Mikrostrukturierung

Unser Leistungsangebot

Aufgrund des geringen Wärmeeintrags in das Werkstück und der hohen Strahlqualität werden  gepulste, insbesondere ultrakurz gepulste Laserstrahlung verwendet, um hochpräzise funktionelle Mikro- und Nanostrukturen erzeugen. Diese besonders schonende Art der subtraktiven  Lasermaterialbearbeitung lässt sich für Prozesse wie dem Strukturieren, Abtragen, Bohren, Schneiden oder dem selektiven Dünnschichtabtragen nutzen. Die Anwendungen dieser Prozesse kommen aus verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Feinmechanik, Elektronik, Displaytechnik, Verbrauchermarkt sowie Medizin- und Energietechnik. Für Anwender aus diesen Bereichen ist das Fraunhofer ILT ein anwendungsorientierter Entwicklungspartner, der neue Prozesse, Verfahren und Systemtechnik kundenspezifisch entwickelt.

Die Entwicklungen der letzten Jahre haben Ultrakurzpulslaser mit mittleren Leistungen im Multi-hundert Watt Bereich hervorgebracht. Um diese großen Leistungen effizient in Abtragprozessen umsetzen zu können und damit die Produktivität der Verfahren zu steigern, bedarf es neuer Ansätze, bei denen der Laserstrahl entweder auf mehrere Teilstrahlen aufgeteilt oder mit hoher Geschwindigkeit abgelenkt wird. Beispielsweise kann mit diffraktiven optischen Elementen eine parallelisierte Multistrahlbearbeitung mit höchster Präzision realisiert werden. So können für Anwendungen in der Filter- und Siebtechnik oder für Beschichtungsmasken Bohrprozesse mit Bohrraten bis 10.000 Bohrungen/s mit sub-µm-Präzision umgesetzt werden. Neben der Parallelisierung von Prozessen werden auch maßgeschneiderte Strahlformungskonzepte entwickelt, die insbesondere für die effiziente Bearbeitung dielektrischer Materialien wie Glas, Saphir und anderer schwer bearbeitbarer Werkstoffe wie Keramiken, Halbleiter und heterogenen Schichtsystemen notwendig sind.

Das Leistungsspektrum des Fraunhofer ILT umfasst die gesamte Wertschöpfungskette von Prozessentwicklung über die Auslegung und Umsetzung neuer Systemkomponenten bis hin zum Aufbau von Anlagenkonzepten  für die jeweiligen spezifischen Kundenanforderungen. Das Leistungsangebot umfasst marktnahe FuE-Dienstleistungen zu Mikro- und Nanostrukturierung, Markt-und Machbarkeitsstudien, Unterstützung in den Bereichen Design und Simulation sowie umfassende Beratung.

Mikrostrukturierte Metalloberfläche.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Mikrostrukturierte Metalloberfläche.

Abtragprozess von Dünnglas.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Abtragprozess von Dünnglas.

Anordnung von Mikrolöchern in Dünnglas.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Anordnung von Mikrolöchern in Dünnglas.

Laserstrahlabtragen

  • Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen
  • Herstellung von funktionalen Oberflächen
  • Selektiver Abtrag von dünnen Schichten
  • Strukturgrößen < 10 μm bei Oberflächengenauigkeiten < 200 nm

Laserstrahlfeinschneiden

  • Hochgeschwindigkeits-Feinschneiden mit Schnittbreiten < 20 µm
  • 3D-Anwendungen
  • Remote-Feinschneiden

Nanostrukturierung

  • Herstellung von periodischen Oberflächenstrukturen durch Mehrstrahl-Interferenz
  • Strukturgrößen im Bereich von 100 nm - 500 nm

Laserstrahlbohren

  • Präzisionsbohren mit Ø > 30 μm bei Bohrtiefen bis zu 2 mm
  • Hochratebohren mit bis zu 5.000 Bohrungen/ s
  • Mikrobohren mit Bohrdurchmessern < 1 µm

Hybride Verfahren zur Mikrostrukturierung

  • Verwendung einer prozessbegleitenden selektiven Laserheizung zur Veränderung der Materialeigenschaften
  • Replikative Erzeugung von Mikro- und Nanostrukturen durch laserunterstütztes Heißprägen

Broschüren

Unsere Broschüren vermitteln einen schnellen Einblick in unser Leistungsangebot »Mikrostrukturierung«. Detaillierte Informationen und einzelne Projektergebnisse finden Sie auch im Reiter »Projektergebnisse«.

