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Metallisierte GaN-Keramiksubstrate mit Lasern bearbeiten

10. Januar 2022, 18:18 Uhr | Heinz Arnold
Der »ProtoLaser R4« von LPKF mit Pikosekunden-Laserpulsen ermöglicht die hochpräzise Strukturierung empfindlicher Materialien oder Metalle sowie das Schneiden von gehärteten oder gebrannten technischen Substraten.
Der »ProtoLaser R4« von LPKF mit Pikosekunden-Laserpulsen ermöglicht die hochpräzise Strukturierung empfindlicher Materialien oder Metalle sowie das Schneiden von gehärteten oder gebrannten technischen Substraten.
© LPKF

Den »ProtoLaser R4« hat LPKF für die Bearbeitung von metallisierten keramischen Werkstoffen auf Galliumnitrid-Basis entwickelt, sowohl für die Prototypen- als auch für die Volumenfertigung.

Galliumnitridsubstrat (GaN) findet in Leistungsschaltungen und Hochfrequenzelektronik für die drahtlose Kommunikation zunehmend Einsatz, wo es Siliziumsubstrate ersetzt. Anwendungsgebiete sind beispielsweise 5G, militärische und zivile Luft- und Raumfahrt und die Satellitenkommunikation. Metallisierte keramische Werkstoffe auf Galliumnitrid-Basis stellen für die Materialbearbeitung jedoch eine Herausforderung dar, wenn eine dünne metallische Leiterschicht auf einem dicken, spröden keramischen Substrat aufliegt und beides mit einer Maschine bearbeitet werden soll.

Um beide Materialschichten schnell und sauber zu bearbeiten – unabhängig von den stark unterschiedlichen Materialeigenschaften und geforderten Endspezifikationen – sind Genauigkeit, Anpassungsfähigkeit und Abstimmbarkeit eines Bearbeitungssystems erforderlich. Den »ProtoLaser R4« hat LPKF für die Laserbearbeitung neuer und spezieller Materialien in der Forschung entwickelt. Mit seinem Pikosekunden-Laser erlaubt er die hochpräzise Strukturierung empfindlicher Substrate sowie das Schneiden gehärteter oder gebrannter technischer Substrate und ist daher für GaN das passende Werkzeug. Fast ohne Wärmeeintrag im benachbarten Material schneidet und ablatiert das System die gewünschten Materialien »kalt«, schonend und exakt.

 

Das Erprobungsmuster setzt neue Maßstäbe bei der Miniaturisierung von Musterausschnitten und der Auflösung beim Mikroätzen der Deckschicht. Die äußeren Ecken sind absichtlich abgerundet.
Das Erprobungsmuster setzt neue Maßstäbe bei der Miniaturisierung von Musterausschnitten und der Auflösung beim Mikroätzen der Deckschicht. Die äußeren Ecken sind absichtlich abgerundet.
© LPKF

Bei dem laserbasierten Prozess können zwei traditionell getrennte Herstellungsschritte – das Schneiden des Keramiksubstrats und das Ätzen der leitenden Schicht – durch einen einzigen kontaktlosen und chemiefreien Schritt ersetzt werden. Das haben Machbarkeitsstudien von Dr. Jaka Mur (Universität Ljubiljana, Slowenien) erwiesen. Der »ProtoLaser R4« schnitt zunächst riss- und spanfrei das Keramikmaterial und führte direkt anschließend ohne weiteren Benutzereingriff die Mikrostrukturierung der obersten Schicht durch, die in diesem Fall aus Gold war. Laserleistung und Pulsenergie wurden dabei anwendungsspezifisch angepasst.

Der » ProtoLaser R4« lässt sich aber auch für weitere Anwendungen nutzen, beispielsweise kann er auch mit hoher Präzision für das schneiden, bohren und strukturieren. Das trifft unter anderem für Materialien zu, die in der HF-Elektronik verwendet werden, für PTFE, für doppelseitige flexible PCB-Laminate und für dünnen Metallschichten auf Glas.

 


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