Zum Trennen von einzelnen PCB aus größeren Nutzen stehen mehrere Techniken zur Wahl: Sägen, Stanzen und Konturfräsen kommen nur bei einfachen PCBs in Frage. Komplexere Elektronikschaltungen sind empfindlich gegenüber mechanischem Stress, Staub und geometrischen Abweichungen.
Laserschneidsysteme vermeiden mechanische Belastungen, reduzieren Werkzeugkosten, sind präziser und ermöglichen größere Netto-Nutzflächen. Kurzfristige Aufträge, häufige Layoutänderungen und geringe Losgrößen erfordern flexible Produktionsprozesse und Variabilität. Auch hier bieten sich Laserschneidsysteme an.
Bei empfindlichen Substraten, unregelmäßigen Konturen, schmalen Schnittkanälen und bei häufigen Layoutveränderungen können Laser-Trennsysteme überzeugen. Je nach Wellenlänge interagieren sie unterschiedlich mit dem Material. Zum Einsatz kommen zum Beispiel CO2-Lasersysteme mit einer Wellenlänge von ca. 10,6 µm. Sie sind vergleichsweise günstig herzustellen und in Leistungsklassen bis zu mehreren kW erhältlich. Sie bringen aber viel Wärme in die Schnittkante ein und verursachen Karbonisierungen an den Rändern. CO2-Laser lassen sich nicht einfach in Lichtwellenleitern führen, sondern müssen über offene Spiegelsysteme ans Ziel gebracht werden. Sie sind in erster Linie in der Metallbearbeitung vertreten, haben aber auch bei stärkeren Leiterplatten große Bedeutung.
Wenn es deutlich feiner werden muss, schlägt die Stunde der UV-Lasersysteme. UV-Laser arbeiten zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 355 nm – diese Strahlung lässt sich gut durch Optiken fokussieren. UV-Laser eigenen sich für das Trennen und Markieren von dünnen starren, starr-flexiblen und flexiblen PCB-Substraten und Hilfsfolien. Dabei werden geringe Leistungen unter 20 Watt auf einen Fokusdurchmesser von nur 20 µm konzentriert. Die Energie des gepulsten Lasers wirkt nur für Sekundenbruchteile auf das Material, ohne thermische Beeinträchtigungen der Baugruppe. Randnahe Leiterbahnen und Lötstellen bleiben durch die minimalen Schnittbreiten unversehrt, es entstehen keine Grate. Bei dünnen Substraten sorgt ein Vakuumtisch für eine plane Substratlage.
Das Laserschneiden benötigt praktisch keine Platinenfläche als Schnittkanal, die Bauteile rücken bis dicht an den Rand. Durch den Laser-Trennprozess lassen sich mehr Komponenten auf einer einzelnen Leiterplatte platzieren.
Einsatzgebiete von UV-Laserschneidsystemen
UV-Laserschneidsysteme zeigen ihre besonderen Stärken bei kleinen, dünnen und flexiblen PCBs. Je nach Stärke des Leiterplattenmaterials sind ein oder mehrere Schnitte entlang der gewünschten Kontur erforderlich. Je dünner das Material, desto schneller läuft der Schneidprozess ab. Werden weniger Laserpulse abgegeben als zum Durchdringen des Materials erforderlich ist, findet eine Gravierung des Substrats statt. Auf diese Weise lassen sich im Schneidprozess eindeutige Bauteilmarkierungen für Tracking & Tracing aufbringen.
Das UV-Laserschneiden kommt auch bei der Verarbeitung dünner Flexboards zum Einsatz. UV-Laserschneidsysteme von LPKF erfassen die Verformung des weichen Materials nach dem Reflow-Löten und sorgen mit einer dynamischen Lagekorrektur für norm- und toleranzgerechte Endplatinen.
Flache Materialien lassen sich einfach durch einen Vakuumtisch sicher in Position halten, da der Schneidprozess keine mechanischen Auswirkungen auf das Schneidgut hat. Zum Schutz von Leiterbahnen werden auf flexiblen Schaltungsträgern Deckfolien (Coverlayer) aufgebracht. Sie bestehen oft aus Polyimid und Kleber mit einer Stärke von 25 µm oder 12,5 µm und sind empfindlich für Verformungen. Einzelne Bereiche – z.B. Lötpads – müssen aus den Coverlayern herausgetrennt werden. Auch diese Bearbeitung ist eine Stärke der UV-Laser.
Für den Schnitt von Komplettkonturen empfiehlt LPKF eine maximale Stärke von bis zu 1,6 mm, abhängig von der eingesetzten Laserquelle. Durch mehrfaches Schneiden können allerdings auch deutlich größere Materialstärken verarbeitet werden – bei empfindlichen und wertvollen Platinen treten die dabei auftretenden längeren Schneidzeiten gegenüber den Sicherheits- und Qualitätsaspekten in den Hintergrund. Das gilt auch für Decap-Anwendungen und Taschen in Multilayern: Dabei trennt der UV-Laser starre und flexible Komponenten oder löst präzise Bereiche aus mehrlagigen Leiterplatten (Multi-
layer) heraus.
