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Materialstrukturierung mit einem frequenzverdreifachten Nd:YAG-Laser

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Gollner, Egmont:
Materialstrukturierung mit einem frequenzverdreifachten Nd:YAG-Laser.
Bayreuth , 2006
(Diploma, 2006 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

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Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden explorativ die Verwendungsmöglichkeiten des Lasersystems Microline 350L zur Bearbeitung von Dick- und Dünnschichtmaterialien untersucht. Die Auswahl der Materialien richtet sich nach den am Lehrstuhl benutzten Substraten und Pasten. Es können alle Materialien bearbeitet werden, die Licht bei einer Wellenlänge von 355 nm absorbieren.

Das Strukturieren von IDK-Elektroden in siebgedruckten, gebrannten Dickschichten aus Goldpaste auf Aluminiumoxid ist mit einer minimalen Finger-und Spaltbreite (Lines/Spaces) von 20 μm möglich. Bei der am Lehrstuhl verwendeten Platinpaste ist die Fingerbreite durch deren Porengröße auf 30 μm begrenzt. Bei der Verwendung von Zirkonoxid als Substrat verbreitert sich die Abtragszone um weitere ca. 5 μm.

Die Strukturierung von ungebrannter Platinpaste auf gebrannten Substraten ergibt eine minimale Pfadbreite von 25 μm. Nach dem Brennen beträgt die Breite aufgrund der Schwindung 35 μm. Die Auflösung ist bei ungebrannten Pasten etwa um den Faktor 1,8 schlechter. Jedoch wird durch die geringere Laserenergie das Grundsubstrat weniger geschädigt und durch das nachträgliche Sintern ergibt sich eine komplette elektrische Trennung (Widerstand > 100 MΩ). Das Grundsubstrat wird beim Abtragen der Schicht durch die Hitzeeinwirkung verändert. Dies führt bei Aluminiumoxid zur Bildung leitfähiger Phasen, die durch Sintern wieder umgewandelt werden müssen.

Bei der Strukturierung von 500 nm Dünnschichten lässt sich eine minimale Leiterbahnbreite von etwa 10 μm aufgrund der homogeneren Schicht und geringern Laserleistung realiseren. Die Laserpfadbreite beträgt aber auch hier 20 μm.

Das Schneiden gebrannter Keramiken (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, LTCC) ist durch wiederholte Bearbeitung möglich. Die maximalen Abtragraten pro Puls sind vom Material abhängig und liegen zwischen 5 -15 μm. Das maximale Aspektverhältnis liegt bei ca. 10 (Verhältnis Schnitttiefe zu Schnittbreite). Die maximale Substratdicke ist aber praktisch durch die Bearbeitungszeit auf ein bis zwei Millimeter begrenzt. Das Schneiden von grünen Keramikfolien ist bis zu Dicken von mehreren Millimetern möglich.

Ein Volumenabtrag zur Herstellung von beliebig geformten Vertiefungen ist möglich („Fräsen“), ihre Tiefe ist abhängig von der Anzahl der Wiederholungen des Abtragvorgangs.

Bohrungen lassen sich bis zu einem minimalen Durchmesser von 50 μm bei 250 μm Substratdicke herstellen. Bei dickeren Substraten ist der minimale Durchmesser wieder abhängig von der Substratdicke.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Diploma)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Profile Fields
Profile Fields > Advanced Fields
Research Institutions
Research Institutions > Research Centres
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 19 Feb 2015 12:05
Last Modified: 12 Aug 2016 08:08
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/6775