Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 007

Lasermaschinen für die präzise Abtragung benötigen
sehr viele mechanische, elektrische und optische Komponenten,
ähnlich wie bei anderen Produktions maschinen.
Bei Lasertrimm-Maschinen ist die Lasereinheit sicherlich
das komplexeste Modul. Mit dieser haben wir dann
schliesslich auch angefangen. Diese benötigt eine gepumpte
Laserquelle, welche sich sehr fein und schnell in der
Leistung und Frequenz einstellen lässt. Dann folgt der
ganze optische Pfad mit den Strahleinstellungen, Laser-
Shutter, Strahlaufweitung, Strahlablenkung und Strahlfokussierung.
Wie sah es mit der Integration einer hochauflösenden
schnellen Kamera aus?
Ja, gleichzeitig musste auch eine solche Kamera mit
einem Kamerapfad über eine Optik im Strahlengang
integriert werden, wobei der Kamerachip nicht vom Laser
selbst zerstört werden darf. Die Auslenkung des Laserstrahls
erfolgt mit 3 Motoren mit minimalst-beweglichen
Massen, welche innerhalb von einer Tausendstelsekunde
höchst präzise auf Position geregelt werden müssen. All
die Komponenten innerhalb der Lasereinheit müssen mit
absolut minimalen Latenzzeiten angesprochen werden
können.
Wie verhält es sich mit den Drifts?
Da die Laserquellen Drifts unterliegen können, sollte
man stets wissen, welche Laserleistung tatsächlich aktuell
vorliegt und nicht nur eingestellt wird. Nicht zuletzt
braucht es sehr flexible, hochauflösende Messgeräte mit
sehr schnellen und praktisch latenzfreien Schnittstellen,
um eine Trimmung in Echtzeit zu einer vernünftigen
Zeit durchführen zu können.
Wie haben Sie die Herausforderung des Temperaturdriftens
gelöst?
Das Gehäuse unsere Lasereinheit ist aus einem Stück
Aluminium hergestellt (Unibody-Design). Sämtliche
Komponenten innerhalb der Lasereinheit sind möglichst
gut thermisch mit dem Gehäuse verbunden. Es wurde
darauf geachtet, dass der Strahlengang so kurz wie möglich
wird, um den Einfluss aufgrund von thermischen Ausdehnungen
minimal zu halten. Um den Strahlengang weiter
zu verkürzen haben wir das sicherheitsrelevante Element
(den Lasershutter/Strahlunterbrecher) selbst entwickelt,
da die auf dem Markt verfügbaren Shutter massiv mehr
Platz benötigten. Gleichzeitig haben wir in unseren Shutter
auch eine Lasermessung integriert, welche es uns ermöglicht,
die Laserleistung schnell und zuverlässig während
des Produktionsbetriebs zu messen und allfällige Drifts der
Laserleistung nachzuregeln. Wir haben in unserem Laser
an verschiedenen Orten Temperatur- und Feuchtesensoren
verbaut, welche uns laufend wichtige Informationen über
die aktuellen Umgebungsbedingungen liefern. Zu guter
Letzt wurde von der Lasereinheit die grosse Wärmequelle,
das Lasersupply, ausgelagert und das ganze Gehäuse mit
einem gesteuerten Lüfter versehen.
Welche Art von Laserquelle benutzen sie für das Trimmen?
Wir verwenden Dioden-gepumpte solid-state Laserquellen
im «grünen Bereich» bei einer Wellenlänge von 527 nm.
Oft werden Laserquellen im infraroten Bereich bei einer
Wellenlänge von 1064 nm eingesetzt, da die Frequenzverdopplung
dazu entfallen kann. IR-Laser sind zwar etwas
günstiger und haben bei gleicher Bauform auch etwas
mehr Leistung, aber weisen bei der präzisen Abtragung
von Dickschicht und Dünnfilm-Widerständen gewisse
Die Z-Fokuslinse für die
variable Einstellung des
Laserstrahl in Z-Richtung.
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