20 Jahre Asys Laserkompetenz

Asys entwickelt und produziert seit über 20 Jahren Maschinen für verschiedene Laserprozesse. Angefangen mit Lasermarkieren zur Nachverfolgung im SMT-Prozess, über Prozesse zur Effizienzsteigerung von Solarzellen bis hin zur Mikromaterialbearbeitung, gehören Laseranlagen des Unternehmens heute zu den schnellsten und präzisesten am Markt. Die Lasersysteme kommen in verschiedenen Bereichen wie Solarzellenfertigung, Leiterplattenmarkierung oder Nutzentrennen zum Einsatz. Applikationsexperten testen stetig neueste Technologien und optimieren diese zusammen mit Kunden für unterschiedliche Materialien und Verfahren. Das interne Netzwerk bündelt Kompetenzen aus verschiedenen Branchen und Produktbereichen der Firmengruppe. Daraus konnte eine unvergleichbare Kompetenz bezüglich Materialien entwickelt und immer wieder neue Lösungen erarbeitet werden. Lasernutzentrennen, -markieren, -bohren, -ritzen, oder -schneiden – das Unternehmen bietet neueste Technologien für die stressfreie Bearbeitung von Materialien.

In der Solarzellenfertigung werden immer häufiger unterschiedliche Laserprozesse zur Steigerung des Zellwirkungsgrades eingesetzt. Mittlerweile hat Asys Solar über 100 Systeme installiert.

Alle Lasersysteme beruhen auf einem Plattformkonzept. Dieses kann je nach Prozess und Kundenwunsch unterschiedlich ausgestattet werden. Laserstrukturieren und Metallisierung aus einer Hand ist zum Beispiel eine einzigartige Kombination, die aktuell nur vom Unternehmen angeboten wird. Zellen, die mit solch einem Lasersystem bearbeitet werden, können im anschließenden Siebdruck „blind“ bedruckt werden, das heißt ohne zusätzliche Kamerasysteme zur Ausrichtung.

Ein weiterer Bereich und wichtiges Standbein der Unternehmensgruppe sind die Lasermarkiersysteme der Insignum Serie mit weltweit über 600 installierten Systemen. Das Unternehmen bietet eine umfassende Produktgruppe mit differenzierten Ausbaustufen an. Eine Auswahl an hochwertigen Laserquellen ermöglicht es, neben der Leiterplattenbeschriftung, unterschiedliche Materialien wie Keramiken, Metalle oder Kunststoffe je nach Kundenanforderung zu markieren.

Die Anlagen überzeugen mit höchster Positioniergenauigkeit und kurzen Markierzeiten. Expertenteams arbeiten kontinuierlich an einer Verbesserung der Taktzeit. So wurde eine neue Option für den High-End Markierer Insignum 4000 entwickelt. Innovativ an Optimap ist, dass erstmalig mehrere Markierungspositionen in nur einem Prozessschritt beschriftet und verifiziert werden. Es ist ein Verfahren, um taktzeitoptimiert Codes zu markieren und zu prüfen. Die Markiersysteme werden über das preisgekrönte Simplex bedient. Das vom Unternehmen entwickelte Multi-Touch User Interface vereinfacht die Bedienung merklich, zum Beispiel beim Einrichten von Marken. Eine automatische Bildaufnahme und das selbstständige Einrichten von Beleuchtungsparametern visualisiert die Leiterplatte schnell und in sehr guter Qualität. Über einen Touchscreen kann durch Antippen das gewünschte Fiducial ausgewählt und binnen Sekunden fehlerfrei erkannt werden. Lasermarkieren steht im Fokus, wenn es darum geht, hochpräzise und dauerhafte Markierungen zu erzeugen. Auch beim Nutzentrennen mittels Laser spielt die Präzision eine große Rolle.

