Durch die fortschreitende Miniaturisierung technischer Produkte stoßen immer mehr konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen. Diese Arbeit beschreibt die Möglichkeiten der Lasertechnik in der Fertigung von Leiterplatten, um konventionelle Fertigungsverfahren zu ergänzen bzw. zu ersetzen. In der Arbeit wird zuerst generell die Materialbearbeitung mittels Laser dargestellt. Als nächster Punkt wird die Herstellung von Mikrolöchern 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 Lötstoppmasken mittels Lasertechnik erklärt. 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 dafür
notwendigen, feinsten Strukturen hergestellt werden können.
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.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Ziel der Arbeit
2 Leiterplatten
2.1 Basismaterial
2.1.1 Kupferfolien
2.1.2 Dielektrikum
3 Materialbearbeitung mit Lasern
4 Laserbohren
4.1 Prozessbeschreibung
4.1.1 Perkussionsbohren
4.1.2 Trepanierbohren
4.1.3 Wendelbohren
4.2 Laserbohrtechnologien
4.2.1 Laserbohren mit reinen CO2 Lasersystemen
4.2.2 Laserbohren mit reinen Nd:YAG Lasersystemen
4.2.3 Laserbohren mit Hybridlasersystemen
5 Laserdirektbelichten
6 Laserdirektstrukturieren
6.1 Leiterbilddirektstrukturieren
6.1.1 Pattern Plating Verfahren
6.1.2 Zinn Resist Verfahren
6.2 Lötstoppdirektstrukturieren
7 Laserstrahlfeinschneiden
8 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten sowie die Vorteile der Lasertechnik in der modernen Leiterplattenfertigung aufzuzeigen, insbesondere dort, wo konventionelle Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Dabei werden die Prozesse des Laserbohrens, der Laserdirektbelichtung, des Laserdirektstrukturierens und des Laserstrahlfeinschneidens im Detail analysiert.
- Einsatzmöglichkeiten von Lasertechnologie in der Leiterplattenherstellung
- Prozessanalysen für Laserbohren, Laserdirektbelichten und -strukturieren
- Vergleich von Laserverfahren gegenüber konventionellen Fertigungstechniken
- Technologische Anforderungen an Basismaterialien für die Laserbearbeitung
- Optimierung von Präzision und Effizienz bei der Leiterplattenminiaturisierung
Auszug aus dem Buch
4.1.1 Perkussionsbohren
Hierbei trifft der Laserstrahl in mehreren kurzen Pulsen das Werkstück immer an derselben Stelle und verdampft dabei jeweils etwas Werkstoff, bis die gewünschte Bohrtiefe erreicht ist. Bei konstanten Prozessparametern sinkt die Abtragrate nach jedem Puls, wobei die charakteristisch konische Bohrungsgeometrie entsteht. Die Änderung der Abtragrate ist hauptsächlich auf die Absorption der Laserstrahlung am Bohrungsgrund, die Verluste durch Wärmeleitung und die Absorption der Laserstrahlung im sich bildenden Plasma zurückzuführen. Der kleinstmögliche Bohrdurchmesser beim Perkussionsbohren entspricht dem Laserstahldurchmesser, wobei dieser durch die physikalischen Prozesse während des Bohrprozesses zusätzlich noch etwas vergrößert wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt den Trend zur Miniaturisierung in technischen Produkten und den daraus resultierenden Bedarf an Lasertechnik für hochdichte Leiterplattenstrukturen.
2 Leiterplatten: Gibt einen Überblick über die verschiedenen Typen, Aufbautechniken sowie die notwendigen Basismaterialien (Kupferfolien und Dielektrika) für die Fertigung.
3 Materialbearbeitung mit Lasern: Erläutert die physikalischen Grundlagen der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Materialien, insbesondere die Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
4 Laserbohren: Detaillierte Betrachtung der Lochtypen, Prozessvarianten wie Perkussions-, Trepanier- und Wendelbohren sowie unterschiedlicher Lasersysteme wie CO2-, Nd:YAG- und Hybridlaser.
5 Laserdirektbelichten: Analysiert den Ersatz klassischer Fotofilme durch direkte Laserbelichtung auf Fotolacke zur Steigerung der Genauigkeit und Effizienz.
6 Laserdirektstrukturieren: Beschreibt Verfahren zur Feinstleitererstellung mittels Laserablation, unterteilt in das Pattern Plating Verfahren, das Zinn Resist Verfahren und die Lötstoppdirektstrukturierung.
7 Laserstrahlfeinschneiden: Behandelt die Anwendung von Lasertechnik beim Vereinzeln von flexiblen Leiterplatten und komplexen Geometrien unter geringer mechanischer Belastung.
8 Zusammenfassung: Fasst die Bedeutung der Lasertechnik als festen Bestandteil der modernen Leiterplattenfertigung und deren Vorteile gegenüber mechanischen Verfahren zusammen.
Schlüsselwörter
Lasertechnik, Leiterplattenfertigung, Microvias, HDI-Technologie, Laserdirektbelichtung, Laserablation, Kupferfolien, Dielektrikum, Leiterplattenstrukturierung, Laserbohren, Feinstleiter, Polyimid, Materialbearbeitung, Lasersysteme, Leiterplattenminiaturisierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Bachelor-Arbeit untersucht den Einsatz von Lasertechnik bei der Herstellung von Leiterplatten, um konventionelle Fertigungsverfahren zu ergänzen oder zu ersetzen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Hauptthemen zählen Laserbohrverfahren für Microvias, die direkte Strukturierung von Leiterbildern und Lötstoppmasken sowie das hochpräzise Schneiden von flexiblen Leiterplatten.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, die Möglichkeiten und Vorteile der Lasertechnik aufzuzeigen, besonders dort, wo herkömmliche Methoden an technische oder wirtschaftliche Grenzen stoßen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Arbeit, die auf einer umfassenden Literaturanalyse und dem Vergleich aktueller technischer Fertigungsprozesse basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert spezifische Fertigungsschritte wie das Laserbohren (CO2, Nd:YAG), Laserdirektbelichten und die Laserablation zur Leiterbildstrukturierung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Lasertechnik, Leiterplatten, Microvias, Ablation, Miniaturisierung und HDI-Technologie sind prägende Begriffe.
Warum ist die Lasertechnik bei der HDI-Leiterplattenfertigung so entscheidend?
Da konventionelle mechanische Bohrwerkzeuge bei sehr kleinen Durchmessern leicht brechen, ermöglicht die berührungslose Lasertechnik eine wirtschaftliche und präzise Herstellung feinster Strukturen.
Welchen Vorteil bietet die Laserdirektbelichtung gegenüber dem klassischen Filmverfahren?
Es entfällt die Notwendigkeit von teuren Fotofilmen, zudem können Skalierungsfehler bei jeder Platte einzeln durch Vermessung kompensiert werden, was die Präzision erhöht.
Was unterscheidet das Trepanierbohren vom Perkussionsbohren?
Während beim Perkussionsbohren der Strahl punktuell bohrt, beschreibt der Strahl beim Trepanierbohren konzentrische Bahnen, was zu einer höheren Rundheit des Lochs führt.
- Arbeit zitieren
- BSc Juergen Weinzoedl (Autor:in), 2007, Lasertechnik in der Leiterplattenfertigung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/121928
