DD216837A1

DD216837A1 - MELTING ABSORBENT PARTICLES IN TRANSPARENT SUBSTANCES

Info

Publication number: DD216837A1
Application number: DD25192483A
Authority: DD
Inventors: Bernd Laemmel; Gerhard Zscherpe; Ljubomir Lasow
Original assignee: Mittweida Ing Hochschule
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1984-12-19

Abstract

Mit Hilfe des Verfahrens wird das Einschmelzen einer absorbierenden Schicht in ein schwach absorbierendes bzw. transparentes Substrat mittels Laser geeigneter Wellenlänge garantiert. Eine Mehrschichtkombination wird nicht ausgeschlossen. Die eingeschriebene Struktur wird dadurch sichtbar, dass die mit Laser bestrahlten Zonen nach Behandlung mit einem geeigneten Lösungsmittel beeinflusst bleiben, während die unbestrahlten Zonen abgetragen werden. Das Verfahren lässt sich auch dann zur Anwendung bringen, wenn eine transparente oder schwach absorbierende Schicht, die auf einem stark absorbierenden Substrat aufgebracht wurde, mit dem Laser geeigneter Wellenlänge bestrahlt wird. In jedem Fall müssen die thermischen Eigenschaften von Schicht und Substrat miteinander vergleichbar sein (Schmelzpunkt, Schmelz-, Verdampfungswärme), um ein optimales Vermischen von Schicht und Substrat zu garantieren und ein vorzeitiges Verdampfen von Schicht oder Substrat (explosionsartiger Abtrag) zu verhindern.With the aid of the method, the melting of an absorbing layer into a weakly absorbing or transparent substrate is guaranteed by means of lasers of suitable wavelength. A multi-layer combination is not excluded. The inscribed structure is visualized by the fact that the laser-irradiated zones remain affected after treatment with a suitable solvent, while the unexposed zones are removed. The method can also be used when a transparent or weakly absorbing layer which has been applied to a strongly absorbing substrate is irradiated with the laser of suitable wavelength. In any case, the thermal properties of the layer and the substrate must be comparable (melting point, melting and heat of vaporization) in order to guarantee optimal mixing of the layer and the substrate and to prevent premature evaporation of the layer or substrate (explosive removal).

Description

— · '/ ι- · '/ ι

Linschiaelzen von, absorbierenden Teilchen in transoarerrseLinschiaelzen of, absorbing particles in transoarerrse

Anwendungsgebiet üer ErfindungField of application of invention

.Die Erfindung betrii'fö ein Verfahren,' bei dem rn.lv Hilfe von Le^serstranlen stark absorbierende teilchen in öransparen'ce Sö.offe eingeschmolzen werden können.The invention relates to a process in which the particles which are strongly absorbent can be melted into oil-sparing substances by means of the aid of leather strands.

Di',9 erfindungsgeinäSe .Lösung kann für das Binsenreiben von Lei öungsstruteiuren und von Xontiakt;stellen in isolierende Sübsura-cmaoeriaiien (3. 3. Quarzglas, Sapair) bzw. zwischen Mehrschichtebenen und zum Beschriften von "cransparenten LIate'rialien (z. 3. Glas) angewendet werden.The solution according to the invention can be used for printing inlets of xenografts and Xontiakt in insulating suberura cmaoeriaiien (3rd quartz glass, Sapair) or between multi-layered layers and for labeling "transparent" materials (eg Glass).

Cnaralcöeristilc der beicannren "cecQniscaen LösungenCnaralcöeristilc the beicannren "cecQniscaen solutions

Ls ist beicannt, da3 folgende Verfahren zum Einbringen von . Strukturen in verschiedenste LIaterialien mittels Laser geeignet sind. . -' -.'Ls is mentioned, the following procedures for introducing. Structures in various LIaterialien are suitable by laser. , - '-.'

(1) Die '»/ellenlange des Lasers ist auf denr./erkstoff so abgestimmt, daß eine direkte Wechselwirkung garantiert wird.(1) The length of the laser is tuned to the material so that a direct interaction is guaranteed.

In diesem Zusammenhang gehört zum Stand.der 'Technik das Einschreiben von Informationen in stark absorbierendeIn this context, state of the art technology involves writing information into highly absorbent ones

· ' Stoffe mittels Laserstrahl. Strahl-und Objekt werden mittels. Gomputersteuerung relativ zueinander bewegt.· 'Fabrics by means of laser beam. Beam and object are using. Computer control moves relative to each other.

