DE10027732A1 - Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen Ritzlinien mittels Laserstrahlen und Anlage zur Herstellung - Google Patents
Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen Ritzlinien mittels Laserstrahlen und Anlage zur HerstellungInfo
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Abstract
Es wird eine Anlage zum Ritzen von Mehrfachnutzenleiterplatten und eine mit Ritzlinien versehene Mahrfachnutzenleiterplatte beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, dass beidseitige Ritzlinien mittels Laserstrahlen hergestellt sind und dass annähernd fluchtend einander gegenüberliegende Laserstrahlelemente vorgesehen sind, zwischen denen die zu ritzende Mehrfachnutzenleiterplatte bewegbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Leiterplatten mit feinsten beidseitigen Ritz-
und/oder Trennlinien und ein Verfahren zur Herstellung derselben mittels
beidseitigem Laserstrahl.
Für das Trennen von Mehrfachnutzenleiterplatten werden unterschiedliche Verfahren
eingesetzt, wobei entsprechend der immer feiner werdenden Strukturen und der
hohen Flächenkosten und weiter der zunehmend höheren Integrationsdichte beim
Bestücken der Leiterplatten an die Konturen der Einzelnutzen immer höhere
Anforderungen gestellt werden.
Üblicherweise können bei einem beidseitigen mechanischen Ritzen (V-grooving,
Scoring) mittels spezieller Fräser Ritzlinien in x- und in y-Richtung gefertigt werden.
Unterbrochene Ritzungen sind ebenfalls häufig sinnvoll und notwendig. Ohne
beidseitige Ritzung kann im allgemeinen keine qualitativ hochwertige Bruch- bzw.
Kontur-Kante der Einzelnutzen erreicht werden und mit perforationsartigen Loch-
und Schlitzkombinationen können ebenfalls keine qualitativ hochwertigen
Konturkanten erreicht werden, beziehungsweise können beim Brechen in
Einzelnutzen Delaminations-Erscheinungen die Funktion von nahe an den Ritzlinien
liegenden Leiterbahnstrukturen beeinflussen und/oder zerstören. Auch können
bereits beim Bestücken der Mehrfachnutzen unerwünschte Brüche und
Delaminationen im Bereich der Ritzlinien entstehen.
In der Leiterplattenindustrie wird im allgemeinen zwischen einseitigen,
doppelseitigen, Multilayer- und flexiblen Leiterplatten unterschieden. Bei alle diesen
Verdrahtungsplatinen werden üblicherweise sogenannte Mehrfachnutzen hergestellt
beziehungsweise verwendet. Unter Mehrfachnutzen werden Produktionsnutzen von
typisch 510 × 610 mm oder 510 × 510 mm und dergleichen Formate verstanden, die
in den üblichen Leiterplattenfertigungen prozessmögliche und prozessoptimale
Nutzenformate sind und werden entsprechend der einzelnen Leiterplatte für
beispielsweise ein Mobiltelefon, einen Videorekorder, ein PCMCIA-Element und
dergleichen in mehrfachen Anordnungen gewählt. Derartige unbestückte
Mehrfachnutzen-Leiterplatten müssen dann noch in kleinere Mehrfachnutzen-
Leiterplatten geteilt werden, die auf üblichen Bauteilbestückungsautomaten
verwendbar sind. Durch die immer höher werdende Integrationsdichte von
elektronischen Bauteilen, insbesondere der sogenannten oberflächenmontierten
Bauteile (SMD: Surface mounted Devices; SMT: Surface mounted Technology) und
BGA: Ball-grid-array und Flip-Chip Montagen bis zu COB: Chip-on-Board
Technologien, wird versucht, möglichst viel Fläche aktiv zu nutzen. Aus diesem
Grund werden Trennlinien der einzelnen Leiterplattennutzen voneinander möglichst
eng zueinander angeordnet.
Neben diesen Forderungen stellt die hohe Packungsdichte immer stärkere
Anforderungen an die Verdrahtungselemente und vielfach können keine
rechteckigen Leiterplatten diese Ziele erfüllen, sondern es müssen beliebige
geometrische Konturen herstellbar sein.
