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 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 seine besonderen Eigenschaften in Hinblick auf thermische Leitfähigkeit und elektrische Isolation immer häufiger bei elektronischen Schaltungen zum Einsatz. Bei der Laserbearbeitung, wie dem Laserritzen, -kerben, -schneiden, -bohren sowie strukturieren, 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.
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
In welchen Bereichen und für welche Produkte wird Laserritzen eingesetzt?
Ein kleiner Ausschnitt über Einsatzmöglichkeiten für das Laserscribing:
- zum Vereinzeln von Wafern in der Halbleiterindustrie
- zum Separieren von bereits bedruckten, besputterten keramischen Grundkörpern, beispielsweise Low-Temperature Co-fired Ceramics (LTCC), in Einzelelemente
- zum Trennen von Nutzenanordnung auf Dickschicht-/Dünnfilmsubstrate
- zum Strukturieren von IR-Filterelementen
- Reibschienen
- keramische Distanzstücke, Washer, Diffusoren und Nutzensubstrate
- keramische Isolierscheiben bestehend aus Oxidkeramik wie Aluminiumoxid (AI2O3), Aluminiumnitrid (AIN), Silciumcarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4)
-
Keramiksubstrat lasergeschnitten, Al2O3, mit Ritzlinien zur späteren Vereinzelung der Elemente -
lasergeritztes Keramiksubstrat, LTCC -
Mikroskopische Aufnahme einer Ritzlinie, Keramik Al2O3 -
geschnittenes und gescribtes Keramiksubstrat, Al2O3
Weitere Leistungen für Sie
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Ihr Ansprechpartner
Antje Oßmann