In /1/ wird' ein/Verfahren beschrieben, das mit Hilfe . eines modulierten Laserstrahles einen Materialabtrag zur Urzeugung einer Struktur beschreibt. Sin Modulationssignal steuert .die Polarisationsrichtung eines Laserstrahles·, und der polarisierte Strahl wird durch einen Polarisationsanalysator auf eine ?okussierlinse'geführt. Mate- ' ' , rial:wird nur an solchen Punkten abgetragen, wo die Lei-.stungsfIu3dichte des Lasers oberhalb der Abtragsschweile liegt. .. ' . ' -'..· .. .In / 1 / a method is described using the. a modulated laser beam describes a material removal for spontaneous generation of a structure. The modulation signal controls the polarization direction of a laser beam, and the polarized beam is guided by a polarization analyzer onto a "focusing lens". Mate- '' , rial: is only removed at points where the laser power density of the laser is above the erosion. .. '. '-' .. · ...

(2).Durch Verdampfen von Material mittels Laser werden Strukturen auf verschiedenste Substratmate.rialien aufgebracht..(2) .With the evaporation of material by means of laser structures are applied to a wide variety of Substratmate.rialien ..

/2/ beschreibt eine Abgleichmethode, bei der-Material nicht nur abgetragen, sondern auch aufgebracht werden kann. Das Verfahren besteht 'darin, daß der Laser auf eine dünne Metallfolie fokussiert wird, die sich direkt über dem betreffenden Bauelement befindet und verdampft wird./ 2 / describes a balancing method in which material can not only be removed, but also applied. The method consists in focusing the laser on a thin metal foil which is directly above the device in question and is evaporated.

.- Ein ähnliches Verfahren .zur Erzeugung definierter Strukturen in einem Schritt wird mit /3/ patentiert. In einem Abstand vdn,.ca. 50/im wird^;über dem zu verdampfenden Substrat ein weiteres angebracht. Dieses Substrat- trägt, einen Metallfilm, der demiunteren zugewandt ist. Der'La-• serstrahl wird'auf dem. Metallfilm fokussiert. Die ent-*' stehende Dampfwolke- schlägt sich-je nach Bewegungsri.cb-_ 'tung- in der gewünschten .Leiterbahnform nieder.A similar process for producing defined structures in one step is patented with / 3 /. At a distance vdn, .ca. 50 / im will ^; Another attached over the substrate to be evaporated. This substrate carries a metal film that faces demiunteren. The 'laser beam' is on the. Metal film focused. Depending on the movement direction, the corresponding cloud of vapor strikes down in the desired conductor track shape.

Die Wechselwirkung des Laserstrahles mit d.em Material findet in einer Gasatmosphäre statt.The interaction of the laser beam with the material takes place in a gas atmosphere.

In; /A/ .wird ein Erfindungsanspruch formuliert, mit dem d'ie Erzeugung definierter Strukturen durch die G-asum-- , strömung .eines Substrates erreicht wird. Anstelle des G-ases kann auch eine Lösung benutzt werden, die an jenen Stellen zersetzt wird, die durch den Laser aufge- ·In; A claim is formulated which achieves the creation of defined structures by the flow of a substrate. Instead of the G-ases, it is also possible to use a solution which is decomposed in those places which are opened by the laser.

heizt wurden. In beiden Fällen-bildet sich ein metallischer Niederschlag. Sin Arbeiten unter Vakuum ist nicht erforderlich· Als Trägergase kommen u.-a.- Metall-Carbönyle, -Asetyl^ -Azetonate und -Alkyle zur Anwendung.were heated. In both cases, a metallic precipitate forms. It is not necessary to work under vacuum. The carrier gases used are, inter alia, metal-carbonyls, -alkyl-acetates and -alkyls.

(4). Durch die Anwendung eines Musters zwischen Laserstrahl und Werkstoff wird in.einem Schritt die gewünschte Struktur im Material erzeugt. . (4). By applying a pattern between the laser beam and the material, the desired structure is created in the material in one step. ,

Eine Strahlformung wird in /5/ durch ein Dia oder Hologramm vorgenommen. Das Dia,bzw. Hologramm wird mitdem Laserstrahl ausgeleuchtet und auf das zu bearbeitende ,Material projiziert. . ."' Beam shaping is done in / 5 / by a slide or hologram. The slide, resp. Hologram is illuminated with the laser beam and projected onto the material to be processed. , . " '

Sine auf dem gleichen Verfahren beruhende Anordnung wird in /6/ beschrieben. In eine Glasplatte mit hochreflektierender Schicht wird das gewünschte Muster geätzt. Diese Stellen sind für die Laserstrahlung durchlässig.The arrangement based on the same method is described in / 6 /. Into a glass plate with a highly reflective layer, the desired pattern is etched. These sites are permeable to the laser radiation.