Die mechanische Bearbeitung erfolgt üblicherweise im Konsumer-Elektronik-Bereich
bei meist einseitigen und/oder zweiseitigen und/oder durchkontaktierten
doppelseitigen Leiterplatten mittels Stanzwerkzeugen und/oder mittels Bohr- und
Fräsmaschinen und/oder mittels sogenannter Ritzmaschinen. Bei flexiblen
Leiterplatten werden ähnliche Verfahren eingesetzt und bei Multilayer-Leiterplatten
werden im allgemeinen keine Stanzwerkzeuge verwendet, sondern überwiegend
Bohr- und Fräsmaschinen.
Bohr- und Fräsmaschinen, aber auch Laserzentren auf Basis von CO2- und Nd : YAG-
basierten Lasern und Excimer-Lasern beruhen auf einer einseitigen Bearbeitung,
während übliche Ritzmaschinen entsprechende Ritzwerkzeuge beidseitig anwenden.
Aus der US 4,856,400 (Robert A. Kelzer, Filed: 17.02.88; "Scoring Cutter") sind
bereits spezielle Ritzwerkzeuge beziehungsweise eine Vorrichtung zum beidseitigen
Ritzen beziehungsweise Fräsen von Ritzlinien in Leiterplatten beschrieben, durch die
insbesondere eine gleichmäßige Ritztiefe und damit ein gleichmäßiger Abstand der
beiden Ritzlinien voneinander erreicht wird, was für eine saubere Bruch
beziehungsweise Trennkante sehr wesentlich ist.
In der JP 2119198 (Tanaka Kikinzoku Kogyo KK; Filed: 28.10.88; "Outside forming
method of printed board") wird eine spezielle Methode zur Herstellung von V-Rillen
mit unterschiedlicher Ritztiefe beschrieben, womit es möglich sein soll, Leiterbahnen
sehr nahe an die Ritzlinien beziehungsweise Trennkante legen zu können und nach
der Bestückung kann die Trennung der einzelnen Leiterplatte ohne Beschädigung
der nahe liegenden Leiterbahnen erfolgen. Zusätzlich können durch diese V-Rillen
Ausführung auch Beschädigungen beim Transport vermieden werden.
Aus der US 5,831,218 (Motorola; Filed: 28.06.96; "Method and circuit board panel for
circuit board manufacturing that prevents assembly-line delamination and sagging")
ist bereits eine Methode und eine Leiterplatte bekannt, mit der Delaminationen und
das Durchhängen von Leiterplatten während der Bestückung vermieden werden
können. Insbesondere werden Konturstanzungen in Kombination mit einem
beidseitigen Ritzprozess beschrieben und es wird eine Formel zur Berechung der
optimalen geometrischen Form der oberen und unteren V-Rille (V-groove) genannt.
In der US 5,883,356 (Tip Engineering Group; Filed: 13.05.96; "Laser scoring process
and apparatus") wurde ein Prozess und eine Anlage zum präzisen Ritzen von
vorgegebenen Ritzgeometrien und Ritztiefen von räumlich geformten Werkstücken
genannt. Dabei werden Materialschwächungen, wie sie beispielsweise bei Airbag
Abdeckungen im Automobilbereich erforderlich sind, erzeugt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die aufgezeigten
Anforderungen zu erreichen, beziehungsweise die beschriebenen Mängel zu
vermeiden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Art der
Erzeugung von beidseitigen Ritzlinien nahezu beliebiger geometrischer Ausbildung
und höchster Prozessgenauigkeit und Prozessflexibilität auf Leiterplatten zu
ermöglichen und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Ritzlinien anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung von beidseitig auf die Leiterplatte
einwirkenden Laserstrahlen gelöst.
