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Inside igor’sLAB – Die Laserbohrungen für die Materialanalyse in 3D und eine CPU im Endstadium

Es ist Wochenende und ich habe natürlich für nächste Woche noch sehr viel vorzubereiten. Trotzdem will ich Euch natürlich nicht auf der Seite ganz so allein Euch selbst lassen, sondern zeige Euch heute einmal, wie eine „Laserbohrung“ von 16 „Laserschüssen“ mit dem LIBS Equipment in Form des VHX-7000 von Keyence aussieht. Das heutige Objekt meiner Neugier ist eine CPU, die man auch von Alternate schon mal kurz auf eBay kaufen konnte. Und da ich so ziemlich keinen Respekt vor nichts habe, musste das gute Stück sich heute einmal lasern lassen. Und natürlich auch 2000-fach mikroskopieren. Dazu gibt es natürlich im Launchartikel bald mehr, aber heute kann ich ja schon mal ein klein wenig teasern.

Die „große“ Optik des VHX-7000

Viele haben mich gefragt, was und wieviel ich da eigentlich bei jedem Laserbeschuss so verdampfe. Wenn ich ehrlich sein soll, ich wusste es selbst nicht so genau! Ja, der Durchmesser des Graters und die vor allem auch die Tiefe hängen natürlich auch sehr stark vom Material ab, aber ein paar Informationen kann man da schon mitnehmen. Exemplarisch schieße ich mich nun einmal durch das Package der bewusst nicht genannt werden sollenden CPU und suche mir eine Stelle, wo unter dem grünen Lack eine dickere Kupferbahn liegt. Glasfaserklimbim allein wäre ja langweilig. Wir sehen links oben eine punktförmige Aussparung in der Lackierung des Packages und in der Mitte die von mir erzeuge Mondlandschaft mit dem Einschusskrater.

Und nun? Zoomen wir mal rein und stellen fest: Ganz so homogen, wie man es mit bloßem Auge denken mag, sind die Schichten ja gar nicht. Das sehen wir spätestens ab einer 2000-fachen Vergrößerung recht deutlich. Ok, wie befinden uns immer noch auf der horizontalen Ebene und könnten die einzelnen Maße zumindest mit Hilfe der Skala auch schätzen (oder mit der Software auch vermessen). Doch es geht sicher auch noch besser…

Betrachten wir nun mein Bohrloch mal in 3D! Gut, Erdöl wir man hier natürlich nicht finden, aber die eine oder andere Erkenntnis dann schon. In der Mitte unten sehen wir, dass das eigentlichen Laserbündel ein Loch mit rund 5 μm Durchmesser in der Kupferbahn erzeugt, der Rest wird dann immer und immer wieder mitverdampft, zumal es auch zu Streuungen kommen kann. Der Durchmesser im Loch des nicht so widerstandfähigen Lackes ist mit etwas mehr als 0,1 mm natürlich deutlich größer.

Wir sehen, dass so ein Beschuss nicht verlustfrei verläuft und man schon aufpassen muss, dass man keine empfindlichen Bauteile beschädigt. Aber ich kann sowohl die Laserintensität als auch die Art der Messung (Drilling oder Flächenmatrix) frei wählen. Da braucht man zwar ein wenig Erfahrung, aber man lernt recht schnell, wo die Grenzen sind. Womit wir auch schon wieder am Ende angelangt wären, denn ich muss jetzt noch tonnenweise Chartsgrafiken bauen und natürlich alles brav mit Texten versehen. Dienstag Nachmittag sind wir dann alle schlauer. Oder wie meine Hausärztin dann lachend aufs Rezept schreiben würde: 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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SpiritWolf448

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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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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

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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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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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srogi

Mitglied

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Echt witzig. Genau diese VHX haben wir neuerdings auch hier bei uns im Büro stehen. 😅
Neulich noch den goldenen Ring vom Arbeitskollegen auf "Echtheit" überprüft. Den Qualitätstest hat der Ring bestanden. Als Quittung gab es den kleinen Krater auf der Oberfläche... :LOL:

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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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