Lasersystemlösungen leisten in der Elektronikfertigung nicht nur einen Beitrag, die Leiterplatten-, Halbleiter-, OLED-Display- oder Solarpanelfertigung wirtschaftlicher zu machen. Viele Arbeitsschritte wären ohne das Laserlicht in dieser Präzision und Feinheit der Strukturen überhaupt nicht durchführbar.

«Durch immer kürzere Wellenlängen, stetig ansteigende Leistung und das Erfüllen extremer Zuverlässigkeitsanforderungen erweitern modernste Lasersysteme kontinuierlich die Grenzen des Machbaren in der Elektronik- und Mikroelektronikfertigung», bestätigt so auch Gerhard Hein, Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft Laser und Lasersysteme für die Materialbearbeitung im VDMA. Der VDMA ist ideeller Träger der Lasys, die 2018 vom 5. bis 7. Juni in den Messehallen der Messe Stuttgart stattfinden wird.

Höheren Wirkungsgrad bei Solarzellen

Vielfältigste Laser-Anwendungen prägen die Elektronikindustrie. So profitiert zum Beispiel die Solarindustrie stark von abtragenden Laserstrukturierungsverfahren. Hein konstatiert: «Bei der Fertigung kristalliner Solarzellen entfernt der Laser gezielt Passivierungsschichten, trennt Vorder- und Rückseite elektrisch durch Kantenisolierung oder bringt Bohrungen zur Kontaktierung ein.»

Der Lasys-Aussteller 3D-Micromac fertigt für den Photovoltaik-Bereich Anlagen zum Laser-Kontakt-Öffnen von hocheffizienten PERC(Passivated Emitter Rear Cell)-Solarzellen oder zum thermischen Laserstrahl-Separieren von Solarwafern in Halbzellen. «Bei beiden Technologien ermöglicht die Lasertechnik einen höheren Wirkungsgrad der Zelle bzw. des Solar-Moduls. Die Nutzung der Halbzellen-Technologie ermöglicht es, die durchschnittliche Modulleistung eines Solarmoduls um bis zu drei Prozent zu steigern und es treten keine Kristallschädigungen an der Trennkante auf», erklärt Mandy Gebhardt, Teamleiterin Marketing/PR bei 3D-Micromac.

Laser-Leiterplattenbearbeitung vibrations- und staubfrei

In der Leiterplattenbearbeitung fühlt sich beispielsweise der Lasys-Aussteller Innolas Photonics zuhause. Er entwickelt hocheffiziente OEM-Laser zum Laserschneiden von Konturen und Depaneling (Trennen) starrer und flexibler Leiterplatten, ferner zum Laserstrukturieren der Kupferdecklage von Leiterplatten bei minimaler Beeinflussung des darunterliegenden Materials. Martin Paster, Vertriebsleiter bei Innolas Photonics, berichtet: «Die von uns speziell für diesen Laserprozess entwickelten Strahlquellen ermöglichen ein hocheffizientes Scheiden von Leiterplatten. Der Laser löst dabei die beiden Hauptprobleme der konventionellen Bearbeitungsmethoden Sägen, Fräsen, nämlich Vibrationen und Staubentwicklung. Durch den Einsatz des berührungslosen und damit vibrationsfreien Laserschneidverfahrens kann gleichzeitig die unerwünschte Staubentwicklung um über 90% reduziert werden. Ein riesen Vorteil für die Hersteller elektronischer Schaltungen und Sensoren.»

Laser-Schneiden und -Bohren in höchster Präzision

In der Fertigung von Smartphones und Tablet-Computern übernimmt der Laser unter anderem das Schneiden und Bohren von gehärteten Gläsern für berührungsempfindliche Bildschirme. «Mit unseren Hightech-Scanköpfen ( 5 bis 8 Achsen) können Präzisionsbohrungen von Löchern mit kundenspezifischen, exakt reproduzierbaren Bohrgeometrien und Flankenwinkeln erzeugt – aber auch anspruchsvolle Schneidanwendungen mit präziser Kontrolle über die Winkel der Schneidflanken umgesetzt werden», sagt Barbara Gösswein, Marketing Manager bei Arges.

OLED-Schichtmaterialien trennen ohne Schaden

Aktueller Trend in der Display-Industrie sind flexible Displays, die auf OLED (Organic Light Emitting Diode)-Technologie basieren. Kian Janami, Branchenmanagement Mikrobearbeitung bei Trumpf, erläutert: «Diese Displays dürfen im Herstellungsprozess nur geringsten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, um die sensiblen Funktionsschichten nicht zu schädigen und somit die Performance der Displays nicht zu beeinflussen.»

Die Firma Trumpf erreicht das mit ultrakurzen Laserpulsen im Femto- und Pikosekundenbereich. «Mit extrem hohen Spitzenleistungen lassen sich die verschiedenen Schichtmaterialien trennen», so Janami weiter, «ohne dass mechanische Beeinträchtigungen stattfinden. Gleichzeitig ist der Prozess höchst präzise, um den immer kleiner werdenden Strukturen gerecht zu werden.» Unterschiedliche Wellenlängen im Infrarot-, Grün- oder UV-Spektrum sorgen dafür, dass die Eigenschaften des Lasers optimal an die der Materialien angepasst werden können.

Künftig noch feinere Strukturen

Mit Laser-Annealing nennt Hein eine weitere Applikation, in welcher der Laser unverzichtbar ist: «Hier wird die Ladungsträgerbeweglichkeit signifikant erhöht, was einen entscheidenden Prozessschritt für die Produktion höchstauflösender LCD- und OLED-Displays markiert.» Die Möglichkeit, flexible Substrate einzusetzen, erweitere Hein zufolge das Applikationsfeld für Lasersysteme stetig: «Sogenannte AMOLED-Displays (Active Matrix OLED) stellen eine echte Herausforderung dar, ausgelöst durch die sehr hohen Auflösungen und extrem weitgefächerten Farbspektren im Bereich mobiler Displays.»

Janami prognostiziert: «Künftig werden die Strukturen in der Halbleiter-, OLED,- oder Solarpanelfertigung noch feiner und die Anforderungen an die Strahlquellen entsprechend höher. Hier wird in Zukunft die geeignete Strahlformung eine grosse Rolle spielen, weil damit die Produktivitätsanforderungen der Anwender erfüllt werden können.»

Und in der Halbleiter-Lithografie geben Laser sowieso den Ton an. «Leitbegriffe sind hier DUV-Mikrolithografie (Deep ultraviolet) für die Herstellung höchstintegrierter Schaltungen und EUV-Mikrolithografie (Extreme ultraviolet) für die Fertigung von Halbleiterchips mit Strukturgrößen unter 10 Nanometern», fasst Hein zusammen.