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Nutzentrennen von elektronischen Schaltungen.
Flexible Schaltungen aus dem Nutzen gelasert.
Sauber Kanten nach dem Trennen mit dem Laser.

Ein „Nutzen“ besteht aus einer großen Leiterplatte, auf der mindestens zwei, oft aber eine größerer Zahl einzelner Schaltungslayouts untergebracht sind. Je nach Produktionsverfahren werden diese Schaltungen vor oder nach der Bestückung vereinzelt, entweder mit einem Schnitt entlang der gesamten Kontur oder durch Trennen von Haltestegen.

Klassische Trennverfahren mit Stanzen oder Schlagscheren haben einen gravierenden Nachteil: Die hohen mechanischen Belastungen können die SMD-Bauteile, Lötverbindungen oder das Substrat schädigen. Das erhöht die Ausfallrate. Stressärmere Techniken wie Fräsen oder Sägen verursachen Staub – ebenfalls eine ernstzunehmende Fehlerquelle.

Trennen mit dem Laser

An dieser Stelle kommt das Trennen mit Lasersystemen ins Spiel: Es ist nahezu staubfrei und vermeidet jede mechanische Beanspruchung. Darüber hinaus bietet es eine besondere Flexibilität. Auch komplizierte Konturen lassen sich ohne besondere Werkzeuge maßgenau produzieren. Für die Umstellung der Schneidkonturen reicht es, eine neue Layoutdatei zu laden. Werkzeugkosten und Umrüstzeiten entfallen. Für doppelseitig bestückte Leiterplatten sind lediglich passende Aufnahmen vorzusehen.

Große Bauteilhöhen stellen keine Hürde für das berührungslose Laser-Depaneling dar, während herkömmliche Verfahren nicht mehr zum Einsatz kommen können.

Ein weiterer Aspekt ist die bislang unerreichte Präzision: Der Laserstrahl schneidet mit einem Fokus von wenigen Mikrometern. Diese enge Fokussierung verhindert, dass Bauteile oder Leiterstrukturen am Rand der einzelnen Leiterplatte beeinflusst werden. Das erhöht die mögliche Packungsdichte. Durch minimierte Schnittkanäle lassen sich beim Lasertrennverfahren in vielen Fällen zusätzliche Boards auf einem Nutzen platzieren.

Schnittleistung und -qualität sind vom verwendeten Material, dessen Stärke und der eingesetzten Laserquelle abhängig. Grundsätzlich gilt: Je dünner, desto schneller. Lasersysteme haben gerade da ihre Stärken, wo die Probleme klassischer Verfahren beginnen. Da sie berührungslos schneiden, sind auch feine flexible oder starr-flexible Strukturen kein Hindernis.

Trennen dünner Substrate

Bei dünnen PI-Substraten erreichen CO2-Laser in Tests beim Garbsener Laserspezialisten LPKF Laser & Electronics AG eine effektive Schneidgeschwindigkeiten von über 950 mm/s. Der UV-Laser trennt in der gleichen Zeit ein Strecke von immerhin 95 mm. Auch bei stärkeren Materialien bleibt dieses Verhältnis bestehen. Der CO2-Laser erreicht ca. zehnfach höhere Schneidgeschwindigkeiten.

Bei der Betrachtung der Qualität dreht sich diese Verhältnis um: Im PI-Beispiel erreicht der CO2-Laser eine Schnittbreite von 120 µm, hat aber eine deutliche Karbonisierung zur Folge. Der UV-Laser unterbietet die Schnittbreite mit lediglich 30 µm, bei deutlich saubereren Schnittkanten. Die Faustregel: Der CO2-Laser bietet eine höhere Schneidgeschwindigkeit, der UV-Laser hat Vorteile bei Präzision und Qualität. Seine Fähigkeit, auch Metalle zu trennen, öffnet dem UV-Laser weitere Einsatzgebiete.

Mit zunehmender Materialstärke nimmt die Schnittleistung ab. Das ist leicht zu erklären: Jeder Laserimpuls verdampft eine bestimmte Menge Material. Bei dickeren Substraten schneidet der Laser das Substrat in mehreren Durchgängen von oben nach unten.

Fazit

Die Effektivität beim Laser-Depaneling hängt von weiteren Faktoren ab. Die Strahlführung des Lasers, die Positionierung von Laserkopf und Werkstück und die Integration in eine durchgängige Produktionslinie sind wichtige Kriterien für die wirtschaftliche Integration in die Leiterplattenfertigung. LPKF Laser & Electronics AG entwickelt und vertreibt Lasersysteme für unterschiedliche Aufgaben in der Elektronikindustrie. Diese Systemen lassen sich für bestückte und unbestückte Leiterplatten einsetzen, bei denen herkömmliche Trennverfahren scheitern.