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Ultra-Kurzpuls-Laserquelle

Sensoren empfindlicher, Leiterplatten feiner machen

Ultrafeinstrukturierung einer Leiterplatte.
Ultrafeinstrukturierung einer Leiterplatte.
© C. Wißler / Universität Bayreuth.

Eine Ultra-Kurzpuls-Laserquelle eröffnet der Gassensorik, der HF-Technik und der Mikrosystemtechnik ungeahnte Möglichkeiten.

Denn mit Hilfe des Lasergeräts »ProtoLaser R4« von LPKF, das mit der Ultra-Kurzpuls-Laserquelle ausgestattet ist, lassen sich Schichten und Beschichtungen auf empfindlichen Oberflächen hochpräzise strukturieren. Gehärtete oder gebrannte technische Substrate aller Art können exakt geschnitten werden. Jetzt hat der Lehrstuhl für Funktionsmaterialien an der Universität Bayreuth ein solches Gerät erhalten, die Anschaffung hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) am zu 50 Prozent gefördert.

Das Lasersystem ist in der Lage, ultrakurze Laserpulse zu erzeugen, die 1,5 ps – also nicht viel länger als den billionsten Teil einer Sekunde – andauern. Deshalb tritt bei der Materialbearbeitung mit diesem Laser nahezu keine Wärmeübertragung mehr auf: Das punktgenau vom Laserstrahl getroffene Material verdampft sofort. Infolgedessen ist es umso leichter möglich, Oberflächen im Mikrometerbereich kontrolliert zu strukturieren und zu gravieren, ohne dass die angrenzenden Bereiche geschädigt werden. Weitere Beispiele sind das Abtragen durchsichtiger und äußerst dünner Schichten vom Untergrund oder das Ablösen von Metalllagen auf Kunststofffolien. Zudem ist auch das punktgenaue Schneiden und Fräsen keramischer Materialien möglich, zum Beispiel von Aluminiumoxid.

»Das neue Laserbearbeitungssystem ist von unschätzbarem Wert für die Erforschung und Entwicklung innovativer Funktionsmaterialien, beispielsweise von hochempfindlichen Sensoren oder ultrafein strukturierten Leiterplatten. Auf dem Campus der Universität Bayreuth wird es allen natur- und technikwissenschaftlichen Forschungsbereichen zugänglich sein, ebenso externen Forschungspartnern. Das Gerät wird außerdem dem wissenschaftlichen Nachwuchs die Bearbeitung von Forschungsthemen ermöglichen, für die an vielen anderen Hochschulstandorten die nötige Infrastruktur fehlt«, erklärt Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos, Inhaber des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien.

»Schon beim Vorgängersystem haben wir in den letzten Jahren immer wieder Anfragen erhalten, die Ausgangspunkt für sehr interessante Forschungsarbeiten waren. Ich bin mir sicher, dass auch zu unserem neuen Laserbearbeitungssystem viele Anfragen eintreffen werden«, sagt Dr.-Ing. Jaroslaw Kita, der das Gerät am Lehrstuhl für Funktionsmaterialien betreut.
 

Eine Anwendung des ProtoLaser-Systems ist wie hier die Strukturierung einer Kupferschicht auf PET-Folie.
Eine Anwendung des ProtoLaser-Systems ist wie hier die Strukturierung einer Kupferschicht auf PET-Folie.
© LPKF

Der LPKF ProtoLaser R4 ist speziell für die Forschung verschiedenster Materialien entwickelt worden. Das System verfügt über eine 515-nm-Picosekunden-Laserquelle mit Galvo-Scaneinheit und ist standardmäßig mit einer Fiducial-Alignment-Kamera, einem X/Y/Z-Vakuumtisch und der Software LPKF CircuitPro PL ausgestattet.

Das Strukturieren von Schichten und Beschichtungen ist bereits vielfach erprobt. Der auf 15 μm fokussierte Strahl kann Leiterbahnbreiten bis hinunter zu 1 mil (25 μm) und Abstände bis zu 15 μm strukturieren. Auf Dünnschichtkeramik und auf Glas sind sogar 10 μm Auflösung möglich, je nach Metalldicke und Schälfestigkeit.

Der Laser ermöglicht das Strukturieren und Gravieren einer Vielzahl von Materialien, zum Beispiel Si, SiN, CoFe, GaN, FR4, Taconic, CuF-LON/ PTFE, Al2O3, LTCC. Gravur mit Tiefenkontrolle von Metallen wie Kupfer, Nickel, Messing, Wolfram, etc. ist ebenso möglich wie von Kunststoffen wie Polyimid/Kapton und viele mehr.

Bei der Materialbearbeitung leistet der ProtoLaser R4 auch das Bohren und Schneiden diverser Materialien: Borofloat und Schott-Glas, Si, SiN, CoFe, GaN, FR4, Rogers, Taconic, Panasonic, CuFlon/reines PTFE, Al2O3, LTCC, Polyimid/Kapton, sowie von Metallen wie Gold, Kupfer, Nickel, Platin, Messing und Wolfram.


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