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1-2016

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Lasertechnik Erweitertes

Lasertechnik Erweitertes Spektrum für HF-Substrate Ein Messmikroskop zeigt die Präzision der Bearbeitung durch den Proto- Laser: steile Kanten der Leiterzüge, enge Radien und keine Unterätzungen Präzision zählt: Der Laser legt auch anspruchsvolle Strukturen ohne Beeinträchtigung der empfindlichen Elemente an „20 Minuten statt drei Wochen“ – so lautet der Titel eines Anwendungsberichts. LPKF und das Fraunhofer IAF in Freiburg haben dort vor drei Jahren den Einsatz des damals brandneuen ProtoLaser zur Herstellung von Bauteilträgern für HF-Schaltungen dargestellt. Nun stellt LPKF mit dem ProtoLaser S4 einen Nachfolger vor, der gegenüber dem Vorgänger einige interessante Neuerungen aufweist. Durch den Einsatz von Lasertechnologien hat der Entwickler eine Reihe Vorteile gegenüber klassischen Verfahren. Laserverfahren kommen ohne umweltschädliche Ätzchemie aus, arbeiten berührungslos auf empfindlichen Substraten und können Strukturen bis in den Feinstleiterbereich herstellen. Der Prozess benötigt keine Masken oder Filme. Grundlage sind die Daten des CAD-Layouts. Eine leistungsfähige Software und der ProtoLaser S4 stellen daraus den realen Leitungsträger her – bis auf wenige Mikrometer genau. Erweitertes Bearbeitungsfenster Der auf der productronica 2015 vorgestellte LPKF Proto- Laser S4 öffnet gegenüber seinem Vorgänger ein erweitertes Der LPKF ProtoLaser S4 ist Spezialist für die hochpräzise Bearbeitung laminierter Substrate, wie zum Beispiel FR4 Bearbeitungsfenster. Er verwendet eine Laserwellenlänge von 532 nm (grün im sichtbaren Lichtspektrum) statt bisher 1064 nm (NIR). Die Absorptionsraten für organische und metallische Materialien sind bei der grünen Wellenlänge sehr unterschiedlich. Der neue Proto- Laser S4 kann nun auch Substrate sicher prozessieren, die aufgrund galvanischer Durchkontaktierung leicht inhomogene Kupferschichtdicken aufweisen. Dabei erfolgt die Laserbearbeitung der Metallschichten doppelt so schnell wie beim Vorgänger – bei gesteigerter Präzision. Der Pitch des ProtoLaser S4 beträgt 65 µm (50 µm Linie, 15 µm Abstand) auf FR4 mit 18 µm Kupfer. Bei den Nebenzeiten ist das neue Lasersystem genügsam. Ein integriertes, hochauflösendes Vision-System tastet Passermarken oder Board-Geometrien sehr schnell und zuverlässig ab. Das macht sich zum Beispiel bei großen Boards oder doppelseitigen Bauteilen positiv bemerkbar. Auch bei mehreren Nutzen auf einem Basismaterial erfolgt die Positionserfassung sehr schnell. Durch die neue Laserwellenlänge kann der ProtoLaser S4 auch zum Trennen von dünnen Leiterplatten aus größeren Nut- 40 1/2016

Lasertechnik Schnelles Rubout: Der Laser schraffiert die zu entfernenden Flächen, stellt noch einmal die Zielkontur frei und delaminiert die Rubout-Flächen Für die Bearbeitung wird ein Laserstrahl so fein gebündelt, dass die gesamte Energie in einem kleinen Punkt zusammenkommt, dem Laserfokus. Selbst Lasersysteme mit einer geringen Ausgangsleistung erreichen durch die Fokussierung hohe Energiedichten. Das führt zur Gebündelte Energie Absorptionsgrade unterschiedlicher Materialien und Laser- Wellenlängen zen oder zum Schneiden flexibler Materialien eingesetzt werden. So lassen sich auch Vias präzise herstellen. Alle Löcher, die größer als der Durchmesser des Laserfokus ausfallen, werden durch einen Schneidvorgang erzeugt. Der Vorteil: Die Löcher müssen nicht rund sein und können in beliebigen Durchmessern produziert werden. Hohe Präzision Die dabei erzielte Performance kann mit den LPKF- UV-Lasern nicht mithalten, die erreichte Präzision hingegen schon. Durch kurze Pausen im Schneidvorgang vermeidet die Steuersoftware Carbonisierungen des organischen Substrats. Als Orientierunghilfe: Ein Konturschnitt mit einer Länge von ca. 15 cm in 200-µm-FR4 mit 18 µm Kupfer dauert weniger als eine halbe Minute. Die benötigten Schneidkanäle inklusive einer thermischen Schutzzone haben eine Breite von weniger als 400 µm. Für große Rub-out-Bereiche schaltete der ProtoLaser S4 auf einen Delaminationsprozess um. Die zu entfernende Fläche Verdampfung des Materials, erhitzt es oder belichtet fotosensitive Substrate. Die Wirkung des Lasers hängt auch vom bestrahlten Material ab: Je nach Laserwellenlänge und Material werden unterschiedliche Werte für die Absorption der Laserenergie erzielt. wird zunächst diagonal in feine Streifen geschnitten. Danach heizt der Laser die Streifen auf und löst sie vom Substrat. Eine Druckluftdüse bläst die Kupferstreifen in das Absaugsystem. Auffällig ist das neue Gehäuse im prämierten LPKF Corporate Design. Es entkoppelt den Bearbeitungskäfig von Umwelteinflüssen und erleichtert zudem Wartungsarbeiten. Das System lässt sich auf Rollen problemlos bewegen und benötigt nur Druckluft und einen Stromanschluss zum Betrieb. Der Laserstrahl kann durch einen Scanner im Bearbeitungskopf oder durch eine Relativbewegung zwischen Laser und Material – zum Beispiel einen XY-Tisch – ins Ziel gelenkt werden. Schließlich wirkt sich auch noch die Laserfrequenz auf das Ergebnis aus. In der Materialbearbeitung haben sowohl Dauerstrichlaser wie auch Systeme mit gepulsten Laserquellen ihre Berechtigung. LPKF liefert die Laborsysteme der ProtoLaser- Familie mit einer leistungsfähigen Maschinensoftware aus, die bequem durch den gesamten Herstellungsprozess leitet. Diese Software greift auf eine umfangreiche Materialbibliothek mit Parametersätzen zu – eine unverzichtbare Hilfe, um schnell gute Ergebnisse zu erzielen. LPKF Laser & Electronics AG www.lpkf.de 1/2016 41

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