Mittels neuartiger Laserbearbeitungszentren auf Basis von CO2-Lasern
und/beziehungsweise Nd : YAG-basierenden UV-Lasern (GSI Lumonics Inc., Ontario,
Canada; GS-600; bzw. HITACHI Laser PCB) und/oder Festkörperlaser auf Basis
frequenzverdreifachter 355 nm oder frequenzvervierfachter 266 nm Nd : YAG Laser,
also sogenannter UV-Festkörperlaser (ESI - Electro Scientific Industries, Inc.;
Portland, OR 97229, USA; Model 5200 laser via drilling system) und/oder einem
Kupfer-Bromid-Laser mit 511 bzw. 578 nm Wellenlänge (Klingelnberg Söhne GmbH)
und/oder auf Basis eines Excimer-Lasers mit 248 nm (LPKF Laser & Electronics
GmbH; LPKF MicrolineLaser) und weiterer derartiger Systeme können heute bereits
die verschiedenen Arten von Leiterplattenmaterial bearbeitet werden.
Dabei bieten Laser im sichtbaren beziehungsweise im UV-Wellenlängenbereich den
großen Vorteil, dass damit auch metallische Oberflächen bearbeitet werden können.
CO2-Laser im IR-Wellenlängenbereich weisen wiederum den Vorteil der hohen
Energiedichte auf, was bei üblichen Leiterplattenmaterialien ohne metallische
Schichten zu sehr hohen Geschwindigkeiten beim sogenannten Bohren von Löchern
führt und speziell bei kleinen Bohrlochdurchmessern gegenüber bisher üblichen
Leiterplattenbohrmaschinen große Vorteile aufweist.
Die konventionellere Art der CO2-Laser arbeitet bei Wellenlängen im Bereich 9 bis 11
Mikrometern. Der Vorteil dieser CO2-Lasertechnologie liegt in der Ausgereiftheit der
Laserquellen und damit in der Verfügbarkeit hoher Leistung und geringer Wartung
beziehungsweise geringer Wartungskosten. Der Nachteil derartiger CO2-Laser
Anlagen liegt in der langen Wellenlänge des Laserlichtes und damit der geringeren
Fokussiermöglichkeit und insbesondere in der geringen Absorption von
beispielsweise metallischen Oberflächen, wie Kupfer und/oder Gold und dergleichen.
Im vorliegenden Fall von Ritzlinien sind diese Einschränkungen nicht störend, da ja
funktionell kein Grund besteht, im Bereich von Nutzenkonturen derartige metallische
Strukturen vorzusehen. Dabei spielt die Geschwindigkeit der Ritzlinienherstellung,
der integralen Kosten und der Präzision der Ritzlinien-Form und -Tiefe eine meist
wichtigere Rolle.
Die frequenzverdreifachten 355 nm Nd : YAG Festkörperlaser und der
frequenzvervierfachten 266 nm Nd : YAG Festkörperlaser haben sich für derartige
Anwendungen bewährt.
Als sehr wesentliche Parameter haben sich dabei die Pulsdauer von typisch 40 bis
50 ns, die Pulsfrequenz beziehungsweise Wiederholrate von typisch 1 bis 20 kHz
und die Pulsform, also der Betrieb bei unterschiedlichen Laser-Moden und/oder der
Verwendung von Blenden, herausgestellt.
Im Falle von feinen Ritzlinien wird eine Gauß-Verteilung des Laserimpulses
bevorzugt, da eine gewollte, örtlich sehr genau festgelegte Schwächung der
Leiterplatte erreicht werden soll und eine feine Ritzung eine besser definierte
Bruchkante ermöglicht.
Die Verwendung von Excimer-Laserlicht von beispielsweise 248 nm bietet nochmals
höhere Feinheit durch die entsprechend der geringen Wellenlänge besseren
Fokussierbarkeit, verursacht jedoch längere Prozesszeiten und höhere Kosten bei
vergleichbaren zu bearbeitenden Geometrien.
