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Verfahren zum Einbringen einer Durchbrechung in ein Substrat - Dokument DE102005054029B3
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005054029B3 21.06.2007
Titel Verfahren zum Einbringen einer Durchbrechung in ein Substrat
Anmelder LPKF Laser & Electronics AG, 30827 Garbsen, DE
Erfinder Bäcker, Dirk, 31675 Bückeburg, DE;
Krieg, Christian, 31628 Landesbergen, DE;
Roddewig, Edgar, 30419 Hannover, DE
Vertreter Scheffler, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 30171 Hannover
DE-Anmeldedatum 10.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054029
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse H05K 3/00(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 26/38(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer linienförmigen Durchbrechung in ein zum Aufbau einer Leiterplatte (2) bestimmtes Substrat (1) aus einem insbesondere faserverstärkten Kunststoff. Die Leiterplatte (2) ist umfangsseitig durch Ausfräsungen (3) von dem Substrat (1) separiert, die lediglich schmale Stege (4) aussparen. Zur Vermeidung unerwünschter Ablagerungen von freigesetzten Partikeln beim Trennen dieser Stege (4) wird erfindungsgemäß ein Laserstrahl zunächst beabstandet von einer Kante des Steges (4) auf einen ebenen Bereich zwischen der ersten Kante und einer gegenüberliegenden zweiten Kante des Steges (4) gelenkt. Danach wird der erste Teil der Durchbrechung in den Steg (4) eingebracht und anschließend der Laserstrahl erneut auf den Startpunkt gerichtet, um so abschließend durch eine entgegengesetzte Vorschubbewegung die vollständige Durchbrechung zu erreichen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer linienförmigen Durchbrechung in ein zum Aufbau einer Leiterplatte bestimmtes Substrat aus einem insbesondere faserverstärkten Kunststoff mittels eines Laserstrahls.

Das Laserschneiden von Leiterplattenmaterial allgemein ist bereits durch die Veröffentlichung von Meier, J., Schmidt, S. H., PCB Laser Technology for Rigid and Flex HDI N Via Formation, Structuring, Routing, IPC Printed Circuits Expo 2002, ADD-2-1 N ADD-2-5 bekannt.

In der Praxis wird das Substrat entlang des Umfanges der wahlweise auch bereits mit elektrischen Bauteilen versehenen Leiterplatte mit umfangsseitigen Ausfräsungen versehen, welche lediglich schmale Stege aussparen, die dann die verbleibende mechanische Verbindung zu dem Substrat bilden. Zum späteren Vereinzeln der Leiterplatten werden die Stege mechanisch getrennt.

Weiterhin offenbart auch die DE 198 13 193 A1 ein Verfahren zum Vereinzeln von elektronischen Modulen, die zunächst auf einem zusammenhängenden Substrat angeordnet sind und bei dem zum Vereinzeln der Module die Verbindungsstege insbesondere durch ein spanendes Verfahren aufgetrennt werden.

Die JP 4-261 084 A beschreibt die Laserbearbeitung von Haltestegen, die hierdurch geschwächt werden.

Beim Einbringen von Durchbrechungen, insbesondere beim Schneiden solcher Substrate mittels des Laserstrahls, tritt in der Praxis das Problem auf, dass aufgrund der hohen thermischen Energieeinbringung Partikel des Substrates aus der Oberfläche herausgelöst werden, die sich dann im Umfeld der Bearbeitungszone als filmartige Ablagerung niederschlagen können. Diese Ablagerungen werden in der Praxis auch als Schmauch bezeichnet.

Hierdurch wird einerseits die Benetzbarkeit des Substrates insbesondere in den Bereichen von Lötkontakten im Hinblick auf nachfolgend durchzuführende Bearbeitungsschritte verringert, so dass die zuverlässige Kontaktierung von elektronischen Bauelementen erschwert wird bzw. nicht mehr zuverlässig ist. Andererseits weist der Niederschlag aufgrund des Kohlenstoffanteils eine elektrische Leitfähigkeit auf, die zu Kriechströmen zwischen Bauteilen oder Leiterbahnen sowie elektrischen Kontakten führen kann.

Üblich ist auch das Anbringen von Ritznuten, durch die das Substrat entlang einer Geraden gezielt geschwächt, also die Materialstärke vermindert wird, um so größere Bereiche des Substrates entlang dieser Ritznuten problemlos in einem einzigen Arbeitsgang beispielsweise durch Stanzen abtrennen zu können. Das Trennen von Leiterplatten mittels Kerb-Ritz-Technik oder durch Brechen ist beispielsweise in der DE 93 01 740 U1 bzw. der DE 38 06 984 C2 offenbart.

