Bohren mit UKP-Laserstrahlung

Das Fraunhofer ILT hat einen speziellen UV-Mikroscanner entwickelt, mit dem Mikro- und Nanostrukturen sowie Bohrungen in verschiedenen Materialien flexibel erzeugt werden können. Durch die Wellenlänge im UV-Bereich wird die Absorption insbesondere in Dielektrika wie Kunststoffen deutlich verbessert, so dass die präzise Herstellung von Mikro- und Nanobohrungen in Polymerfolien wie PC, PE, PI und PP mit hoher Reproduzierbarkeit ermöglicht wird. Selbst bei thermisch empfindlichen Kunststofffolien mit einer Dicke <15 µm und hoher Lochdichte bleiben thermische Verformungen aus. Durch den einstellbaren Fokusdurchmesser von 6 bis 0,5 µm können sogar Bohrdurchmesser im Sub-µm-Bereich erzeugt werden.

Das Aspektverhältnis von einer mittels Ultrakurzpulslaser (UKP) gebohrten Präzisionsbohrung mit hoher Rundheit am Ein- und Austritt ist durch unterschiedliche Faktoren begrenzt. Insbesondere sind die verwendete Bohrtechnik bzw. -optik und die verfügbare maximale Pulsenergie der UKP-Laserstrahlung relevant. Das Laserstrahl-Wendelbohren ist eine geeignete Technologie zur Herstellung von Formbohrungen mit großer Präzision, allerdings ist das erzielbare Aspektverhältnis durch die Strahlpropagation im Bohrkanal auf etwa 20:1 begrenzt. Die Abtragrate nimmt mit steigender Bohrtiefe aufgrund der Strahldivergenz und Mehrfachreflexion stark ab. Daher stellt die Herstellung von Mikrobohrungen mit hohem Aspektverhältnis in dickem Material die Fertigung vor große Herausforderungen. Mit einer am Fraunhofer ILT entwickelten Wendelbohroptik lassen sich der Grad der Mehrfachreflexionen der Laserstrahlung und die zeitliche und örtliche Energiedeposition im Bohrloch gezielt angepassen.