Sehr wesentlich bei all diesen Laserbearbeitungszentren ist die Tatsache, dass die
zu bearbeitenden Leiterplatten auf Bearbeitungstische aufgebracht,
beziehungsweise vorpositioniert werden, und anschließend mittels
optoelektronischer Hilfsmittel die Leiterplattenstruktur erfasst wird und dann durch
beispielsweise Verfahren des Tisches in Y-Richtung und Verfahren des
Laserstrahles mittels sogenannter Galvano-Optik in X- und Y- Richtung einer sehr
genauen Bearbeitung zugeführt wird. Der Vorteil der Galvano-Optik liegt in der
geringen zu bewegenden Masse und damit der hohen möglichen Dynamik und
resultiert daraus eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit. Meist wird der
Auslenkungsbereich der Galvano-Optik auf einige 40 × 40 mm2 begrenzt.
Durch die erfindungsgemäss beidseitige Anordnung von Laserstrahl-Elementen
werden keine üblichen Positioniertische verwendet, sondern es werden feststehende
Tische verwendet. Dabei muss darauf geachtet werden, dass nunmehr die
Mehrfachnutzenleiterplatte ohne Beschädigung der Oberfläche auf der
Tischoberfläche hin und her bewegt werden kann. Vorteilhaft werden dabei Rollen-
Kugellager-Elemente, aber auch Luftdüsen, durch die ein entsprechendes Luftkissen
zwischen Tischoberfläche und Mehrfachnutzenleiterplatte entsteht, verwendet. Die
Kombination aus Rollen-Kugellager-Elementen und Luftkissen zusammen mit
Gleitkunststoffstücken ist ebenfalls vorteilhaft anzuwenden.
In einer kostengünstigen Ausführungsform können nunmehr das obere und untere
Laserstrahl-Element fest und damit unbeweglich eingebaut werden. Ein
Greifersystem kann nunmehr die Mehrfachnutzenleiterplatte entsprechend einem
vorgegeben Programm zwischen den Laserstrahl-Elementen bewegen. Dieses
Greifersystem kann sehr kostengünstig und mit hoher Genauigkeit ausgeführt
werden, da praktisch keine Kraftmomente durch die Laserbearbeitung ausgeübt
werden und lediglich die träge Masse der Leiterplatte entsprechend der
Verfahrensbeschleunigungen berücksichtigt werden muss.
Vorteilhaft werden dabei die Laserstrahl-Elemente koaxial beziehungsweise
kreisförmig von gefederten Elementen umgeben. Darin sind eine Gas-Zufuhr und
Absaugung angeordnet. Mit einer entsprechenden Gaszufuhr kann einerseits die
Bearbeitungsstelle gekühlt werden, was eine höhere Laserstrahl-Leistung
beziehungsweise Abtragungsleistung ermöglicht und eine thermisch bedingte
Delamination reduziert beziehungsweise vollständig verhindert. Andererseits kann
der Materialabtrag beziehungsweise die Abdampfung entfernt werden, was zur
Sicherheit der Umgebung beiträgt, da bei der Abtragung der unterschiedlichsten
Materialien Dämpfe entstehen können und diese nicht in die Raumluft
beziehungsweise an die Umgebung abgegeben werden sollen. Zusätzlich kann es
störend sein, wenn Abdampfungen sich in der nahen Umgebung der Ritzlinien auf
der Mehrfachnutzenleiterplatten-Oberfläche ablagern.
Eine vollautomatische Ausführung einer Anlage zur Herstellung einer
Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen Ritzlinien wird demgemäss durch eine
automatische Zuführeinrichtung von einem Mehrfachnutzenleiterplatten-Stapel
und/oder von entsprechenden Magazinen bestehen und wird jeweils vollautomatisch
eine entsprechende Mehrfachnutzenleiterplatte auf einem Manipulationstisch einem
Greifersystem übergeben. Dieses Greifersystem wird die Mehrfachnutzenleiterplatte
einem oberen und/oder unteren optoelektronischen Registriersystem zuführen und
erfasst somit die Mehrfachnutzenleiterplatte entsprechend der definierten optischen
und/oder mechanischen Positioniermerkmale. Derartige optoelektronische
Registriersysteme können Photodiodensysteme und/oder CCD-Kamera Systeme
sein und können ähnlich wie die Laserstrahl-Elemente in einer festen Position
angeordnet sein.
