Was ist Laserätzen?

Laserätzen ist ein weit gefasster Begriff, der eine Vielzahl von Markierungs- und Flachgravurverfahren umfasst. Es wird für eine Vielzahl von Gegenständen verwendet, beispielsweise für Autoteile, medizinische Geräte, Fässer, mikroelektronische Komponenten und Grabsteine.

Laserätzen ist eine Methode zur Erzeugung sichtbarer Markierungen oder Muster auf einer Vielzahl von Materialien. Tatsächlich variiert die genaue Definition von „Ätzen“ (im Gegensatz zu Markieren oder Gravieren) je nach Material und Anwendung. Im Allgemeinen unterscheidet sich das Laserätzen vom Markieren. Dabei geht es um die Änderung der Oberflächenkontur des Teils und nicht nur um die Änderung der Oberflächenfarbe oder -textur. Allerdings ist diese Konturveränderung (das können erhabene oder vertiefte Bereiche sein) in der Regel deutlich geringer als die durch die Lasergravur verursachten Veränderungen.

Das Laserätzen wird auf die gleiche Weise durchgeführt wie viele andere Markierungs-, Gravur- und Schneidverfahren. Tatsächlich ist es nicht ungewöhnlich, alle diese Funktionen mit einem einzigen Laserwerkzeug auszuführen. Um das gewünschte Muster zu erzeugen, wird der Laserstrahl moduliert (variierende Leistung) über die Oberfläche des Teils geführt. Eine Möglichkeit, diese Bewegung zu erzeugen, ist die Verwendung eines Galvanometer-Scansystems. In diesem Fall wird die Strahlbewegung durch die Bewegung eines Spiegels erreicht. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten wird diese Methode häufig bei Kleinteilen eingesetzt. Darüber hinaus kann die Technologie gebogene Teile ätzen (normalerweise in Kombination mit der Rotationsbewegung des Teils). Linearbewegungstische können auch verwendet werden, um die Strahlführungsoptik (oder sogar das Teil selbst) zu bewegen, um das Markierungsmuster darzustellen. Größere Teile wie Schilder und Denkmäler werden fast immer mit dieser Methode geätzt.

Unterschiede in den Materialien
Das Laserätzen kann auf fast allen Arten von Materialien durchgeführt werden, einschließlich Metallen, Kunststoffen, Glas, Keramik, Naturstein und Halbleiterbauelementen.

1. Das Laserätzen von Metallteilen findet in vielen Branchen Anwendung, darunter in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Öl- und Gasindustrie usw. Es kann auf nahezu jedes Metall angewendet werden, einschließlich Aluminium, Stahl, Messing, Kupfer und Titan.

Beim Laserätzen von Metallen wird das Material im Allgemeinen erhitzt, bis es schmilzt und sich leicht ausdehnt. Nach einer kurzen Lasererwärmung kühlt das Material fast sofort ab. Es verfestigt sich wieder zu einem erhabenen Bereich mit einer raueren Textur als zuvor.

Bei Metallen verändert das Laserätzen die Oberflächenhöhe typischerweise um weniger als etwa 25 µm. Im Gegensatz dazu verändert die Lasergravur den Wert typischerweise um das Zehnfache. Da beim Gravieren tieferer Markierungen mehr Material abgetragen werden muss, kann die Laserätzung in der Regel schneller durchgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil der Laserätzung besteht darin, dass dunkle, helle oder sogar graue Markierungen erzeugt werden können. Beim Lasergravieren entstehen meist nur dunkle Markierungen. Allerdings sind leicht geätzte Markierungen nicht so langlebig und verschleißfest wie gravierte Markierungen.