 

»Bohren mit Laserstrahlung«

 

»Laserabtrag für die Dünnschicht-Strukturierung«

 

»Mikro- und Nanostrukturierung mit Laserstrahlung«

 

»Laserprozesse für die effiziente Herstellung von Energiespeichern«

 

»Mikrofügen mit Laserstrahlung«

 

»Laserbasierte Kontaktierung von Batterien und Leistungselektronik«

»Laser in der Kunststofftechnik«

»Laser in der Photovoltaik«

»Applikationszentrum Laserstrukturierung für den Werkzeug- und Formenbau«

Flyer

Hier finden Sie nähere Informationen zu Prozessen, Komponenten und Systemen, die unsere Wissenschaftler im Leistungsangebot »Mikrostrukturierung« entwickeln.

Branchen

Lasertechnik trägt in unterschiedlichen Branchen zur Lösung anspruchsvoller Aufgabenstellungen bei. Ob als Werkzeug in der Automobilfertigung, als Messmittel im Umweltbereich, als Diagnose- oder Therapieinstrument in der Medizintechnik oder als Kommunikationsmedium in der Raumfahrttechnik, der Laser bietet vielfache Einsatzmöglichkeiten mit hoher Produktivität und hoher Effizienz.

Auf den Branchen-Webseiten finden Sie weitere Informationen und eine Auswahl aus unserem Angebot.

Projektergebnisse

Hier finden Sie eine Auswahl von freigegebenen Projektergebnissen (Jahresberichtsbeiträge) aus dem Leistungsangebot »Mikrostrukturierung« der letzten Jahre als PDF-Downloads. Sie suchen weitergehende Informationen? Nehmen Sie einfach Kontakt mit uns auf – Unsere Ansprechpartner stehen Ihnen gerne für Fragen und Gespräche zur Verfügung.

Publikationen

Kalupka C., Schmalstieg, M., Reininghaus, M.:
Ultrashort Pulse Processing of Transparent Ceramics: The Role of Electronic and Thermal Damage Mechanisms.
J LASER MICRO NANOEN 13 (2), 126-130 (2018)

Gretzki, P., Gillner, A.:
Programmable diffractive optic for multi-beam processing: applications and limitations.
SPIE Nanoscience + Engineering, Aug. 25 2017,  San Diego, California. Proc. of SPIE 10347, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XIV, 103470V (13 S.) (2017)

Großmann, D., Reininghaus, M., Kalupka, C., Jenne, M., Kumkar, M.:
In-situ microscopy of front and rear side ablation processes in alkali aluminosilicate glass using ultra short pulsed laser radiation.
OPTICS EXPRESS 25 (23), 28478- (11 S.) (2017)

Temmler, A., Küpper, M., Walochnik, M.A., Lanfermann, A., Schmickler, T.,  Bach, A., Greifenberg, T.,  Oreshkin, O., Willenborg, E., Wissenbach, K., Poprawe, R.:
Surface structuring by laser remelting of metals.
JLA 29, 012015 (12 S.) (2017)

Boehr, S., Nolis, P., Brenner, A., Reininghaus, M., Lamß, M., Müller, B.:
Laserbasierte Fertigungstechniken und additive Fertigung.
Galvanotechnik 108, 1672-1677 (6 S.) (2017)

Knapp, W., Gillet, V., Courant, B., Aubignat, E., Costil, S., Langlade, C.:
Enhancement of low pressure cold sprayed copper coating adhesion by laser texturing on aluminium substrates
Proc. SPIE 10097, 100970P (13 S.) (2017)

Kalupka, C., Großmann, D., Reininghaus, M.:
Evolution of energy deposition during glass cutting with pulsed femtosecond laser radiation
Appl. Phys. A 123(5), 376 (7 S.) (2017)

