Für den HF-Bereich gelten die gleichen Anforderungen wie für andere Elektronik-Entwicklungen auch: Produkte müssen leistungsfähig, kostengünstig und schnell verfügbar sein. Das gilt auch für Prototypen, auf die man beim Dienstleister mindestens ein bis zwei Tage warten muss. Mit den Rapid-Prototyping-Lasern von LPKF lassen sich seriennahe Prototypen von HF-Schaltungen innerhalb weniger Minuten erstellen - in einer Qualität, die der anderer Verfahren mindestens gleichwertig ist.
Vier Vorteile
Da neue Entwicklungen immer mehr Funktionen auf engem Raum unterbringen müssen, sind auf den Leiterplatten immer feinere Strukturen notwendig. Mit den Rapid-Prototyping-Lasern von LPKF lassen sich auf keramischen Substraten Strukturen mit 50/25 µm Leiterbahnbreite und -abstand unterbringen. Dabei kann der Laser ohne Umrüstung unterschiedliche Werkstoffkombinationen bearbeiten. Die hervorragende Wiederholgenauigkeit und die exakten Geometrien des Lasers erfüllen zudem die Anforderung nach höchster Übereinstimmung zwischen Schaltung und Entwurf im HF-Bereich. Eine große Flexibilität ergibt sich aus der kurzen Zeit, die der Laser zur Strukturierung benötigt. Ein DINA4 großes Board lässt sich in etwa 20 Minuten strukturieren. Die meisten Entwicklungen im HF- Bereich sind deutlich kleiner und damit entsprechend schneller erstellt. So lassen sich an einem Tag ohne Probleme verschiedene Prototyp-Varianten realisieren. Und das Inhouse-Prototyping bietet nicht nur einen Geschwindigkeitsvorteil: Es stellt auch sicher, dass Layouts das Haus nicht verlassen und so geheim bleiben.
Mehr als nur Strukturieren
Dabei sind die Anwendungsmöglichkeiten eines Rapid- Prototyping-Lasers umfassend. Der Ende 2011 erstmals vorgestellte LPKF ProtoLaser U3 kann eine breite Platte von Materialien bearbeiten, beispielsweise auch laminierte Substrate und Keramik. Aber neben dem Strukturieren kann er auch noch eine Reihe weiterer Aufgaben übernehmen. Dazu gehört beispielsweise das Schneiden von Löchern, bei dem sich die Eindringtiefe des Laserstrahls durch die Anzahl der Wiederholungen sehr präzise steuern lässt. Mit dem UV-Laser lassen sich auch Vertiefungen oder - bei mehrlagigen Leiterplatten - Löcher schneiden, in denen Bauteile oberflächenbündig positioniert werden können. Starr-flexible Leiterplatten sind bei der Herstellung als Sandwiches verschiedener Substratmaterialien aufgebaut. Der UV-Laser schneidet die starren Elemente in Bereichen heraus, die im Endprodukt flexibel ausgeführt werden sollen. Für das Nutzentrennen kann der UV-Laser einzelne Leiterplatten aus dem größeren Basismaterial heraustrennen. Dabei treten weder mechanische noch thermische Beeinträchtigungen auf. Auch unregelmäßig geformte Konturen sind für den scannergesteuerten Laserstrahl kein Problem. Ebenso kann der ProtoLaser U3 PrePreg- und Coverlayer-Materialien, die flexibel und empfindlich für Verzerrungen sind, schneiden. Die verwendete Laserquelle ist eine Eigenentwicklung im Wellenlängenbereich 355 nm. Sie kommt mit einer typischen Leistung von 5 bis 6 Watt aus und arbeitet in einem Frequenzspektrum von 10 bis 200 kHz. Mit einem Fokusdurchmesser von 18 µm und einer Scannerauflösung von 2 µm auf dem Material ist das System auch für die Bearbeitung feinster Strukturen ausgelegt.
Zwei Minuten statt drei Tage
Wie man einen Rapid-Prototyping-Laser von LPKF erfolgreich einsetzen kann, zeigt das Fraunhofer Institut für angewandte Festkörperphysik IAF. Ein wichtiges Forschungsfeld ist hier die Entwicklung von Chips und Modulen für höchste Frequenzen bis in Bereich von 300 GHz. Derartige Komponenten, die elektromagnetische Strahlung im Mikrowellen-, Millimeterwellen- oder sogar Submillimeter-Bereich erzeugen oder mit höchster Empfindlichkeit detektieren können, eröffnen neue technische Möglichkeiten. Dazu ist es aber notwendig, die Chips unter realistischen Einsatzbedingungen umfangreichen Tests zu unterziehen. Da die Eigenschaften eines Höchstfrequenz-Chips äußerst empfindlich auf die Einbausituation reagieren, ist es notwendig, das optimale Design experimentell zu ermitteln. Die dazu benötigten Prototypen werden am Fraunhofer IAF mit Hilfe des LPKF ProtoLaser S erstellt. Das kompakte, laborgeeignete Lasersystem wurde insbesondere für das Prototyping und Kleinstserien erstellt. Auf Rollen passt es durch jede Labortür und benötigt nur Druckluft, eine Absaugung und eine Stromversorgung. Die Forscher am Fraunhofer IAF nutzen vor allem die Fähigkeit des ProtoLaser S, beschichtete Keramik- träger zu bearbeiten. Auf diesem Material spielt das Lasersystem seine ganze Präzision aus. Die leitende Schicht wird verdampft, so lassen sich Leiterbahnbreiten mit 50 µm und Leiterbahn-abstände von 25 µm realisieren - bei exakten Geometrien und Konturverläufen. Erprobte Prozessparameter wandern in die integrierte Prozessbibliothek und stehen dort zum Abruf bereit. Die Zeiteinsparung ist enorm: In manchen Fällen wurde die Bearbeitungsdauer von drei Tagen auf zwei Minuten reduziert - ohne irgendwelche Abstriche bei der Qualität machen zu müssen. Der Einsatz von Lasern in der Protoypen-Erstellung macht Entwicklern das Leben leichter - auch, aber nicht nur in der HF-Entwicklung. Dabei ist es nicht nur die Zeitersparnis, die hier Vorteile bietet. Laser erweitern zudem die Möglichkeiten der Elektronik-Entwicklung.
