Modellierung von qualitäts- und effektivitätsbestimmenden Mechanismen beim Laserabtragen

1. 1. Ausgangslage Seit der Realisierung des ersten Rubinlasers durch Maimon im Jahr 1960 eroffnete die ra- sante Entwicklung von unterschiedlichen Laserstrahlquellen hinsichtlich ihrer Pulslange, Strahlqualitat, Wellenlange, Repetitionsrate und der mittleren Leistung eine Vielzahl von neuen Anwendungsfeldern im Bereich der Medizin-, MeB- und Fertigungstechnik. Die Steigerung der mittleren Strahlleistung und der Strahlqualitat von kontinuierlich gepump- ten Systemen, wie z. B. des Nd: YAG-Lasers und des CO-Lasers, erlauben das Laser- 2 schneiden und -schweiBen mit hohen ProzeBgeschwindigkeiten, so daB diese Verfahren bereits in die industrielle Fertigung eingefiihrt werden konnten. Gepulste Festkorperlaser mit Pulsdauern im Millisekundenbereich haben im Vergleich zu den cw-Lasern eine gerin- gere mittlere Leistung, jedoch verfiigen diese iiber eine hohe Pulsspitzenleistung, so daB als erste fertigungstechnische Anwendung das Bohren untersucht wurde. Aufgrund der Pulsdauern im Millisekundenbereich kommt es aber zur Ausbildung eines ausgepragten Schmelzbades. Als Folge setzen Schmelzaufwiirfe an den Randern der bestrahlten Zone und Schmelzspritzer die QualiUit des Berarbeitungsergebnisses herab. Die Entwicklung von Kurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von einigen Nanose- kunden, wie z. B. die giitegeschalteten und diodengepumpten Festkorperlaser mit oder ohne Frequenzvervielfachung oder die Excimerlaser, ermoglichte das Abtragen, Bohren und Strukturieren von Keramiken und Polymeren im Submillimeterbereich. Aufgrund der kurzen Pulsdauern wird der Werkstoff, im Gegensatz zu Pulsdauern im Millisekundenbe- reich, kaum thermisch geschadigt und beeinfiuBt, so daB Werkstoffe mit hoher Prazision bearbeitet werden konnen. Gerade der fortschreitende Drang nach Miniaturisierung von Funktionselementen u. a. in der Sensortechnik, der Medizintechnik und der Leiterplatten- technik begiinstigt den Einsatz dieser Laserstrahlquellen.