Lasernutzentrennen Präzise und schnelle Trennung von Werkstoffen

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Speedlas, eine Entwicklung von Schunk Electronic Solution und Dr. Bohrer Lasertec, ist ein einzigartiges Konzept der Lasernutzentrennung mit bisher noch nie da gewesenen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Umfassende Materialanalysen mit Rasterelektronen­mikroskop, Röntgenspektroskop und konfokalem Laser-Scanning-Mikroskop ermöglichen einen tiefen Einblick bis hinein in die Nanowelt.

Das Nutzentrennen in der Elektronikfertigung steht im Zeichen rasanter technologischer Entwicklungen. Zentrale Trends wie die Miniaturisierung der Bauteile, höchste Sauberkeit und maximale Flexibilität stellen kontinuierlich hohe Anforderungen an innovative Lösungen in diesem Bereich. Schunk Electronic Solutions sieht sich als Spezialist für Nutzentrenntechnik in der Verantwortung, mit innovativen Lösungen den neuesten Trends der Branche zu folgen und optimale Ergebnisse zu erzielen. Bereits im Jahr 2009, damals noch unter dem Namen GAS, wurden erste Versuche unternommen, einen Laser in das Nutzentrennerportfolio zu integrieren. Da die Anforderungen an damals noch andere waren und zu wenig Expertise über das Lasern im Allgemeinen bestand, wurde das Projekt zunächst nicht weiterverfolgt. In Zusammenarbeit mit einem österreichischen Laserexperten, der Dr. Bohrer Lasertec GmbH, hat man sich jedoch erneut dieser Technologie gewidmet.

Auf der Productronica 2023 wurde der Lasernutzentrenner SAL-1300 erstmals vorgestellt (siehe Bild 1), der das bisherige Produktportfolio ideal ergänzt. Der SAL-1300 ist optimal auf die Anforderungen der Elektronikfertigung zugeschnitten. In enger Zusammenarbeit mit Kunden wird für jeden Leiterplattentyp die bestmögliche Lösung entwickelt.

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Das Konzept der SAL-1300

Das Konzept der SAL-1300 beruht auf der am Markt schon lange etablierten SAR-1300 mit dem Schunk-Doppel-Shuttle-System inklusive Aufnahme für Werkstückträger. Wichtig war Schunk dabei, dass der neue SAL-1300 mit diesem System weiterhin kompatibel ist. Für das Lasernutzentrennen steht in der SAL-1300 Platz für ein Lasermodul zur Verfügung, welches aus mehreren Möglichkeiten passend zum gewünschten Einsatzzweck ausgewählt werden kann. Zur Verfügung stehen derzeit folgende Module:

• Kurzpulslaser UV mit 355 nm Wellenlänge (mit Scanner)

• Kurzpulslaser Grün mit 532 nm Wellenlänge (mit Scanner)

• Kurzpulslaser Nahinfrarot mit 1070 nm Wellenlänge (mit Scanner)

• Kurzpulslaser Nahinfrarot mit 1070 nm Wellenlänge (mit Direktschneidkopf)

• CW/gepulster Laser Nahinfrarot mit 1070 nm Wellenlänge (mit Scanner)

• CW/gepulster Laser Nahinfrarot mit 1070 nm Wellenlänge (mit Direktschneidkopf)

• CW/gepulster Laser Mittelinfrarot mit 10 600 nm Wellenlänge (mit Scanner)

Speedlas-Technologie – Ergebnis einer gemeinsamen Entwicklung

Die Speedlas-Technologie in der SAL-1300 vereint die Vorteile des klassischen Schunk-Linearmotorsystems mit den Vorteilen eines kompakten Laserscanners mit bis zu 100 000 exakt mit dem Laser synchronisierten 5-Achs-Trajektorien in der Sekunde über die ganze Bearbeitungsfläche. Speedlas ist das Ergebnis einer gemeinsamen Entwicklung von Schunk Electronic Solutions und der Dr. Bohrer Lasertec GmbH im Zuge eines Eurostars-Projektes und kommt im Nutzentrenner SAL-1300 erstmalig zum Einsatz.

Dank der Möglichkeit, den SAL-1300 mit Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge ausstatten zu können, kann das System perfekt an spezifische Anforderungen angepasst werden, sodass jeder Werkstoff präzise getrennt werden kann.

