Im Vakuum können Kleber ausgasen und die Linsen in Mikroskop oder Kamera verschmutzen. Dieses Problem tritt nicht auf, wenn die Linsen gelötet sind. Ein automatisierbares Verfahren dafür haben Forscher in Jena entwickelt.
Linsen und Prismen in Kameras und Mikroskopen werden bisher zumeist geklebt. Beim Einsatz im Vakuum kann das zu Problemen führen, wenn nämlich die Klebstoffe ausgasen, sich die entwichenen Moleküle auf den Linsen ablagern und deren optische Eigenschaften verändern. Bei hohen Temperaturen oder im Umfeld von Lasern mit UV-Strahlung wiederum können Klebstoffe weich oder spröde werden, so dass die optischen Komponenten um einige Mikrometer verrutschen.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena haben nun gemeinsam mit Ingenieuren von Pac Tech GmbH in Nauen eine Alternative entwickelt. „Wir löten die optischen Komponenten, statt sie zu verkleben“, sagt Dr.-Ing. Erik Beckert, Gruppenleiter am IOF. Die Vorteile: Das Lot ist temperatur- und strahlungsstabil und leitet darüber hinaus Wärme und Strom. Eine Herausforderung war es allerdings, das Lot genauso flexibel wie Klebstoff auf die Linsen aufbringen zu können. Dafür haben die Forscher das Verfahren des Solder bumping aus der Elektronikfertigung angepasst.
In einem Dosierkopf befinden sich kleine Lotkugeln. Sie rutschen einzeln in einen Trichter, wo ein Laserstrahl sie erhitzt und verflüssigt. Durch einen Stickstoff-Druckimpuls werden die flüssigen Lottropfen dorthin geschossen, wo sie die Optiken befestigen sollen. Auf der Linse kühlt das Lot innerhalb weniger Millisekunden ab und verfestigt sich.
Das Verfahren ist nach Angaben der Jenaer automatisierbar und sehr flexibel. „Wir können das Lot nach unten, aber auch in verschiedenen Winkeln applizieren und an Stellen aufbringen, die schwer zugänglich sind“, sagt Beckert. Solder bumping soll auch wesentlich schneller sein als das Kleben: Das Aufbringen des Klebstoffs dauert mit dem Aushärten 10 bis 30 s. Mit der Löttechnik sei der komplette Vorgang in weniger als 1 s abgeschlossen.
Damit das Lot auf den Glaslinsen hält, müssen sie allerdings vorher metallisiert werden, etwa in einem Sputterprozess, der sich auch im großen Maßstab durchführen lässt. Eine weitere Besonderheit des Solder bumping ist, dass es anders als andere Lötverfahren ohne Flussmittel auskommt. Dieses sorgt üblicherweise dafür, dass das Lot das Metall gut benetzt. Im Vakuum würden die Reste dieses Flussmittels jedoch ausgasen – ähnlich wie die Klebstoffe. Die Optik müsste also vor dem Einsatz aufwändig gereinigt werden. „Dies entfällt bei der flussmittelfreien Variante“, sagt Beckert. In etwa ein bis zwei Jahren soll das System in der Produktion einsatzbereit sein. op
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