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© LZH Elektronikproduktion | 16 Dezember 2009

Elektronikbauteile bleifrei verbinden

Unter Verwendung von zwei Lasern ist es möglich, elektronische Komponenten auf Leiterplatten zu schweißen. Dadurch kann man auf bleihaltiges Lotmaterial verzichten.
Elektronische Bauteile f√ľr Fernseher, Handys, Computer etc. schnell, sicher und bleifrei auf Leiterplatten zu schwei√üen ist das Ziel eines neuen Forschungsprojekts am Laser Zentrum Hannover (LZH). Eingesetzt wird eine so genannte "Zwei-Laser-L√∂sung".

Dabei sorgt ein gr√ľner Laser mit geringer Leistung f√ľr optimale, wiederholbare Prozessbedingungen, bevor die Bauelemente mit einem Infrarotlaser hoher Leistung verbunden werden. Da die Teile geschwei√üt und nicht gel√∂tet werden, kann man auf bleihaltiges Lotmaterial ganz verzichten.

Bei zahlreichen Mikroschwei√üanwendungen hat sich der Infrarotlaser bereits bestens bew√§hrt (Wellenl√§nge = 1064 nm). Beim F√ľgen von z.B. Kupfer und Kupferlegierungen wird die Laserstrahlung allerdings von den Materialoberfl√§chen stark reflektiert. Daher gef√§hrden bereits geringe Unregelm√§√üigkeiten an der Oberfl√§che, wie z.B. minimale Oxidationen, die Prozesssicherheit enorm.

Mit der Zwei-Laser-L√∂sung wird kurz vor dem Schwei√üen mit dem Infrarotlaser das Bauteil mit einem zus√§tzlichen frequenzkonvertierten Laser bestrahlt. Seine Strahlung im gr√ľnen Bereich des Lichtspektrums (Wellenl√§nge= 532 nm) wird wesentlich besser von den zu verschwei√üenden Materialien absorbiert. Dadurch haben Unregelm√§√üigkeiten an den Bauteilen einen viel geringeren Einfluss und der nachfolgende Schwei√üprozess mit dem Infrarotlaser findet gleich bleibende Anfangsbedingungen vor.


Leiterplatte und elektrische Bauelemente. Mit der Zwei-Laser-Lösung sollen die Bauteile prozesssicher verschweißt werden

Durch die Kombination der Vorteile beider Lasertypen - Prozesssicherheit bei 532 nm und hohe Leistung bei 1064 nm - wird das Verschwei√üen von Elektronikbauteilen mit hoher Qualit√§t erm√∂glicht. Das Zwei-Laser-Verfahren ist f√ľr die industrielle Fertigung aus verschiedenen Gr√ľnden wichtig. Elektronikbaugruppen werden vermehrt erh√∂hten Einsatztemperaturen ausgesetzt und k√∂nnen daher nicht gel√∂tet, sondern m√ľssen geschwei√üt werden.

Eine weitere Motivation f√ľr das Schwei√üen ist die Tatsache, dass kein Lotmaterial erforderlich ist und somit die gesetzliche Forderung nach einer bleifreien Verbindungstechnik erf√ľllt wird. Um die schnelle industrielle Umsetzung zu unterst√ľtzen, werden mit den Projektpartnern erforderliche Laserquellen-, Leiterplatten- und Optikentwicklungen durchgef√ľhrt.

Das Verbundprojekt Supreme wird mit Mitteln des Bundesministeriums f√ľr Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes Forschung f√ľr die Produktion von morgen gef√∂rdert und vom Projekttr√§ger Forschungszentrum Karlsruhe (PTKA), Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PFT; F√∂rderkennzeichen: 02PK2034 - 02PK2038), betreut.
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