»Der Laser wird die Produktion verändern«

Der Laser ist geradezu prädestiniert für den Einsatz in der Elektronikfertigung und »wird wegen seiner einzigartigen physikalischen Eigenschaften die industrielle Produktion im 21. Jahrhundert neu definieren«, erklärt Prof. Reinhart Poprawe, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT).

Wo steht die Lasertechnik derzeit hinsichtlich Leistung und Geschwindigkeit?

Prof. Reinhart Poprawe: Der Laser verfügt von Beginn an über höchste Qualität bei der Fokussierung. Allerdings – und das war lange Zeit der Knackpunkt – nur bei sehr geringen Leistungen. Heute können wir eine Strahlenleistung von bis zu 10 kW erreichen und damit auch dicke Bleche schneiden und schweißen.

Entscheidend für die Mikrobearbeitung ist aber die Pulsenergie des Lasers. Und auch hier haben wir in den letzten Jahren entscheidende Fortschritte erzielt und bewegen uns mittlerweile im Femtosekunden-Bereich von 10-15 s. Erst im Dezember haben wir mit der Entwicklung eines 400-W-Femtosekunden-Lasers einen neuen Weltrekord aufgestellt. Die schnelle Pulsbarkeit in Kombination mit der mittleren Leistung ermöglicht einen sogenannten »kalten Abtrag«, also eine nahezu stressfreie Materialbearbeitung. Der Schmelzfilm ist vernachlässigbar dünn und der Wärmeeinfluss geht gegen null. Ein Bauteil merkt quasi gar nicht, dass es bearbeitet wurde.

Welche Chancen sehen Sie zukünftig für die Lasertechnik in der Mikroproduktion?

Durch die immer günstiger werdenden Strahlenquellen rechnen wir bei der Mikrobearbeitung mit einem Akzeptanz-Schub des Lasers und einer steigenden Marktdurchdringung. Heute lassen sich Laser grob um den Faktor 2 preiswerter herstellen als noch vor wenigen Jahren. Hauptsächlich Diodenlaser und Faserlaser sind mittlerweile sehr viel billiger und dieser Trend wird sich auch weiter fortsetzen. Derzeit arbeiten wir an einem »Slab-Laser-Modul«, das sich wie Elektronikbauteile quasi im Pick-and-Place-Verfahren herstellen lässt und daher vergleichsweise kostengünstig zu haben sein wird. Einsetzbar ist dieser Laser beispielsweise für klassische Anwendungen wie dem Beschriften oder Punktschweißen.

Welche klassischen Produktionsverfahren in der Elektronikfertigung könnte der Laser mittelfristig ersetzen?

Die Energie des Lasers lässt sich heute sehr präzise in Raum und Zeit steuern und ermöglicht damit hochpräzise Fügeprozesse. Ein weiteres Einsatzgebiet ist das Durchbohren von Leiterplatten, Bauelementen und Solarmodulen – also alles, was Durchkontaktierungen benötigt. Bisher können wir mit Kurzpulslasern etwa 3500 Löcher pro Sekunde bohren. Bis Jahresende wollen wir auf 10.000 kommen.

Sehr großes Potenzial für den Laser sehe ich auch beim Löten und Schweißen – beispielsweise bei der Fertigung von SMD-Bauteilen. Ein weiteres für den Laser prädestiniertes Verfahren ist das Nutzentrennen von Leiterplatten. Die Karbonisierung an der Schnittstelle wird durch die hohe Pulsfrequenz des Lasers vernachlässigbar und der Wärmeeinfluss auf die Leiterplatten ist minimal. Auch das Abtragen von galvanisierten Schichten lässt sich sehr gut mit dem Laser bewerkstelligen.

Durch die Kombination von kurzen Pulsen, mittleren Leistungen bis 400 W und der Scanner-Optik wird auch das lokal begrenzte Abtragen oder das Abtragen großer Flächen möglich. Eine weitere interessante Anwendung ist das Schneiden von freien Schnittformen. Auch das Mikroauftragen ist eine mögliche Anwendung für den Laser, zum Beispiel das Mikroauftragsschweißen bei der Produktion von Brennstoffzellen. Nur mikrometergroße Goldkontaktpunkte ersetzen dabei die Galvanik.

Werden neue Laser-Verfahren auch neue Unternehmenszweige in der Elektronikfertigung hervorbringen?

Natürlich generieren neue Technologien auch neue Firmen. Ein Paradebeispiel dafür ist die Firma Clean, ein Spin-Off unseres Institutes, das sich auf die Herstellung von Laser-basierten Reinigungssystemen zur Prozessvorbereitung spezialisiert hat. Solche Systeme reinigen durch Abtragen berührungslos und ohne Chemie, sie sind also besonders Oberflächen schonend und eignen sich gut zur Lötstellenvorbereitung, Baugruppenreinigung oder Schweißnahtvorbereitung.