Laser-Selektivlöten: Reifer Prozess für die Automobilelektronik

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Laser und Selektivlöten in der Elektronik

Beim Entwurf eines derartigen Systems ist es zwingend erforderlich, eine ganze Reihe von Aspekten zu beachten. Einige davon sind bereits in der Entwicklungsphase relevant, andere erst, wenn Daten während der Versuchsphase gesammelt werden.

Am Anfang steht die Analyse der Laserquelle, die die gesamte Energiemenge für den Prozess aufbringt. Die heute auf dem Markt verfügbaren Halbleiterlaser können eine angemessene Leistung bei gut nutzbaren Wellenlängen liefern. Für den Lötprozess eignen sich am besten Energien in der Größenordnung von 60 Watt Dauernennleistung. Dieses Leistungsniveau kann eine ansehnliche Metallmasse erhitzen und zum Schmelzen bringen. Am besten eignen sich Wellenlängen im Bereich von 970 bis 1064 Nanometer, da sie minimale Reflexionen mit guter, konstanter Energieabsorption durch die zu verlötenden Materialien verbinden.

Es gilt jedoch noch weitere relevante Aspekte zu prüfen, etwa die ausreichende Gleichförmigkeit des Strahls beim Verlassen der Optik. Wenn sie nicht gegeben ist, wird die Lötstelle ungleichmäßig erwärmt, was die Qualität und Wiederholbarkeit des Prozesses empfindlich beeinträchtigen kann.

Der von der Quelle ausgegebene Strahl, der theoretisch zylindrisch (mit Gauß'scher Intensitätsverteilung) geformt ist, wird über eine Glasfaser an die Optik angekoppelt. Diese Faser muss sehr sorgfältig ausgewählt werden. Ziel ist es, die von der Art der Quelle abhängigen Unterschiede durch Abbildungsfehler (Aberrationen) zwischen theoretischem und realem Strahl zu korrigieren. Aus dem zylindrischen Strahl wird dann ein konischer Verlauf geformt, um den Lötprozess optimal zu gestalten. Dafür muss der Fokuspunkt variabel sein. Praktisch gesehen lässt sich der Durchmesser des Laserstrahls und damit die Intensität der eingebrachten Energie an der zu erwärmenden Oberfläche, durch Veränderung des Abstands zwischen Optik und Oberfläche einstellen.

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