Carstens, H., Högner, M., Saule, T., Holzberger, S., Lilienfein, N., Guggenmos, A, Jocher, C., Eidam, T., Esser, D., Tosa, V. , Pervak, V., Limpert, J., Tünnermann, A., Kleineberg, U., Krausz, F., Pupeza, I.:
High-harmonic generation at 250  MHz with photon energies exceeding 100  eV.
Optica 3 (4), 366-369 (2016)

Blattmann, V., Trusheim, D.:
Hybrid laser-etching-process for wafer texturing
Energy Procedia 77, 766-773 (2015)

Finger, J., Kalupka C., Reininghaus, M.:
High power ultra-short pulse laser ablation of IN718 using high repetition rates
J. Materials Processing Technol. 226 (Dec.), 221-227 (2015)

Fornaroli, C., Holtkamp, J., Gillner, A.:
Dicing of thin silicon wafers with ultra-short pulsed lasers in the range from 200 fs up to 10 ps
J. Laser Micro/Nanoeng. 10 (2), 229-233 (2015)

Oreshkin, O., Küpper, M., Temmler, A., Willenborg, E.:
Active reduction of waviness through processing with modulated laser power
Journal of Laser Applications 27 (2), 22004 (7 S.) (2015)

Reininghaus, M., Ivanov, D., Maß, T.W.W., Eckert, S., Juschkin, L., Garcia, M. E., Taubner, T., Poprawe, R.,
Nanophotonic applications of fs-laser radiation induced nanostructures and their theoretical description
Optically Induced Nanostructures. Hrsg. v. König, Karsten / Ostendorf, Andreas. Berlin: De Gruyter, 25-46 (2015)

Mincuzzi, G., Vesce, L., Schulz-Ruhtenberg, M., Gehlen, E., Reale, A., Di Carlo, A., Brown, T. M.:
Taking temperature processing out of dye-sensitized solar cell fabrication: Fully laser-manufactured devices
Adv. Energy Mat. 4, 1400421 (8 S.) (2014)

Temmler, A., Walochnik, M. A., Willenborg, E., Wissenbach, K.:
Surface structuring by remelting of titanium alloy TI6AL4V
In: Proceedings 33rd ICALEO International Congress on Applications of Lasers & Electro–Optics, October 19-23, 2014, San Diego, CA, USA
Paper ID 1401, ISBN 9781940168029 (10 S.) (2014)

Zibner, F., Ryll, J., Holtkamp, J., Gillner, A.:
High precision 2.5D laser cutting of thin nitinol and polyurethane for medical applications
ICALEO, 32th International Congress on Applications of Lasers&  Electro-Optics : October 6-10, 2013, Miama/Fl., USA., M4154 (6 S.) (2013)

Eppelt, Urs:
Elektronenschauer im Glas
Laser Community, 2/2012, pp. 24-25 (2012)

Eppelt, U., Russ, S., Hartmann, C., Sun, M., Siebert, C., Schulz, W.:
Diagnostic and Simulation of PS-Laser Cutting
Proc. of the 31st Int. Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, ICALEO September 23-27, 2012, Anaheim, CA, USA, Paper M504, (10 S.) (2012)

Hambach, N., Hartmann, C., Holtkamp, J., Gillner, A.:
Stability limits of laser drilled hole arrays on large areas
J. Laser Appl. 24 (3), (5 S.) (2012)

Michaeli, W., Eilbracht, S., Scharf, M., Hartmann, C., Bobzin, K., Bagcivan, N., Theiß, S.:
Application of variothermal heating concepts for the production of microstructured films using the extrusion embossing process 
J. Polymer Eng. 32, 95-101 (2012)

Mincuzzi, G., Schulz-Ruhtenberg, M., Vesce, L., Reale, A., Di Carlo, A., Gillner, A., Brown, T.:
Laser processing of TiO2 films for dye solar cells: a thermal, sintering, throughput and embodied energy investigation 
Progress in Photovoltaics: Research and Applications
Wiley Online Library (2012)
DOI: 10.1002/pip.2261

Mincuzzi, G., Zardetto, V., Vesce, L., Schulz-Ruhtenberg, M., Gillner, A., Reale, A., di Carlo, A., Brown, T.:
Raster scanning laser and UV processing of nanocrystalline TiO2 films for sintering in dye solar cells: Device performance, throughput and embodied energy
MRS Online Proceedings Library 1447, (6 S.) (2012)

