1. Laser-Feinbohren und Leiterplatten (PCB)
Die Fertigungsindustrie wird immer intelligenter. Dieser Wandel und die damit verbundene Modernisierung treiben die Nachfrage nach fortschrittlicher Präzisionsbearbeitung voran. Diese Art der Bearbeitung zeichnet sich durch eine hohe Wertschöpfung und hohe technische Hürden aus. Die Nachfrage nach hochpräziser Bearbeitung steigt. Dies hat zu einer rasanten Entwicklung der entsprechenden Feinbearbeitungstechnologien geführt. Die Laser-Feinbearbeitungstechnologie findet auf dem Markt zunehmend Anerkennung und Beachtung. Sie gilt als hochentwickelte Technologie.
Das Laser-Feinbohren ist ein wesentlicher Bestandteil der Laser-Feinbearbeitung. Es findet in der Leiterplattenindustrie breite Anwendung. Die laserbasierte Leiterplattenbearbeitung ist schnell und erreicht eine Genauigkeit von 2 μm. Ein solches Maß an Präzision ist mit herkömmlichen Anlagen nicht möglich. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie das Bohren kleiner, mikroskopisch kleiner und unsichtbarer Löcher. Sie erfüllt damit die spezifischen Anforderungen des Leiterplattenmarktes.
Die Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) ist ein wichtiges Bauteil in der Elektronikindustrie. Sie dient als wichtiger Träger für die Verbindung von Bauteilen und trägt zur Entwicklung der Elektronikindustrie bei. Leiterplatten sind ein unverzichtbarer Bestandteil der meisten elektronischen Geräte. Das Feinbohren mit dem Laser hat sich zu einer gängigen Anwendung in der Leiterplattenfertigung entwickelt. Der CO₂-Laser oder Ultraviolettlaser wird eingesetzt, um Blindlöcher und Durchgangslöcher mit hoher Geschwindigkeit zu bohren. Dies führt zu einer hohen Bearbeitungseffizienz und zu den gewünschten Ergebnissen.
Die Entwicklung der Leiterplattenindustrie hat zur Weiterentwicklung der Laserpräzisionstechnologie geführt. Dies eröffnet der Laserbohrindustrie neue Möglichkeiten.
2. Die wichtigsten Anwendungsbereiche des Laser-Feinbohrens bei Leiterplatten
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Fertigungsindustrie kontinuierlich weiterentwickelt. Dies hat zu höheren Anforderungen an Leiterplatten geführt. Grund dafür sind die Miniaturisierung und die Anforderungen an hohe Geschwindigkeiten bei elektronischen Produkten. Das Hauptziel besteht darin, Leiterplatten kleiner zu gestalten. Das bedeutet, die Leiterbahnbreite zu verringern. Es bedeutet aber auch, die Anzahl der Mikro-Vias zwischen den Schichtebenen zu erhöhen. Leiterplatten sind kontinuierlich kleiner geworden, während sich ihre Leistung verbessert hat. Sie haben sich von einlagigen zu doppelseitigen, mehrseitigen, mehrlagigen und flexiblen Leiterplatten weiterentwickelt. Diese Entwicklung zielt darauf ab, eine hohe Dichte und hohe Präzision bei geringen Abständen zu erreichen. Zudem sollen mikroporöse Strukturen und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Infolgedessen tendieren auch die Porengrößen der verschiedenen Funktionen zu kleineren Durchmessern. Dies hat zur Entwicklung kleinerer und schnellerer Leiterplatten beigetragen.
Derzeit entwickelt sich die Leiterplattenindustrie in Richtung dünnerer Bauweise, hoher Integration und hoher Präzision. Bei herkömmlichen Fertigungsverfahren treten häufig Probleme auf. Dazu gehören Kantengrate, Staub, Spannungen, Vibrationen und Einschränkungen bei der Bearbeitung von Kurven. Die Lasertechnologie hat sich jedoch nach und nach als vorteilhafte Lösung für die Leiterplattenherstellung etabliert. Sie nutzt eine berührungslose Bearbeitung, die die Leiterplatte weder belastet noch verformt. Außerdem entsteht kein Staub, und Leiterplatten mit Bauteilen können bearbeitet werden. Darüber hinaus bietet sie die Flexibilität, beliebige Grafiken zu bearbeiten.