Ob FR4 in unterschiedlichen Dicken, Polyimid (z. B. Kapton), Keramik, Aluminium oder Kupfer – der SAL-1300 bietet stets die passende Lösung. Die innovative Speedlas-Technologie gewährleistet dabei, dass die gewünschten Taktzeiten zuverlässig eingehalten werden. Unter anderem durch die Wahl der passenden Laserquelle können Kunden sowohl Karbonisierungsgrad (z. B. bei FR4) als auch Taktzeiten beeinflussen.

Weiter bietet der SAL-1300 die Option, zusätzlich zum Laser ein Fräsportal zu integrieren, um maximale Flexibilität auch für klassische Nutzentrennanwendungen sicherzustellen.

Dies ermöglicht, beide Prozessarten bei beengten Platzverhältnissen auf kleinstem Raum anwenden zu können. Mit dem SAL-1300 setzt Schunk Electronic Solutions somit einen neuen Standard in der Nutzen­trenntechnik und zeigt eindrucksvoll, wie durch innovative Technologien und strategische Partnerschaften zukunftsweisende Lösungen entstehen.

Der Laser in der Nutzentrenntechnik

Es gibt in der Elektronikindustrie bei Leiterplatten ganz unterschiedliche Materialzu­sammensetzungen und -kombinationen sowie unterschiedliche Anforderungen an die Qualität der Trennfläche, die passender Laser und bestimmter Bearbeitungsstrategien bedürfen. Schunk bietet dafür spezielle Unterstützung an.

Materialzusammensetzungen

Häufig kommt FR4 für Leiterplatten zum Einsatz, mit einem durchaus komplexen Aufbau hinsichtlich der Faserstruktur, der Füllstoffe und Flammschutzhemmer, meist kombiniert noch mit Lacken, Beschichtungen etc. und damit einhergehend eine komplexere chemische Zusammensetzung. Diese hat einen Einfluss auf die Bearbeitung mit unterschiedlichen Lasern bzw. Laserwellenlängen. Weiters finden vermehrt Metallkernplatinen (mit Kupfer oder Aluminium) Einsatz. Aluminiumkernplatinen weisen unterschiedliche Legierungen auf. Kupferkernplatinen unterscheiden sich ebenfalls hinsichtlich des Reinheitsgrades des verwendeten Kupfers.

Bearbeitungsstrategien

Es macht durchaus einen Unterschied, ob etwa 1,6 mm dickes FR4-Material, 70 µm dünne Polyimidfolien (Kapton) oder etwa eine 2 mm dicke Metallkernplatine getrennt werden soll. Dafür sind unterschiedliche Laser und Trennstrategien erforderlich. Voreinstellungen für diese Anwendungen helfen entscheidend dabei, dass das Arbeiten mit Lasern einfach und prozesssicher ist.

Begleitender Support von Schunk

Eine Erstbemusterung bietet die Möglichkeit, das Trennverfahren mittels Laser besser kennenzulernen. Weiterführende Applikationsversuche sowie vertiefende Prozessentwicklungen werden nach Absprache mit dem Schunk-Vertrieb angeboten. Das geht bis hin zu einer Validierung nach ISO 13485:2016 und erfreut sich gerade deshalb einer grossen Nachfrage.

Mikroskopie und Analyse

Es steht Schunk im Rahmen des Konsortiums mit der Dr. Bohrer Lasertec GmbH ein sehr umfassendes Mikroskop- und Analyselabor zur Verfügung mit einem Rasterelektronenmikroskop, einem Röntgenspektroskop, Licht- und Laser-Scanning-Mikroskopen mit Topologievermessung nach internationalen Standards.

Ausgehend von einem Mikroskopbild wird bei Bedarf detaillierter analysiert, wie die Trennfläche beschaffen ist. Das Bild aus dem Rasterelektronenmikroskop zeigt sehr schön, wie sauber die Fasern getrennt werden können. Mit dem Röntgenspektroskop lässt sich über die jeweils betrachtete Fläche ermitteln, wo welche Elemente auftreten und mit welchem Gewichtsanteil sie gemessen wurden. Das konfokale Laser-Scanning-Mikroskop ermöglicht die Auswertung z. B. hinsichtlich der Welligkeit. Dabei fasziniert besonders, dass das Lasertrennverfahren in vielen Fällen besonders glatte Trennflächen mit nur wenigen µm Welligkeit aufweist.

Lineardirektachsen

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