Funktionalisierung im Fast Forward

Die Firma Coherent betreibt mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT am Standort Aachen ein Hoch­leistungs-Excimer­laser­system für die Bearbeitung großer Ober­flächen. Mit dem kurz­welligen Laser­system wollen beide Partner neue Verfahren zur schonenden Ober­flächen­bearbeitung entwickeln. Die Vorbereitung von CFK-Klebe­flächen ist dabei nur ein Beispiel der vielfältigen möglichen Anwendungen.

Mit dem rasanten Wachstum der Display­fertigung für mobile Geräte haben Excimer­laser in den letzten Jahren eine große Renaissance erlebt. Ihre UV-Strahlung erlaubt die präzise Modifikation von Silizium ebenso wie das Auflösen von hauch­dünnen Polymer­schichten beim Laser-Lift-off-Verfahren. Das Anwendungs­potential dieser Lasertechnologie ist aber noch lange nicht ausgeschöpft.

Neue Verfahren mit dem Excimer­laser wollen Coherent und das Fraunhofer-ILT in einem mehr­jährigen Kooperations­projekt entwickeln. Zu diesem Zweck hat Coherent einer Forscher­gruppe des Fraunhofer-ILT ein LineBeam-System zur Verfügung gestellt. Das System bietet eine Laser­linie der Länge 155 Millimeter mit einer Breite von 0,3 Millimetern sowie mehr als 150 Watt stabilisierte UV-Leistung bei einer Wellen­länge von 248 Nanometern. Wahlweise kann ein Masken­abbildungs­system hinzu­geschaltet werden. Die kurz­wellige UV-Strahlung mit einer Energie von über 1 Joule pro Puls erlaubt dabei sowohl das Abtragen unter­schiedlicher Materialien mit Mikro­meter­auflösung als auch eine schnelle und selektive Bearbeitung von Schicht­systemen im Mikro- und Nano­meter­bereich. „Diese Kombination aus Präzision und Bearbeitungs­geschwindigkeit schafft kein anderes System“, so Ralph Delmdahl, Product Marketing Manager von Coherent.

„Wir wollen neue Anwendungen und neue Materialien qualifizieren, die hinterher für die industrielle Fertigung skaliert werden“, beschreibt Arnold Gillner, Leiter des Kompetenz­feldes Abtragen und Fügen am Fraunhofer-ILT, das gemeinsame Vorhaben. Ein erstes Themenfeld ist die Bearbeitung von Faser­verbund­werkstoffen. So können zum Beispiel die Klebe­flächen von karbon­faser­verstärktem Kunst­stoff (CFK) mit dem Excimer­laser schonend und präzise vorbereitet werden.

Eine andere Anwendung ist die großflächige Entfernung von Hilfs­schichten (Release-Schichten) bei CFK-Bauteilen. Dies dürfte für die Luft­fahrt ähnlich interessant sein wie auch für den Schiff­bau. Zudem ist die gezielte Veränderung von Ober­flächen ein anvisiertes Ziel der Kooperation. Technische Bauteile lassen sich so mit zusätzlichen Funktionalitäten versehen, die sich sonst nur durch aufwändige Beschichtungen erzeugen lassen.

Im Vordergrund steht die geringe Eindring­tiefe der UV-Strahlung, die eine Funktionalisierung der Oberfläche mit sehr niedrigem Wärme­eintrag erlaubt. Der Excimer­laser ist damit aufgrund seiner besonders kurzen Wellen­länge sogar neuen Ultra­kurzpuls-Lasern überlegen. Die Vielfalt der potenziellen Anwendungen ist breit gefächert. Neben der Evaluation von Verfahren für Bearbeitungs­strategien lassen sich auch neue Materialien auf ihre Bearbeitbarkeit hin überprüfen. Eine denk­bare Applikation ist beispiels­weise die effiziente Herstellung und Modifikation von nano­skaligen Graphen­schichten, bei denen vor allem die kurze Wellen­länge von 248 Nanometern und die damit verbundene hohe Photon­enenergie eine entscheidende Rolle spielt.

Die Zusammenarbeit von Coherent und dem Fraunhofer-ILT zielt dabei auf eine lang­fristige Kooperation. Beide Partner können das System gemeinsam mit ihren Kunden für Projekte nutzen. So wird vor allem kleinen und mittleren Unternehmen die technologische Basis zur Entwicklung neuer Produkte mit innovativen Funktionalitäten zugänglich gemacht.

Fh.-ILT / DE