Zur Bearbeitung dünner Metallschichten wird in /7/ eine das entsprechende Muster tragende Maske vorgeschlagen. . -. Indem sie in den Strahlengang gebracht wird, vermeidet man, den Ätzprozeß und seine Vorstufea.For processing thin metal layers, a mask bearing the corresponding pattern is proposed in / 7 /. , -. By being brought into the ray path, one avoids the etching process and its precursors.

In- /8/ wird die Maske zur Strahlformung im Resonator des Lasers angeordnet. In diesem Fall erweist-sich als vorteilhaft, daß die undurchsichtigen Teile der Maske ..bei hohen Leistungsdichten nicht zerstört werden.In / 8 / the mask is arranged for beam shaping in the resonator of the laser. In this case, it proves to be advantageous that the opaque parts of the mask are not destroyed at high power densities.

(5) Die Schichtkombination wird der Laserstrahlung so angepaßt, daß unterschiedliche optische Eigenschaften von Schicht und Substrat zur gewünschten Strukturierung führen. . .-, '· , '(5) The layer combination is adapted to the laser radiation so that different optical properties of the layer and substrate lead to the desired structuring. , .-, ','

Das Lochen von Lochkarten wird in /9/ mit Hilfe eines . Laserstrahles durchgeführt. Dabei wird die Laserenergie, so dimensioniert, daß nur dort ein Loch entsteht, wo die Karte mit einer stark absorbierenden Tinte bedruckt ist.The punching of punched cards will be in / 9 / with the help of a. Laser beam performed. The laser energy is dimensioned so that only there creates a hole where the card is printed with a highly absorbent ink.

In /10/ wird auf das zu bearbeitende Material eineIn / 10 / will change to the material to be edited

' ξ (η > 1) Schicht aufgebracht, die dazu bestimmt ist, einen Laserstrahl mit der Wellenlänge X im Vakuum au reflektieren. Die zu strukturierenden Stellen werden freigelassen. Auf diese Weise wirken die Schichten wie ein Laserspiegel·, der aufgrund eines Absorptionskoeffizienten von nahezuND auc-h noch eine hohe Zerstö'rungsschwelle aufweist. 'ξ (η> 1) layer is applied, which is intended to reflect a laser beam with the wavelength X in vacuum au. The places to be structured are released. In this way, the layers act like a laser mirror, which still has a high damage threshold due to an absorption coefficient of nearly Nd auc-h.

Ziel der Erfindung "Object of the invention "

Der Erfindung liegt die Zielstellung zugrunde, durch-Laser 1-i-c tat geeigneter Wellenlänge absorbierende Teilchen in transparente Stoffe mittels Laser einzuschmelzen.The invention is based on the object, by laser 1-i-c tat of suitable wavelength absorbent particles melt into transparent substances by means of laser.

Bei Anwendung dieses Verfahrens .When using this method.

a) wird auf die Herstellung von Masken, die im Strahlengang angeordnet werden, verzichtet;a) is dispensed with the production of masks, which are arranged in the beam path;

b)' entfallen die zum Teil zeitaufwendigen und kostspieligen Potolithographieschritte. b) eliminates the sometimes time-consuming and costly Potolithography steps.

Darlegung des Wesens der Erfindung . .Explanation of the essence of the invention. ,

Mit der Erfindung werden absorbierende Teilchen auf einem transparenten Stoff aufgebracht und nachfolgend mit dem Laser so bestrahlt, daß sie im Stoff eingeschmolzen werden« Nach dem Entfernen der absorbierenden Schicht mit einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Azeton, Spiritus, iJitrobenzöl) bleibt die gewünschte Struktur an jenen Stellen des Stoffes!, die mit dem Laser bestrahlt wurden.With the invention, absorbent particles are applied to a transparent fabric and subsequently irradiated with the laser so as to be melted in the fabric. "After removal of the absorbent layer with a suitable solvent (eg, acetone, alcohol, i-nitrobenzene oil), the desired one remains Structure in those parts of the fabric !, which were irradiated with the laser.

