UV-lasersysteem brengt microstructuur aan op grote oppervlakken

Het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT in Aken (D) maakt sinds kort gebruik van een UV-lasersysteem met een hoog vermogen voor de verwerking van grote oppervlakken. Het lasersysteem is afkomstig van Coherent en samen streven de partners naar de ontwikkeling van nieuwe methoden voor zorgvuldig gecontroleerde oppervlaktebehandeling. 

In de afgelopen paar jaar heeft de snelle groei in displayproductie voor mobiele apparaten geleid tot een aanzienlijke renaissance voor excimeerlasers. Een excimeerlaser is een gepulste ultraviolet laser die werkt op basis van excimeren. Een excimeer – of beter gezegd een exciplex – is een kortlevende verbinding tussen twee edelgassen of tussen een edelgas en een halogeen. De lasers werken in het UV-bereik en maken een nauwkeurige modificatie van het silicium mogelijk, evenals de verwijdering van ultradunne polymeerlagen met behulp van het laser lift-off proces. De potentiële toepassingen van deze lasertechnologie zijn nog lang niet uitgeput. In een samenwerkingsproject dat meerdere jaren beslaat, zijn Coherent en Fraunhofer ILT van plan nieuwe procedures te ontwikkelen met de excimeerlaser. Daartoe heeft Coherent een onderzoeksteam van Fraunhofer ILT voorzien van een lasersysteem.

Micro- en nanobereik

De laserlijn van het systeem is 155 mm lang, 0,3 mm breed en de gestabiliseerde UV-output bij een golflengte van 248 nm is meer dan 150 W. UV-straling heeft een korte golflengte en elke laserpuls kan een energie van meer dan 1 J bereiken, waardoor zowel verschillende materialen met een micrometerresolutie als snelle, selectieve verwerking van laagsystemen in het micro- en nanometerbereik kunnen worden verwijderd. “De combinatie van precisie en verwerkingssnelheid maken dit lasersysteem uitzonderlijk”, zegt Dr. Ralph Delmdahl, Coherent’s Product Marketing Manager.

Lichtgewicht constructie

“Ons doel is om nieuwe toepassingen en nieuwe materialen te kwalificeren die vervolgens kunnen worden opgeschaald voor industriële productie”, legt dr. Arnold Gillner, hoofd van de afdeling Ablation and Joining bij Fraunhofer ILT, uit. Een van de eerste aandachtsgebieden is de verwerking van composieten. De excimeerlaser kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het zorgvuldig en precies bewerken van koolstofvezel versterkte kunststoffen (CFRP). Een andere toepassing is verwijdering van lagen op grote oppervlakken bij de productie van CFRP-componenten. Dit kan evenveel potentieel hebben in de luchtvaart als in de scheepsbouw. Gerichte modificatie van oppervlakken is een ander doel van de samenwerking. Een dergelijke modificatie verschaft technische componenten met extra functionaliteiten die anders alleen met behulp van dure coatings zouden kunnen worden vervaardigd.

Korte golflengte superieur

Cruciaal is dat de lage indringdiepte van de UV-straling het mogelijk maakt om het oppervlak tegelijkertijd te functionaliseren als een zeer lage warmte-inbreng te behouden. Dit maakt de excimeerlaser, vanwege zijn korte golflengte, zelfs superieur aan nieuwe ultrakorte pulslasers. De mogelijke toepassingen zijn divers. Naast het evalueren van procedures voor verwerkingsstrategieën, kan de laser ook worden gebruikt om nieuwe materialen te onderzoeken op hun bewerkbaarheid. Een mogelijke toepassing is de efficiënte productie en modificatie van grafeenlagen op nanoschaal, waarbij de korte golflengte van 248 nm – en de bijbehorende hoge fotonenergie – een beslissende rol speelt.

Coherent en Fraunhofer ILT kijken met dit onderzoeksproject naar de lange termijn. Beide partners kunnen het systeem samen met hun klanten gebruiken voor projecten. Dit biedt met name kleine en middelgrote bedrijven een potentiële technologische basis om nieuwe producten met innovatieve functionaliteiten te ontwikkelen.