Sollbruchstellen für die Nutzentrennung
Insbesondere beim Einsatz hart-spröder Materialien wie Keramik aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Low-Temperature Cofired Ceramics (LTCC) bei der Herstellung von Schaltungsträgern in der Hybridelektronik hat sich die Fertigung in Nutzenanordnung, d. h. die Anordnung von mehreren Einzelschaltungen auf einem Rohsubstrat beziehungsweise Wafer zur gemeinsamen Fertigung als Batch bewährt.
Mithilfe des Laserritzens, auch Laserscriben/Laserscribing genannt, werden dazu auf dem Substrat Ritzlinien (Scribelinien) eingebracht. Dieser Einschuss beziehungsweise diese Einschüsse sind in eng aneinandergereihter Form von Sacklöchern oder Kerben sichtbar. Bei einem Sackloch wird nur auf eine bestimmte Einschusstiefe gelasert. So entstehen Sollbruchstellen, während ein Durchbruch vermieden wird. Diese Materialschwächung dient als Perforationslinie. Nach dem Fertigungsdurchlauf wird durch Brechen entlang dieser Ritzlinien die mechanische Trennung des Mehrfachnutzens in die Einzelbauelemente ermöglicht.
Bei der perlenkettenartigen Aneinanderreihung von Sacklöchern kann sowohl die Einschusstiefe als auch der Abstand beziehungsweise die Überlappung der einzelnen Sacklöcher bestimmt werden. Bei starker Überlappung spricht man von der Herstellung eines Kerbgrabens, der wiederum starke Ähnlichkeit mit den beim Stanzen von ungebrannten Keramiksubstraten (Grünzustand) eingebrachten Kerbgräben hat. Diese Bearbeitungstechnologie ermöglicht die effizientere Fertigung von Einzelteilen durch eine Nutzenanordnung nicht nur bei Keramikmaterialien, sondern ebenfalls bei Gläsern, Silizium und sogar einigen Metallen.
Die Laserbearbeitung von Keramik und anderen Materialien
Keramik kommt durch ihre besonderen Eigenschaften in Hinblick auf thermische Leitfähigkeit und elektrische Isolation immer häufiger bei elektronischen Schaltungen zum Einsatz. Bei der Laserbearbeitung, wie dem Laserritzen, -kerben, -bohren, strukturieren sowie dem präsizen Laserzuschitt (Laserschneiden) von Keramik und anderen Materialien werden unterschiedliche Typen von Lasern eingesetzt:
- CO2-Laser oder Gaslaser arbeiten im Infrarotbereich bei Wellenlängen von ungefähr 9 µm bis 11 µm. Entscheidend sind eine hohe Ausgangsleistung und ein vergleichsweiser hoher Wirkungsgrad.
- YAG-Laser oder Festkörperlaser kommen bei fein strukturierten Materialien zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch einen kleineren Brennpunkt und einen dementsprechend schmaleren Schneidspalt aus.
- Ultrakurzpulslaser, kurz UKP-Laser, bieten den Vorteil besonders kurzer Laserpulse. Das Ergebnis sind äußerst präzise gearbeitete Schnittkanten und eine geringe Materialbelastung.
Als klassische Bearbeitungsvariante für hart-spröde Werkstoffe kommen weiterhin das Wafer Dicing, das Trennschleifen oder Sägen zum Einsatz, für kleine Bauteile unter 5x5 mm2 auch in Kombination mit der Laserbearbeitung.
Generelle Technische Details
Die Vorteile des Laserscribens im Detail:
- kontaktfreies Verfahren, keine Mikrorisse im Material
- minimale Wärmeeinflusszone und hohe Ritzgeschwindigkeit
- hohe Flexibilität dank individuell bestimmbarer Einschusstiefe und Abstand
- optimale Flächennutzung und Materialausbeute aufgrund geringstmöglicher Fugenbreite
- sauberes, genaues Trennen mit hoher Qualität der Einzelelemente
Neues Bearbeitungsverfahren
NextGen Laserritzen: Kalt. Sauber. Präzise.
