Lasertechnik in der Leiterplattenfertigung

Kurzfassung

Durch die fortschreitende Miniaturisierung technischer Produkte stoßen immer mehr konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen. Diese Arbeit beschreibt die M¨ oglichkeiten der Lasertechnik in der Fertigung von Leiterplatten, um konventionelle Fertigungsverfahren zu erg¨ anzen bzw. zu ersetzen. In der Arbeit wird zuerst generell die Materialbearbeitung mittels Laser dargestellt. Als n¨ achster Punkt wird die Herstellung von Mikrol¨ ochern unter Verwendung von verschiedenen Laserarten und Herstellprozessen beschrieben. Danach werden sowohl Methoden zur Erstellung des Leiterbildes, wie das Laserdirektbelichten und Laserdirektstrukturieren, als auch das Strukturieren von L¨ otstoppmasken mittels Lasertechnik erkl¨ art. Im letzten Teil wird auf das Laserschneiden von flexiblen und starr-flexiblen Leiterplatten eingegangen. Diese Arbeit soll weiters den Umstand verdeutlichen, dass eine fortschreitende Miniaturisierung in der Herstellung von technologisch hochwertigen Leiterplatten den Einsatz von Lasertechnik verlangt, da nur mit Hilfe von Lasertechnik die daf¨ ur notwenigen, feinsten Strukturen hergestellt werden k¨ onnen.

Abstract

The miniaturization of technical products has led to an increasing number of conventional manufacturing processes of printed circuit boards being taken to their limits. This paper will describe some possibilities of the use of a laser in the manufacturing of printed circuit boards, in order to supplement and replace conventional manufacturing processes. First, the processing of materials by means of laser-light will be dealt with. Secondly, the manufacturing of micro-vias by means of different types of lasers and processes will be discussed, after which both methods of imaging (such as laser-direct-imaging and laserdirect-pattern) and solder-resist-structuring by means of laser-technology will be described. Finally, the laser-cutting of flexible- and rigid-flexible boards will be treated. This paper should further demonstrate that progressive miniaturization is connected with the usage of laser technology in the manufacturing of high tech circuit boards laser-technology enables the manufacture of minimum structures.

III

INHALTSVERZEICHNIS

  Inhaltsverzeichnis  

  Kurzfassung  I

  Abstract  II

  Inhaltsverzeichnis  III

  Abbildungsverzeichnis  V

1  Einleitung  1

1.1  Motivation  1

1.2  Ziel der Arbeit  2

2  Leiterplatten  3

2.1  Basismaterial  4

2.1.1  Kupferfolien  4

2.1.2  Dielektrikum  5

3  Materialbearbeitung mit Lasern  6

4  Laserbohren  8

4.1  Prozessbeschreibung  10

4.1.1  Perkussionsbohren  11

4.1.2  Trepanierbohren  11

4.1.3  Wendelbohren  11

IV

INHALTSVERZEICHNIS

4.2  Laserbohrtechnologien  12

4.2.1  Laserbohren mit reinen CO 2 Lasersystemen  12

4.2.2  Laserbohren mit reinen Nd:YAG Lasersystemen  14

4.2.3  Laserbohren mit Hybridlasersystemen  16

5  Laserdirektbelichten  17

6  Laserdirektstrukturieren  20

6.1  Leiterbilddirektstrukturieren  20

6.1.1  Pattern Plating Verfahren  21

6.1.2  Zinn Resist Verfahren  22

6.2  L otstoppdirektstrukturieren  22

7  Laserstrahlfeinschneiden  25

8  Zusammenfassung  27

  Literaturverzeichnis  29

V

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

  Abbildungsverzeichnis  

3-1  Absorptionsspektum verschiedener Werkstoffe in Abh angigkeit der Wel  

  lenl ange  

  (Quelle: In Anlehnung an: Poprawe (2005) Seite 351)  7

4-1  Lochtypen und Kombinationen  

  (Quelle: In Anlehnung an: de Buhr und Rook (2004) Seite 533)  9

4-2  Laserstrahlbohrverfahren  

  (Quelle: Poprawe (2005) Seite 306)  10

4-3  Durchmesser-Bohrzeitdiagramm  

  (Quelle: de Buhr und Rook (2004) Seite 221)  15

4-4  Probleme mit Glasfasern bei UV-Laserbearbeitung  

  (Quelle: de Buhr und Rook (2004) Seite 211)  15

4-5   

  Offnen der obersten Kupferschicht mittels Nd:YAG Laser  

  (Quelle: de Buhr und Rook (2004) Seite 213)  16

4-6  Entfernen des Dielektrikums mittels CO 2 Laser  

  (Quelle: de Buhr und Rook (2004) Seite 214)  16

5-1  Gegen uberstellung Filmtechnik Laserdirekttechnik  

  (Quelle: Eigene Darstellung)  19

6-1  Laserstrukturiertes Standard-Trockenresist (Pattern Plating Verfahren)  

  (Quelle: Fa. LPKF Laser und Electronics (2007))  21

6-2  Laserstrukturiertes chem. Zinn (Zinn-Resist Verfahren)  

  (Quelle: Fa. LPKF Laser und Electronics (2007))  22

VI

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

6-3  Gelaserte  

  Offnung in Polyimidfolie  

  (Quelle: Fa. LPKF Laser und Elektronics (2007))  24