Manche Anwendungen von Leiterplatten erfordern besonders reine Ergebnisse, denkt man beispielsweise an die neuen Entwicklungen hin zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung 5G oder auch an sicherheitsrelevante Anwendungen in der Automobilindustrie. Hier kommen starre, starrflexible oder flexible Leiterplatten zum Einsatz, bei denen die Anwender keinerlei Qualitätsbeeinträchtigungen dulden können.

Vorteile des Nutzentrennens mittels Lasertechnologie.

Vorteile des Nutzentrennens mittels Lasertechnologie. LPKF

Leiterplattenbearbeitung mit Lasertechnologie

Gegenüber herkömmlichen Verfahren bietet der Laser eine Reihe von Vorteilen, durch die sich Ressourcen sparen und Erträge verbessern lassen: Er agiert berührungslos und verschleißfrei und bringt außer an der gewünschten Stelle keine Wärme oder mechanischen Stress ein. Daher können selbst empfindliche Substrate präzise verarbeitet werden. Leistungsstarke Laser trennen und schneiden unbestückte sowie ein- oder doppelseitig SMD-bestückte Leiterplatten präzise und materialschonend. Mit Schneidkanälen, die nur wenige Mikrometer breit sind, erzeugt der Laserstrahl beliebige und zum Teil sehr komplexe Strukturen. Es lassen sich mehr Komponenten auf einer Platte platzieren als dies bei der Verwendung herkömmlicher Werkzeuge wie Sägen, Fräsen oder Stanzen möglich ist. Lasersysteme arbeiten deutlich präziser und flexibler als die rein mechanischen Trennwerkzeuge und vermeiden die Entstehung und das Ablagern von Staub. Die dielektrischen Eigenschaften des Materials bleiben erhalten.

LPKF Laser & Electronics ist einer der Pioniere in diesem Bereich. Erfahrungen mit Ultrakurzpulslasern hat das Unternehmen bereits durch seine PCB-Prototyping-Systeme, die LPKF bereits seit 2015 in Forschungseinrichtungen betreibt. Lasersysteme mit Ultrakurzpulslasern ermöglichen die schnelle und exakte Laserbearbeitung einer Vielzahl von Materialien – vom flexiblen Cover Layer bis hin zum FR4 – und können selbst schwierige HF-Anwendungen für aktuelle und zukünftige Telekommunikationsstandards einfach realisieren.

Das Ultrakurzpuls-Lasersystem LPKF ProtoLaser R bearbeitet Materialien präzise und ohne thermische Beeinflussung des Nachbarbereichs. Diese kalte Ablation ist insbesondere beim Strukturieren im Mikro- und Nanobereich empfindlicher Materialien interessant. Seine Präzision beweist dieses Ultrakurzpuls-Lasersystem beispielsweise an einem besonderen Material: Mit einem Laserstrahldurchmesser von lediglich 15 µm strukturiert und schneidet er 0,2 mm dünne Carbonfolien für die LTCC-Technologie. Auch eine Metallisierung auf Titanat lässt sich präzise und schnell strukturieren sowie das Material ohne thermischen Stress beliebig bohren und schneiden.

Vergleich der Schnittkanten mit Picosekunden-Laser (a) links) und Frästechnik (b), rechts) bei FR 4 Material. Die Kante der lasergeschnittenen Leiterplatte ist bereits optisch deutlich glatter; im Vergleich dazu sind nach dem Fräsen breit gestreute Partikel und fransige Glasfaserenden zu erkennen. LPKF

Vergleich der Schnittkanten mit Picosekunden-Laser (a) links) und Frästechnik (b), rechts) bei FR 4 Material. LPKF

Für den Einsatz in der Serienfertigung hat LPKF die Micro-Line- und Pico-Line-Systeme entwickelt. Sie sorgen dort insbesondere für gratfreie Schnitte u.a. in FR4-, FR5-, CEM-Materialien, Keramiken, Polyimiden, HF-Materialien und (IC-) Substrat ähnlichen Leiterplatten.