Mit dem neuen Prozess „NextGen Laserritzen“ mittels UKP-Lasertechnologie kommt jetzt eine neue Technologie zum Einsatz, die die Nachteile der beiden bisherigen Standardverfahren (CO2-Laser und YAG-Laser) aufhebt und dadurch in Sachen Qualität punktet, besonders, wenn die Produktqualität es erfordert. Dies ist beispielweise bei der Bearbeitung von bereits bedruckten, vorstrukturierten oder sogar bereits bestückten Nutzensubstraten der Fall.
Technologievergleich Langpuls- und Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung
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Technologie & Laserart
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Bearbeitungsverfahren
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Pulslänge & Regime
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Wirkmechanismus
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Prozessablauf
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Nacharbeit
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Qualität & Oberflächeneffekte
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Präzision & Materialausnutzung
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Gesamtqualität
Das neue „NextGen“-Verfahren vereint Effizienz, Sauberkeit und Ausbeute in einem optimierten Prozess. Bei der "kalten" Ablation erfolgt kein Wärmeeintrag ins Material, welche eventuelle Materialschädigungen und Mikrorisse vermeidet. Durch den physikalischen Effekt der Sublimation verdampft das Material zudem direkt, wodurch keine störenden Schmelzrückstände oder Grate entstehen. Dadurch entfällt der aufwendige Reinigungsschritt komplett gegenüber dem Standardverfahren. Gleichzeitig sorgen die deutlich schmaleren Kerblinien für eine filigranere Strukturierung, wodurch sich bis zu 25 % mehr nutzbare Fläche aus demselben Substrat herausholen lassen.
Technische Details des „NextGen“-Verfahrens
Die Vorteile des UKP-Laserritzens im Detail:
- kontaktfreies Verfahren
- optimale Flächennutzung und Materialausbeute aufgrund geringstmöglicher Fugenbreite
- „kalte Ablation“ - keine bis kaum thermische Schädigung des Materials
➔ keine Mikrorisse, Spannungen oder Ausbrüche
- keine Rückstände, Auswürfe, Schmelzhaftungen oder Gratbildung
➔ keine mechanische Nachbearbeitung
- keine Beschädigung benachbarter Strukturen
- keine Verglasungseffekte
- extrem hohe Reproduzierbarkeit
- minimaler Schichtabtrag liegt im Mikrometerbereich
- hoher Arbeitsabstand ermöglicht problemlose Bearbeitung von 3D-Aufbauten
Bearbeitungsmöglichkeiten
- Bearbeitungsraum typisch 115 x 115 x 0,5 mm (4“ x 4“)
- Materialstärken 0,12–1 mm, abhängig von Material und Bearbeitungsgeometrie
- Mikrobearbeitung aller Materialarten möglich
- typische Werkstoffe in der Herstellung von Schaltungsträgern:
- Aluminiumoxid (Al2O3, Saphir)
- Aluminiumnitrid (AlN)
- Silizium (Si) und Siliziumnitrid (Si3N4)
- Gesintertes Siliziumkarbid (SSiC)
- Rekristallisiertes Siliziumkarbid (RSiC)
- Glas (-keramik), Quarz
- Keramik-Leiterplatten oder Multilayer (LTCC)
- Toleranzen ± 0,05 bis ± 0,02 mm
Wofür wird das Laserritzen eingesetzt?
Laserritzen von technischer Keramik nimmt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Hybrid- und Hochleistungselektronik ein. Aufgrund seiner enormen materialschonenden Präzision ist das Verfahren in zahlreichen High-Tech-Branchen unverzichtbar.
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Keramiksubstrat lasergeschnitten, Al₂O₃, mit Ritzlinien zur späteren Vereinzelung der Elemente -
lasergeritztes Keramiksubstrat, LTCC -
Aufnahme von Kerb-/Scriblinien mit dem neuen NextGen-Verfahren in Keramik Al₂O₃ -
mikroskopische Aufnahme einer Ritzlinie, Keramik Al₂O₃
Weitere Leistungen für Sie
Entdecken Sie auch unsere weiteren vielfältigen Bearbeitungstechnologien. Wir fertigen präzise und individuelle Bauteile nach Ihren Vorgaben – vom Laserschneiden über das Laserstrukturieren bis hin zum Wafer Dicing als auch Präzisionsbiegen.
Ihr Ansprechpartner
Antje Oßmann