DE1521323C3 - Verfahren zum Bohren von Löchern in miniaturisierten Gegenständen - Google Patents

Description

Millisekunde lieferte, und der Laserstrahl wurde auf einen Fleck von 25 μ bis 1,25 mm Durchmesser mittels einer Sammellinse von 4 cm Brennweite fokussiert.

Die maximale Durchmessergröße der Löcher ist abhängig von der Dicke des Werkstückes, dessen Material und der Energie des Laserstrahls. Es können Löcher von einem Durchmesser von 0,25 bis 0,75 mm hergestellt werden. Die hergestellten Löcher weisen auf Grund der konischen Form des fokussierten Laserstrahls einen kegelförmigen Verlauf auf. Bei einigen Arbeiten kann ein einziger Laserimpuls ausreichend sein, um den Bohrvorgang und das Beschichten der Bohrungswandung durch Verdampfung zu bewirken. Das Fokussieren des Strahls auf jedem Oberflächenpunkt des Werkstückes oder auf irgendeinen Punkt zwischen den Oberflächen kann leicht erreicht werden, da die Lage des Brennpunktes verändert werden kann, nachdem das Gerät, speziell das Linsensystem, einmal bezüglich der Lage des Brennpunktes geeicht wurde. Wo größere Energien benötigt werden, kann es erwünscht sein, Laserstrahlen zu verwenden, die eine Energie von etwa 7 bis 10 Joule liefern. Bei dem bisherigen Einsatz wurden Löcher bis etwa 0,25 mm Durchmesser in keramische Werkstücke von 1,5 mm Dicke hergestellt. Die auf den Lochwandungen abgeschiedenen Metallfilme gewährleisten die elektrische Leitfähigkeit zwischen gegenüberliegenden Oberflächen des keramischen Werkstücks. Der spezifische Widerstand der plattierten Filme lag in der Nähe von 1 bis 10 Ohm pro Flächeneinheit.

Ein weiter Bereich von Materialien kann für das Werkstück und das zu verdampfende Material gewählt werden. Im allgemeinen ist die am meisten erwünschte Kombination eine, bei der ein feuerfestes Material, wie z.B. Keramik für die Unterlage und ein Edelmetall, z.B. Gold, für das aufzudampfende Material verwendet wird. Im allgemeinen können die meisten Metalle mit wenigen Ausnahmen, von denen eine Arsen ist, als zu verdampfende Materialien benutzt werden. Werkstücke können außer aus Keramik auch aus Epoxyharzen, Halbleitern, Halbisolatoren und Glas bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Bohrung verdampft, daß sich verdampftes Material

Patentansprüche: auf den Lochwandungen als festhaftender Überzug

niederschlägt.

1. Verfahren zum Bohren von Löchern in mi- Vorteilhafterweise erfolgt die Durchführung des niaturisierten Gegenständen mittels Laserstrahlen 5 Verfahrens in einer Vakuumkammer oder in Gegen- und zum darauf folgenden Beschichten der Loch- wart eines chemisch inerten Gases. Die Impulsdauer wandungen mit einem anderen Material, da- des Ausgangsimpulses des Lasers ist einstellbar,
durch gekennzeichnet, daß die Rück- Das neue Verfahren findet vorzugsweise auf Geseite des zu durchbohrenden Gegenstandes mit genstände aus Keramik, Epoxydharzen, Halbleitereiner Schicht (4) des Materials versehen ist, mit io material oder Glas Anwendung, deren Rückseite mit dem die Lochwandungen beschichtet werden sol- . einem Edelmetall beschichtet ist.

len, und daß die den Gegenstand (3) von der In der Zeichnung ist eine Anordnung dargestellt,

Vorderseite her durchbohrende Laserstrahlung .. mittels derer ein auf seiner Rückseite beschichtetes

(1) bei Auftreffen auf die Schicht (4) diese im Werkstück gebohrt und die Lochwandungen mit dem

Bereich der Bohrung derart verdampft, daß sich 15 Schichtmaterial überzogen werden können,

verdampftes Material auf den Lochwandungen Nach der Zeichnung wird ein Laserstrahl 1 durch

als festhaftender Überzug niederschlägt. eine Fokussiervorrichtung 2, die eine Sammellinse 2 a

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- enthält, auf einem Werkstück 3 fokussiert, dessen kennzeichnet, daß seine Durchführung in einer Rückseite mit dem aufzudampfenden Material 4 be-Vakuumkammer erfolgt. 20 deckt ist, das innigen Kontakt mit dem Werkstück

