Claims (3)
1. Drehbare Strahlungsfokussiereinrichtung zum Einbringen von Löchern in Werkstoffe mittels Laserimpulsen, bestehend aus einer Strahlablenkeinheit und einer Fokussierungseinheit, wobei der abgelenkte Laserstrahl die Rotationsachse innerhalb der Fokuslänge der Fokussierungseinheit oder im Fokus schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkeinheit ein Prisma ist, daß eine Fokussierungslinse parallel zur Rotationsachse seitlich versetzt und so verkippt ist, daß der Laserstrahl senkrecht auf die Mitte der Fokussierungslinse trifft, daß Prisma und Fokussierungslinse gegen unerwünschte Verkippung und Verdrehung gesichert miteinander verbunden sind, und daß der verwendete Laserstrahl zirkulär polarisiert ist.A rotatable Strahlungsfokussiereinrichtung for introducing holes into materials by means of laser pulses, consisting of a beam deflecting unit and a focusing unit, wherein the deflected laser beam intersects the axis of rotation within the focal length of the focusing unit or in focus, characterized in that the beam deflecting unit is a prism that a focusing lens is laterally offset parallel to the axis of rotation and tilted so that the laser beam is perpendicular to the center of the focusing lens that prism and focusing lens secured against unwanted tilting and twisting are interconnected, and that the laser beam used is circularly polarized.
2. Strahlungsfokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pi isma parallel zur Rotationsachse gegen die Fokussierungslinse verschiebbar in einer als Halterung dienenden Hülse angeordnet ist.2. Strahlungsfokussiereinrichtung according to claim 1, characterized in that the Pi isma parallel to the axis of rotation against the focusing lens slidably disposed in a sleeve serving as a holder.
3. Strahlungsfokussiereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadmch gekennzeichnet, daß das Prisma den Laserstrahl so ablenkt, daß der Anlenkwinkel gleich dem bei senkrechtem Einfall des Laserstrahls auf die Werkstoffoberfläche entstehenden Konuswinkel der Bohrung ist.3. Strahlungsfokussiereinrichtung according to claim 1 and 2, dadmch characterized in that the prism deflects the laser beam so that the angle of articulation is equal to the resulting at normal incidence of the laser beam on the material surface cone angle of the bore.
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung wird vorzugsweise eingesetzt zum Laserbohren von mechanisch schwer bearbeitbaren Materialien, insbesondere von Aluminiumoxydkeramik, Bornitrit und Saphir, sowie zum Herstellen von Löchern mit Durchmessern kleiner als 0,5mm, die mit mechanischer Bearbeitung schwierig zu fertigen sind. Diese Anwendungen erfordern oft präzise zylindrische Bohrungen und variable Bohrlochdurchmesser im Bereich von 150μπι bis 2mm.The invention is preferably used for laser drilling of mechanically difficult to work materials, in particular of alumina ceramics, boron nitride and sapphire, as well as for producing holes with diameters smaller than 0.5 mm, which are difficult to manufacture with mechanical processing. These applications often require precise cylindrical bores and variable borehole diameters in the range of 150μπι to 2mm.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt (DE 1790128), bei dem eine Bohrung in Werkstoffe mit einer Anzahl von Laserimpulsen eingebracht wird, wobei die fokussierte Laserstrahlung um eine Drehachse rotiert. Damit sind Bohrungen zeitsparend und preisgünstiger als mit einem Koordinatentisch realisierbar. In dieser Anordnung wird die Laserstrahlung durch eine geneigte Planscheibe parallel verschoben und trifft danach auf eine Fokussierungslinse. Wenn die Strahlrichtung der Laserimpulse parallel zur Rotationsachse liegt, entstehen jedoch konische Löcher mit einem bestimmten materialabhängigen Konuswinkel. Unterhalb dieses Konuswinkels ist die Absorption der Laserstrahlung an der Bohrlochwand zu niedrig, um das Material in der Bohrlochwand bis zur Verdampfungstemperatur aufzuheizen. Durch eine nicht zentrische Lage der Laserstrahlung in der Fokussierungslinse kann eine Neigung des fokussieren Laserstrahls erreicht werden, womit dio Laserstrahlung die Rotationsachse vor oder auf der Substraiöberiiäche i.chneidet. Durch diese Neigung des Laserstrahls kann erreicht werden, daß die Bohrung zylindrisch wird. Wegen der nicht zentrischen Lage der Laserstrahlung in der Fokussierungslinse treten jedoch Abbildungsfehler bei der Strahlfokussierung auf, die die Bohrqualität beeinträchtigen, da die Qualität der Bohrung weitgehend durch die Laserstrahlgeometrie im Bohrloch bestimmt wird.It is a method and a device known (DE 1790128), in which a bore is introduced into materials with a number of laser pulses, wherein the focused laser radiation rotates about an axis of rotation. This makes drilling time-saving and cheaper than with a coordinate table feasible. In this arrangement, the laser radiation is displaced parallel by an inclined face plate and then impinges on a focusing lens. If the beam direction of the laser pulses is parallel to the axis of rotation, however, conical holes with a certain material-dependent cone angle arise. Below this cone angle, the absorption of the laser radiation at the borehole wall is too low to heat up the material in the borehole wall to the vaporization temperature. Due to a non-centric position of the laser radiation in the focusing lens, an inclination of the focusing laser beam can be achieved, whereby the laser radiation cuts the axis of rotation in front of or on the surface of the substrate. By this inclination of the laser beam can be achieved that the bore is cylindrical. Because of the non-centric position of the laser radiation in the focusing lens, however, aberrations occur in the beam focusing, which affect the quality of the drill, since the quality of the hole is largely determined by the laser beam geometry in the borehole.