Als nachteilig erweist sich in der Praxis, dass durch das mechanische Trennen der Stege oftmals eine mechanische Krafteinwirkung auf das Substrat übertragen wird. Dadurch kann es zu einer Beschädigung des Substrates oder der darauf positionierten Bauelemente kommen. Dies gilt vor allem auch dann, wenn die Stege nicht durch Schneiden getrennt, sondern durch Aufbringen einer wechselweisen Biegekraft gebrochen werden. Dadurch wird im Allgemeinen eine Verformungskraft auf das gesamte Substrat übertragen, wobei es zudem auch zu unerwünschten Maßabweichungen kommen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine linienförmige Durchbrechung zum Trennen von Substratbereichen, insbesondere von Stegen, mit einem geringen Aufwand ohne eine Schädigung des Substrates anbringen zu können. Insbesondere soll dabei eine weitgehende Automatisierbarkeit erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Laserstrahl zunächst beabstandet von einer Kante oder einem Rand des Substrates auf einen im Wesentlichen ebenen Bereich des Substrates gelenkt und von dort eine Vorschubbewegung des Laserstrahls in Richtung der Kante bzw. des Randes eingeleitet und der Laserstrahl nach dem Einbringen der linienförmigen Durchbrechung zwischen einem Startpunkt des Bearbeitungsbereiches und einer ersten Kante erneut auf den Startpunkt gerichtet und anschließend in Richtung einer der ersten Kante abgewandeten zweiten Kante bewegt wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die unerwünschten Ablagerungen von freigesetzten Partikeln dann besonders wirkungsvoll vermieden werden können, wenn der Laserstrahl auf einen flachen Oberflächenbereich des Substrates gerichtet wird, wobei die ausgewählte Oberfläche insbesondere keine Sprünge oder sonstige Unstetigkeitsstellen aufweist. Die Partikelwolke breitet sich dadurch in Richtung der Flächennormalen des Bearbeitungspunktes nach oben und nach unten aus, also dem Laserstrahl entgegen oder nach unten in Richtung des Laserstrahls aus, sobald das Substrat durchbrochen ist. Die an dem Startpunkt vorhandene Kante aufgrund der zuvor eingebrachten Durchbrechung führt dabei abweichend von äußeren Kanten des Substrates bzw. des Steges aufgrund der geringen Schnittbreite entsprechend dem Fokusdurchmesser des Laserstrahls nicht zu einer Ausbreitung freigesetzter Partikel beiderseits der Durchbrechung, sondern lediglich in Achsrichtung des Laserstrahls. Ablagerungen im Umfeld des Bearbeitungspunktes treten dadurch nicht oder lediglich in sehr geringem Umfang auf, welcher für die weitere Bearbeitung sowie die Funktion der Leiterplatte unbeachtlich ist. Insbesondere wird also eine Ausbreitung der Partikel in der Substratebene weitgehend vermieden. Vielmehr wird die Ausbreitung auf diese Weise in Richtung der Laserstrahlachse konzentriert, so dass eine Entfernung, insbesondere eine Absaugung der in der aufsteigenden Gaswolke enthaltenen Partikel mit geringem Aufwand möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Laserstrahl auf dem Substrat zunächst von einem inneren Bereich in Richtung einer benachbarten Kante bewegt wird.

Weiterhin kann der Laserstrahl zunächst in einen der geometrischen Mitte zwischen zwei Kanten eines Steges der Leiterplatte entsprechenden Bearbeitungsbereich gelenkt werden.

Eine andere, ebenfalls besonders zweckmäßige Abwandlung wird dadurch erreicht, dass in einem dem Laserstrahl abgewandten rückwärtigen Bereich der einzubringenden Durchbrechung eine erhöhte Absaugströmung mittels eines mehrdimensionalen Strömungsleitelementes erzeugt wird. Hierdurch wird im Bereich unterhalb der einzubringenden Durchbrechungen eine gezielte Erhöhung des Volumenstromes erreicht, um so die freigesetzten Partikel zuverlässig entsorgen zu können.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in

1 eine Draufsicht auf ein Substrat;

2 eine entlang der Linie II-II geschnittene und vergrößerte Darstellung eines einen Steg bildenden Abschnittes des in 1 gezeigten Substrats;

3 das in 2 gezeigte Substrat nach dem Einbringen einer ersten Durchrechung in den Steg;

4 das in 2 gezeigte Substrat nach dem vollständigen Durchtrennen des Stegs;

5 ein weiteres Substrat mit einer beidseitigen Ritznut;

6 das in 5 gezeigte Substrat mit einer versetzten Ausrichtung des Laserstrahls.

