Mit dem Femtolaser sind die unterschiedlichsten Lochgeometrien realisierbar. Beispielsweise runde Löcher mit einem Durchmesser von 30µm in Si3N4 Material. (Bild: Posalux)
Eine Femtosekunde (1 fs) entspricht 10−15 Sekunden, also eine Billiardstel-Sekunde – in Zahlen 0,000 000 000 000 001 Sekunden t. Das ist eine unvorstellbar kurze Zeiteinheit für die Impulsfrequenz, in der das Laserlicht eines Femtolasers ausgesendet wird. In dieser kurzen Zeit bewegt sich der Lichtstrahl nur ca. 0,3 µm von der Lichtquelle weg. Das ist etwa ein Hundertstel eines menschlichen Haares. Kurz: mit einem Femtosekundenlaser kann man äußerst exakt arbeiten. Bekannt sind solche Laser vor allem aus der Augenchirurgie. Dank der Kombination aus UKP (Ultra Kurz Puls)-Laser und einem 5-Achsen Scanner bietet Posalux nunmehr auch eine Maschine an, mit der kleinste Lochgeometrien für den Bedarf in der Mikroelektronik hergestellt werden können. Die Lochgeometrien sind nicht auf klassische Formen wie Zylinder beschränkt, sondern es besteht auch die Möglichkeit, rechteckige, konische (positiv und negativ) oder gänzlich andere Formen herzustellen. Auch Werkstoffe, die normalerweise schwer zu zerspanen sind, lassen sich mit Hilfe der Femtolaser-Technologie gut bearbeiten.
Mikrolöcher unter 30 µm
Auch quadratische Löcher (25 x 25 um) in Si3N4 Material (Eckenradius < 4µm) sind möglich. Posalux
Das Schweizer Unternehmen Posalux ist seit 1943 am Markt und hat nun die Laser-Bohrmaschine für die Mikrotechnik weiterentwickelt. Für die komplexen Marktanforderungen haben die Schweizer ein neues Produkt für Anwendungen in der Prüfelektronik, sogenannte „Probe Cards“ eingeführt. Die notwendigen Marktanalysen und die Entwicklung der ersten Femtolaser-Kundenanlage haben ca. 18 Monate benötigt. Die neue Technologie wird bereits verstärkt in Asien eingesetzt.
2017 wurde die Technologie auf Messen und Konferenzen in den USA und in Asien vorgestellt, diskutiert und die Neugier der Kunden geweckt. So wurde mit dem ersten Schritt bereits der Nerv des Marktes getroffen. Mehrere Maschinen produzieren – unter den hohen Anforderungen der Massenfertigung – bereits bei Kunden. Mit der Maschinenreihe lassen sich Mikrolöcher unter 30 µm für die Herstellung von hochpräzisen Testsystemen für unterschiedliche Industrien bohren. Die Produktion von Probecards oder Prüfadaptern für elektronische Bauteile wie BGAs, Speicherkomponenten, komplexe Chip-Systeme oder gepackte Komplettsysteme werden so optimal unterstützt.
was sind Ultrakurze Laserpulse?
Pulslaser erzeugen statt kontinuierlicher Laserstrahlen eine Folge kurzer Strahlungsstöße. Je nach zeitlicher Länge der Pulse spricht man von Kurz- oder Ultrakurzpulslasern. Ein Femtolaser erzeugt daher Pulse mit einer Dauer von wenigen Femto-Sekunden. Eine Femtosekunde (fs) ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde. Die Femtosekunde ist die Zeitskala, auf der sichtbares Licht schwingt. Ein Puls von 5 fs Länge erstreckt sich also nur über wenige optische Perioden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lasern zeichnen sich gepulste Laser nicht durch schmalbandiges Licht aus, sondern besitzen ein breites Spektrum.
Vorteil für den Laserbohrer
Bei Prüfadaptern werden Messnadeln durch einen Plattenverbund geführt und zur Messung der feinen Kontaktierung genutzt. Die Verwendung von mechanischen Bohrern ist wegen des erhöhten Verschleißes nicht die beste Lösung. In diesem Bearbeitungsprozess sind beim mechanischen Bohren keine Lochgeometrien möglich, die von der Standardgeometrie abweichen.
Der Vorteil des Laserbohrens liegt auf der Hand. Mechanische Bohrer, die in harte Keramik bohren, werden schnell stumpf und müssen ersetzt werden. Beim Laser-Bohren wird mit Licht gebohrt, es wird kein Bohreinsatz mechanisch abgenutzt. Außerdem sind Laserimpulse besser zu steuern und die anvisierte Präzision liegt deutlich höher. Zudem lassen sich komplexe Lochgeometrien so präzise – und in gleicher Präzision wiederholbar – umsetzen.
Durch die extrem kurzen Impulszeiten des Femto-Lasers werden thermische Effekte auf das Material ausgeschlossen und Qualitätsprobleme vermindert. Unter 500 Femtosekunden entsteht keine thermische Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dem Partikelgitter.
Mit dem Präzisionskopf steuern
Ein Präzessionskopf steuert den Laserstrahl hochpräzise. Posalux
Die Posalux-Anlage verwendet einen Präzisionskopf, um den Laserstrahl präzise zu steuern. So lassen sich sehr genaue und wiederholbare Ergebnisse erzielen. Beim Einsatz eines Präzissionskopfes wird die Strahlführung und die Bohrstrategie so gewählt, dass der Rand des Loches nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
In Kombination mit dem Femto-Laser ergeben sich nicht beeinflusste Zonen, die weder Materialabtrag noch Zerstörung aufweisen. Der eingesetzte Femto-Laser arbeitet mit Pulslängen von weniger als 300 Femtosekunden.
Der große Vorteil für die Genauigkeit der Femtolaser-Anlage ist ein hochpräziser XY-Tisch mit einer gesamten Fläche von 300×300 mm. Auf einem Substrat lassen sich so mehrere Teile in einer Aufspannung wirtschaftlich bearbeiten. Durch eine speziell entwickelte Software können kundenspezifische Zeichnungsdateien damit optimal für die Bearbeitung in der Maschine umgesetzt werden.
Jeder Fertigungsprozess, der einmal für eine Anlage programmiert wurde, ist jederzeit wiederholbar. Somit fallen Kosten zur Neueinstellung der Anlage weg und der Faktor Rüstzeit spielt für den gesamten Produktlebenszyklus eine untergeordnete Rolle.
Volker Feyerabend
(hw)