Schaefer, M., Schulz-Ruhtenberg, M., Holtkamp, J., Gillner, A,:
Comparison of laser ablation of transparent conductive materials on flexible and rigid substrates
Proc. LOPE-C, Munich, 39-43 (2012)

Sun, M., Eppelt, U., Russe, S., Hartmann, C., Siebert, C., Zhua, J., Schulz:
Laser ablation mechanism of transparent dielectrics with picosecond laser pulses 
Proc. SPIE 8530, (9 S.) (2012)

Wu, S., Huang, J., Beckemper, S., Gillner, A., Wang, K., Bubeck, C.:
Block polymer supramolecular assemblies hierarchically structured by three-beam interference laser ablation
J. Mat. Chem. 22 (11), 4989-4995 (2012)

Beckemper, S., Huang, J., Gillner, A., Wang, K.:
Generation of periodic micro- and nano-structures by parameter-controlled three-beam laser interference technique 
J. Laser Micro/Nanoeng. 6 (1), 49-53, (2011)

Bobzin, K., Bagcivan, N., Gillner, A., Hartmann, C., Holtkamp, J., Michaeli, W., Klaiber, F., Schöngart, M., Theiß, S.:
Injection molding of products with functional surfaces by micro-structured, PVD coated injection molds 
Prod. Eng. 5 (4), 415-422, (2011)

Bobzin, K., Bagcivan, N., Theiß, S., Hartmann, C., Holtkamp, J., Gillner, A., Michaeli, W., Hopmann, C., Eilbracht, S., Schöngart, M., Scharf, M.:
Manufacturing of micro-structured parts for mass production purposes 
Proc. of the Int. Symp. on Assembly and Manufacturing ISAM 2011, 25.5.-27.5. 2011, Tampere, Finland. (8 S.) (2011)
ISBN 978-1-61284-343-8 (digital)

Bobzin, K., Bagcivan, N., Ewering, M., Gillner, A., Beckemper, S., Hartmann, C., Theiß, S.:
Nano structured physical vapor deposited coatings by means of picosecond laser radiation 
J. Nanosci. Nanotechnol. 11, (7 S.) (2011)

Bobzin, K., Bührig-Polaczek, A., Michaeli, W., Poprawe, R., Bagcivan, N., Beckemper, S., Eilbracht, S., Gillner, A., Hartmann, C., Holtkamp, J., Ivanov, T., Klaiber, F., Scharf, M., Schöngart, M., Theiß, S.:
Verkürzung von Prozessketten zur Herstellung von Bauteilen mit funktionalen Oberflächen mit Mikro-und Nanostrukturen 
In: Brecher, C. (Hrsg.): Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer, 672-734, (2011)

Hambach, N., Hartmann, C., Holtkamp, J., Gillner, A.:
Stability limits of laser drilled hole arrays on large areas. 
ICALEO. 30. Int. Congr. on Applications of Lasers and Electro-Optics, October 23-27, 2011. M50, 895-899, (2011)

Holtkamp, J., Hartmann, C., Gillner, A., Beckemper, S., Dohrn, A., Eifel, S.: Mikrostrukturieren mit Zukunft
Laser Technik J. 8 (2), 37-40, (2011)

Ivanov, T., Bührig-Polaczek, A., Vroomen, U., Hartmann, C., Holtkamp, J., Gillner, A., Bobzin, K., Bagcivan, N., Theiss, S.:
Investment casting of surfaces with microholes and their possible applications 
Light Metals 2011. Proc. of the technical sessions presented by the TMS Aluminum Committee at the TMS 2011 Annual Meeting & Exhibition. Warrendale, Pe.: TMS, Minerals, Metals & Materials Society. Chichester: Wiley, 705-709, (2011)

Ivanov, T., Bührig-Polaczek, A., Vroomen, U., Hartmann, C., Holtkamp, J., Gillner, A., Bobzin, K., Bagcivan, N., Theiss, S.:
Replication of specifially microstructured surfaces in A356-alloy via lost wax investment casting
J. Micromech. Microeng. 21, 85026-85026, (2011)

