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Lokale Reinigung mit dem Laser

04.08.1998 - (idw) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

In hybriden Kleinst- und Mikrosystemen sind auf engstem Raum die unterschiedlichsten Komponenten vereinigt. Herkömmliche, integrale Reinigungsverfahren sind hier nur noch begrenzt einsetzbar. Was eine Komponente reinigt, kann die benachbarte schwer schädigen. Abhilfe verspricht ein neuartiges lokales, laserinduziertes Reinigungsverfahren. Es treten nur noch minimale Wärmeeinflußzonen auf, das Grundmaterial und die angrenzenden Bereiche werden nur gering thermisch belastet. Das Verfahren kann für eine Vielzahl von zu reinigenden Grundmaterialien und zu entfernenden Verschmutzungen eingesetzt werden.

Die industrielle Produktion von hybriden Kleinst- und Mikrosystemen stellt ganz neue Anforderungen an die Reinigungstechnik. Da in Kleinst- und Mikrosystemen auf engstem Raum die unterschiedlichsten Komponenten vereinigt sind, ist der Einsatz herkömmlicher integraler Reinigungsverfahren wegen Struktur- und Materialunverträglichkeiten nur noch selten möglich. So kann beispielsweise die Ultraschallreinigung eines Lagesensors zum Bruch der Schwingelemente führen, während eine Mikrolinse problemlos und erfolgreich damit gereinigt werden kann.

Um Anforderungen wie eine lokale Begrenzung und hohe Selektivität der Reinigungswirkung zu erfüllen, wird derzeit am Fraunhofer-IPA ein lokales, laserinduziertes Reinigungsverfahren entwickelt, das auf dem Einsatz von Excimer und frequenzvervielfachten Nd-YAG-Lasern basiert. Durch die kurzen Wellenlängen dieser Laserarten können folgende Rahmenbedingungen erfüllt werden:

Es treten nur minimale Wärmeeinflußzonen auf, das Grundmaterial und angrenzende Bereiche werden nur gering thermisch belastet. Das Verfahren kann für eine Vielzahl von zu reinigenden Grundmaterialien und zu entfernenden Verschmutzungen eingesetzt werden. Bei der Reinigung von dünnen Schichten und Strukturen ist die hohe örtliche Auflösung der Laserstrahlung von Vorteil.

Je nach der zu entfernenden Verunreinigung und der Beschaffenheit des Grundmaterials stehen unterschiedliche Reinigungsmechanismen zur Auswahl. Die selektive Laserwirkung erlaubt es, von einer kontaminierten Grundfläche eine dünne, filmartige Schicht abzutragen. Partikel können aber auch durch explosionsartiges Verdampfen einer Hilfsflüssigkeit von der Oberfäche entfernt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Grundmaterial mit dem Laserstrahl zur Schwingung anzuregen und anhaftende Patikel dadurch abzulösen.

Am Fraunhofer IPA wurden hierzu bislang Werkzeuge wie Absaug- und Aufdampfeinrichtungen entwickelt. Damit kann das Laserreinigungsverfahren für eine Vielzahl von Anwendungen in der Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Feinwerktechnik eingesetzt werden. Die Erfolge auf dem neuen Forschungsgebiet sind beachtlich und es erschließen sich ständig weitere Anwendungsmöglichkeiten.

Das lokale, laserinduzierte Reinigungsverfahren wurde bisher in folgenden Fällen erfolgreich angewandt:

Primär- und Sekundärcoating von Monomode- und Faserbündeln konnte durch den Einsatz von Nd-YAG- und Excimerlasern entfernt werden. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Verfahren - etwa das chemische Entmanteln - bleiben bei der Laserreinigung keine Rückstände vom Coating auf dem Cladding zurück. Auch Silizium-V-Nuten, in denen Glasfasern montiert oder justiert werden, reinigt der Laser von Kontaminationen wie Filmen und Partikeln. Dadurch ist eine wesentlich genauere Justage bzw. Montage dieser Komponenten in optischen Systemen möglich. Die Übergangsverluste in optischen Sende- und Empfangsmodulen beispielsweise können dadurch deutlich reduziert werden.

Darüber hinaus ermöglicht es die Laserreinigung, organische und anorganische Kontaminationen von elektrischen und mechanischen Kontaktflächen, z.B. von Mikroschaltern in der Automobilindustrie, zu entfernen. Der Übergangswiderstand und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit der Schalter werden deutlich reduziert, die Zuverlässigkeit erhöht. Weiterhin ermöglicht die Laserreinigung das Entfernen von Foto- bzw. Polymerresten von Substraten - z.B. LCD-Glassubstraten - und kann deswegen zur Vorbereitung von Klebeflächen eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Entfernung von Foto- bzw. Lötstopplack auf Leiterplatten. Durch den selektiven Abtrag von dünnen Schichten können auch elektrische Widerstände getrimmt werden.


Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung IPA
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart

Dipl.-Ing. Gerhard Schwaab
Telefon 0711/970-1175
Telefax 0711/970-1007
e-mail ges@ipa.fhg.de
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