Mikrobohren und -bearbeiten mit Femtolaser in höchster Präzision

Autor / Redakteur: Volker Feyerabend / Johann Wiesböck

Die Schweizer Posalux hat seine Laserbohrmaschine für die Mikrotechnik weiterentwickelt. Nun können Mikrolöcher mit 30 µm Durchmesser in enormer Geschwindigkeit erzeugt werden.

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Mit dem Femtolaser sind die unterschiedlichsten Lochgeometrien realisierbar. Messtechnisch sind die sauberen Lochkanten nachweisbar. Die Symmetrien sind sehr präzise und die Wiederholgenauigkeit sehr hoch. Hier auf dem Bild: Runde Löcher mit Durchmesser 30um in Si3N4 Material.
Mit dem Femtolaser sind die unterschiedlichsten Lochgeometrien realisierbar. Messtechnisch sind die sauberen Lochkanten nachweisbar. Die Symmetrien sind sehr präzise und die Wiederholgenauigkeit sehr hoch. Hier auf dem Bild: Runde Löcher mit Durchmesser 30um in Si3N4 Material.
(Bild: Posalux)

Eine Femtosekunde (1fs) entspricht 10−15 Sekunden, einer billiardstel Sekunde. Eine Femtosekunde, 0,000 000 000 000 001 Sekunden, ist eine unvorstellbar kurze Zeiteinheit für die Impulsfrequenz in der das Laserlicht ausgesendet wird. In dieser kurzen Zeit bewegt sich der Lichtstrahl ca. 0,3 µm von der Lichtquelle weg. Das ist etwa ein Hundertstel eines menschlichen Haares. Kurz: mit einem Femtosekundenlaser kann man äußerst exakt arbeiten.

Bekannt sind solche Laser vor allem aus der Augenchirurgie. Dank der Kombination aus UKP (Ultra Kurz Puls)-Laser und einem 5-Achsen Scanner bietet Posalux nunmehr auch eine Maschine an, mit der kleinste Lochgeometrien für den Bedarf z.B. in der Mikroelektronik hergestellt werden können. Die Lochgeometrien sind nicht auf klassische Formen wie Zylinder beschränkt, sondern es besteht auch die Möglichkeit, rechteckige, konische (positiv und negativ) oder gänzlich andere Formen herzustellen. Auch Werkstoffe, die normalerweise schwer zu zerspanen sind, lassen sich mit Hilfe der Femtolaser Technologie gut bearbeiten.

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Für die komplexen Marktanforderungen hat Posalux ein neues Produkt für Anwendungen in der Prüfelektronik, sogenannte „Probe Cards“ eingeführt. Die notwendigen Marktanalysen und die Entwicklung der ersten Femtolaser-Kundenanlage haben ca. 18 Monate benötigt. Die neue Posalux-Technologie wird bereits verstärkt am Markt in Asien eingesetzt.

2017 wurde die Technologie auf Messen und Konferenzen in den USA und in Asien vorgestellt, diskutiert und die Neugier der Kunden geweckt. So wurde mit dem ersten Schritt genau der Nerv des Marktes getroffen und die Auftragsbücher gut gefüllt. Mehrere Maschinen produzieren - unter den hohen Anforderungen der Massenfertigung - bereits bei den Kunden. Die neue Anlagentechnologie konnte in der Praxis absolut überzeugen.

Neue Möglichkeiten für die Mikroelektronik-Produktion

Mit der neuen Posalux-Maschinenreihe können Mikrolöcher unter 30 µm, für die Herstellung von hochpräzisen Testsystemen für unterschiedliche Industrien gebohrt werden. Die Produktion von Probecards oder Prüfadaptern für elektronische Bauteile wie BGAs, Speicherkomponenten, komplexe Chipsysteme oder gepackte Komplettsysteme werden so optimal unterstützt.

Bei den Prüfadaptern werden Messnadeln durch einen Plattenverbund geführt und zur Messung der feinen Kontaktierung genutzt. Bei deren Herstellung ist die Verwendung von mechanischen Bohrern wegen des erhöhten Verschleißes nicht die beste Lösung. In diesem Bearbeitungsprozess sind beim mechanischen Bohren keine Lochgeometrien möglich, die von der Standardgeometrie abweichen. Der Vorteil des Laserbohrens liegt auf der Hand. Mechanische Bohrer, die in harte Keramik bohren, werden schnell stumpf und müssen ersetzt werden. Beim Laser-Bohren wird mit Licht gebohrt und es wird kein Bohreinsatz mechanisch abgenutzt.

Außerdem sind Laserimpulse wesentlich besser zu steuern und die anvisierte Präzision liegt deutlich höher. Zudem lassen sich komplexe Lochgeometrien auf diese Weise absolut präzise - und in gleicher Präzision wiederholbar - umsetzen.