Je nach erforderlicher Genauigkeit können nunmehr vorgegebene Positionen erfasst
und gegebenenfalls auch eine Temperaturkompensation und/oder eine Fehler
beziehungsweise Abweichungsmittelung durchgeführt werden.
Das Greifersystem kann die Mehrfachnutzenleiterplatte entsprechend dem jeweiligen
Computerprogramm zwischen den Laserstrahl-Elementen bewegen, anschließend
auf einem Ablagetisch für fertig prozessierte Mehrfachnutzenleiterplatten abgelegen
und in Warteposition verfahren, um eine weitere Mehrfachnutzenleiterplatte zu
übernehmen.
In einer weiteren Ausführungsform können die beiden oben und unten angeordneten
Laserstrahlelemente mittels Galvano-X-Y-System ausgerüstet sein. Üblicherweise
werden derartig hochdynamischen Galvano-Koordinatentische auf relativ kleine
Flächen von einigen 30 × 30 bis 50 × 50 mm beschränkt. Der Vorteil einer derartigen
Ausführung liegt in der hohen Geschwindigkeit, komplexeste geometrische Gebilde
in sehr kurzer Zeit auszuführen, was das Greifersystem mit der
Mehrfachnutzenleiterplatte bereits aufgrund der trägen zu bewegenden Masse ohne
zusätzlichen hohen Aufwand nicht effizient erfüllen kann.
Durch eine derartige Kombination werden also hohe Geschwindigkeiten und feinste
Auflösungen erreicht. Allerdings steigen die Kosten für ein derartiges Laser-Galvano-
X-Y-Koordinaten Element und zusätzlich wird eine wesentlich aufwendigere
Steuerung und Software benötigt, was letztendlich zu beträchtlich höheren
Anlagenkosten führt.
In einer weiteren typischen Ausführungsform kann das obere und untere Laserstrahl-
Element durch nur eine Laserquelle versorgt werden, was ebenfalls zu
Kosteneinsparungen für die Gesamtanlage führt, beim Betrieb die Kosten zusätzlich
reduzieren kann und derart eine modulare Anlagenkonfiguration ermöglicht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei
ergeben sich aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und
Vorteile der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 Schnitt durch eine Mehrfachnutzenleiterplatte;
Fig. 2 Seitenanlage einer Anlage nach der Erfindung;
Fig. 3 Draufsicht auf die Anlage;
Fig. 4 Draufsicht auf eine Mehrfachnutzen-Leiterplatte.
In Fig. 1 wird eine Mehrfachnutzenleiterplatte 10 mit Ritzlinien 9 gezeigt. Dabei wird
eine Darstellung verwendet, die heute in der Leiterplattenindustrie üblich und
gebräuchlich ist und die auf der Verwendung mechanischer Fräser beruht. Die
oberen und unteren Ritztiefen 1, 8 (typisch 0,4 mm (+0,15 mm/-0,00 mm)) können
nunmehr bei Verwendung von Laserstrahlen nahezu beliebig und über ein
Computerprogramm steuerbar, realisiert werden. Der Ritz-Winkel 2 (typisch 30 bis
45 Grad) wurde bisher durch die Verfügbarkeit von Ritzwerkzeugen bestimmt und
kann nunmehr bei Verwendung von Laserstrahlen auf nahezu 0° reduziert werden.
Er kann jedoch ebenso schräg ausgeführt werden und dies kann mittels der
Impulsform und der Impulsleitung und der Impulsfrequenz gesteuert und definiert
werden.
Der bei mechanischen Ritzsystemen übliche minimale Abstand 3 von Ritzlinie zur
Leiterplattenkante von zumeist größer 2 mm kann bei Verwendung von
Laserstrahlen reduziert werden, unterliegt jedoch einer gewissen Einschränkung, da
ja der Reststeg beim Brechvorgang mechanisch festgehalten werden muss. Bei
relativ geringen Reststegen kann jedoch die obere Ritztiefe 1 im Vergleich zur
unteren Ritztiefe 2 tiefer ausgeführt werden. Damit kann die Brechkraft reduziert
werden.
