Bislang dominieren mechanische Verfahren das Trennen von Leiterplatten aus dem Fertigungsnutzen. Sägen bieten bei starren Leiterplatten Zeit- und Kostenvorteile. Allerdings können sie keine komplexen Konturen schneiden und verursachen eine starke mechanische Belastung. Unregelmäßig geformte Boards wurden gestanzt. Immer feinere Konturen setzen auch hier Grenzen und führen bei Layoutänderungen schnell zu hohen Kosten.
Die Alternative dazu sind Fräsungen. Meist werden Konturen bis auf enge Stege bereits vor dem Bestücken ausgefräst. Die mechanischen Belastungen entstehen beim Fräsen der Kontur und beim manuellen Ausbrechen der Stege. Empfindliche Boards leiden durch Scherkräfte, das Ausbrechen ist unpräzise, der Durchsatz gering und mit hohen Personalkosten verbunden.
UV-Laserschneidsysteme
Feine, kompakt bestückte Leitungsträger sind besonders empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen, Staub und geometrischen Abweichungen. Hier zeigen sich UV-Laserschneidsysteme als die bessere Alternative. Sie vermeiden mechanische Belastungen, reduzieren Werkzeugkosten, sind präziser und ermöglichen größere Netto-Nutzflächen.
Eine weitere Herausforderung bei der Elektronikproduktion ist die stetig steigende Variabilität. Kurzfristige Aufträge, häufige Layoutänderungen und geringe Losgrößen erfordern flexible Produktionsprozesse. Auch hier bieten sich UV-Laserschneidsysteme als die bessere Alternative an.
Stressfrei und präziser
Das UV-Laserschneiden hat sich beim Trennen dünner starrer, starr-flexibler und flexibler Leiterplatten etabliert. Der UV-Laser fokussiert seine Leistung auf eine winzige Fläche mit einem Durchmesser von 20 µm. Die Energie wirkt nur für Sekundenbruchteile auf das Material, ohne thermischen Beeinträchtigungen der Baugruppe. Die entstehenden Schneidgase werden abgesaugt und gefiltert. Randnahe Leiterbahnen und Lotstellen bleiben durch die minimalen Schnittbreiten unversehrt, es entstehen keine Grate.
Darüber hinaus entfallen die Kosten für Werkzeuge oder aufwändige Haltevorrichtungen und die entsprechenden Vorlaufzeiten für deren Herstellung. Bei dünnen Substraten reicht ein Vakuumtisch, um eine plane Lage zu gewährleisten.
Eine Änderung der Schneidkontur findet beim Laserschneiden über die Änderung der Layoutdaten statt. Die Maschinensoftware übernimmt die Konturdaten direkt aus gängigen Layoutprogrammen. Für das Schneiden unterschiedlicher Materialien greift sie auf eine hinterlegte Bibliothek mit praxiserprobten Schneidparametern zurück.
Größere Netto-Nutzfläche für Boards
Das Laserschneiden kommt ohne nennenswerte Ränder aus. Der berührungslose Prozess benötigt praktisch keine Platinenfläche als Schnittkanal, die Bauteile rücken bis dicht an den Rand. Durch den Laser-Trennprozess lassen sich mehr Komponenten auf einer einzelnen Leiterplatte platzieren und gleichzeitig mehr Nutzen auf einem Panel unterbringen.
Das UV-Laserschneiden kommt bei der Verarbeitung dünner Flexboards auch deshalb zum Einsatz, weil es den häufig auftretenden Verzug des Materials berücksichtigen kann. UV-Laserschneidsysteme von LPKF erfassen mit einem integrierten Visionsystem die Verformung des weichen Materials an mehreren Positionen und sorgen mit einer dynamischen Lagekorrektur für norm- und toleranzgerechte Endplatinen.
Einsatzgebiete von UV-Laserschneidsystemen
UV-Laserschneidsysteme zeigen ihre besonderen Stärken bei kleinen, dünnen und flexiblen Leitungsträgern. Je nach Stärke des Leiterplattenmaterials sind ein oder mehrere Schnitte entlang der gewünschten Kontur erforderlich. Je dünner das Material, desto schneller läuft der Schneidprozess ab.
Komplexe flexible Schaltungen wie die Verbindung zu einem DVD-Laufwerk lassen sich präzise und materialschonend per UV-Laser bearbeiten.
Zum Schutz der Leiterbahnen werden auf flexiblen Schaltungsträgern Deckfolien (Coverlayer) aufgebracht. Sie bestehen oft aus Polyimid und Kleber mit einer Stärke von 25 µm oder 12,5 µm und sind empfindlich für Verformungen. Ihre Bearbeitung ist eine weitere Stärke der UV-Laser.
Für den Schnitt von Komplettkonturen empfiehlt LPKF eine maximale Stärke von 0,8 mm, für Stege bis zu 1,0 mm. Durch mehrfaches Schneiden sind auch deutlich größere Materialstärken möglich – bei empfindlichen und wertvollen Platinen treten die längeren Schneidzeiten gegenüber den Sicherheits- und Qualitätsaspekten in den Hintergrund.
Spezialisierte UV-Lasersysteme
Für die Nutzentrennung von bestückten und unbestückten Platinen bietet der Garbsener Laserhersteller spezialisierte Systeme an. Die Produktionssysteme Microline 6000 S mit einer Arbeitsfläche von 610 mm x 457 mm bzw. Microline 6000 P (610 mm x 533 mm) sind für die Produktion in automatisierten Umgebungen ausgelegt und mit SMEMA-Schnittstellen versehen.
Die kompakteren UV-Lasersysteme der Microline 1000-Serie unterscheiden sich davon durch die installierte Laserleistung, die Arbeitsfläche und die Automatisierbarkeit. LPKF positioniert diese preisgünstigeren Systeme in Umgebungen mit einer hohen Qualitätsanforderung, mittleren bis geringen Stückzahlen und einer hohen Produktvarianz.
Neuigkeiten im Produktjahr 2012
Auf der productronica zeigt LPKF eine Weiterentwicklung der Microline 6000-Systeme: Eine neue Optik bringt mehr Laserleistung auf das Material. Das optimierte Vision-System überwacht den Schneidvorgang direkt in der Strahlachse und kann neben Fiducials nun auch Boardkanten referenzieren.
Das Operationspult und die Anordnung der Maschinenzugänge wurden nach Hinweise von Anwendern für optimierte Wartungsabläufe geändert. Die Microline-6000-Systeme sind ab erstem Halbjahr 2012 verfügbar.
Malte Borges
(hb)
