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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 für Fernseher, Handys, Computer etc. schnell, sicher und bleifrei auf Leiterplatten zu schweißen ist das Ziel eines neuen Forschungsprojekts am Laser Zentrum Hannover (LZH). Eingesetzt wird eine so genannte "Zwei-Laser-Lösung".

Dabei sorgt ein grüner Laser mit geringer Leistung für optimale, wiederholbare Prozessbedingungen, bevor die Bauelemente mit einem Infrarotlaser hoher Leistung verbunden werden. Da die Teile geschweißt und nicht gelötet werden, kann man auf bleihaltiges Lotmaterial ganz verzichten.

Bei zahlreichen Mikroschweißanwendungen hat sich der Infrarotlaser bereits bestens bewährt (Wellenlänge = 1064 nm). Beim Fügen von z.B. Kupfer und Kupferlegierungen wird die Laserstrahlung allerdings von den Materialoberflächen stark reflektiert. Daher gefährden bereits geringe Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche, wie z.B. minimale Oxidationen, die Prozesssicherheit enorm.

Mit der Zwei-Laser-Lösung wird kurz vor dem Schweißen mit dem Infrarotlaser das Bauteil mit einem zusätzlichen frequenzkonvertierten Laser bestrahlt. Seine Strahlung im grünen Bereich des Lichtspektrums (Wellenlänge= 532 nm) wird wesentlich besser von den zu verschweißenden Materialien absorbiert. Dadurch haben Unregelmäßigkeiten an den Bauteilen einen viel geringeren Einfluss und der nachfolgende Schweißprozess 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 Verschweißen von Elektronikbauteilen mit hoher Qualität ermöglicht. Das Zwei-Laser-Verfahren ist für die industrielle Fertigung aus verschiedenen Gründen wichtig. Elektronikbaugruppen werden vermehrt erhöhten Einsatztemperaturen ausgesetzt und können daher nicht gelötet, sondern müssen geschweißt werden.

Eine weitere Motivation für das Schweißen ist die Tatsache, dass kein Lotmaterial erforderlich ist und somit die gesetzliche Forderung nach einer bleifreien Verbindungstechnik erfüllt wird. Um die schnelle industrielle Umsetzung zu unterstützen, werden mit den Projektpartnern erforderliche Laserquellen-, Leiterplatten- und Optikentwicklungen durchgeführt.

Das Verbundprojekt Supreme wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes Forschung für die Produktion von morgen gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe (PTKA), Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PFT; Förderkennzeichen: 02PK2034 - 02PK2038), betreut.

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2018.06.15 00:12 V9.6.1-2