Mikromaterialbearbeitung mit dem Laser Projektierung, Prototyping, Auftragsfertigung

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1 Mikromaterialbearbeitung mit dem Laser Projektierung, Prototyping, Auftragsfertigung

2 Was können wir für Sie tun? Die LaserMicronics GmbH ist Spezialist für das gesamte Spektrum der industriellen Laser-Mikromaterialbearbeitung. Seit Gründung im Jahr 1989 als Dienstleistungsunternehmen und Auftragsfertiger übernimmt LaserMicronics Aufgaben wie Beratung, Entwicklung und Fertigung. LaserMicronics erarbeitet gemeinsam mit Kunden neue Lösungen und lässt ehrgeizige Ideen zu einzigartigen Produkten werden. 2

3 Von der Idee bis zum Produkt LaserMicronics verfügt über langjährige Erfahrung in der Lasermikrobearbeitung. Das Leistungsspektrum umfasst die Auswahl des passenden Materials und Designs, Prozessplanung und Prototypenfertigung. Physiker und Applikationsingenieure begleiten Produkte von der Idee bis in den optimierten Produktionsprozess. LaserMicronics ist für Kunden jeder Größenordnung tätig. Auftraggeber kommen aus den Bereichen Telekommunikation und Automotive, aber auch aus der Medizintechnik und aus Forschungseinrichtungen. In der Folge übernimmt das Unternehmen auch die Vorserien- und Serienfertigung bis hin zur Pro duktion von Großserien zu attraktiven Konditionen. L aser Micronics hat die gesamte Palette modernster Lasersysteme und Messtechnik der LPKF Laser & Electronics AG im Einsatz. Auf dem Gebiet der Auftragsfertigung bietet Laser Micronics qualifizierte Dienstleistungen: Laser-Kunststoffschweißen in diversen Verfahrensvarianten MID, Planung und Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger Laserschneiden von starren, starr-flexiblen und flexi blen Leiterplattenmaterialien, Mikroteilen und Keramik LDP, Herstellung von Feinstleiterstrukturen durch Dünnschichtstrukturierung Zinn-Resist, Laser-Direktstrukturierung von Ätzoder Galvanoresisten, auch dreidimensional Bohren von Microvias in unterschiedlichen Materialien Mikrobearbeitung von Keramik; Schneiden, Bohren, Ritzen und Gravieren Öffnen von Lötstopplacken und Abdeckfolien Reparatur und Nacharbeit von bestückten und unbestückten Leiterplatten Strukturierung von TCO/ITO-Beschichtungen Laserschneiden- und Strukturieren von MEAs und Keramiken für Brennstoffzellen 3

4 Scharfe Kanten Lasersysteme schneiden gut ab. UV-, IR- und CO 2 -Laser können ihre Stärken bei der Mikrobearbeitung voll ausspielen. Laser trennen Multilayer, starre, starr-flexible und flexible Leiterplatten und sogar Keramik. Sie arbeiten hochpräzise, schonend und schnell. Leiterplattenbearbeitung Moderne Lasersysteme schneiden hochkomplexe Konturen ohne mechanische Belastungen viel präziser als herkömmliche Verfahren. Die Schnittkanäle auf bestückten Platinen lassen sich sehr eng neben empfindliche Bauteile oder Leiterbahnen legen. Die einwirkenden Kräfte sind auf ein Minimum reduziert. Laserschneiden eignet sich für alle in der Leiterplattenfertigung üblichen Materialien: FR4-Multilayer Flexible Leiterplatten Starr-flexible Leiterplatten Keramik LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) HF-Materialien (Rogers, Teflon ) Verbunde bis zu einer Stärke von 1 Millimeter Präzision und Qualität Aufgrund der kontaktfreien Materialbearbeitung entsteht beim Lasertrennen selbst bei sehr dünnen Materialien kein Verzug, Schnittkanten sind glatt und senkrecht. Das gewährleistet ein Maximum an Maßhaltigkeit, Kantenqualität und Durchsatz. Vorteile des Laserschneidens: Saubere Schnittkanten ohne Gratbildung Schneiden von extrem feinen Konturen, praktisch radienfreie Innenkanten Geringer thermischer Einfluss, keine Delaminierung Schneiden von unterschiedlichen Materialstärken und -kombinationen in einem Arbeitsgang Flexible Änderung der Schneidkonturen Kontaktfreie Materialbearbeitung, dadurch kein Materialverzug Hohe Präzision und Lagegenauigkeit der Schnittkanten durch automatische Registrierung 4