1 zeigt eine durch einen zentralen Bereich eines Substrates 1 gebildete Leiterplatte 2. Die Leiterplatte 2 ist umfangsseitig durch Ausfräsungen 3 von dem Substrat 1 separiert, so dass diese lediglich durch schmale Stege 4 gehalten ist. Diese Stege 4 lassen sich in einem späteren Arbeitsgang problemlos entfernen, indem diese durchbrochen werden.

Hierzu wird bei dem anhand der 2 bis 4 näher dargestellten, erfindungsgemäßen Verfahren ein Laserstrahl 5 eingesetzt. Um eine gewünschte Durchbrechung 6 des Steges 4 zu erreichen, wird der Laserstrahl 5 zunächst beabstandet von einer Kante 7 des Steges 4 auf einen ebenen Bereich in der Mitte 8 zwischen der Kante 7 und einer gegenüberliegenden Kante 9 des Steges 4 gelenkt. Einer Vorschubbewegung des Laserstrahls 5 in Richtung 10 der ersten Kante 7 folgend wird dadurch die erste Hälfte der Durchbrechung 6 in den Steg 4 eingebracht. Hiernach wird der Laserstrahl 5 erneut auf den Startpunkt gerichtet und anschließend in Richtung 11 der ersten Kante 7 abgewandeten zweiten Kante 9 bewegt, um so die Durchbrechung 6 zu vervollständigen. Aufgrund des vergleichsweise schmalen Schneidspaltes wird die Ausbildung einer Partikelwolke zusätzlich verhindert und eine optionale Absaugung der Partikelwolke auf einer Unterseite des Substrates 1 wesentlich vereinfacht und begünstigt.

Das Einbringen einer Durchbrechung in ein weiteres Substrat 12 mit einer beidseitigen Ritznut 13 als Sollbruchstelle wird anhand der 5 und 6 beschrieben. Bei der Laserbearbeitung eines Nutengrundes 14 der Ritznut 13 erweist es sich als hinderlich, wenn durch den Laserstrahl 5 eine in allen Richtungen 15, 16 gleichmäßig austretende Partikelwolke erzeugt wird, wie dies in der 5 gezeigt ist. Zur Vermeidung dieser unerwünschten unkontrollierten Partikelausbreitung wird daher gemäß der 6 der Fokuspunkt des Laserstrahls 5 in Richtung der herzustellenden Leiterplatte 2 versetzt zur Mittellinie 17 des Nutengrundes 14 zugleich auf den Nutengrund 14 als auch auf die der Leiterplatte 2 zugeordnete Flanke 18 der Ritznut 13 gelenkt. Hierdurch werden die freiwerdenden Partikel an einer der Leiterplatte 2 zugeordneten Flanke 18 der Ritznut 13 in Gegenrichtung 16 abgelenkt.


Anspruch[de]
Verfahren zum Einbringen einer linienförmigen Durchbrechung in ein zum Aufbau einer Leiterplatte bestimmtes Substrat aus einem insbesondere faserverstärkten Kunststoff mittels eines Laserstrahls, wobei die Leiterplatte umfangsseitig durch Ausfräsungen von dem Substrat separiert ist, so dass diese lediglich durch schmale Stege gehalten ist, bei dem der Laserstrahl zunächst beabstandet von einer Kante und/oder einem Rand des Substrates auf einen im Wesentlichen ebenen Bearbeitungsbereich des Substrates zwischen zwei Kanten des Steges der Leiterplatte gelenkt wird und von dort eine Vorschubbewegung des Laserstrahls in Richtung der Kante bzw. des Randes eingeleitet wird und der Laserstrahl nach dem Einbringen der linienförmigen Durchbrechung zwischen einem Startpunkt des Bearbeitungsbereiches und einer ersten Kante erneut auf den Startpunkt gerichtet und anschließend in Richtung einer der ersten Kante abgewandeten zweiten Kante bewegt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl auf dem Substrat zunächst von einem inneren Bereich in Richtung einer benachbarten Kante und/oder eines Randes bewegt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines dem Laserstrahl abgewandten rückwärtigen Bereichs der einzubringenden Durchbrechung eine erhöhte Absaugströmung mittels eines mehrdimensionalen Strömungsleitelementes erzeugt wird.






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