Schwenkbiegemaschinen warten: Genauigkeit und Lebensdauer sichern
Die ersten Blechteile eines Wiederholauftrags bestehen die Prüfung. Nach der Hälfte des Produktionslaufs nimmt der Bediener eine weitere Winkelkorrektur vor,…
Im Folgenden erfahren Sie, wie Modulatoren funktionieren und wie diese neue Technologie die Kosten für viele Hersteller drastisch senken kann.
Ein optischer Modulator ist ein Gerät, das die zeitliche Form und/oder Leistung eines Lasers in Reaktion auf ein anliegendes elektrisches Signal steuert. In der einfachsten Ausführung kann ein Laserstrahl mit kontinuierlicher Welle (konstanter Ausgang) je nach Bedarf blockiert oder durchgelassen werden – und dies mit variablen Übertragungsraten.
Die beiden am häufigsten eingesetzten Technologien hierfür sind der akoptische Modulator (AOM) und der elektrooptische Modulator (EOM). Der AOM besteht aus einem transparenten Kristall mit einem daran befestigten piezoelektrischen Wandler. Wird ein Hochfrequenzsignal auf den Wandler gegeben, erzeugt dieser eine Schallwelle im Kristall. Dadurch entsteht eine periodische Änderung des Brechungsindexmaterials, wodurch der Kristall wie ein Beugungsgitter wirkt.
Durch das Variieren des Eingangssignals ändert sich die Amplitude der Schallwellen. Dies bewirkt, dass mehr oder weniger Licht aus dem Hauptstrahl abgelenkt und in die gebeugten Ordnungen verteilt wird – so wird die Modulation erreicht.
Der EOM arbeitet mit einem elektrooptischen Kristall. Dieses Material dreht die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Laserlichts, sobald eine Spannung angelegt wird. Durch die Platzierung eines linearen Polarisators am Ausgang des Kristalls wird durch das Variieren der anliegenden Spannung eine Modulation des Strahls erzielt.
AOMs und EOMs unterscheiden sich in nahezu allen Betriebs- und Praxiseigenschaften, wodurch jede Technologie für spezifische Einsatzgebiete besonders geeignet ist. Wichtige Parameter für die Materialbearbeitung mit hohem Durchsatz umfassen:
Hochungsbetrieb |
Es können mit Laserstrahlen höherer Leistung arbeiten, da sie über eine verbesserte thermische Stabilität des Volumenmaterials eine robustere Kühlkonfiguration verfügen. |
Anstiegszeit |
Dies beschreibt, wie schnell Modulator von vollständ Strahlblockierung zu vollständiger Transmission wechseln kann. EOMs erreichen bis zu 20-mal schnellere Anstiegszeiten als AOMsp> |
Modulationsfrequenz |
Dies bezieht sich darauf, wie der Modulator ein- und ausgeschaltet werden kann. AOMs benötigen in der Regel wesentlich niedrigere Spannungen zur Strahlmodulation, was den Betrieb bei hohen Modulationsraten erleichtert Die maximale Modulationsfrequenz eines EOMs wird durch hochmoderne Hochspannungsschalttechnologien bestimmt. |
Es mag verwirrend erscheinen, dass EOMs zwar schnellere Anstiegszeiten, aber geringere Modulationsgeschwindigkeiten als AOMs haben können. Die Abbildung definiert diese Begriffe und sollte zur Klärung beitragen.
Definitionen der wichtigsten Ausgangsparameter eines Modulators. zu erkennen ist, stehen Anstiegs- und Abfallzeiten nicht direkt in Zusammenhang mit der Modulationsgeschwindigkeit.
Eine Anwendung, die besonders von den Eigenschaften des E profitieren kann, ist das sogenannte „Via“-Bohren in der Mikroelektronikfertigung. Vias sind winzige Löcher in Leiterplatten (PCBs), die elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten ermöglichen.
Leiterplatten werden immer kleiner, um die Miniaturisierung von Geräten weiter voranzutreiben. Dies gilt insbesondere für Smartphones, 5G-Transceiver und Wearables. In solchen hochminiaturisierten Geräten kommen häufig fortschrittliche Verpackungstechnologien zum Einsatz – wie High-Density-Interconnect-(HDI)-Leiterplatten und IC-Substrate. Die hierfür benötigten Vias sind deutlich kleiner als mit herkömmlichen Methoden realisierbar, doch Laser eignen sich hervorragend für das präzise Bohren dieser winzigen Löcher in modernen Elektronikpaketen.
CO₂-Laser werden in kommerziellen Via-Bohreinrichtungen breit eingesetzt, da sie wie FR4, PTFE, glasgewebte Verbundstoffe und Keramiken, die in vielen Elektronikgehäusen verwendet werden, äußerst effizient bearbeiten können. Selbst Kupferbahnen lassen sich damit ab.
CO₂-Laser können Vias mit einem Durchmesser von bis zu etwa 30 µm bo. Mit AOMs erreichen diese Systeme Bearbeitungsgeschwindigkeiten von über 5.000 Vias pro Sekunde. So beeindruckend das klingt – Elektronikhersteller streben nach noch höheren Geschwindigkeiten.
Der Grund hierfür ist einfach: Höherersatz bedeutet geringere Kosten.
Ein typisches Hochgeschwindigkeits-Via-Bohren-System teilt den Laserstrahl in bis zu vier separateahlen auf. Damit wird eine vierfache Steigerung des Gesamtdurchsatzes im Vergleich zu einem einzelnen Strahl erreicht.
Würde man den Strahl in noch mehr Teilstrahlen aufteilen, könnte die Geschwindigkeit weiter erhöht werden. Allerdings wird mit jedem geteilten Strahl auch die Laserleistung aufgeteilt – und für das Bohren ist in jedem einzelnen Strahl eine Mindestleistung erforderlich.
Die offensichtliche Lösung ist eine Erhöhung der Laserleistung. Hier zeigt sich jedoch die Grenze der in den CO₂-Laser-Via-Boh-Systemen eingesetzten AOMs: Diese können CO₂-Lasern jenseits von etwa 300 W nicht mehr betrieben werden Wird ein 300-W-Strahl mehr als vierfach geteilt, reicht die Leistung pro Strahl nicht mehr zum Bohren aus.
Ein CO₂-Laser mit 1 kW Leistung würde genügend Power liefern, um den Strahl mehrfach zu teilen und den von Halbleiterherstellern geforderten Durchsatzsprung zu erreichen. Dafür wäre jedoch ein Modulator erforderlich, der mit etwa 1 kW CO₂-Laserleistung umgehen kann.
