Ein sächsisches Verbund-Projekt arbeitet daran, die Bearbeitung von Materialien via Elektronenstrahl auch für großflächige Mikrostrukturierungsaufgaben und Randschichtbehandlungen industriell breiter nutzbar zu machen.
Die Mikrobearbeitung, das heißt das präzise Schneiden, Abtragen, Fügen und Modifizieren mit Strukturgrößen im Mikrometermaßstab, spielt eine wichtige Rolle in Bereichen wie der Photovoltaik, der Medizintechnik oder im Maschinenbau. Beispielsweise werden Stents in der Medizintechnik im Mikrometermaßstab geschnitten, waferbasierte Solarzellen strukturiert und kontaktiert oder empfindliche Sensoren geschweißt. Ein gängiges Werkzeug für diese Bearbeitungsprozesse ist der Laser. Weniger bekannt und genutzt ist bislang hingegen das Werkzeug „Elektronenstrahl“. Aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften eignet sich der Elektronenstrahl sehr gut für Aufgabenstellungen in der Mikrobearbeitung und eröffnet hier neuartige Anwendungsmöglichkeiten. Im Vergleich zum Laser bietet er gerade für die Strukturierung optisch transparenter Schichten sowie tiefer liegender oder dicker Schichten ein großes Potenzial.
Seit vielen Jahren hat sich der Elektronenstrahl in der industriellen Fertigung als Werkzeug beispielsweise zum Schweißen, Schmelzen und Verdampfen von Metallen oder für die Materialanalyse etabliert. Im Projekt „Emicpro“ führen die Focus Electronics GmbH und das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP nun Grundlagenuntersuchungen durch, um das Potenzial des Elektronenstrahls für Mikrobearbeitungsprozesse für die Mikrosystemtechnik sowie die Oberflächen- und Dünnschichttechnik weiter zu erschließen.
Elektronen können mit einem Strahldurchmesser von 1 bis 100 μm kostengünstig und mit hoher Produktivität durch In-line-Verfahren Oberflächen bearbeiten. Ein großer Vorteil des Elektronenstrahls sei es, dass verschiedene Prozesse wie Strukturieren, Kontaktieren oder ähnliches mit einer einzelnen hochproduktiven Strahlquelle nur durch Änderung der Betriebsparameter möglich sind. Dies könne die Handhabung während des Prozessierens stark vereinfachen und Kosten senken, da nur noch eine Strahlquelle notwendig ist. Vorteilhaft sei zudem, dass Elektronenstrahlen eine große Eindringtiefe in das Werkstück besitzen, was eine präzise Bearbeitung von tiefer liegenden oder dicken Schichten ermögliche.
Das Verfahren kommt ohne mechanische Ablenksysteme und ohne verschmutzungsanfällige optische Linsen oder Spiegel aus. Die nahezu trägheitsfreie elektromagnetische Ablenkbarkeit des Elektronenstrahls ermögliche eine hohe Schreibgeschwindigkeit und somit die gewünschte Produktivität sowie eine gute Prozessreproduzierbarkeit, heißt es weiter. Im Projekt „Emicpro“ ist geplant, eine Elektronenstrahl-Mikrobearbeitungsstation in eine Vakuum-In-line-Beschichtungsanlage zu integrieren und neue Strahlquellenkonzepte und ihre Steuerung zu untersuchen. Das Projekt zielt zudem auf die Entwicklung einer Elektronenstrahlquelle für die Mikrobearbeitung ab.
Weitere Informationen: www.fep.fraunhofer.de
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