Schaltungslayouts werden immer komplexer und erfordern häufig zahlreiche Iterationsschritte sowie mehrere Prototypen. Zeitersparnis ist deshalb ein wichtiges Argument für die Inhouse-Bearbeitung von Leiterplatten. Genauso wichtig ist, dass die Daten aus Sicherheitsgründen das Haus nicht verlassen. Mit LPKF-Verfahren lassen sich Layouts in nur einem Tag in funktionsfähige Leiterplatten umsetzten. Es beginnt mit der Strukturierung, also der Herstellung der Leiterstrukturen. Dann folgt das Bohren von Vias und Blind-Vias, die Durchkontaktierung, Lötstopplack und Beschriftung, die Bestückung, das Reflow-Löten und abschließend das Nutzentrennen. Für all diese Prozessschritte bietet LPKF aufeinander abgestimmte chemiefreie Verfahren an.
Laserverfahren sind Non-Tooling-Verfahren, d. h., es werden keine Masken benötigt und der Aufwand für die Werkzeugherstellung reduziert sich auf ein Minimum. Meist genügt der im Lasersystem integrierte Vakuumtisch, um Materialien sicher im Bearbeitungsfeld zu halten. Dies macht das Verfahren kostengünstig, schnell und stabil.
Der LPKF ProtoLaser U3 schneidet und strukturiert starre und flexible Leiterplattenmaterialien, Keramik oder TCO/ITO-Bauteile. So lassen sich auf AL2O3mit Goldbeschichtung hochpräzise Strukturen mit 25/50 µm (Abstand/Linienbreite) erzeugen. Besonders bei Hochfrequenz-Anwendungen spielt der Laborlaser seine Fähigkeiten aus, denn die real erzeugten Geometrien sind mit den ideal angenommen geplanten Layouts deckungsgleich bis in den Mikrometerbereich. Auf laminierten Materialien wie FR4, die im Elektronikbereich weit verbreitet sind, lassen sich immerhin noch Abstände und Linien von 30/70 µm erzeugen, ohne das empfindliche Substrat zu beschädigen. Für diese Strukturierung liefert LPKF eine spezielle Haube für den Laser-Bearbeitungskopf mit. Der LPKF ProtoLaser U3 passt auf Rollen durch jede Labortür und benötigt nur einen Stromanschluss und eine Absaugung sowie Druckluft für die laminierten Substrate.
Räumliche Leiterplatten, auch als Prototypen
Auch für Prototypen von dreidimensionalen Schaltungsträgern, so genannten Molded Interconnect Devices (MID) existiert eine einfache und praktikable Lösung. In den letzten Jahren hat die Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) dieses Technologiefeld aus einem Nischendasein befreit. Einfache Kunststoffbauteile werden aus einem mit einem Additiv versehenen Kunststoff im 1K-Spritzguss hergestellt, mit einem Laserstrahl dreidimensional strukturiert und anschließend in einem stromlosen Prozess metallisiert. Jedes Bauteil erhält zunächst eine Kupferschicht, die anschließend durch einen Nickel/Gold-Aufbau ergänzt werden kann. Auf diese Weise lassen sich z. B. bereits existierenden Bauteile wie Halteclips oder Gehäusekomponenten aktiv in Schaltungsentwürfe einbeziehen. Die Produkte werden kleiner und gleichzeitig günstiger, weil die ersetzten Bauteile einfach entfallen.
Während mittlerweile knapp die Hälfte aller Smartphones mit LDS-Komponenten ausgestattet wird, hatte das Prototyping bislang mit verschiedenen Anforderungen zu kämpfen: die Herstellung dreidimensionaler Bauteile aus dem LDS-Kunststoff, die Strukturierung auf einem Produktionssystem und die anschließende Metallisierung.
Schon 2010 hat LPKF die ersten Lösungsansätze entwickelt. Dabei wird ein generativ hergestellter Kunststoffkörper mit einem speziellen Lack beschichtet, der die erforderlichen LDS-Additive enthält. In der Praxis bedeutet dies, dass ein mit einem 3D-Drucker direkt aus den Layoutdaten hergestellten Bauteil mit dem Lack „ProtoPaint LDS“ versehen wird. Im zweiten Schritt wurde ein Basissystem entwickelt, dass sich in seiner ersten Ausbaustufe hervorragend für die Strukturierung im Labormaßstab eignet: Der LPKF Fusion3D 1100. Dieses System lässt sich in anderen Konfigurationen mit bis zu drei Laser-Bearbeitungseinheiten ausstatten und kommt dann in seiner Leistung den größeren 6.000-er Systemen nahe.
Metallisierung zum Selbermachen
Der dritte und letzte Schritt war die Metallisierung. Der chemische Prozess ist ziemlich anspruchsvoll und konnte bislang nur unter überwachten Laborbedingungen sicher durchgeführt werden. Das entfällt mit der dritten Neuerung: Einem Metallisierungsset aus Plating-Bad und Aktivator, das mit einem einzelnen Becherglas auskommt. Das Metallisierungsbad wird in das Becherglas gefüllt. Ein Magnetrührer mit einem Heizmodul bringt es auf eine Temperatur von ca. 45 °C, eine Aktivatorlösung startet den Prozess. Das Metallisierungsbad ist etwa zwei Stunden stabil und kann in dieser Zeit auf den LDS-Prototypen Schichten mit einer Stärke von 3 bis 10 µm aufbringen.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren ist die Zeit- und Kostenersparnis enorm: Für Einbau- oder Funktionsversuche müssen keine speziellen Spritzgusswerkzeuge gebaut werden. Allein dieser Prozessschritt kann mehrere Wochen dauern und bildet einen erheblichen Kostenblock. Mit der LDS-Prototyping-Lösung lassen sich in kürzerer Zeit eine ganze Reihe von unterschiedlichen Testmustern bauen. Zum ersten Mal wird es wirtschaftlich möglich, zum Beispiel komplexe dreidimensionale Antennen in mehreren Entwürfen an ihren realen Werten zu messen. Eine �?nderung des Entwurfs erfordert nur eine �?nderung der Layoutdaten .