Gegen Null gehende Wärmeeinflusszone

Durch gestiegene Anforderungen an elektronische Geräte hinsichtlich Funktionserweiterung bei gleichzeitiger Miniaturisierung wächst der Bedarf an präzise und effizient bearbeiteten Leiterplatten mit staubfreien und karbonisierungsfreien Schnittkanten. Damit Karbonisierung nicht auftritt, muss die Bearbeitung möglichst kühl erfolgen. Erreicht wird dies durch kürzeste Laserpulse. Die Laser in den neuen Pico-Line-Systemen arbeiten daher im einstelligen Picosekunden-Bereich. Diese sogenannte Single-Pico-Lasertechnologie weist eine gegen Null gehende Wärmeeinflusszone auf. Insbesondere durch den Einsatz der Clean-Cut-Technologie in den Single-Pico-Systemen treten Karbonisierungen nicht mehr auf. Nachfolgende Reinigungsschritte sind in der Regel nicht mehr notwendig.

Saubere Schnittkanten ohne Staub, Karbonisierung oder andere Rückstände sowie exakte Maße sind die Ergebnisse beim Clean-Cut-Schneiden mit der Single-Pico-Technologie. Beim Nutzentrennen von Leiterplatten ermöglicht die Technologie durch die größtmögliche Ausnutzung der Plattenfläche erhebliche Materialeinsparungen. Auch die Präzision der innovativen Technologie, die mit Schnittkanalbreiten von nur rund 25 µm auskommt, überzeugt. So können Hersteller hochwertiger mikroelektronischer Bauteile ihre Produkte hinsichtlich der funktionalen Leiterplattenfläche sowie der Anzahl von Leiterplatten pro Nutzen weiter optimieren. Darüber hinaus erreichen die Lasersysteme eine beispiellos hohe Schnittgeschwindigkeit, vergleichbar der der konventionell eingesetzten Fräsmaschinen. Damit hat das Laser-Hochgeschwindigkeitsschneiden das Potenzial, mechanische Verfahren zum FR4-Nutzentrennen in Zukunft abzulösen.

Vergleich der Schnittkanten mit Picosekunden-Laser (a) links) und Frästechnik (b), rechts) bei FR 4 Material. Die Kante der lasergeschnittenen Leiterplatte ist bereits optisch deutlich glatter; im Vergleich dazu sind nach dem Fräsen breit gestreute Partikel und fransige Glasfaserenden zu erkennen.

Vergleich der Schnittkanten mit Picosekunden-Laser (a) links) und Frästechnik (b), rechts) bei FR 4 Material. Die Kante der lasergeschnittenen Leiterplatte ist bereits optisch deutlich glatter; im Vergleich dazu sind nach dem Fräsen breit gestreute Partikel und fransige Glasfaserenden zu erkennen. LPKF

Vielfalt bietet die innovative Technologie auch beim Materialabtragen. Dünne anorganische Schichten werden präzise von organischen Substraten abgetragen, was beispielsweise bei der Herstellung von OLED-Touchpanels notwendig ist. Zudem lassen sich auch organische Schichten – wie beispielsweise Polyimid – von Metalloberflächen abtragen, was unter anderem für Deckschicht-Applikationen von Vorteil sein kann. Die Produktionseffizienz steigt besonders dann deutlich, wenn durch den Einsatz der Technologie auf das vorherige Stanzen von Deckschichten verzichtet werden kann. Erhöhte Ausbeute und Produktionseffizienz in der Leiterplattenbearbeitung führen zu einem schnellen Return on Investment – ein Plus für die Lasertechnologie.

electronica 2018: Halle B1, Stand 219 und Halle A1, Stand 443

Saubere Schnittkanten sowie exakte Maße sind die Ergebnisse beim CleanCut-Schneiden mit der SinglePico-Technologie.

Saubere Schnittkanten sowie exakte Maße sind die Ergebnisse beim CleanCut-Schneiden mit der SinglePico-Technologie. LPKF