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- aufweist. Das Werkstück ist auf einem Schlitten 5 bekennzeichnet, daß seine Durchführung in Gegen- festigt, der durch eine geeignete Verstellvorrichtung wart eines chemisch inerten Gases erfolgt. 5 a verschiebbar ist, um die Lage des Brennpunktes

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- zu verändern. Diese kann an einer geeigneten Eichdurch gekennzeichnet, daß der Laser im Impuls- 25 vorrichtung 6 beobachtet werden, die die Lage des betrieb arbeitet. Brennpunktes relativ zum Werkstück anzeigt. Der

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- Laserstrahl 1 wird von einem Rubinkristall 7 ausgekennzeichnet, daß die Impulsdauer der Aus- sandt, der sich mit einer Blitzlichtlampe 8 in einer regangsimpulse des Lasers veränderbar ist. flektierenden Kammer 9 befindet. Die Blitzlicht-

30 lampe 8 wird mit elektrischer Energie von einer Gruppe von Kondensatoren 11 über eine Spule 10

■ ·■■·■'.. _ und einen von Hand betätigten Schalter 12 und eine

Leitung 13 gespeist. Das Laden der Kondensatoren

11 wird durch eine geeignete Spannungsquelle 14

• :··.·.;■■. 35 von etwa 3 KV bewirkt. Die letztere ist über eine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren Vorrichtung 16, die das Laden der Kondensatoren

von Löchern in miniaturisierten Gegenständen mit- steuert und einen Widerstand 17 mit Masse verbun-

tels Laserstrahlen und zum darauffolgenden Be- den. Bei jeder Entladung der Kondensatoren erzeugt

schichten der Lochwandungen mit einem anderen der Rubinlaser während eines bestimmten Zeitinter-

Material. 40 valls einen Ausgangsstrahl.

Es ist bekannt, das Bohren von sehr kleinen Lö- Die Energie des Laserstrahles! wird durch die

ehern mittels eines Laserstrahles vorzunehmen (vgl. Sammellinse 2 α auf das Werkstück 3 fokussiert, wo-

die Ausführungen auf S. 17 des Aufsatzes »Laser durch dieses durchbohrt wird. Hierfür wird ein we-

und ihre Anwendungen« von O.Hintringer in sentlicher Teil der Strahlenergie verbraucht. Abhän-

der Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«,, 45 gig von der Dicke und dem Material des Werkstük-

82. Jahrgang, Heft 1, Januar 1965). kes werden ein oder mehrere Energieimpulse zur

Es ist auch bekannt, Materialien mittels Laser- Herstellung des Loches benötigt. Der restliche Teil

strahlen zu verdampfen (vgl. dazu die Veröffentli- des letzten. Energieimpulses trifft auf die Schicht 4

chung »Laser Development Work at Hughes Aircraft auf der Rückseite des Werkstückes und verdampft

Company« in der Zeitschrift »The Engineer«, 1963, 50 diese im Bohrungsbereich. Das verdampfte Material

S. 960 bis 962). kondensiert an der Lochwandung der Bohrung und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bildet dort einen festhaftenden, dünnen Film, der

verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art elektrisch leitend ist, wenn es das Material der

anzugeben, bei dem für das Bohren von Löchern in Schicht 4 ist. Die Lochwandungen erhalten auf

miniaturisierten Gegenständen, beispielsweise in Ke- 55 Grund der hohen Wärmewirkung der Laserstrahlung

ramiksubstraten zur Aufnahme monolithischer Halb- eine polierte Oberfläche, die eine feste Haftung des

Ieiterschaltungen, und das anschließende Beschichten darauf aufgedampften Filmes gewährleistet. Es wird

der Lochwandungen nicht mehr zwei getrennte Ver- angenommen, daß eine atomare Verbindung zwi-

fahrensschritte, sondern nur noch einer erforderlich sehen den Lochwandungen und dem darauf abge-

ist. 60 schiedenen Metallfilm entsteht, wobei sich die Bin-

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der ein- dung innerhalb der polierten Oberfläche auf eine gangs genannten Art gelöst, das dadurch gekenn- Tiefe von wenigen Atomlagen erstreckt. Hierbei entzeichnet ist, daß die Rückseite des zu durchbohren- steht ein Überzug (gegebenenfalls aus Metall), der jeden Gegenstandes mit einer Schicht des Materials der Form von Verschlechterung z. B. durch Rißbilversehen ist, mit dem die Lochwandungen beschich- 65 dung oder Abblättern widersteht,
tet werden sollen, und daß die den Gegenstand von Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Vorderseite her durchbohrende Laserstrahlung wurde ein impulsmäßig betriebener Rubinlaser bebei Auftreffen auf die Schicht diese im Bereich der nutzt, der etwa ein bis fünf Joule Energie in e[ner