Laser-Nutzentrennen - Berührungloses Verfahren zum Trennen von Leiterplatten

Laser-Nutzentrennen

Warum Laser-Nutzentrennen?
LPKF CleanCut-Technologie

Laser-Nutzentrennen

Saubere, perfekte Schnittkanten:
LPKF CleanCut-Technologie

Was ist Laser-Nutzentrennen?

Das Laser-Nutzentrennen ist eines der innovativsten Verfahren zur Vereinzelung von Leiterplatten aus dem Gesamtnutzen. Beim Nutztentrennen (Depaneling) werden die zuvor bestückten Leiterplatten (PCBs) mit Hilfe eines geeigneten Trennverfahrens aus dem Panel herausgeschnitten. Im Fall des Laser-Nutzentrennens wird der Trennvorgang durch den Einsatz eines fokussierten Laserstrahls vorgenommen, der das Material schichtweise ablatiert. Das Laserverfahren - insbesondere von LPKF Maschinen - bietet dabei gegenüber herkömmlichen mechanischen Trennverfahren erhebliche Vorteile.

Übersicht der Verfahren zum Nutzentrennen

Neben dem Laser-Nutzentrennen existiert eine Auswahl weiterer Verfahren zur Vereinzelung von PCBs. Die Verfahren unterscheiden sich durch unterschiedliche Kosten, Zuverlässigkeiten und Qualitätsniveaus. Zu den Verfahren zählen unter anderem:

Nutzentrennen mit dem Laser
Laserbearbeitung

Bei der Laserbearbeitung wird der Nutzen berührunglos mit Hilfe eines gebündelten Laserstrahls geschnitten. Der Schnitt erfolgt durch eine schichtweise Ablation des Materials.

Stanzen von Leiterplatten
Stanzen

Beim Stanzen werden die PCBs mit einer Presse bzw. auf Schlag mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs gefertigt. Das Verfahren beruht auf dem Prinzip des Scherschneidens.

Fräsen von Leiterplatten
Fräsen

Das Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren bei dem die Abtragung des Materials mit rotierenden Schneid-(Fräs-)köpfen sukzessive in Bahnen vorgenommen wird.

Sägen von Leiterplatten
Sägen

Beim Sägen werden die bestückten Leiterplatten mit Hilfe eines Rollmessers herausgeschnitten. Auf diese Weise lassen sich ausschließlich relativ gerade Konturen bearbeiten.

Vergleich des Laser-Nutzentrennens mit mechanischen Trennverfahren

 Vorteile Laser-Nutzentrennen

Hohe Schneidkantenqualität

Der schmale Strahl des Lasers ermöglicht eine präzise und qualitativ hochwertige Verarbeitung des Materials. Zusätzlich verhindert das Verschmelzen der Materialien am Schnittkantenrand ein Ausfransen und gewährleistet eine geschlossene Kante des Bauteils.

Die innovative CleanCut-Technologie von LPKF sorgt weitergehend für eine noch nie dagewesene technische Sauberkeit des bearbeiteten Materials (100%-karbonisierungsfrei).

Stressfreie Bearbeitung

Durch das berührungslose Trennen der Leiterplatten aus dem Nutzen wird im Gegensatz zu mechanischen Trennverfahren kein mechanischer Stress in das Material übertragen. Eine Schädigung sensibler Bauteile wird auf diese Weise augeschlossen.

Staubfreie Bearbeitung

Bei mechanischen Verfahren wie beispielsweise dem Fäsen kommt es im Rahmen des Fertigungsprozesses zu einer Staubentwicklung. Beim Lasern hingegen wird das Material verdampft. Die entstehenden Dämpfe werden in diesem Fall mit Hilfe einer Absaugung entsorgt. Potentielle Fehlfunktionen aufgrund abgelagerter Stäube werden auf diese Weise vermieden.

Materialvielfalt

Beim Laser Depaneling können verschiedene Basismaterialien durch eine Variation der Prozessparameter problemlos bearbeitet werden. Zusätzliche Werkzeuge oder spezielle eigene Systeme sind für die Verarbeitung unterschiedlicher Materialien nicht notwendig.

Neue Anwendungen wie beispielsweise im Hochfrequenzbereich bedingen die Entwicklung und Verarbeitung spezieller Werkstoffe, die den individuellen Anforderungen gerecht werden müssen. Diese sensiblen und anspruchsvollen Materialien können nur bedingt mit klassischen mechanischen Verfahren bearbeitet werden. In diesen Anwendungskontexten ist das Laser-Nutzentrennen die prädestinierte Lösung.

Gestaltungsfreiheit

Im Gegensatz zu mechanischen Verfahren zum Nutzentrennen sind der Gestaltungsfreheit von PCBs beim Laser-Nutzentrennen nahezu keine Grenzen gesetzt. Bedingt durch die flexible Linienführung und den schmalen Durchmesser des Laserstrahls können selbst sehr feine und komplexe Strukturen problemlos umgesetzt werden. Der feine Laser sorgt weitergehend dafür, dass die Abstände der Schnttkanten zu den Bauteilen minimiert und die maximal zulässige Höhe der Bestückung maximiert wird.

