24.06.2014

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Kostengünstige Laseranlage für die großflächige Nano- und Mikro-Strukturierung

Strukturen im Mikro- und Submikrometer-Maßstab stellen ein schnell wachsendes Anwendungsfeld dar. Das Fraunhofer IWS Dresden hat zur Herstellung derartiger Strukturen jetzt eine komplette Lösung entwickelt. Mit dem Verfahren können erstmals auch Flächen bis 500 x 500 mm² in wenigen Minuten strukturiert werden. Das kompakte System kann an die jeweiligen Kundenwünsche angepasst werden und Arrays mit Strukturbreiten von 150 nm bis 20 µm herstellen.

Das Fraunhofer IWS Dresden nutzt für die großflächige Mikrostrukturierung und Funktionalisierung die direkte Laserinterferenzstrukturierung (kurz: DLIP abgeleitet vom englischen Begriff Direct Laser Interference Patterning). Hierbei handelt es sich um eine Technik, die eine großflächige und maskenlose Lithographie zur Herstellung komplexer Strukturen in einem Prozessschritt ermöglicht. Konventionelle Strukturierungstechniken sind demgegenüber entweder zu langsam (sequentielle Verfahren) oder zu unflexibel (Maskentechniken).

Die direkte Laserinterferenzstrukturierung erlaubt die Herstellung 2-, 2,5- und 3-dimensionaler Mikrostrukturen auf Oberflächen sowohl einfacher als auch komplexer Bauteilgeometrie. Um die Interferenzstruktur zu erzeugen, werden 2 oder 3 kohärente Laserstrahlen eines gepulsten Lasers auf ebenen bzw. gekrümmten Oberflächen überlagert. In den dabei erzeugten Intensitätsmaxima der Lichtwellen wird das Material über regelbare Prozessparameter wie Pulsenergie und Wellenlänge lokal abgetragen oder modifiziert. So können die elektrischen, chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Oberflächen von Polymeren, Metallen, Keramiken und Einzel- oder Multischichten periodisch variiert werden. Das am Fraunhofer IWS Dresden entwickelte System (DLIP-µFab) erlaubt außerdem die lokale Variation der Strukturbreite, und somit die Herstellung von holographischen Strukturen direkt auf Metall.

In Abhängigkeit vom verwendeten Material und der Topographie der Strukturen werden mit dem Verfahren des IWS neue Anwendungen, z. B. in der Automobilindustrie oder der Medizintechnik, realisier- und bezahlbar.

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