Ziel dar ErfindungAim of the invention
Ziel der Erfindung ist die Herstellung von präzisen zylindrischen Bohrungen mittels Laserstrahlung bei gleichzeitiger Verringerung des Energieaufwandes.The aim of the invention is the production of precise cylindrical holes by means of laser radiation while reducing the energy consumption.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist eine rotierende Fokusäierungseinrichtung, die präzise zylindrische Bohrungen mit höherem Wirkungsgrad ermöglicht.The object of the invention is a rotating Fokusäierungseinrichtung that allows precise cylindrical holes with higher efficiency.
Die drehbare Strahlungsfokussiereinrichtung besteht aus einer Strahlablenkeinheit und einer Fokussierungseinheit. Die Strahlablenkeinheit ist erfindungsgemäß ein prismatischer strahlungsdurchlässiger Körper, im folgenden kurz Prisma genannt. Die strahlungsbrechenden Flächen des Prismas, die den Prismenwinkel bestimmen, sind gegen die Drehachse geneigt. Dicke des Prismas, Prismenwinkel und Abstand zur Fokussierungseinheit sind so dimensioniert, daß der Laserstrahl die Rotationsachse innerhalb der Fokuslänge der Fokussierungseinheit schneidet. Die Fokussierungseinheit ist im einfachsten Fall eine Fokussierungslinse, die sich zwischen dem Prisma und dem zu bearbeitenden Substrat befindet. Die Fokussierungslinse ist senkrecht zur Drehachse soweit verschoben, daß die Laserstrahlung durch das Zentrum der Fokussierungslinse geführt wird. . Außerdem ist die Fokussierungslinse um einen bestimmten Winkel gegen die Drehachse geneigt, so daß die schräg zur Rotationsachse laufende Laserstrahlung senkrecht auf die Linsenoberfläche t; äfft. Damit wird eine optimale Fokussierung erreicht. Prisma und Fokussierungslinse befinden sich in einem Rohr, das in einer Halterung befestigt ist. Die Fokussierungslinse ist mechanisch so mit dem Prisma verbunden, daß keine gegenseitige Verkippung oder Verdrehung möglich ist. Das Prisma ist jedoch parallel zur Drehachse gegen die Fokussierungslinse verschiebbar.The rotatable Strahlungsfokussiereinrichtung consists of a beam deflecting unit and a focusing unit. The beam deflection unit according to the invention is a prismatic radiation-transmissive body, called prism for short in the following. The refractive surfaces of the prism, which determine the prism angle, are inclined against the axis of rotation. The thickness of the prism, prism angle and distance to the focusing unit are dimensioned such that the laser beam intersects the axis of rotation within the focal length of the focusing unit. The focusing unit is in the simplest case a focusing lens, which is located between the prism and the substrate to be processed. The focusing lens is displaced so far perpendicular to the axis of rotation that the laser radiation is guided through the center of the focusing lens. , In addition, the focusing lens is inclined by a certain angle to the rotation axis, so that the oblique to the axis of rotation laser radiation perpendicular to the lens surface t; apes. This ensures optimal focusing. The prism and focusing lens are located in a tube which is mounted in a holder. The focusing lens is mechanically connected to the prism so that no mutual tilting or twisting is possible. However, the prism is displaceable parallel to the axis of rotation against the focusing lens.