Laser sichert die Produktion von morgen

Aufgrund seiner einzigartigen physikalischen Eigenschaften wird die industrielle Produktion im 21. Jahrhundert durch den Laser neu definiert werden, denn »kein anderes Werkzeug lässt sich zeitlich und räumlich schneller und präziser steuern als das Licht«, sagt Prof. Dr. Reinhard Poprawe, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lastertechnik.

Das ILT wartet mit einer Reihe an Auftragsforschungs- und Entwicklungsprojekten im Bereich der Fertigungstechnik mit Lasern auf. Eines davon ist das Laserstrahllöten von Gläsern mittels Glaslot, das die Gesamterwärmung der zu fügenden Bauteile deutlich minimiert.

Für das hermetische Versiegeln von Glaskomponenten bzw. in Anwendungsfällen, in denen gleichzeitig eine elektrische Isolation nötig ist, setzt man heute vielfach Glaslote ein, die typischerweise bei Temperaturen oberhalb von 500 °C verarbeitet werden. Da Haltbarkeit und mechanische Belastbarkeit einer Glaslötverbindung von den auftretenden Spannungen abhängig sind, durchlaufen die meisten Fügeprozesse ein Temeratur-Zeit-Profil, was jedoch für die gesamte Baugruppe eine hohe Temperaturbelastung bedeutet. Für viele Anwendungen z. B. zur Verkappselung von Mikrosensoren bzw. Mikroaktuatoren sind diese erforderlichen Prozesstemperaturen zu hoch, so dass einzelne Komponenten bereits durch Diffusionsprozesse geschädigt werden.

Weniger thermische Belastung

Das Laserstrahllöten mittels Glaslot bringt die zum Verbinden notwendige Energie konzentriert und räumlich begrenzt in die Fügezone ein und minimiert somit die Gesamterwärmung. Die zum Aufschnmelzen, Benetzen und Verbinden der Fügeteile notwendige Energie basiert auf Absorption der beaufschlagten Laserstahlung im Glaslot. Die lokale Energieeinbringung ist zeitlich und geometrisch so einzubringen und einzustellen, dass die für ein ausreichendes Fließen und Benetzen erforderliche Viskosität im Glaslot erreicht und ein Abdampfen von Glaslotbestandteilen vermieden wird.

Mit einer thermisch optimierten Verfahrensstrategie lässt sich die Überhitzung des Bauteils vermeiden. In der Fügezone erreicht man auf diese Weise eine gleichmäßige Erwärmung, Aufschmelzung und Verbindungsbildung des Glaslotes. Hohe Temperaturgradienten lassen sich dadurch vermeiden, das Ergebnis ist eine homogene, riss- und blasenfreie Verlötung.

Mögliche Anwendungsfelder dieses Verfahrens sind beispielsweise der Verschluss von Mikrosensoren bzw. Mikroaktuatoren, die Verkapselung von organischen Leuchtmitteln oder die Fertigung von Flüssigkristall-Displays.