5 Mikrometallteile schneiden Beim Schneiden von Mikroteilen kommt es auf die Präzision an. Mit modernen Lasern lassen sich Schneidteile mit einer Stärke von bis zu 0,6 mm hochpräzise aus handelsüblichen Folien und Blechen schneiden. LaserMicronics verarbeitet Edelstahl, Nickel, Molybdän und Titan, jeweils mit einer Wiederholgenauigkeit von ±2 µm und minimalen Radien von 10 µm. Gearbeitet wird ausschließlich mit Lasersystemen, zusätzliche Werkzeuge sind nicht nötig. Damit werden auch kleine und mittlere Serien rentabel. Brennstoffzellentechnik LaserMicronics hat ein Verfahren zur Bearbeitung von MEA (Membran-Elektroden-Einheit) entwickelt, das den beidseitigen Graphitabtrag durch Laserablation in nur einem Arbeitsschritt ermöglicht. Zusätzlich können komplette MEA mittels Lasertechnologie sauber geschnitten werden. Keramische Materialien in der Laserbearbeitung: Silizium-Nitrid (Si 3 N 4 ) Aluminium-Oxid (Al 2 O 3 ) Aluminium-Nitrid (AlN) Zirkonium-Oxid (ZrO 2 ) LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) Keramische Kompositwerkstoffe Mikrobearbeitung von Keramik Schneiden, Bohren, Ritzen, Gravieren und Beschriften Keramik zeichnet sich durch eine große Härte, Form- und Temperaturbeständigkeit aus. Das macht die Bearbeitung kompliziert. Laser können sowohl zur Direktstrukturierung als auch zum Bohren und Schneiden ungebrannter und gesinterter Keramik eingesetzt werden. Durch Laserbearbeitung lassen sich komplexe Geo me trien realisieren mit einem Maximum an Maßhaltigkeit, Kantenqualität und Durchsatz. Die wichtigsten Laserquellen für die Mikromaterialbearbeitung Je nach Material kommen in den Trenn- und Bearbeitungsverfahren vorwiegend IR-, CO 2 - oder UV-Laseranlagen zum Einsatz. Hier eine Übersicht über die wichtigsten LaserMicronics-Lasersysteme: UV-Lasersysteme (355 nm) sind besonders für die präzise Mikrobearbeitung von Metallen, Kunststoffen, keramischen Materialien und Materialverbunden geeignet. Ein UV-Laser ist ein multifunktionales Laserwerkzeug für besonders feine und saubere Applikationen. IR-Lasersysteme (1064 nm) stehen als diodengepumpte Festkörper-Laser, Dioden- und Faserlaser zur Verfügung. Einsatzgebiet ist unter anderem das Laser-Kunststoffschweißen, MID, Blechbearbeitung und Kupfer- Direktstrukturierung. Excimer-Lasersysteme (248 und 308 nm) eignen sich besonders für die Strukturierung dünner Metallschichten im Maskenprojektionsverfahren. Im Rolle-zu-Rolle-Verfahren sind Strukturen kleiner 10 µm möglich. CO 2 -Lasersysteme (9400 nm) werden beim Nutzentrennen eingesetzt. 5

