Lasertechnik in der Leiterplattenfertigung
Bachelor-Arbeit von
Jurgen Weinzodl

ausgefuhrt am
Fachhochschulstudiengang Innovationsmanagement
Im Rahmen der Lehrveranstaltung
4.Semester
Graz, 17. Juni 2007

I

Kurzfassung
Durch die fortschreitende Miniaturisierung technischer Produkte stoßen immer mehr konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen. Diese Arbeit beschreibt die Moglichkeiten der Lasertechnik in der Fertigung von Leiterplatten, um konventionelle Fertigungsverfahren zu erganzen bzw. zu ersetzen. In der Arbeit wird zuerst generell die Materialbearbeitung mittels Laser dargestellt. Als nachster Punkt wird die Herstellung von Mikrolochern 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 Lotstoppmasken mittels Lasertechnik erklart. Im letzten Teil wird auf das Laserschneiden von flexiblen und starr-flexiblenLeiterplatten eingegangen. Diese Arbeit soll weiters den Umstand verdeutlichen, dass einem fortschreitende Miniaturisierung in der Herstellung von technologisch hochwertigen Leiterplatten den Einsatz von Lasertechnik verlangt, da nur mit Hilfe von Lasertechnik die dafur notwenigen, feinsten Strukturen hergestellt werden konnen.

II

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.

INHALTSVERZEICHNISIII

Inhaltsverzeichnis
KurzfassungI
AbstractII
InhaltsverzeichnisIII
AbbildungsverzeichnisV

1Einleitung1
1.1Motivation .1
1.2Ziel der Arbeit .2
 

2Leiterplatten3
2.1Basismaterial .4
2.1.1Kupferfolien .4
2.1.2Dielektrikum .5

3Materialbearbeitung mit Lasern6

4Laserbohren8
4.1Prozessbeschreibung .10
4.1.1Perkussionsbohren .11
4.1.2Trepanierbohren .11
4.1.3Wendelbohren .11

INHALTSVERZEICHNISIV

4.2Laserbohrtechnologien .12
4.2.1Laserbohren mit reinen CO2 Lasersystemen .12
4.2.2Laserbohren mit reinen Nd:YAG Lasersystemen .14
4.2.3Laserbohren mit Hybridlasersystemen .16

5Laserdirektbelichten17

6Laserdirektstrukturieren20
6.1Leiterbilddirektstrukturieren .20
6.1.1Pattern Plating Verfahren .21
6.1.2Zinn Resist Verfahren .22
6.2Lotstoppdirektstrukturieren .22

7Laserstrahlfeinschneiden 25

8Zusammenfassung27
Literaturverzeichnis29

ABBILDUNGSVERZEICHNISV

Abbildungsverzeichnis
3-1Absorptionsspektum verschiedener Werkstoffe in Abhangigkeit der Wellenlange(Quelle: In Anlehnung an: Poprawe (2005), Seite 351) .7
4-1Lochtypen und Kombinationen(Quelle: In Anlehnung an: de Buhr und Rook (2004), Seite 533) .9
4-2Laserstrahlbohrverfahren(Quelle: Poprawe (2005), Seite 306) .10
4-3Durchmesser-Bohrzeitdiagramm(Quelle: de Buhr und Rook (2004), Seite 221) .15
4-4Probleme 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 CO2 Laser(Quelle: de Buhr und Rook (2004), Seite 214) .16
5-1Gegenuberstellung Filmtechnik - Laserdirekttechnik(Quelle: Eigene Darstellung) .19
6-1Laserstrukturiertes Standard-Trockenresist (Pattern Plating Verfahren)(Quelle: Fa. LPKF, Laser und Electronics (2007)) .21
6-2Laserstrukturiertes chem. Zinn (Zinn-Resist Verfahren)(Quelle: Fa. LPKF, Laser und Electronics (2007)) .22