Equipment and Lab Practice Reviews

Inside Igor’sLAB – Laser Drilling for Material Analysis in 3D and a CPU in its Final Stage

It’s the weekend, and I naturally have a lot to prepare for next week. However, I don’t want to leave you all alone on the side, so today I’ll show you what a “laser drilling” of 16 “laser shots” looks like with the LIBS equipment in the form of the VHX-7000 by Keyence. The object of my curiosity today is a CPU that you could briefly find on eBay from Alternate. And since I have pretty much no fear of anything, this piece had to undergo laser treatment today. And, of course, be examined under a 2000x microscope. There will be more information in the launch article soon, but for now, I can give you a little teaser.

The “big” optics of the VHX-7000

Many have asked me what and how much I actually vaporize with each laser shot. To be honest, I didn’t know exactly myself! Yes, the diameter of the crater and especially its depth depend on the material, but you can still gather some information. As an example, I’m now shooting through the package of the CPU that shall not be named and looking for a spot where there’s a thicker copper trace beneath the green coating. Just fiber optic stuff would be boring. In the top left, we see a point-shaped recess in the package’s coating, and in the middle, the lunar landscape I created with the impact crater.

And now? Let’s zoom in and see: The layers are not as homogeneous as one might think with the naked eye. We can see this clearly, especially at a 2000x magnification. Okay, we are still on the horizontal plane and could estimate the individual dimensions at least with the help of the scale (or measure them with the software). But there’s probably an even better way…

Now, let’s take a look at my borehole in 3D! Well, we won’t find crude oil here, but we can gain some insights. At the bottom center, we see that the actual laser beam creates a hole with a diameter of about 5 μm in the copper trace, and the rest is vaporized repeatedly, especially since there can also be scattering. The diameter in the hole of the less resistant coating is, of course, significantly larger, at slightly over 0.1 mm.

We see that such an impact is not without losses, and you have to be careful not to damage sensitive components. But I can freely choose both the laser intensity and the type of measurement (drilling or surface matrix). It takes a bit of experience, but you learn quickly where the limits are. Which brings us to the end again, as I now have to build tons of chart graphics and, of course, label everything properly. We’ll all be wiser by Tuesday afternoon. Or as my family doctor would write on the prescription with a laugh: raptors cancer terminalis.

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konkretor

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Dann hoffen wir das die Kaffeemaschine durch hält bis Dienstag

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Furda

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Kann es sein, dass das Testobjekt irgend eine 14. Generation von irgend etwas ist und namentlich angelehnt ist an einem Raubtier-Vogel-ähnlichem Wesen...? 🤔 😂

Um weniger Streuung zu haben, könnte man wie bei einem Stufenbohrer in die Tiefe und immer genügend Material abtragen, damit die nächst tiefere Schicht nicht "kontaminiert" wird.

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Igor Wallossek

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Das geht schon ganz gut, beim LIBS wird ja nur analysiert, was wirklich verdampft wurde. Und das ist wirklich weg.

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S
SpiritWolf448

Veteran

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Kann man das Teil eigentlich auch benutzen, um der lieben Familie eventuell vorhandene Karies aus dem Zahn zu lasern? :sneaky:
Währe ein schöner Mehrwert.

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echolot

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Ich finde den Kraterquerschnitt sehr interessant. Ist die Abtreppung ein Ergebnis des Laserprofils?

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eastcoast_pete

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Meine Vermutung (mehr ist's nicht): da der Laser ja auch durch die Optik fokussiert wird, wird der Mittelpunkt auch die höchste Intensität haben, und je nach Optik ist der Übergang der Intensität nach außen hin nicht kontinuierlich. Kommt aber auch noch sehr auf die Temperatur an, bei der sich das Material in die Gasphase bringen lässt, und die Pulsdauer, Wärme Leitfähigkeit etc Plastik Werkstoffe, Lacke usw zersetzen sich ja bei deutlich niedrigeren Temperaturen, und sind auch noch schlechte Wärmeleiter. Kupfer in die Gasphase bringen braucht schon mehr Energie, und etwas Wärme geht auch in die Breite.
@Igor Wallossek : wie groß ist denn der Durchmesser des Laserstrahls, wie lange sind denn die Laser Pulse, und bei welcher Wattzahl ? Ja, ich weiß, viele Detailfragen, aber sowas fasziniert mich eben.

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eastcoast_pete

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Wenn ich mir das Mikroskop so anschaue, müsste der Zahn dann aber auch schon gezogen sein, damit er unters Objektiv passt 😁🦷. Also etwas spät für die Karies Behandlung.

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Igor Wallossek

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Je höher die Verdampfungstemperatur der Schicht, umso kleiner das Loch... Oben ist nur Lack, den bläst es weg wie nichts. Ist es ein einheitliches Material, entsteht keine Abtreppung, sondern nur ein mehr oder weniger leicht konisches Loch.

Es ist ein Klasse I Laser, also nichts Brisantes. Der Trick liegt wirklich in der Fokussierung. Das aber ist leider bei Keyence ein Geheimnis, genauso wie die Impulsdauer und die maximale Leistung.

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echolot

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883 Kommentare 687 Likes

Da eine Abtreppung klar zu erkennen ist, müsste die Schicht im unteren Drittel temperaturbeständiger sein. Könnte man jetzt ja schon mal fragen wieso, weshalb, warum... ;)

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Igor Wallossek

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Steht doch im Text. Lack vs. Kupfer.

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eastcoast_pete

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Ich hatte schon (fast) angenommen, daß Keyence sich hier nicht in die Karten gucken lässt, auch nicht von ihren Kunden. Da stecken mit Sicherheit zig Tausende von Entwicklungsstunden und Millionen in Ausgaben dahinter. Die Leistung des Lasers spielt natürlich auch eine Rolle, aber die Pulsdauer und die W pro Fläche sind zentral für LIBS. Durchs fokussieren mithilfe der Mikroskop Optik kann man den Strahl auf wenige Quadratmikrometer bringen und damit relative Werte erreichen, die auch Stahl verdampfen können ohne gleich einen dicken Trumpf Laser zu bemühen. Der dann auch gleich das Mikroskop einschmelzen und den ganzen Tisch durchtrennen würde.

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Igor Wallossek

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Genauso isses. Aber solange es funktioniert, kann es mir egal sein🤓

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C
Cpt. Dimple

Neuling

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Auf der Keyence-Website wird ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser mit 355 nm und 10 µm Strahldurchmesser angegeben. Garantiert ps-Pulse, sonst ist die Puls-Leistung zu niedrig für Materialbearbeitung (und Femtosekunden wären zu teuer) und in diesem Fall Klasse 1 weil schätzungsweise irgendwie gekapselt oder unzugänglich. So wird der schon mindestens ein paar hundert Milliwatt abliefern und ist mit Schutzbrille vielleichtjauch zur Kariesentfernung geeignet 😉

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Igor Wallossek

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10,130 Kommentare 18,643 Likes

Das Teil frisst auch ordentlich für die Aufheizung. Das ist wie eine Grafikkarte, immer schön warm im Zimmer 😉

Man hört ihn sogar, das ist ein kurzes Pfft.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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