6 Dreidimensionale Multitalente Die Kombination von mechanischen und elektronischen Funktionen in einem Bauteil, dafür steht Molded Interconnect Device (MID). Dreidimensionale Schaltungsträger sind Vorreiter der Miniaturisierung. Leiterbahnen verlaufen auf engstem Raum über mechanische Formteile für besonders kleine, präzise und wirtschaftliche Komponenten. MID-Technologie birgt enormes Potential MIDs sind spritzgegossene Schaltungsträger: mechanisches Bauteil und Schaltungsträger zugleich. Sie u nterstützen perfekt den Trend zu immer kleineren Bauteilen bei gleichzeitiger Erhöhung der Funktionalität. MIDs reduzieren die Komponentenzahl, verringern den Montageaufwand und minimieren die Produktionskosten. Laserdirektstrukturierung im LDS-Verfahren LaserMicronics wendet bei der Herstellung von MIDs das bewährte LPKF-LDS-Verfahren an. Die Laser- Direktstrukturierung bildet die Leiterbahngeometrie direkt aus den CAD-Daten auf dreidimensionalen Einkomponentenspritzguss-Bauteilen ab. Diese Strukturen werden anschließend stromlos metallisiert. Im Gegensatz zu konkurrierenden Verfahren wie dem 2-Komponenten- Spritzguss oder dem Heißprägen kommt die LDS-Technologie ohne zusätzliche produktspezifische Werkzeuge aus. Für die Herstellung spritzgegossener Schaltungsträger nach dem LPKF-LDS-Verfahren stehen eine Vielzahl von Serienwerkstoffen zur Verfügung. 6

7 Die Vorteile des LPKF-LDS-Verfahrens: Mehr Flexibilität. Der Laser überträgt das dreidimensionale Schaltungslayout direkt, ohne zusätzliche Werkzeuge oder Masken, auf das Spritzgießteil. Die Strukturierung erfolgt auf Basis der vorliegenden CAD-Daten. Werkzeugkosten sinken signifikant, da die laserstrukturierbaren MIDs im Einkomponenten- Spritzguss hergestellt werden. Der Laser ist ideal für die Erzeugung feinster Strukturen. Hohe Kosteneffizienz bei maximaler Flexibilität, insbesondere bei feinen Strukturen. Hohe Umweltverträglichkeit, da das Verfahren ohne Beiz- und Ätzchemikalien auskommt. Breite Palette an LDS-fähigen Kunststoffen Das LPKF-LDS-Verfahren ist eine flexible und wirtschaftliche Technologie für seriennahes Prototyping und die Serienproduktion innovativer Produkte für die Telekommunikationsbranche, Medizintechnik oder im Bereich Automotive. Stromlose Metallisierung in Serie Zur Ausweitung der LDS-Dienstleistungen hat LaserMicronics in 2010 eine Metallisierungsstraße konzipiert, die auf die besonderen Anforderungen des LDS-Prozesses abgestimmt ist. Damit erweitert sich das Angebot zur spezialisierten Metallisierung von LDS- Komponenten. 7

8 Verbindende Lösungen Beim Zusammenfügen von zwei Kunststoffbauteilen wird verstärkt auf Laser technologie zurückgegriffen. Laser-Kunststoffschweißen überschreitet die Grenzen traditioneller Fügeverfahren. Der Laser ersetzt klassische Verbindungstechnologien und erschließt neue Einsatz gebiete und Märkte. Fügeverfahren der Zukunft Laserstrahl-Kunststoffschweißen ist das Fügever fahren der Zukunft. Das Schweißverfahren verbindet zwei Kunststoffe zuverlässig und dauerhaft, es ist zudem partikelfrei und belastungsarm. Verglichen mit Konkurrenzverfahren wie dem Ultraschall- und Vibrationsschweißen, dem Spiegel- und Heißgasschweißen oder der Vergusstechnik und dem Kleben hat das Laserschweißen zahlreiche Vorteile: Geringe mechanische Belastung der Bauteile Stressfreies Schweißen sensibler, elektronischer Komponenten Absolut partikelfrei Optisch hochwertige Schweißnaht Geringerer Schmelzeaustrieb Kurze Taktzeiten Geringere Anlagen- und Werkzeugkosten Integrierte Online-Prozessüberwachung Laserstrahl-Kunststoffschweißen das Prinzip Ein für die Laserwellenlänge transparentes Thermoplast liegt über einem absorbierenden Material. Ein Spannwerkzeug presst die Fügepartner aufeinander. Der Laser durchstrahlt das transparente Element und schmilzt die Oberfläche des absorbierenden Materials auf. Durch Wärmeleitung plastifiziert auch die Berührungsfläche des transparenten Materials. Nach dem Abkühlen ist die Berührungszone zuverlässig und dauerhaft geschweißt. 8

