Keramikleiterplatten bearbeiten mit UKP-Lasern

Ultrakurzpulslaser erzielen bemerkenswerte Ergebnisse.

Keramische Hochleistungswerkstoffe werden aufgrund ihrer Eigenschaften vermehrt als Substratmaterial für elektronische SCHALTUNGSTRÄGER eingesetzt. Da bei der üblichen Bearbeitung mit CO2-Lasern meist unerwünschte Nebeneffekte entstehen, sind neue Lösungen gefragt. Ultrakurzpulslaser erzielen bemerkenswerte Ergebnisse.

Direct-Copper-Bonding-Substrate (DCB-Sub-strate) bilden das Rückgrat moderner Leistungselektronik-Module, welche zum Beispiel in Antriebssteuerungen von Maschinen und Elektrofahrzeugen, in Automotive-Komponenten oder in der Energietechnik zum Einsatzkommen. DCB-Substrate bestehen aus einem Keramiksubstrat wie Al2O3 oder AlN als Isolie-rungsschicht und Kupferverbindungen für das elektrisch leitende Layout. Auf einem Substrat (Großkarte) befinden sich üblicherweise mehrere Schaltungen, die durch ein mechanisches Brechverfahren vereinzelt werden.

Thermischer Prozess führt zu Nachteilen

Um einen kontrollierten Materialbruch zu gewährleisten, erzeugt man mit dem Laser Ritzlinien im Keramiksubstrat. Anschließend wird das Material entlang dieser Ritzlinien per Hand oder maschinell gebrochen. Bisher waren für das Laserritzen hauptsächlich CO2-Laser in Verbindung mit Festoptik-Prozessköpfen im Einsatz. Das Substrat wird dabei unter dem Prozesskopf mit einem X/Y-Lineartisch bewegt. Bei dieser Technik werden durch Einzelpulse mit hoher Energie Sacklöcher in der Keramik aneinandergereiht und so Perforationslinien für das spätere Brechen eingebracht. Da es sich hierbei um einen thermischen Prozess handelt, kommt es zu unerwünschten Nebeneffekten wie Schmelzperlen, Materialaufwurf, Verglasung und Mikrorissen im Material. Auch andere Verfahren mit Festkörperlasern, deren Pulsbreiten im zweistelligen Nanosekundenbereich liegen, zeigen diese Nachteile. Das Unternehmen InnoLas Solutions aus Krailling bei München geht hier neue Wege und setzt für die Bearbeitung von Keramikleiterplatten auf Ultra-kurzpulslaser und Galvanometerscanner. Die extremkurzen Pulsdauern der UKP-Laserquelle ermöglichen– in Verbindung mit den hohen Verfahrgeschwindigkeiten des Scanners – einen kalten Materialabtrag im keramischen Substrat. Das Resultat ist eine durchgehende, etwa 20 bis 70μm tiefe, gratfreie Schnittfuge, die das Vereinzeln der Keramikleiterplatten mit hoher Qualität und Genauigkeit gewährleiste.

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