Unter der Sparte Inventus Laser werden Maschinen und Technologien für spezielle Prozesse wie zum Beispiel Lasernutzentrennen angeboten. Ein „Nutzen“ ist eine Gesamtleiterplatte, die aus einzelnen Schaltungen besteht und noch nicht vereinzelt ist. Beim Nutzentrennen werden die Einzelschaltungen vom Nutzen getrennt. Dazu stehen je nach Anwendung verschiedene Trennverfahren wie Fräsen, Sägen, mechanisches Stanzen, manuelles Brechen oder Lasern zur Verfügung. Seit einigen Jahren verlangt der Markt nach sehr präzisen und stressfreien Trennmethoden, da die Bauteile und Leiterplatten immer empfindlicher, kleiner und flexibler werden. Lasernutzentrennen ist Mittel der Wahl, wenn flexible oder dünne und starre Leiterplatten mit einer hohen Präzision, ohne mechanischen Stress und staubfrei getrennt werden sollen.

Flexible Leiterplatten haben sich in der heutigen Elektronikfertigung etabliert. Meist werden sie gebogen oder verdreht in Gehäuse eingebaut. Sie sind anpassungsfähig, formbar und bezüglich Layout außerordentlich vielseitig. So werden Geometrien erzeugt, die mit einer starren Leiterplatte nicht realisierbar sind. Aufgrund der positiven Eigenschaften eignen sie sich für unterschiedliche Bereiche. Sie werden zum Beispiel in empfindliche Sensoren oder gar Herzschrittmacher im menschlichen Körper eingesetzt. Klassische Trennverfahren wie Fräsen oder Sägen kommen für diese empfindlichen Schaltungen nicht in Frage. Sie verursachen beim Trennen Partikel, die einzelnen Schaltungen werden nicht präzise genug vereinzelt und können mechanischen Stress erfahren. Das kann zu Fehlfunktionen am Produkt führen. Während zum Beispiel beim Nutzentrennen mit Fräser Partikel im Bereich von 300 µm Größe entstehen, erzeugt die Laseranlage Schwebstoffe unter 1 µm. Somit eliminiert ein Laserschnitt die Partikelbildung fast vollständig und ermöglicht eine fast staubfreie Trennung. Erst kürzlich hat Asys maßgeschneiderte Laseranlagen für Grundfos entwickelt. Das Unternehmen ist einer der führenden Hersteller für Pumpen und Pumpensysteme weltweit. Die sehr dünnen FR4-Schaltungen werden in Druck- und Temperatursensoren eingebaut. Das Produkt regelt den Druckfluss und misst die Temperatur in Heizungsanlagen. „Bei diesem Projekt war es sehr wichtig, dass beim Trennvorgang auf dem Siliziumchip keine Partikel über einer Größe von 0,5 mm entstehen. Die hochempfindlichen Schaltungen würden sonst zu einer Fehlfunktion im Sensor führen. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung und unserem Know-how in der Materialbearbeitung konnten wir schnell eine Lösung anbieten. In diesem Fall haben wir eine komplette Montagelinie mit integriertem Laser realisiert“, so Günter Lorenz Product Development Manager Laser Systems im Unternehmen.

Ein weiterer Grund für die Wahl eines Lasers beim Nutzentrennen ist der nicht vorhandene mechanische Stress, dem eine Leiterplatte beim konventionellen Nutzentrennen ausgesetzt ist. Das Nutzentrennen ist ein kritischer Prozess in der Elektronikfertigung. Die mechanische Stresseinwirkung muss so gering wie möglich gehalten werden, um eine spätere Fehlfunktion zu vermeiden. Beim Trennen mittels Laser wird die einzelne Schaltung berührungslos aus dem Nutzen getrennt. Diese stressarme Methode ermöglicht selbst das Schneiden von feinen flexiblen und komplizierten Strukturen nah am Bauteil.

