Laser erleichtern dieProduktentwicklung

Bearbeiten mit Licht – auf wenige Mikrometer genau, ohne physischen Materialkontakt und besonders materialschonend. Diese Attribute machen die Laserbearbeitung so interessant bei Produktionsanforderungen für Einzelstücke oder Kleinserien. Die Laserbearbeitung verzichtet auf Masken und aufwändige Werkzeuge und liefert zuverlässige Resultate für die Forschung oder zur Vorbereitung der Serienfertigung.

Je nach Anforderungen an die Bearbeitung sind angepasste Lasersysteme erforderlich, um gute Ergebnisse zu erhalten. LPKF als Spezialist für die Mikromaterialbearbeitung mit dem Laser verzichtet auf hohe Laserleistungen – zugunsten der erzielten Präzision. Darüber hinaus kommen alle Lasersysteme des Unternehmens mit einer intuitiv zu bedienenden Software, die um spezielle Komponenten zu den Laserverfahren erweitert ist. Die Software steuert die zuverlässige Materialbearbeitung und verfügt über umfangreiche Bibliotheken für unterschiedliche Basismaterialien.

Die Familie der ProtoLaser umfasst eine ganze Reihe von Systemen. Auf der productronica 2015 steht der ProtoLaser S4 als Spezialist für die Laserbearbeitung von laminierten Materialien wie FR4-Leiterplatten, Flex- oder Rigid-Flex Substraten. Mit einer Laserquelle von 532 nm (grünes Lichtspektrum) gelingt der Abtrag von Kupferschichten von Leiterplattenmaterial wie FR4 – dabei hilft der geringe Absorptionsgrad des Substrates.

Dadurch ist der Prozess unempfindlich gegen Inhomogenitäten in den Kupferschichten und erlaubt die schonende Bearbeitung von galvanisch durchkontaktierten Leiterplatten.

Der ProtoLaser S4 stellt zunächst die Konturen des geplanten Leiterbildes in vollflächig beschichtetem Basismaterial durch Verdampfen der Kupferschicht frei. Für große Flächen beherrscht das Gerät ein spezielles Schraffurverfahren, das deutlich schneller als der Direktabtrag arbeitet.

Der ProtoLaser U4 arbeitet mit einem Laser im UV-Bereich bei einer Wellenlänge von 355 nm. Er ist das Schweizer Taschenmesser im Entwicklungslabor: Der UV-Laserstrahl kann auch zur Strukturierung von Leiterplatten eingesetzt werden. Seine zusätzlichen Fähigkeiten liegen

in der Bearbeitung ganz unterschiedlicher Materialien: Er strukturiert Metallschichten auf Keramikträgern (Al2O3), trennt empfindliche Laminate ohne Beeinträchtigung von Leiterbahnen oder Bauteilen und kann sogar unsichtbare Strukturen auf TCO-beschichteten Gläsern herstellen. Durch seine integrierte Leistungsmesseinheit ist der ProtoLaser U4 auch hervorragend zur Dokumenation der Forschungsergebnisse geeignet.

Die Vorgänger dieser beiden Geräte haben einen festen Platz in den Entwicklungslaboren von Industrie und Wissenschaft gefunden. Sie werden begleitet von Spezialisten für besondere Aufgaben.

Der ProtoLaser LDI ist vergleichsweise kompakt und passt problemlos auf einen Schreibtisch. Er kann Mikrostrukturen und Resiste belichten – ohne Masken, mit einer feinen Auflösung bis hinunter zu 1µm. Gegenüber konkurrierenden Verfahren zeichnet er sich durch vergleichsweise günstige Systemkosten, schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeit und einen wirtschaftlichen Prototyping-Prozess für MEMS und Mikrofluidiken aus.

Dreidimensionale Schaltungsträger (MIDs) vereinen mechanische und elektronische Eigenschaften. Sie stellen die Verbindungstechnik zwischen Komponenten dar oder arbeiten als Antennen, zum Beispiel in Smartphones. Für die 3D-Laser-Direktstrukturierung (LDS) hat das Unternehmen ein Serienverfahren entwickelt und es mit einem Prototyping-Verfahren ergänzt.

Ein Kunststoffkörper wird durch einen speziellen LDS-Lack 3D-fähig, der LPKF ProtoLaser3D erzeugt die Strukturen auf dem Lack, und in einer Instant-Metallisierung entstehen an den laseraktivierten Stellen Kupferbahnen.

Ganz neu – verfügbar im ersten Quartal 2016 – ist der ProtoLaser R. Dieses Lasersystem verfügt über eine Ultra-Kurzpuls-Laserquelle. Mit dieser Laserquelle ist eine kalte Ablation möglich – die Pulsdauer ist so kurz, dass keine thermischen Effekte in der Umgebung der Auftrittsposition entstehen. Der ProtoLaser R eignet sich zur Bearbeitung dünner, empfindlicher Schichten, zum Beispiel bei OLED-Beleuchtungen oder komplexe Dünnschichtsolarzellen.

Zwei weitere Maschinen ähneln eher den mechanischen LPKF-Bearbeitungssystemen, nicht ohne Grund. Der ProtoMat D104 ist ein klassischer Fräsbohrplotter mit automatisch wechselnden Fräs- und Bohrwerkzeugen – und einem zusätzlichen Laserwerkzeug. Für besonders feine Bearbeitung schaltet der ProtoMat D104 auf den UV-Laser um und kann damit Strukturbreiten mit einem Pitch von nur 75 µm (50 µm Linienbreite, 25 µm Abstand) ohne spezielle Werkzeuge herstellen. Damit ist der ProtoMat D104 als Hybrid eine gute Wahl, wenn herkömmliche Leiterplatten zu fertigen sind, bei denen in kleinen Bereichen besonders feine Strukturen verlangt werden.

Das letzte hier vorgestellte Labor-Lasersystem beherrscht das Laser-Durchstrahlschweißen. Dabei durchdringt der Laserstrahl den oberen, lasertransparenten Fügepartner. Der Laserstrahl koppelt im darunterliegenden laserabsorbierenden Bauteil ein und erwärmt es. Durch einen moderaten Anpressdruck entsteht eine Wärmeübertragung und letztendlich eine feste, sichere Schweißnaht. Das Laser-Durchstrahlschweißen beeinträchtigt die Oberfläche nicht. Der ProtoWeld ist ein System für Material und Schweißtests. Die integrierte Universalspannvorrichtung reduziert die Kosten für die Produktentwicklung und Materialprüfung deutlich.

Die Zielrichtung der LPKF-Produktpolitik für Prototyping-Anwendungen ist klar: Das Unternehmen stellt Serien- und Prototypenmaschinen her, die dank leistungsfähiger Hard- und Softwarekomponenten das gesamte Spektrum der Laserbearbeitung abdecken – sofern es sich um feine, präzise Aufgaben der Mikromaterialbearbeitung handelt. Das entspricht der Forderung nach schnelleren Produktzyklen, immer höherer Präzision und Flexibilität bei der Bearbeitung und wirtschaftlichen Vorteilen durch Wegfall von Masken und Werkzeugen.

productronica, Stand B2.105