9 Neue Anwendungen und Werkstoffkombinationen Laser-Kunststoffschweißen ist hygienisch, schnell und dabei sicher. Die eingesetzten Systeme verfügen über eine integrierte Prozessüberwachung, die selbst geringste Abweichungen vom Sollwert korrigiert und dokumentiert. Wirtschaftliche Vorteile: Schnelle Produktentwicklung Hohe Flexibilität Kurze Taktzeiten Einfache Produktlösungen Das Verfahren ist bereits in vielen Bereichen im Einsatz, zum Beispiel in der Automobilzulieferindustrie, Telekommunikation, Unterhaltungselektronik, Medizintechnik und in der Nahrungsmittelindustrie. Verfahrensvarianten Die LaserMicronics GmbH bietet ein weit gefächertes Programm an Lasersystemen für unterschiedliche Schweißverfahren: Konturschweißen Konturschweißen bietet hohe Flexibilität und eignet sich speziell für die Bearbeitung großer dreidimensionaler Bauteile. Simultanschweißen Simultanschweißen wird bei hohen Fertigungs-Stückzahlen eingesetzt. Aus dem gleichzeitigen Einsatz mehrerer Laser resultieren kurze Zykluszeiten. Quasisimultanschweißen Quasisimultanschweißen ist eine Kombination aus Kontur- und Simultanschweißen mit kurzen Schweißzeiten. Dieses Verfahren kann Fertigungstoleranzen im Produktionsprozess ausgleichen. Patentiertes Hybridschweißen Hybridschweißen ist die Kombination von Laserenergie und Infrarotstrahlung. Die duale Bestrahlung reduziert die Bauteilbelastung, erhöht die Prozessgeschwindigkeit und verbessert die Qualität der Schweißnaht. Laser-Heißverstemmen Laser-Heißverstemmen ist eine Kombination aus Niettechnik und Laser-Kunststoffschweißen für nicht direkt verschweißbare Komponenten. 9

10 Anwendungen für Alleskönner Moderne Lasersysteme überzeugen mit einfacher Bedienbarkeit und Flexibilität. Sie strukturieren, schneiden und bohren und das ohne weitere Werkzeuge direkt aus Layoutdaten. Das Spektrum der Anwendungen für diese Alleskönner wird dabei immer größer. Leiterplattennacharbeit und Reparatur Bestückte und unbestückte fehlerhafte Leiterplatten lassen sich durch Laser schnell und kostengünstig nachbearbeiten und reparieren. Mittels Laserstrahlung können beliebige Leiterplattenmaterialien strukturiert und Lötstopplacke oder andere Dielektrika effektiv entfernt werden. Leiterplatten direkt strukturieren Kurze Laserpulse zeichnen sich durch extrem hohe Spitzen leistungen aus, die ein direktes Verdampfen ohne Schädigung des Basismaterials er möglichen. Die sauberen Oberflächen sind ohne weitere Reinigung für die Nachbearbeitung geeignet. Vorteile der Laserreparatur: Schnell, kostengünstig und flexibel Bearbeitung von bestückten Leiterplatten möglich Kontaktfreie Materialbearbeitung, kein Materialverzug Hohe Präzision und Lagegenauigkeit durch automatische Registrierung Trennung von Leiterbahnen 10

