MATRIX – gütegeschaltete Laser für Mikromaterialbearbeitung und Beschriftung

MATRIX™ ist eine Familie von dioden-angeregten, gütegeschalteten Festkörperlasern mit Ausgangsleistungen von bis zu 10 W bei 1064 nm, 14 W bei 532 nm und 2 W bei 355 nm. Die Laser sind insbesondere für Anwendungen geeignet, die mit hohem Durchsatz fahren, kostensensitiv sind und keine Kompromisse in der Prozessqualität erlauben.

• MATRIX wird mit Coherents PermAlign™ Technologie gefertigt, ein spezielles Verfahren, bei dem die optischen Komponenten optimal justiert und dann per Lötprozess in dieser Position "eingefroren" werden. Das garantiert beste optische Justage und Stabilität über die gesamte Lebensdauer des Produkts.
• Zum Anregen der Matrix-Laser werden Coherents AAA™ Pumpdiode
  (Aluminum-Free Active Area Technologie mit MTBFs > 40.000 Stunden) eingesetzt. Die Laser werden in Reinräumen gefertigt und dort hermetisch versiegelt. Das Ergebnis: zuverlässiger, bediener- und wartungsfreier Betrieb über Tausende von Stunden.
• MATRIX UV kommt mit einem neuartigen Resonatordesign. Das erlaubt u.a. eine effiziente UV-Lichterzeugung in nichtlinearen Kristallen bei gleichzeitig drastisch verlängerter Lebensdauer dieser Kristalle und damit des gesamten Systems.
• Das Resonatordesign ermöglicht darüber hinaus geringste Puls-zu-Puls-Schwankungen bzw. geringstes Rauschen (typ. < 4% rms), hohe Strahlqualität (mit M² < 1,3 nahezu beugungsbegrenzt) und exzellente Strahlrichtungsstabilität (< 15 µrad/°C).
• Kurze Laserpulse (z.B. < 30 ns bei 532 nm) in Verbindung mit hohen Pulsspitzenleistungen minimieren thermische Effekte.
• Der Anwender kann aus einem breiten Spektrum an Pulsarten den optimalen Pulsmodus für seine Anwendung wählen. MATRIX kann dabei im Einzelpuls-Modus und mit Repetitionsraten bis hinauf zu 200 kHz (die maximale Repetitionsrate ist abhängig von Wellenlänge und Leistungsklasse) betrieben werden. Ein spezielles Steuerungskonzept ermöglicht die Kontrolle über Energie und Timing eines jeden einzelnen Laserpulses.

Auf Grund ihrer überzeugenden Eigenschaften haben sich MATRIX Laser bereits kurz nach ihrer Einführung als Werkzeuge etabliert, die routinemäßig in der Fein- und Mikromaterialbearbeitung und beim Beschriften in Industrien wie Halbleiter, Automobil, Luftfahrt, Medizintechnik eingesetzt werden. Beispiele:

Ritzen, Schneiden, Bohren von Saphir-, GaN- und Keramik-Werkstoffen

Saphire, GaN und Keramiken sind Standardmaterialien für Halbleitersubstrate. Sie sind teuer, hart, spröde (Keramiken), oft dünn und zerbrechlich und damit schwer zu bearbeiten. Darüber hinaus werden Elektronikkomponenten immer kleiner, ihre Dichte immer höher. Das erfordert sauberere, schmalere Ritzkanäle und Schnittspalte, kleinere Löcher bzw. Durchkontaktierungen – eine "natürliche" Barriere für herkömmliche mechanische Werkzeuge.

Im Unterschied zu Diamantsäge und Nadel schneidet und ritzt MATRIX berührungslos (das Werkzeug ist der Laserstrahl), mit minimaler Belastung des Substrats. Die Prozesskanäle sind riss- und ausbruchsfrei. Breiten bis hinunter zu 10 µm sind möglich. Der Prozess ist voll automatisierbar, ohne Werkzeugverschleiß und damit verbundene Stillstandszeiten. Die Reproduzierbarkeit des Prozesses ist extrem.

