisieren. LPKF hat nun ein Verfahren, das laserinduzierte selektive Ätzen, weiterentwickelt und die Bearbeitung mit dem Laser schneller und wirtschaftlicher gemacht. Bei dem LPKF-Verfahren entstehen weder Mikrorisse noch thermische Spannungen und die Glasteile benötigen keine Nachbearbeitung.

Bei dem Verfahren wird Laserstrahlung innerhalb eines transparenten Werkstücks fokussiert und nur im Fokusvolumen absorbiert. Die Laserpulse ändern im Fokusvolumen die optischen und chemischen Eigenschaften des Materials so, dass es selektiv chemisch ätzbar wird. Nach der Laserbehandlung ist Glas rund dreihundertmal schneller ätzbar als das Ausgangsmaterial. Konventionell wird dabei der Laserfokus durch das Werkstück bewegt. Dr. Roman Ostholt, Vice President Technology Management bei LPKF, erläutert: „Bohren mit Laser ergab weder einen ausreichenden Durchsatz noch die passende Qualität. Auf unserer Suche sind wir auf laserinduziertes Ätzen gestoßen. Aber da waren bisher nur kleine Volumina behandelbar und der Prozess viel zu langsam. Wir haben einen Ansatz gefunden, mit nur einem Laserpuls das Glas über die gesamte Dicke zu modifizieren.“ So reicht es, einen einzelnen Laserpuls mikrometergenau an der richtigen Position abzusetzen. Anschließend wird das Glas weggeätzt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Präzision bei gleichzeitig schneller Strukturierung aus.

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Laser aktiviert 5000 Löcher pro Sekunde

Bedingt durch die Modifikation des Laserstrahls lassen sich bei Glasstärken von 50, 100, 200 und 300 µm Löcher mit definierten Durchmessern und einer Wandneigung kleiner 5° herstellen. Durch die Steuerung des Laserstrahls und des Ätzprozesses kann man Lochdurchmesser und Stegbreiten präzise und reproduzierbar einstellen. Das Laserverfahren aktiviert circa 5000 Löcher pro Sekunde und beeinträchtigt nicht die Oberflächengüte des Trägers. Je nach Prozessführung entstehen komplette Durchbrüche oder Sacklöcher. Dabei gibt es keine Verunreinigung der Bohrkanäle und es sind große Aspektverhältnisse (Lochdurchmesser zu Glasdicke) möglich. Das Verfahren ist so schnell, weil der Laser on-the-fly arbeiten kann. Ein Scanner führt den Laserstrahl. So bewegen sich die Achsen stetig, ohne Anfahr- beziehungsweise Bremsmanöver, was Vibrationen vermeidet. Für diesen Prozess entwickelt LPKF anwendungsspezifische Laserköpfe mit einer extrem schnellen, scannerbasierten Laserstrahlführung. Je nach Kundenanforderungen sind reinraumkompatible Lasermaschinen verfügbar. Die große Erfahrung bei dem Maschinenbauer, Bearbeitungsköpfe im Mikrometerbereich präzise und dynamisch zu steuern, ermöglicht Maschinenkonzepte mit hohem Durchsatz für den industriellen 24/7-Einsatz.

Für die Glasbearbeitung stehen zwei Prozessvarianten zur Verfügung. Im ersten Verfahren werden Sacklöcher im Glas erzeugt. Dann poliert man das Glas herunter bis auf die gewünschte Dicke. Dies erzeugt minimal konische Durchgangslöcher mit glatten Seitenwänden, konstantem Kegelwinkel und einem Aspektverhältnis bis zu 1:10. Der zweite Prozess erzeugt klassische Durchgangslöcher.

Aspektverhältnisse bis 1:10 möglich

Der Laser aktiviert das Glas über die gesamte Dicke. Nachfolgendes Ätzen von beiden Seiten liefert eine Uhrglasform. Auch hier sind Aspektverhältnisse bis 1:10 möglich. Beide Prozesse funktionieren für Gläser bis zu 300 μm Dicke. Der Durchmesser der Löcher hängt dabei vor allem von der Ätzzeit ab. Gegenwärtig sind Löcher mit Durchmessern bis 5 µm in 50 µm dickem Glas auch im Großserienprozess erzeugbar.

* Dr. Barbara Stumpp ist freie Journalistin in 79117 Freiburg, bstumpp@gmx.de, weitere Informationen: LPKF Laser & Electronics AG, 30827 Garbsen

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