Geplaatst op 5 juli 2016 · Geplaatst in Beurzen

Micro Lasersystems presenteert picoseconde lasers van Lumera Laser voor hoge kwaliteit industriële micromachining. “Net zoals CW en quasi-CW lasers voor een revolutie in de wereld van materiaalbewerking hebben gezorgd, zal de picoseconde (ps) laser de wereld van micromachining gaan veranderen”, zegt Ramon Slief van Micro Lasersystems.

“De trend om korte puls technologie te gebruiken is tientallen jaren geleden ingezet. Verschillende milliseconde- en later nanoseconde-lasers hebben reeds bewezen dat gepulste lasers nieuwe micromachining mogelijkheden bieden. Tot op de dag van vandaag worden gepulste lasers in het milli- en nanoseconde bereik met name gebruikt voor het boren van gaatjes in wafers, het snijden van folies, scribing van keramiek en het markeren van verschillende materialen. Lasers leveren een beter resultaat dan de meeste conventionele technieken op het gebied van micromachining dankzij de flexibiliteit, betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid.”

Tot de introductie van de ps-laser waren alle applicaties gebaseerd op het principe van zeer snelle lokale verhitting, smelten en verdampen van het basismateriaal. Met onvermijdelijke neveneffecten als braamvorming, re-kristallisatie en micro-scheurtjes tot gevolg. Slief: “Met de komst van de Ultrafast Lasers werd al snel duidelijk dat gefocusseerde ps-pulsen met voldoende energie deze neveneffecten kunnen elimineren en toch een vergelijkbare of zelfs hogere kwaliteit leveren. Waarschijnlijk net zo belangrijk is dat micromachining met ps-pulsen geen gebruik maakt van een absorptieproces en hierdoor materiaalonafhankelijk is. Het principe is gebaseerd op het ontstaan van een oppervlakte plasmawolk. Door het grote elektrische veld van de ps-puls worden de elektronen met een lage masse gescheiden van de atomen. De achterbleven positief geladen atomen ondergaan vervolgens een Coulomb explosie.”

De ps-seconde pulsen kunnen opgewekt worden in een betrouwbare industriële behuizing met een excellente bundelkwaliteit. Lumera Laser produceert ps-lasers met een gemiddeld vermogen tot 50W bij een repetitie frequentie van 1MHz. Met een energiedichtheid net boven de ablatie drempel van 1 J/cm2 resulteert dit bij de meeste materialen in een ablatie diepte van 10-100 nm. Bij de meeste applicaties is men geïnteresseerd in het veranderen van de oppervlakte structuur, ‘koude’ verwijdering van materiaal om een sleuf te creëren, een vorm uit te snijden, een gat te boren, een onderliggend materiaal blootleggen of het isoleren van een bepaald gebied. Met behulp van conventionele technieken is het vrijwel onmogelijk structuren te maken die kleiner zijn dan 50 um. Door de hoge bundelkwalitiet M2 <1.5 kan een spotgrootte in focus gerealiseerd worden van zo’n 5 um. Hierdoor is het mogelijk structuren van vergelijkbare grootte te realiseren. Een typische spotgrootte is focus van 25 um heeft een energie nodig van 10 uJ/puls om te voldoen aan de 1 J/cm2 ablatie drempel. Hogere energiedichtheden resulteren niet altijd in een beter of sneller resultaat. De geableerde plasma wolk wordt te dicht en kan zich niet meer distantiëren van het oppervlak. Dit kan in het ergste geval weer resulteren in het opwarmen van het materiaal waardoor er weer thermische neveneffecten kunnen optreden. Recent is duidelijk geworden dat meerdere ps-pulsen met ns-schaal separatie (Burst Mode) substantieel de ablatie hoeveelheid kunnen verbeteren. Daarnaast verbeterd tevens de kwaliteit. Experimenten met 50W ps-lasers opererend in Burst Mode hebben geresulteerd in de volgende ablatie hoeveelheden: Glas: 20 – 60 mm3/min; RVS: 10 mm3/min; Silicium: 30 mm3/min; Biomateriaal: 100 mm3/min.