Der Abstand 4 von Ritzlinie zu Ritzlinie unterliegt ebenso wie der Abstand 5 von
Ritzlinie zu Kupferlayout bei Verwendung der neuartigen Bearbeitung mittels
Laserstrahlen keinen anlagenbedingten Einschränkungen.
Die Restmaterialstärke 6 ist nun erstmals beliebig und computergesteuert einstellbar
und wird überdies durch keine Abnützung der Fräswerkzeuge beeinflusst.
Der Versatz 7 von Ritzlinie oben zu unten entsteht bei der Verwendung
mechanischer Fräswerkzeuge und kann bei korrekt justierten oberen und unteren
Laserstrahl-Elementen 11, 12 vernachlässigt werden.
In Fig. 2 wird die Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung einer
Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen Ritzlinien 9 mittels Laserstrahlen
dargestellt.
Die Mehrfachnutzenleiterplatte 10 wird von einem Stapel und/oder Magazin auf den
Tisch 13 gelegt und derart vorpositioniert dem x-y-θ-Verfahrenssystem 14 und damit
dem computergesteuerten Greifersystem 18 übergeben.
Damit die Unterseite der Mehrfachnutzenleiterplatte 10 durch die Bewegungen am
Tisch 13 keine Beschädigungen erleiden kann, sind im Tisch 13 die Leiterplatte
tragende Luftdüsen 17 vorhanden. In einfachen Ausführungsvarianten können
derartige Luftdüsen 17 auch durch Kugellager und/oder Kunststoff-Gleitstücke
ersetzt sein. Die Luftdüsen sollen eine weitgehend berührungslose Bewegung der
Mehrfachnutzenleiterplatte 10 auf dem Tisch 13 ermöglichen. Zusätzlich wird dabei
die Reibung reduziert und die notwendige Verfahrkraft für ein exaktes Positionieren
reduziert.
Das x-y-θ-Verfahrenssystem 14 bewegt nunmehr die Mehrfachnutzenleiterplatte
computergesteuert zwischen den optoelektronischen oberen und unteren Elementen
19, 20 und es werden derart die exakten Struktur-Daten der
Mehrfachnutzenleiterplatte erfasst und der Koordinatenursprung festgelegt. Dabei
können Temperatureffekte messtechnisch und rechnerisch berücksichtigt werden.
Ebenso können dabei nur beispielsweise 2 Referenzmarken optisch gelesen werden
und/oder mehrere optische Merkmale auf der Ober- und Unterseite der
Mehrfachnutzenleiterplatte und kann derart Ritzlinienprogramm optimal auf die zu
bearbeitende Mehrfachnutzenleiterplatte 10 abgestimmt werden.
Nach der optischen Registrierung, die überdies zur Erhöhung der
Fertigungskapazität auch in einer eigenen Station in unmittelbarer Nachbarschaft
des Tisches 13 durchgeführt werden kann, bewegt das x-y-θ-Verfahrenssystem 14
die Mehrfachnutzenleiterplatte entsprechend dem Ritzlinienprogramm zwischen den
oberen und unteren Laserstrahl-Elementen 11, 12.
Dabei werden bevorzugt die oberen und unteren Laserstrahl-Gas-
Zufuhr/Absaugung/Kühlung 21, 22 verwendet und es werden derart die
Bearbeitungsbereiche oben und unten gekühlt und die dabei abgetragenen
beziehungsweise abgedampften Materialen entfernt beziehungsweise abgesaugt
und gefiltert.
Das obere und untere Laserstrahl-Element 11, 12 kann je nach Ausführungsform
durch nur eine oder zwei Laserquellen 15 versorgt werden.
Ein Computer 16 steuert den gesamten Ablauf und es kann damit ein
vollautomatischer Betrieb erreicht werden.
Das obere und untere Laserstrahl-Element 11, 12 kann in einer weiteren
Ausführungsform eine x-y-Galvano-Ablenkeinheit aufweisen und es können derart
kleine und feinste und sehr schnelle Laserstrahlbewegungen zusätzlich zu den
Bewegungen des x-y-θ-Verfahrenssystem 14 ausgeführt werden.