Eine Berücksichtigung von Mindestradien oder -stegbreiten wie es beispielsweise beim Fräsen der Fall ist, muss nicht vorgenommen werden.

 

Flexibilität

Der Laser bietet neben dem Schneiden eine Bandbreite an weiteren Anwendungen: so können ebenfalls Bohrungen, Markierungen oder Strukturierungen mit Hilfe des Lasers vorgenommen werden. Zum Beispiel lassen sich die Bearbeitungen von den immer öfter eingesetzten Coverylayern mit dem Lasersystem durchführen.

Verschleißfreiheit

Lasersysteme arbeiten verschleißfrei, das heißt, dass keine Werkzeuge wie zum Beispiel Fräsköpfe oder Sägeblätter gewechselt werden müssen und folglich keine zusätzlichen Benutzereingriffe und damit verbundene Kosten anfallen. Weitergehend bedeutet kein Verschleiß, dass eine gleichbleibende, hohe Qualität langfristig gewährleistet wird.

 Fehleinschätzungen Laser-Nutzentrennen

Kosten

Die Investition in Laser-Nutzentrenn-Maschinen wird als sehr kostenintensiv angesehen. Tatsächlich ist das Preisniveau der Maschinen (insbesondere von LPKF) mit dem von marktüblichen Fräsmaschinen vergleichbar und hinsichtilch des Preis-Leistungs-Verhältnisses mehr als konkurrenzfähig. Verschleißkosten wie beispielsweise für Fräsköpfe oder Sägeblätter fallen bei Lasersystemen nicht an.

Weitere Informationen zu einer Kostenbetrachtung des Laser-Nutzentrennens finden sie hier.

Hohe Temperaturen

Gegenüber Lasersystemen besteht das hartnäckige Vorurteil, dass die Leiterplatte durch den Strahl sehr stark erhitzt wird und Komponenten geschädigt werden könnten. Allerdings treten etwa 100 µm vom Auftrittspunkt nur noch Temperaturen von maximal 65°C auf. Insgesamt sind die Temperaturen etwa nur halb so hoch wie im Laufe des zuvor durchgeführten Reflow-Prozesses. Eine Schädigung von Komponenten oder des Bauteils tritt folglich wie auch während des Reflow-Prozesses nicht auf.

Alleinstellungsmerkmale des Laser-Nutzentrennens durch LPKF

LPKF bietet den Kunden mit seinen innovativen Lösungen und Maschinen zum Laser-Nutzentrennen einige Alleinstellungsmerkmale (USPs). Diese gewährleisten ein wettbewerbsübergeifendes Maximum an Effizienz und Qualität.

Materialeinsparungen durch Vollschnitt:

Die LPKF Laseranlagen haben ein Preis-/Leistungsverhältnis erreicht, dass es erlaubt Leiterplatten im Vollschnitt zu trennen anstatt nur die Stege zu schneiden. Bei der Anwendung von Lasermaschinen der Firma LPKF zum Nutzentrennen können durch einen Vollschnitt der Leiterplatte Einsparungen von mehr als 30% realisiert werden. Hierdurch werden Fräsprozesse im Voraus der Bestückung überflüssig und Platz- bzw. Materialeinsparungen lassen sich durch den Wegfall der 2-3 mm breiten Fräskanäle ermöglichen. Identifizierte Einsparungen werden genutzt, um die Anzahl von Leiterplatten pro Nutzen zu maximieren. Die Effizienzsteigerung nimmt dabei mit Reduzierung der Leiterplattengröße signifikant zu.

CleanCut-Technologie:

Durch die von LPKF eigens entwickelte CleanCut-Technologie wird eine Rußbildung verhindert, die in der Vergangenheit oftmals bei der Laserbearbeitung aufgetreten ist. Auf dieses Weise wird eine bis dato nicht dagewesene technische Reinheit der Leiterplatten gewährleistet. Das nach dem Prozess untersuchte Material ist zu 100% karbonisierungsfrei!

Risiken potentieller Fehlfunktionen der PCBs bzw. der aufgesetzten Komponenten werden durch die Anwendung der CleanCut-Technologie auf ein Minimum reduziert.

Marktführerschaft:

LPKF ist marktführend im Feld Laser-Nutzentrennen und hat bereits mehrere Hundert Anlagen im Feld implementiert. Die zunehmenden Kundenbedürfnisse und sich ändernden technologischen Randbedingungen sind hierdurch bestens bekannt und werden im Rahmen der kontinuierlichen Weiterentwicklung sowie Neuentwicklung von Systemen berücksichtigt.

Eignung und Qualität der Anlagen sind zudem durch zahlreiche Anwendungen in den Bereichen Automotive, Consumer Electronics und der Medizintechnik belegt.

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