11 UV-Laserbohren von Microvias Die Laserbearbeitung ist eine effiziente Technologie zur Herstellung sogenannter Microvia- Bohrungen, insbesondere im High Density Interconnect-Bereich (HDI). Die Verbindungsbohrungen haben einen Durchmesser von minimal 50 μm. Der UV-Laser durchbohrt sowohl die Kupfer-Decklage als auch Expoxydharz, Glasfasern und keramische Substrate in einem Arbeitsgang. Der Laserprozess garantiert mit seinem exakt gesteuerten Energieeintrag eine sehr gute Lochqualität bei gleichzeitig hohem Durchsatz. Microvias können in die Materialien RCC, FR4 und FR5 sowie Teflon und Thermount eingebracht werden. Die Vorteile des UV-Laserbohrens: Keine Delaminierung und reduzierter Rot-Ring-Effekt Automatische Positionskorrektur durch Passer marken und Online-Skalierung Ideale Bohrlochgeometrie TCO Beschichtungen mit dem Laser strukturieren Die Laserstrukturierung von TCO schafft leit fähige Strukturen auf transparenten Träger materialien wie Glas und Kunststoff. Diese TCO-Beschichtungen (Transparent Conductive Oxide), kommen beispielsweise in der modernen Display- und Touchscreen-Technologie zum Einsatz. Darüber hinaus lassen sich TCO-Beschichtungen für organische Leuchtdioden, Hochfrequenzabschirmungen, unsichtbare Antennen, Heizelemente oder Solarelemente nutzen. LaserMicronics hat ein besonders schonendes und lagegenaues Verfahren entwickelt. Der Laser schreibt Strukturen mit Strukturbreiten von 25 µm in die Trägerschicht, völlig unsichtbar und ohne das Trägermaterial zu beeinträchtigen. Feinststrukturierung mit dem Excimer Laser Der LDP-Prozess (Laser Direct Patterning) ermöglicht Feinstleiterstrukturen in e iner Größenordnung <15 μm. Die Fertigung erfolgt im Maskenprojektionsverfahren mit Excimer-Lasern. Die Lasertechnologie garantiert vor allem beim Rolle-zu-Rolle-Prozess höchste Produktivität. Die Vorteile des LDP-Prozesses im Einzelnen: Feinste Strukturen <15 µm Hoher Durchsatz im Rolle-zu-Rolle-Prozess Hohe Auflösung, Präzision und Geschwindigkeit Anwendung findet das Verfahren in der Sensorik, bei medizinischen Anwendungen, in der Halbleiter- und Sicherheitstechnik, im Electronic Packaging, in der Telekommunikation und in der Unterhaltungselektronik. Öffnen von Lötstopplacken und Abdeckfolien Ein Laser eignet sich hervorragend zum Öffnen von Lötstopplacken und Abdeckfolien. Im HDI-Bereich wird Lötstopplack hochpräzise oberhalb der Öffnungen abgetragen. Das Laserverfahren ermöglicht die Herstellung von Öffnungen ab 30 μm Durchmesser. Ähnliches gilt für das Öffnen von Abdeckfolien. Das Material wird im Bereich der Öffnungen schonend entfernt. Auch bei kleinen Stückzahlen entstehen keine Zusatzkosten für z. B. Stanzwerkzeuge. Die Vorteile der Laserbearbeitung: Feinste Öffnungen im HDI-Bereich < 50 μm im Lötstopplack möglich Feinste Öffnungen in Abdeckfolien, z. B. Polyimid Rückstandsfreie Kupferoberfläche Direkte CAD-Datenumsetzung Hohe Präzision und Lagegenauigkeit durch automatische Registrierung 11

12 LaserMicronics Ihr Dienstleistungspartner Profitieren Sie vom umfassenden Know-how und der innovativen Lasertechnologie bei LaserMicronics: Prototypen, Klein- oder Großserien zu attraktiven Konditionen auf höchstem Niveau. Bei allen Fragen zu individuellen Applikationen stehen hochqualifizierte Ingenieure und Physiker zur Verfügung. Das Angebot umfasst sämtliche Bereiche der Produktentstehung: LaserMicronics GmbH Osteriede 9a D Garbsen Deutschland Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Deutsche Zertifizierung DeuZert DIN EN ISO 9001:2008 Material- und Designbestimmung Unterstützung bei der prozessgerechten Gestaltung Beratung bei der Materialauswahl Machbarkeitsuntersuchungen Prototypenfertigung Schnelle und kostengünstige Fertigung von Prototypen Parameterversuche zur Produktoptimierung Prozessoptimierung Vorserienfertigung Übernahme von Serienanläufen Fertigung auf seriennahen Systemen Qualitätsprüfung durch vielfältige Prüfmöglichkeiten im eigenen Labor Qualität in Serie Kostengünstige Großserienfertigung Durchgehende Prozessüberwachung und Dokumentation Qualitätssicherung nach ISO 9001 LaserMicronics GmbH, DE Bilder können optionales Zubehör zeigen. LaserMicronics GmbH. LaserMicronics GmbH behält sich das Recht vor, Spezifikationen und andere Produktinformationen jederzeit und ohne Benachrichtigung zu ändern. Systeme und Produkte, die von LPKF und deren Tochtergesellschaften geliefert werden, sind durch in den USA oder anderen Ländern erteilte oder angemeldete Patente geschützt. LPKF-LDS ist eine eingetragene Marke der LPKF Laser & Electronics AG.