Die Positioniergenauigkeit des Lasers ist beim Nutzentrennen entscheidend. Auf dem Gesamtnutzen sind sogenannte Passermarken angebracht, die als optische Referenzpunkte dienen. Eine, in die Anlage integrierte, Kamera erfasst die Position der Marken und / oder Kanten und erkennt die exakte Position der Leiterplatte.

Auf diesen Vorgang haben verschiedene Faktoren Einfluss wie zum Beispiel der eingesetzte Laser. Bei immer kürzer werdenden Wellenlängen wird die Anforderung an Präzision und Abweichung der Maschine immer höher. CO2 Laser mit einer Wellenlänge von ca. 10µm oder Faserlaser mit ca. 1 µm eignen sich besonders gut zum Lasermarkieren. Wenn das zu schneidende Material es erfordert, kommen UV-Laser zum Einsatz.

Ein anderer Aspekt ist die Position der Passermarken auf der Leiterplatte. „Die Genauigkeit der Leiterplatte stellt uns immer wieder vor neue Herausforderungen. Die Passermarken, sogenannte Fiducials, die bei der Leiterplattenherstellung angebracht wurden, müssen schon eine gewisse Genauigkeit mitbringen, damit unsere Maschine mit einer Genauigkeit von 25 µm lasern kann. Außerdem sollte die Anlage regelmäßig kalibriert und geprüft werden, um kontinuierlich diese hohe Präzision zu gewährleisten“, betont Lorenz.

Ein interdisziplinäres Team bestehend aus Applikationsingenieuren, Softwareentwicklern und Konstrukteuren arbeiten regelmäßig an der Verbesserung und Weiterentwicklung von Laseranlagen. Um die Positionsgenauigkeit zu perfektionieren, ist es den Asys-Spezialisten gelungen, eine eigene Bildverarbeitung mit Softwarestruktur zum Kalibrieren zu entwickeln. Diese inhouse entwickelte Lösung gehört zu den schnellsten und präzisesten Technologien auf dem Markt. Sie gewährleistet, dass bis zu 10 µm beim Lasernutzentrennen erreicht wird. Herkömmliche Lasersysteme brauchen zum Beispiel beim Laser-Trennvorgang für ein Nutzen im Format 460 mm x 305 mm ca. 40 Minuten. Mit einer Asys Laseranlage und der integrierten Bildverarbeitungssoftware ist es möglich eine Zeitersparnis von 40 % bis über 65 %, abhängig von der eingesetzten Laserquelle, zu erreichen. Ein Kamerasystem ermöglicht zugleich Achsmapping, Lasermapping und Kamerakalibrierung in wenigen Minuten. Über einen Master werden zuerst die Kamera und anschließend das X/Y-Achssystem kalibriert. Anschließend werden Strukturen gelasert und mit der Kamera vermessen, um den Laser zu kalibrieren. Dieses Verfahren wird anschließend auf der gesamten Bearbeitungsebene wiederholt, um eine ortunabhängige, gleichbleibende Genauigkeit zu erreichen.

Die Inventus Lasersysteme werden zu 60% für Elektronik Anwendungen im Life Science Bereich eingesetzt. Bereits namhafte und weltbekannte Medizinhersteller haben in Laseranlagen von Asys investiert. „Wir haben die erste Maschine schon verkauft, bevor der Prototyp fertig war. Das zeigt uns, dass wir auf dem richtigen Weg sind. Als Plattformkonzept aufgebaut, ist Inventus Laser auch für verschiedene Anwendungen wie zum Beispiel das Strukturieren und Bohren von Keramik, oder Nutzentrennen geeignet. Wir nutzen die Synergieeffekte, die zwischen den verschiedenen Bereichen entstehen. So wird zum Beispiel die Bildverarbeitung, die ursprünglich für den Bereich Lasernutzentrennen entwickelt wurde, auch im Lasermarkieren eingesetzt“, sagt Lorenz.

„Wir nutzen die Synergieeffekte, die zwischen den verschiedenen Bereichen entstehen.“ (Günter Lorenz)