Dünnfilm-Strukturierung

Laser Dünnfilm-Strukturieren entwickelt sich zu einem Standard in der Elektronikfertigung vom kleinen Sensor bis zum großen Flachbildschirm. ITO ist ein transparentes Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Absorption von 355 nm Licht. MATRIX UV Laser können selektiv diese Schichten abtragen und mit Mikrometer-Genauigkeit strukturieren. MATRIX wird nicht nur für ITO sondern für eine Vielzahl von Dünnfilmmaterialen auf unterschiedlichen Substraten eingesetzt.

Die Vorteile der Dünnfilm-Strukturierung mit MATRIX gegenüber dem klassischen Ätzen sind

• Keine Masken, keine Chemikalien: Kosten, Handhabung, Flexibilität, Entsorgung
• Weniger Prozessschritte: Ätzen benötigt bis zu 10 Schritte
• Deutlich höhere Prozeßgeschwindigkeit und Ausbeute: ≥ 99% gegenüber 80–85%.

Stereolithographie

Hier kommen besonders die kurzen Pulse, die exzellente Strahlqualität und Leistungsstabilität des MATRIX UV zum Tragen. Mit dieser Technik werden komplexe 3D-Teile aus einem unter UV-Licht aushärtenden Photopolymer ohne Einsatz herkömmlicher mechanischer, chemischer oder elektrischer Prozeße mittels Laser direkt aus einem CAD File hergestellt.

Durch die Entwicklung neuer Kunstharzmaterialien wurden die mechanischen Eigenschaften der mittels Stereolithographie hergestellten Teile drastisch verbessert. Das ermöglicht nicht nur die Herstellung von Anschauungsmustern und Prototypen, sondern auch das Rapid Manufacturing von Einzelteilen oder kleinen Losgrößen. Beispiele: individuell angepasste Hörgeräte und Lab-on-Chip Systeme für Medizin-, Chemie-, Umweltanalysen.

Laserbeschriften

MATRIX wird in einer Vielzahl von Beschriftungsanwendungen eingesetzt. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken wie Stempeln, Folientransfer, Tintenstrahlen, mechanisches Gravieren, Ätzen sind

• Hohe Qualität und Reproduzierbarkeit der Beschriftung
• Keine Verbrauchsmaterialien wie Tinten, Lösungsmittel, Graviernadeln etc.
• Dauerhaftigkeit und Fälschungssicherheit der Beschriftung
• Beschriftung harter und glänzender, aber auch weicher und zerbrechlicher Materialien
• Extreme Flexibilität durch vollständige Rechnersteuerung des gesamten Prozesses.

MATRIX UV öffnet darüber hinaus den Zugang zu wirtschaftlicher und zuverlässiger UV-Laserbeschriftung mit weiteren Vorteilen wie erhöhte Materialvielseitigkeit, "kalte" sowie Fein- und Mikrobeschriftung.

Anwendungsbeispiele: Grauskalen auf Ident-Karten, Firmen- und Produktlogos, Typenschildinformationen und Anwenderhinweise auf Konsumgüter und medizinische Produkte, Fein- und Mikrogravur von Gussformen, Glasinnenbeschriftung.

Zusammenfassung

Auf Grund ihrer außergewöhnlichen technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften haben sich MATRIX gütegeschaltete Laser zu wohl etablierten industriellen Werkzeugen für Fein- und Mikromaterialbearbeitung und Beschriftung entwickelt. Sie eröffnen den Zugang zu Prozessen, die mit herkömmlichen Techniken nicht möglich sind.

Sie haben eine Standard- oder eine delikate Anwendung und suchen nach Wegen der Bearbeitung? Dann zögern Sie nicht: kontaktieren Sie Joerg Heller, Product Manager der MATRIX Linie, Tel. +49 (0) 451 3000 375, joerg.heller@coherent.com. Gern bespricht er mit Ihnen die Möglichkeiten unserer Technologie.

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Zu Coherent, Inc.

Coherent, Inc. wurde 1966 gegründet und ist ein Weltmarktführer 
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