Michaeli, W., Schöngart, M., Klaiber, F., Beckemper, S.:
Production of superhydrophobic surfaces using a one-step variothermal injection moulding process
Micro Nanosystems 3, 222-225, (2011)

Schaefer, M., Holtkamp, J., Gillner, A.:
Ablation of PEDOT/PSS with excimer lasers for micro structuring of organic electronic devices
Synth. Met. 161, 1051-1057, (2011)

Schaefer, M., Esser, A., Holtkamp, J., Gillner, A.:
Laser ablation of transparent conducting materials for organic electronics 
Proc. of Large-Area, Organic and Polymer Electronics Convention 2011 (LOPE-C 11), June 2011, Frankfurt/M. Frankfurt/M.: Organics Electronics Association, 159-163, (2011)

Schulz-Ruhtenberg, M., Trusheim, D., Das, J., Krantz, S., Wieduwilt, J:
Influence of pulse duration in picosecond laser ablation of silicon nitride layers 
Energy Proced. 8, 614-619, (2011)

Schulz-Ruhtenberg, M., Häberle, A., Russell, A., Hernández, J. L., Krantz, S.:
Influence of the pulse width for visible pulsed laser doping for crystalline solar cells using phosphosilicate glass 
J. Laser Micro/Nanoeng. 6 (1), 64-68, (2011)

Sedao, X., Sarnet, T., Hernandez, J. L., Schulz-Ruhtenberg, M., Krantz, S.:
Edge isolation using ultra-short pulse laser materials with a top-hat beam profile 
Adv. Mat. Res. 321, 234-239, (2011)

Trusheim, D., Schulz-Ruhtenberg, M., Baier, T., Krantz, S., Bauer, D., Das, J.:
Investigation of the influence of pulse duration in laser processes for solar cells 
Phys. Proc.12, 278-285, (2011)

Gillner, A.:
Laser micro-structuring 
In: YI Qin: Micromanufacturing Engineering and Technology, Norwich, N.Y.: W. Andrew Publ. 2010. pp. 59-67.
ISBN 978-0-8155-1545-6

Huang, J., Wu, S., Beckemper, Gillner, A.
All-optical fabrications of ellipsoidal caps on azobenzene functional polymers
Opt. Lett. 35 (16), 2711-2713, (2010)

Schaefer, M., Jacobs, P., Bauer, D., Moll, D., Gillner, A.:
Investigation and development of a molding process for the production of micro-hairs 
Int. J. Adv. Manuf. Technol. 51, 935-944, (2010)

Schulz-Ruhtenberg, M., Haeberle, A., Russell, R., Hernández, J.L., Krantz, S.:
Quest for the ideal laser for an industrial laser doping process for crystalline solar cells
LPM 2010 - 11th International Symposium on Laser Precision Microfabrication, Stuttgart, (5 S.) (2010)

Schulz-Ruhtenberg, M., Hernandez, J. L., Prajapati, V., Bleidiessel, R., Morilla, C., Larmanda, Y., Vervisch, V., Sarnet, T., Olowinsky, A.:
Direct laser doping for high-efficiency solar cells
ICALEO 2009, 28th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, (4 S.) (2009)

Temmler, A., Willenborg, E., Pirch, N., Wissenbach, K.:
Structuring by remelting
Proc. of the 5th Int. WLT Conf. on Lasers in Manufacturing 2009, Munich, June 15th - 18th, 2009. Ed. by A. Ostendorf [u.a.] Stuttgart: AT-Fachverlag, pp. 403-407, (2009)

Poprawe, R., Gillner, A., Hoffmann, D., Gottmann, J., Wawers, W., Schulz, W.:
High speed high precision ablation from ms to fs
Proc. SPIE 7005, (12 S.) (2008)

Gillner, A.
Laser micro processing
Laser Technik J. 5, 27-30, (2008)

Wortmann, D., Gottmann, J., Brandt, N., Horn-Solle, H.:
Micro- and nanostructures inside sapphire by fs-laser irradiation and selective etching
Opt. Expr. 16 (3), 1517-1522, (2008)