Im Herstellungsprozess von Leiterplatten spielt das Bohren eine sehr wichtige Rolle. Auch an die Bohrungen in Leiterplatten werden hohe Anforderungen gestellt. Die Lasertechnologie entwickelt sich ständig weiter. Daher ist das Laserbohren mittlerweile aus der Leiterplattenfertigung nicht mehr wegzudenken. Ein unverzichtbarer Bestandteil.
3. Vorteile des Laserbohrens:
Auch im Bereich der Laserbearbeitung sind Forscher und Techniker im Ausland auf Probleme bei der Herstellung von Mikrolöchern und der Formgebung von Leiterplatten gestoßen. Nicht nur in China. Die überlegenen Eigenschaften der Lasertechnologie haben sich als vorteilhaft erwiesen. Sie unterstreichen die Vorteile des Laserbohrens gegenüber dem mechanischen Bohren. Laserstrahlen zeichnen sich durch Eigenschaften wie hohe Kohärenz, Richtungsabhängigkeit, Helligkeit und Monochromatizität aus. Diese Eigenschaften machen Laserstrahlen energiedichter und schneller. Außerdem haben sie geringere Auswirkungen auf nicht exponierte Teile. Dadurch wird die Wärmeeinflusszone minimiert. Dies verringert die durch die Erwärmung verursachten Verformungen. Bemerkenswert ist die Flexibilität der Laserbearbeitung. Sie ermöglicht Änderungen der Richtung, Führung und Fokussierung. Dies lässt sich zudem in CNC-Systeme für verschiedene Werkstücke integrieren. Dies verbessert die Bearbeitungsqualität und die Produktionseffizienz und macht das Verfahren zu einer äußerst praktischen Methode.
Im Herstellungsprozess von Leiterplatten können zwei Lasertechnologien zum Feinbohren eingesetzt werden：
- Die Wellenlänge des CO₂-Lasers liegt im fernen Infrarotbereich.
- Die Wellenlänge des UV-Lasers liegt im ultravioletten Bereich.
Die CO₂-Laserbearbeitung ist derzeit ein weit verbreitetes Laserverfahren beim Bohren von Leiterplatten. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: CO₂-Gas kann einen praxistauglichen gepulsten Infrarotlaser erzeugen. Dies geschieht, wenn die Leistung erhöht wird und die Entladungszeit unverändert bleibt. Der Strahl ist durchdringend und kann die meisten organischen Materialien durchdringen. CO₂-Laser werden bei der Herstellung industrieller Mikro-Vias in Leiterplatten eingesetzt. Der Durchmesser der Mikro-Vias muss über 100 μm betragen (Raman, 2001). Bei der Herstellung dieser Löcher mit großer Öffnung zeichnet sich der CO₂-Laser durch eine hohe Produktivität aus. Dies liegt daran, dass die für die Herstellung großer Löcher mit einem CO₂-Laser erforderliche Stanzzeit sehr kurz ist. Die UV-Lasertechnologie findet breite Anwendung bei der Herstellung von Mikroporen mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm. Bei der Verwendung von Mikroschaltplänen kann der Öffnungsdurchmesser sogar unter 50 μm liegen.
Die UV-Lasertechnologie nutzt Laser im Allgemeinen für technische Bearbeitungsprozesse. Der UV-Laserstrahl arbeitet nach einem Verfahren, das als “kalte Ablation” bezeichnet wird. Dieses Verfahren reduziert die Wärmeeinflusszone. Dadurch lassen sich die Auswirkungen von Kantenbearbeitung, Karbonisierung und anderen thermischen Belastungen minimieren.
Zu den Anwendungen, bei denen die geringe Strahlgröße und die geringe Materialbelastung von UV-Lasern zum Tragen kommen, gehört das Bohren von Löchern. Dazu zählen Durchgangslöcher, Mikrovias sowie Blind- und Buried-Vias. UV-Lasersysteme bohren Löcher, indem sie einen vertikalen Strahl bündeln, der das Substrat geradlinig durchschneidet. Je nach verwendetem Material lassen sich Löcher mit einem Durchmesser von nur 10 μm bohren.
UV-Laser eignen sich besonders gut zum Bohren von mehrschichtigen Leiterplatten. Diese Leiterplatten bestehen aus Verbundwerkstoffen, die heißgepresst und im Druckgussverfahren miteinander verbunden werden. Diese sogenannten “Halbfertigprodukte” können sich insbesondere nach der Bearbeitung mit heißeren Lasern voneinander lösen.