2. Lasergeätztes Glas kann für dekorative und kommerzielle Zwecke verwendet werden. Texte, Designs und andere komplexe Muster, sogar Bilder, können auf Trinkgläsern, Bechern, Flaschen, Medaillen und Spiegeln geätzt werden. Im industriellen Bereich müssen viele Produkte (z. B. Getränke oder Medikamente usw.) in Glasbehältern aufbewahrt werden, und Informationen wie Chargennummern und Haltbarkeitsdauer können in die Oberfläche der Behälter eingeätzt werden. Ebenso können Seriennummern und Tracking-Codes auf Glassubstrate geätzt werden, die in der Mikroelektronik und Displayherstellung verwendet werden.

Die lasergeätzten Bereiche auf dem Glas haben einen „frostigen“ Effekt – halbtransparent statt vollständig transparent. Dies wird durch den Abtrag einer sehr geringen Materialmenge (normalerweise weniger als 25 µm) erreicht. Erwähnenswert ist, dass durch den Ätzprozess eine rauere Oberflächenstruktur entsteht.

Das Laserätzen ist anderen mechanischen und chemischen Methoden überlegen, da es schnell und sauber ist und sich leicht an gekrümmte Oberflächen anpasst (häufig bei Weingläsern und Flaschen).

3. Das Laserätzen von Naturstein (wie Granit oder Marmor) wird häufig für Grabsteine, Gedenktafeln und architektonische Zwecke verwendet. Ebenso wie beim Glasätzen werden dabei nur sehr kleine Materialschichten abgetragen und die Oberflächenstruktur verändert.

Laserätzen wird fast immer verwendet, um helle Markierungen auf dunklen Steinoberflächen zu erzeugen. Das Laserätzmuster besteht aus vielen kleinen, dicht beieinander liegenden Punkten, genau wie beim Kopieren eines Fotos in eine Zeitung. Dadurch ist es möglich, nahezu jedes Muster zu ätzen, sogar Graustufenmarkierungen.

Daher können neben Texten auch Fotos, Zeichnungen und andere Designs problemlos geätzt werden. Lasergeätzter Stein führt in der Regel zu einer optisch ansprechenderen Markierung als Sandstrahlen oder mechanisches Gravieren. Das Laserätzen ist außerdem viel schneller als diese anderen Methoden.

4. Die Lasermarkierung von Polymeren findet sich in einer Vielzahl kommerzieller, medizinischer und Verbraucherprodukte sowie in Schildern und Neuheiten. Da die beteiligten Materialien und Prozesse sehr unterschiedlich sind, ist es schwierig, das Laserätzen von Polymeren genau zu definieren und zu erklären, wie sich dieser Prozess vom Markieren oder Gravieren unterscheidet. Die häufig verwendete „Blistering“-Technik, die einen hellen Abdruck auf dunklem Kunststoff hinterlässt, gilt sicherlich als Ätztechnik, da sie nur ein leichtes Oberflächenrelief (weniger als 50 µm) erzeugt.

Laserätzen ist auch in der Halbleiterfertigung und der Mikroelektronikproduktion weit verbreitet, da es kontrastreiche Markierungen in Polymeren erzeugen kann, ohne dass dem Teil nennenswerte Wärme zugeführt wird. Beispielsweise können Flip-Chips und andere Halbleiterverpackungsarten gekennzeichnet werden, ohne die darin enthaltenen Schaltkreise zu beschädigen.

Das Laserätzen von Halbleitern selbst wird in der gesamten Mikroelektronikfertigung eingesetzt. Dies liegt daran, dass geringe Markierungstiefen (typischerweise 10 µm oder weniger) kontrastreiche Markierungen erzeugen, ohne die umliegenden oder darunter liegenden Schaltkreise zu beschädigen. Die Laserätzung eignet sich besonders gut zum Markieren von Seriennummern und anderen Identifikationsmerkmalen auf der Rückseite von Wafern. Es wird auch für dünne Formabdeckungen für verpackte Geräte verwendet.

Laser zum Ätzen
Aufgrund der großen Materialvielfalt und der unterschiedlichen Anforderungen kommen beim Ätzen viele unterschiedliche Lasertypen zum Einsatz.

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