Durch die extrem kurzen Impulszeiten des Femtolasers werden thermische Effekte auf das Material ausgeschlossen und Qualitätsprobleme vermindert. Unter 500 Femtosekunden entsteht keine thermische Wechselwirkung zwischen den Elektronen und dem Partikelgitter. Die Prozesszeiten, mit der das neue System arbeitet, unterschreiten die der konventionellen Systeme um ein Vielfaches. Was früher Wochen dauerte, benötigt, je nach Applikation, nur noch Stunden oder Tage.

Genaue, sauber und gut wiederholbare Bohrergebnisse

Die Posalux-Anlage verwendet einen Präzessionskopf um den Laserstrahl hochpräzise zu steuern. So lassen sich sehr genaue und wiederholbare Ergebnisse erzielen. Beim Einsatz eines Präzessionskopfes wird die Strahlführung und die Bohrstrategie so gewählt, dass der Rand des Loches nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. In Kombination mit dem Femtolaser ergeben sich nicht beeinflusste Zonen, die weder Materialabtrag noch Zerstörung aufweisen. Der eingesetzte Femtolaser arbeitet mit Pulslängen von weniger als 300 Femtosekunden und erzielt exzellente Resultate.

Der große Vorteil für die Genauigkeit der Femtolaser-Anlage ist ein hochpräziser XY-Tisch mit einer gesamten Fläche von 300 mm x 300 mm. Auf einem Substrat können so mehrere Teile in einer Aufspannung wirtschaftlich bearbeitet werden. Durch eine speziell von Posalux entwickelte Software können kundenspezifische Zeichnungsdateien damit optimal für die Bearbeitung in der Maschine umgesetzt werden. Die Produktivität bei den Kunden wird erhöht und mögliche Fehlerquellen reduziert. Daher hat Posalux hier bereits Lösungen für die Anforderungen von Morgen und ihre Kunden investieren zukunftsgerichtet.

Jeder Fertigungsprozess, der einmal für eine Anlage programmiert wurde, ist jederzeit wiederholbar. Somit fallen Kosten zur Neueinstellung der Anlage weg und der Faktor Rüstzeit spielt für den gesamten Produktlebenszyklus eine untergeordnete Rolle.

Von Uhrenindustrie über die Leiterplatte in die Halbleiterwelt

Posalux ist seit 75 Jahren ist die Schweizer am Markt aktiv und seinen Ursprung hat in der Uhrenindustrie. In der Leiterplattenindustrie hat sich das Unternehmen einen Namen mit hochproduktiven, mechanischen Bohrmaschinen gemacht. Es folgten Bohr- und Erodiermaschinen für die Automobilindustrie im Bereich der Mikrobohrungen für Einspritzdüsen. Zusätzlich bieten die Schweizer mit SACE eine Technologie zur Glasbearbeitung im Mikrobereich an.

Mit dem Fokus auf Innovation und Kundenorientierung wurde das Portfolio in den letzten Jahren um Laserbohrmaschinen, zunächst für die Automotive-Industrie, gezielt erweitert. Heute bietet Posalux, nicht zuletzt auch wegen des erreichten hohen Applikations-Knowhows, Femtolaser-Bohrmaschinen auch für die Elektronikindustrie an. Die Anforderungen in diesem Marktsegment sind enorm hoch. Und somit sind Services, Innovationen und Technologien, die für den Kunden einen Mehrwert darstellen, heutzutage unbedingt gefordert. Die 100 Mitarbeiter am Stammsitz in Biel/Schweiz und in Niederlassungen in Taiwan, Korea, Italien und der neuen Zweigstelle mit Vertrieb und Service in Nordamerika leben nach diesem Ziel und betreuen die Kundschaft weltweit.

Posalux hat stark in ihr Entwicklungscenter investiert, in Mitarbeiter und entsprechende Messtechnik. Kompetente Betreuung vor Ort, um nur perfekte Maschinen auszuliefern, das ist die klare Devise und kundenorientierte Philosophie. Für gemeinsame Entwicklungsprojekte und kundenspezifische Lösungen sind vertrauensvolle Partnerschaften notwendig.

Das Nischensegment der Prüfvorrichtungen für den Semiconductor-Markt wurde erschlossen und mit der Technologie für Morgen und der neuen Positionierung wird dort die Branchenführerschaft angestrebt. Vertriebsleiter Christof Kock sieht Posalux hier auf dem richtigen Weg: „Der Elektronikmarkt an sich wird weiter steigen. Durch immer mehr Einsatz von Elektronik in allen Lebensbereichen sowie die Entwicklung von neuen Technologien, beispielsweise im Straßenverkehr, werden auch mehr Test- und Prüfgeräte benötigt. So wird die Equipment-Industrie von dem allgemeinen Trend profitieren.“ Weitere Informationen finden Sie unter www.posalux.com

* Volker Feyerabend ist Geschäftsführer der APROS Consulting & Services GmbH.

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