Die UV-Lasertechnologie zeichnet sich durch einen sehr hohen Durchsatz bei der Herstellung von Löchern mit Durchmessern unter 80 μm aus. Um den steigenden Anforderungen an die Produktivität bei der Herstellung von Mikrolöchern gerecht zu werden, haben viele Leiterplattenhersteller daher begonnen, Doppelkopf-Laserbohrsysteme einzuführen.
Im Folgenden sind die drei wichtigsten Typen von Doppelkopf-Laserbohrsystemen aufgeführt, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind:
1) UV-Bohrsystem mit zwei Köpfen;
2) CO₂-Laser-Bohrsystem mit zwei Laserköpfen;
3) Kombiniertes Laserbohrsystem (CO₂ und UV-Licht).
Bohrsysteme in der Herstellung von HDI-Leiterplatten weisen jeweils eigene Vor- und Nachteile auf. Laserbohrsysteme lassen sich in zwei Typen unterteilen. Der erste Typ arbeitet mit einer einzigen Wellenlänge und nutzt Systeme mit zwei Bohrern. Der zweite Typ arbeitet mit zwei Wellenlängen und nutzt ebenfalls Systeme mit zwei Bohrern.
Unabhängig vom Typ beeinflussen zwei wesentliche Faktoren die Bohrbarkeit:
1) Laserenergie/Impulsenergie;
2) Strahlpositionierungssystem.
Die Energie des Laserimpulses und die Übertragungsleistung des Strahls beeinflussen die Dauer des Laserbohrvorgangs. Die Übertragungsleistung des Strahls bezieht sich auf die Zeit, die die Laserbohrmaschine benötigt, um ein Mikro-Durchgangsloch zu erzeugen. Das Strahlpositionierungssystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen zwei Löchern. Zusammen bestimmen diese Faktoren, wie schnell ein Laserbohrer die für einen bestimmten Bedarf erforderlichen Mikrodurchgangslöcher erzeugen kann. Für integrierte Schaltkreise mit hohem Aspektverhältnis sind Löcher kleiner als 90 μm erforderlich. Hierfür eignen sich vor allem UV-Lasersysteme mit zwei Köpfen. Das CO₂-Lasersystem mit zwei Köpfen verwendet einen gütegeschalteten, hochfrequenzangeregten CO₂-Laser. Es bietet zahlreiche Vorteile. Zu diesen Eigenschaften gehört eine hohe Wiederholgenauigkeit (bis zu 100 kHz). Darüber hinaus verfügt es über einen großen Arbeitsbereich und ermöglicht schnelles Bohren. Zwar sind nur wenige Impulse erforderlich, um ein Blindloch zu bohren, doch ist die Bohrqualität möglicherweise nicht optimal.
4. Schlussfolgerung
Die Fortschritte bei integrierten Schaltkreisen und in der elektronischen Informationstechnologie haben die Leiterplattenindustrie revolutioniert. Diese Entwicklungen haben auch erhebliche Auswirkungen auf den Bereich der Lasertechnik gehabt. Dank ständiger Innovationen ist es heute möglich, elektronische Geräte herzustellen, die kompakt, vielseitig und effizient sind. Mit diesen hohen Anforderungen geht jedoch auch ein gesteigerter Bedarf an präzisen Anlagen zur Bearbeitung von Leiterplatten einher.
Insbesondere die Lasertechnologie ist zu einem wesentlichen Bestandteil der Leiterplattenfertigung geworden. Die Weiterentwicklung der Lasertechnologie steht in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung der Leiterplattentechnologie. Durch die präzise Bestückung mit Bauteilen und die Gewährleistung hoher Qualitäts- und Sicherheitsstandards hat die Lasertechnologie die Präzision bei der Leiterplattenbestückung erheblich verbessert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fortschritte bei integrierten Schaltkreisen und in der elektronischen Informationstechnologie zu erheblichen Veränderungen in der Leiterplattentechnologie geführt haben, während die Weiterentwicklungen in der Lasertechnologie dem Fertigungsprozess mehr Geschwindigkeit, Präzision und Genauigkeit verliehen haben. Daher ist die Lasertechnologie ein fester Bestandteil der Leiterplattenindustrie.
