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LIDE - Laser Induced Deep Etching

LIDE - Laser Induced Deep Etching

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Innovation
Ein hochproduktives Lasersystem in Verbindung mit einem innovativen Bearbeitungsprozess revolutioniert die Bearbeitung von Dünnglas-Substraten. Das neue Verfahren des Laser Induced Deep Etching (LIDE) der LPKF Laser & Electronics AG vereinfacht die Glas-Mikrobearbeitung und ermöglicht mit dem Lasersystem LPKF Vitrion 5000 eine effiziente und kostengünstige Fertigung.

In der Mikrosystemtechnik ist Dünnglas mit einer Dicke von 50 bis 500 µm als Substratmaterial für verschiedenste Anwendungen gefragt. Jedoch wird der Einsatz im industriellen Maßstab immer wieder verworfen, da mit konventionellen Bearbeitungsverfahren Mikrorisse und Stress im Material verbunden sind.

Der von der LPKF Laser & Electronics AG entwickelte LIDE-Prozess in Kombination mit dem dazugehörigen Lasersystem LPKF Vitrion nutzt den Laser als berührungsloses Werkzeug mit einer bisher unerreichten Produktivität und Qualität. Die Laserbearbeitung erfolgt atemberaubend schnell und für das Glas praktisch stressfrei.

Die LIDE-Technologie macht neue Produktdesigns in der Mikrosystemtechnik möglich und hat das Potenzial, komplette Produktionsprozesse zu transformieren.

Was steckt dahinter? Klicken Sie auf die nächsten Reiter, um mehr über die LIDE-Technologie zu erfahren.

Technologie

Bearbeitung von ultradünnem Glas


Die Herausforderung

  • Konventionelle Methoden für das Schneiden und Bohren in Dünnglas verursachen häufig Mikrorisse und Spannungen im Material, die zu Qualitätseinbußen bis hin zum Ausfall von Komponenten führen. Der Einsatz von Glas in der Mikrosystemtechnik wird durch die Qualitätsmängel unwirtschaftlich.
  • Insbesondere bei Glasstärken von 50 µm – 500 µm lassen sich häufig geforderte hohe Aspektverhältnisse nicht erzielen.
  • Die erreichten Strukturen sind für eine Vielzahl von Applikationen nicht klein genug, bisherige Verfahren sind für eine wirtschaftliche und hochproduktive Fertigung entweder zu langsam oder zu ungenau.

Die Lösung

Das innnovative Laser Induced Deep Etching, kurz: LIDE. LIDE ist ein zweistufiges Verfahren. Im ersten Prozessschritt wird das Glas entsprechend der digitalen Layout-Daten mittels Laser lokal modifiziert. Dafür wird eine extra entwickelte Laserquelle eingesetzt. Die Laserstrahlung wird im Werkstück fokussiert und extrem schnell durch die gesamte Dicke des Materials geführt. Das verändert die optischen und chemischen Eigenschaften des Glases. Dies wiederum ermöglicht im zweiten Prozessschritt selektives Ätzen in einem nasschemischen Verfahren: Die modifizierten Areale im Glas erleichtern den Ätzangriff, das betroffene Material wird hier viel schneller entfernt als in den nicht laser-modifizierten Bereichen. Um etwa spezifische Größen bei Löchern zu erreichen, wird die Dauer des Ätzangriffs entsprechend eingestellt. 

Laser Induced Deep Etching Prozess


Anwendungsfelder

Das Paket aus LIDE-Verfahrenstechnik und High-End-Lasersystem LPKF Vitrion erschließt neue Möglichkeiten für zahlreiche Anwendungen
  • in der Mikrofluidik
  • bei der Display-Fertigung
  • in der MEMS-Technologie
  • in der Chip-Herstellung


Glasbohren
Through-Glass Via (TGV) Bohren

Um im Laser Induced Deep Etching-Verfahren (LIDE) Löcher und Schnitte herzustellen, wird ein eigens für LIDE entwickeltes Lasersystem eingesetzt: Das LPKF Vitrion 5000 System. Das System ist für Glasdicken bis zu 500 µm ausgelegt. Es verfügt über eine extrem präzise Hochgeschwindigkeitsachse mit der das zu bearbeitende Glas im Bohr-Modus mäandrisch abgefahren wird. Die speziell entwickelte Laserquelle gibt die Laserpulse entsprechend dem gewünschten Bohrungen bei voller Geschwindigkeit „on the fly“ ab. Im Bohr-Modus kann somit eine Laserbearbeitungsgeschwindigkeit von mehr als 5000 Modifikationen für Bohrungen (Through Glas Via / TGV) pro Sekunde erreicht werden.

Nach der Laserbearbeitung ist das Werkstück in einer Vielzahl von Spots modifiziert – mit einer Positionstoleranz von +/- 5 µm (Cpk > 1,33) über eine Fläche von 510 x 510 mm. An den modifizierten Stellen entstehen im anschließenden Ätzbad Sack- und Durchgangslöcher, indem das Glas in den lasermodifizierten Spots schneller entfernt wird als in der nicht modifizierten Umgebung. Durch den Ätzangriff auf beiden Seiten des Glases werden die modifizierten Spots in sanduhrförmige Löcher umgewandelt. V-förmige Löcher werden durch die Maskierung einer Glasseite beim Ätz-Schritt erreicht. Typische Kegelwinkel variieren von 3 Grad bis 8 Grad, je nach Beschaffenheit des Glases und der chemischen Zusammensetzung des Bades.

Anwendungsbeispiele

Microscopic holes and hole shapes in glass
Mikroskopische Löcher und Lochformen in Glas; hohe Qualität ohne Mikrorisse
One laser pulse modifies the glass; holes are formed in the subsequent etching process.
Ein Laserpuls pro Loch modifiziert das Glas; der anschließende Ätzprozess generiert die Bohrungen

Glasschneiden
Schneiden von Glas

Beim Betrieb der LPKF Vitrion 5000 im Schneid-Modus wird der Laserstrahl entlang eines zweidimensionalen Weges geführt. Die Laserimpulse werden dabei eng beieinander im gleichen Abstand gesetzt, so dass im Glas ein Vorhang aus modifizierten Bereichen entsteht. Die Geschwindigkeit beträgt unabhängig von der Glasdicke bis zu 100 mm/s, – bis zu einer Glasdicke von 500 μm. Die finalen Eigenschaften des Schnittes werden dann wie beim Bohr-Verfahren durch Entfernen der modifizierten Bereiche im zweiten Verfahrensschritt, dem Ätzen, erzeugt. Die minimale Detailgröße liegt im Bereich von 10 μm.

Anwendungsbeispiele



Kirigami mit Glas - durch die hohe Schnittqualität ist auch das Dehnen von Glas möglich



Microfluidic channel in ultra thin glass
Mikrofluidischer Kanal in ultradünnem Glas
Spring-mounted MEMS for use in passive micro positioning
Federnd gelagerte MEMS zur passiven Mikropsitionierung

Download
Broschüre LPKF Vitrion 5000 (Englisch)

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