Nach der Fertigstellung der oberen und unteren Ritzlinie 9 bewegt das x-y-θ-
Verfahrenssystem 14 die Mehrfachnutzenleiterplatte 10 in eine Ausgabeposition.
Je nach Automatisierungsgrad kann nun dieses x-y-θ-Verfahrenssystem 14 die
Mehrfachnutzenleiterplatte 10 auf einer Ablagestation ablegen oder einem weiteren
Greifersystem übergeben.
In Fig. 3 wird die Draufsicht einer möglichen Anlage zur Herstellung einer
Mehrfachnutzenleiterplatte 10 mit beidseitigen Ritzlinien 9 mittels eines oberen und
unteren Laserstrahl-Elementes 11, 12 dargestellt.
In Fig. 4 wir schematisch eine Mehrfachnutzenleiterplatte 10 mit Ritzlinien 9
dargestellt. Speziell bei komplexen und meist kleineren elektronischen Geräten, wie
beispielsweise mobilen Telefongeräten und Diktiergeräten und Rasiergeräten und
dergleichen mehr, spielt die ästhetische und ergonomische Formgebung eine große
Rolle und müssen demgemäss die Leiterplatten an diese Randbedingungen
angepasst werden.
Da zusätzlich immer komplexere elektronische Funktionen realisiert werden müssen,
spielt die nutzbare Verdrahtungs- und Bestückungsfläche eine sehr wesentliche
Rolle und es können nunmehr entsprechend der neuartigen beidseitigen
Laserbearbeitung sehr kosteneffizient nahezu beliebige geometrische Ritzlinien
realisiert werden und zusätzlich kann die Brechkraft durch die programmierbare
Ritztiefe festgelegt werden. Damit können auch Beschädigungen der
Mehrfachnutzenleiterplatten 10 bei der Bestückung mit elektronischen Bauteilen
vermieden werden.
1
Ritztiefe oben
2
Ritz-Winkel
3
Abstand Ritzlinie zu Leiterplattenkante
4
Abstand Ritzlinie zu Ritzlinie
5
Abstand Ritzlinie zu Kupferlayout
6
Restmaterialstärke
7
Versatz Ritzlinie oben zu unten
8
Ritztiefe unten
9
Ritzlinie
10
Mehrfachnutzenleiterplatte
11
Laserstrahl-Element oben
12
Laserstrahl-Element unten
13
Tisch
14
x-y-θ-Verfahrenssystem
15
Laserquelle
16
Computer-NC-Steuerung
17
Luftdüsen (Kugellager)
18
Computergesteuertes Greifersystem
19
Optoelektronisches Element oben (CCD-Kamera oder Photodiode)
20
Optoelektronisches Element unten (CCD-Kamera oder Photodiode)
21
Laserstrahl-Gas-Zufuhr/Absaugung/Kühlung oben
22
Laserstrahl-Gas-Zufuhr/Absaugung/Kühlung unten
Claims (14)
1. Mehrfachnutzenleiterplatte mit Ritzlinien, dadurch gekennzeichnet, dass
beidseitige Ritzlinien (9) mittels Laserstrahlen hergestellt sind, und dass
annähernd fluchtend einander gegenüberliegende Laserstrahlelemente (11, 12)
vorgesehen sind, zwischen denen die zu ritzende Mehrfachnutzenleiterplatte
(10) bewegbar ist.
2. Mehrfachnutzenleiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Laserstrahlen mittels CO2-Laser, Nd : YAG-Laser inklusive
frequenzvervielfachter, insbesondere frequenzverdreifachter und
frequenzvervierfachter Nd : YAG-Laser, Excimer-Laser und Laser im sichtbaren
Wellenlängebereich, insbesondere von Kupfer-Bromide-Laser, erzeugt werden
und demgemäss entsprechend programmierbare feine und breite und tiefe
Ritzlinien (9) aufweisen.
3. Mehrfachnutzenleiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Laserquellen (15) gepulst im Bereich 1 bis 30 kHz betrieben werden
und damit auf die Eigenschaften der jeweils verwendeten
Leiterplattenmaterialien eingestellt und optimiert werden können.
4. Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen beziehungsweise Laser-Impulse oben
und unten unterschiedlich stark sind und unterschiedlich tiefe Ritzlinien (9)
erzeugt werden.
5. Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Ritzlinien (9) örtlich
beziehungsweise geometrisch vorgegeben und begrenzt derart stark ausgeführt
sind und dass eine komplette Trennung der Leiterplatte erreicht wird.
6. Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Breite und Form der oberen und unteren Ritzlinien
(9) computergestützt definiert ist und damit geometrisch unterschiedliche
Anforderungen und beliebige Kurvenformen und beliebige Unterbrechungen
realisiert werden können.
7. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen
Ritzlinien nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Laserstrahlen mittels CO2-Laser, Nd : YAG-Laser, inklusive frequenzvervielfachter,
insbesondere frequenzverdreifachter und frequenzvervierfachter Nd : YAG-Laser,
Excimer-Laser und Laser im sichtbaren Wellenlängebereich, insbesondere von
Kupfer-Bromide-Laser, erzeugt werden.
8. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquellen gepulst im Bereich 1 bis 30 kHz
betrieben werden und damit auf die Eigenschaften der jeweils verwendeten
Leiterplattenmaterialien eingestellt und optimiert werden können.
9. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der
Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren
Laserstrahlen beziehungsweise Laser-Impulse unterschiedlich stark sind und
demgemäss unterschiedlich tiefe Ritzlinien erzeugt werden.
10. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der
Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren
Laserstrahlen nicht exakt fluchtend zueinander angeordnet sind, sondern mit
einem kleinen Abweichungswinkel derart zueinander angeordnet sind, dass bei
direkter gegenseitiger Bestrahlung keine Schädigung der gegenseitigen
Strahlenführung stattfindet.
11. Anlage zur Herstellung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mehrfachnutzenleiterplatte (10) mittels
optoelektronischer Hilfsmittel erfasst wird und dessen Koordinatensystem zum
jeweiligen aktuellen Programm koordiniert und optimiert wird und dass die
Laserstrahl-Einheiten (11, 12) fest zueinander montiert sind und die jeweiligen
Mehrfachnutzenleiterplatten (10) entsprechend einem vorgegebenen Programm
zwischen den Laserstrahlen mit einem Greifersystem computergesteuert in x-, y-
und optional in θ-Richtung bewegt werden.
12. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte nach einem der
Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mehrfachnutzenleiterplatte mittels eines computergesteuerten Greifersystems
(18) auf einem Tisch unter Verwendung von optoelektronischen Hilfsmitteln
erfasst wird, und dass das obere und untere Lasersystem (11, 12) kleine
Bewegungen des jeweiligen Laserstrahls mittels Galvano-
Strahlablenkungseinheiten bewirken und/oder größere Entfernungen durch das
Greifersystem bewirkt werden.
13. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen
Ritzlinien nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die obere
und untere Laserstrahleinheit eine automatische Fokussiervorrichtung aufweist
und im Bereich des Laserstrahles eine kreisförmige Gaseinbringung und
Absaugung aufweist und damit eine Kühlung der Bearbeitungsstelle erreicht und
einen Abtransport von abgedampftem beziehungsweise abgetragenem Material
erreicht.
14. Anlage zur Herstellung einer Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen
Ritzlinien nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
feststehende Tischplatte eine Mehrzahl von Luftdüsen aufweist und/oder eine
Mehrzahl von Kugellager-Elementen aufweist und derart die Reibung und die
Möglichkeit der Beschädigung der Mehrfachnutzenleiterplatte durch die
computergesteuerte Bewegung in x, y und θ auf dem Tisch auf ein Minimum
reduziert.
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DE10027732A DE10027732A1 (de) | 2000-06-03 | 2000-06-03 | Mehrfachnutzenleiterplatte mit beidseitigen Ritzlinien mittels Laserstrahlen und Anlage zur Herstellung |
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