Unterscheiden sich die thermischen Eigenschaften (z. B. Wärme leitfähigkeit., Temperaturleitfähigkeit) von aufge- . brachter Schicht und Stoff nur unbedeutend, so funktioniert das Verfahren¹ auch für. transparente Schichten auf, stark absorbierenden Stoffen. . . , .The thermal properties (eg, thermal conductivity., Thermal diffusivity) differ from those listed. layer and material only insignificant, so does the procedure ¹ for. transparent layers on, strongly absorbing substances. , , ,.

Merkmale der Erfindung _ Features of the Invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nach , Aufbringen (Aufstreichen, Aufdampfen, Sputtern) einer für die Laserwellenlänge stark absorbierenden Schicht auf einer transparenten Unterlage ihr Einschmelzen bei angepaßter Laserenergie erfolgt. Mit einem schreibenden Laserstrahl können somit in eine transparente Unterlage beliebige Strukturen eingebracht werden, die nach Entfernen der absorbierenden Schicht mit Hilfe eines Lösungsmittels (z. B. Azeton, Spiritus,. Hitrobenzol) deutlich sichtbar werden. " . , .According to the invention the object is achieved in that after, applying (brushing, vapor deposition, sputtering) of a laser wavelength for the strongly absorbing layer on a transparent base their melting takes place with adapted laser energy. With a writing laser beam, it is thus possible to introduce any structures into a transparent support which, after removal of the absorbent layer, are clearly visible with the aid of a solvent (eg acetone, spirit, .yrobenzene). ".,.

•Sriindungsgemäß funktioniert das Verfahren auch dann, wenn die thermischen Eigenschaften von aufgebrachter Schicht und Unterlage vergleichbar sind und die Schicht für die Laserwellenlänge transparent, aber die Unterlage stark absorbierend ist.According to the invention, the method also works if the thermal properties of the applied layer and backing are comparable and the layer is transparent to the laser wavelength, but the backing is highly absorbent.

Ausführungsbeispiel embodiment

Als Beispiel wurde.die Beschriftung van Milchglas mit einer aufgestrichenen Goldbronze ausgewählt. Die- Bestrahlung erfolgte mit einem Hd:YAG-Laser (X = 1,06 yum). Folgende Laseraii lage rip ar ame t er .wurden benutzt;As an example, the label van Milchglas was selected with a painted gold bronze. The irradiation was carried out with a Hd: YAG laser (X = 1.06 μm). The following laser position rip ar ame t ers were used;

cw-Leistung P . = 9 W, , Brennweite der Fokussieroptik f = 75cw power P. = 9 W,, focal length of the focusing optics f = 75

' Bearbeitungsgeschv/indigkeit ν = 7,5 mms , Defokussierung ,Def = + 2000/am.Machining speed ν = 7.5 mms, defocusing, Def = + 2000 / am.

liiüiliiüi

IiIIiÎÎÎÎÎ

u|i iiji liii nj: uji uii.u | i iiji liii nj: uji uii.

iiiüiiiiiiiiiüiiiiii

IiIIiI

Bild: Einschreiben einer Skala auf Milchglas, das mit Goldbronze bestrichen wurde· Picture: Writing a scale on frosted glass painted with gold bronze ·

!lach Entfernen der unbestrahlten Pläche mit ITitrobensol wird die eingeschriebene Struktur sichtbar. _; After removing the unirradiated surfaces with ITitrobensol, the inscribed structure becomes visible. _;

Claims

Erfindangsanspruc h

1. introducing absorbent particles into transparent substances by means of a writing laser beam characterized in that the transparent substrate is provided with a strongly absorbing layer which is removed after the melt-melting process with a suitable solvent.

2. introducing absorbent particles according to item 1, characterized in that by means of a modulated laser beam, a conductive layer in the transparent substrate (dielectric) is introduced as a line pattern with contact points and holes for the electrical connection of multi-layer planes.

3. The introduction of absorbent particles according to item 1, characterized in that any structures are introduced by means of writing laser beam in highly absorbent underlays, which were provided with a transparent layer, wherein thermal properties (eg * thermal conductivity, thermal conductivity) of layer and substrate in this Pail are comparable to each other.

¹ : x. 1 ^ p. I

4 · method according to item 1, 2 and 3, characterized in that the fusion of layer and substrate both in CW operation and in the Q-switch operation of the laser er-; can follow.