Was ist FR4?
Bei FR4 handelt es sich um eine Klasse von Leiterplatten-Basismaterial, die sich aus einem Epoxidharz-Glasgewebe-Verbundwerkstoff zusammensetzt. Die Namensgebung ist auf die Eigenschaften des Verbundes zurückzuführen, denn das Material zeichnet sich insbesondere durch seine schwere Entflammbarkeit und flammenhemmende Wirkung (Flame Retardant) aus. Die angehängte Zahl - in diesem Fall die 4 - gibt darüber hinaus die Widerstandsklasse an, die nach UL94V-0 festgelegt ist.
Da es sich um eine Klasse an Materialien handelt, können sich die Zusammensetzungen der Verbundwerkstoffe und somit auch die Anforderungen an das Schneiden des Materials deutlich voneinander unterscheiden. Aufgrund der Zusammensetzung variieren beispielsweise die Materialeigenschaften hinsichtlch Wasseraufnahme, Schmelztemperatur oder Dielektrizitätszahl je nach Variante oder Hersteller.
Einsatz von FR4
Aufgrund ihrer Charakteristika, wie beispielsweise der sehr guten Wärme- und Kurzschlussfestigkeit sowie der relativ kostengünstigen Herstellung, sind die FR4-Verbundwerkstoffe für die Standard-Applikationen der Leiterplattenfertigung bestens geeignet. Sie finden folglich über alle Branchen mit Bedarf für elektronische Produkte hinweg, das heißt in der Automobil-, Consumer Electronics- oder Medizintechnologiebranche, breite Anwendung.
Durch die Anpassbarkeit der Materialzusammensetzung kann eine Bandbreite branchenspezifischer Anforderungen abgedeckt werden. Bei spezifischen Anwendungen, die beispielsweise einen stark limitierten Bauraum im Endprodukt oder sehr hohe Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit aufweisen, empfiehlt es sich andere Materialien ebenfalls in Betracht zu ziehen.
Vorteile von FR4
Trotz der vielen Vorzüge, die FR4-Materialien für die Elektronikfertigung bieten, sind sie aufgrund ihres relativen einfachen Herstellungsprozesses in der Regel ziemlich preiswert. Das sehr gute Preis-Leistungs-Verhältnis ist bei hohem Kostendruck daher oft ein ausschlaggebendes Argument für die Materialauswahl.
Schneiden von FR4 mit dem Laser
Mit dem Laser als Nutzentrenner können verschiedenste FR4-Verbundwerkstoffe höchst wirtschaftlich und als attraktive Alternative zu mechanischen Trennverfahren bearbeitet werden. Dabei zeichnet sich der Laser durch einige wesentliche Vorteile aus: zum einen wird durch den kontaktlosen Prozess kein mechanischer Stress in das Material induziert. Zum anderen wird eine Ablagerung von Staub, der Fehlfunktionen auslösen könnte, verfahrensbedingt vermieden.
LPKF verfügt im Bereich Laser-Nutzentrennen sowie hinsichtlich der spezifischen Anforderungen von FR4-Materilien über eine jahrelange Erfahrung und kann auf diese Weise die Qualität und Performance des Schneidprozesses den Bedürfnissen Ihrer Applikationen anpassen. Mit dem Laser können dabei für gängige FR4-Materialien Kombinationen aus Schneidkantenqualität und effektiver Schneidgeschwindigkeit erreicht werden, die von mechanischen Trennverfahren nicht reproduzierbar sind.
Mit der CleanCut-Technologie setzt LPKF noch einen Bonus oben drauf und kann ein Maximum an technischer Sauberkeit für FR4-Applikationen gewährleisten und sorgt somit dafür, dass neben Staub auch keinerlei Karbonisierung als Rückstände auf dem Material verbleiben. Die Integration der thermischen Energie wird während des Prozesses gezielt so gesteuert, dass es zu keinem Zeitpunkt zu einer Verbrennung bzw. Verkohlung des Materials kommen kann.
Das Potenzial des Lasers kann auf diese Weise maximal ausgeschöpft werden. Hier liegt auch ein Allteinstellungsmerkmal gegenüber anderen Anbietern der Lasertechnologie: hinsichtlich technischer Sauberkeit und damit verbundenem Prozess-Know-how ist LPKF marktführend.
Auch eine Kombination von FR4-Materialien mit weiteren Zusätzen wie beispielsweise Klebern oder Kupfer auf dem Substrat kann mit dem Laser sehr sauber und effizient getrennt werden. Dies ist beispielsweise bei der Vereinzelung von System-in-packages (SiPs) der Fall, wobei neben dem FR4-Basissubstrat ebenfalls das Molding und gegebenenfalls Kupfer durchtrennt werden müssen.
Während andere Verfahren und Laser-Anbieter bei diesen Anwendungen an ihre technologischen Grenzen stoßen, liefert der Laser-Nutzentrenner von LPKF mit seiner Flexibilität weiterhin herausragende sowie konstante Schneidqualität und Performance.
Vorteile der Laserbearbeitung
Das Vereinzeln von FR4-Materialien durch den Einsatz eines Lasers bietet im Vergleich zu mechanischen Trennverfahren einige bedeutende Vorteile:
Vergleich mit weiteren Trennverfahren von FR4
Der Laser besticht nicht nur durch sein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis bei der Investition selbst, sondern ebenfalls durch seine geringeren laufenden Kosten. Im Vergleich zu mechanischen Verfahren ist ein regelmäßiger Austausch von Verschleißteilen, wie beispielsweise Fräsköpfen oder Sägeblättern nicht notwendig.
Der Laser als sauberes und präzises Werkzeug garantiert ein möglichst rückstandsarmes Schneiden und Vereinzeln der Leiterplatten-Materailien. Durch die richtige Auswahl des Lasers und der Parameter kann ein Maximum an technischer Sauberkeit gewährleistet werden. Im Gegensatz zu mechanischen Trennverfahren kann die Ablagerung von Stäuben und anderen Rückständen auf ein Minimum reduziert werden.
Im Gegensatz zu weiteren Trennverfahren, wie dem Fräsern oder Stanzen, wird bei der Laserbearbeitung von FR4-Materialien kein mechanischer Stress in das Material beziehungsweise in das Panel induziert. Eine Schädigung sensibler Komponenten, die auf dem Substrat aufgebracht sind, kann auf diese Weise vermieden werden. Die Ausbeute der Fertigung kann auf diese Weise signifikant erhöht und unnötige Kosten vermieden werden.
Die Lasersysteme zeichnen sich durch eine große Flexibilität bei der Bearbeitung verschiedener FR4-Materialien aus. Durch die Anpassung der Laserparameter können die individuellen Anforderungen der Materialzusammensetzung berücksichtigt und damit ein Maxium an Qualität und Performance gewährleistet werden.
