Artikelarchiv Elektronikfertigung

Im ersten Teil dieser kleinen Serie (PLUS 3/2013, S. 471-479) wurden einige Grundbegriffe und physikalische Konzepte der Elektronikkühlung zusammengestellt und Hotspots mit 3D-Simulationen und physikalischen Faustformeln untersucht. Im folgenden zweiten Teil geht es um den Stromfluss und die Stromheizung in Leiterbahnen.

Die Altium Ltd. gab Anfang März die Bereitstellung von Altium Designer 2013 und den Start des Altium-Vault-Server bekannt. Die neue Ausgabe des Designtools für Leiterplatten enthält neue und verbesserte Funktionen sowie ein Novum: Altium öffnet mit diesem Release seinen wichtigsten Partnern auch die eigene Entwicklungsplattform. Damit ergeben sich aus Altium Designer 2013 und der Nutzung des Vault-Server neue Möglichkeiten für Anwender, Partner und Systemintegratoren.

Das LED-Farbmischkonzept Brilliant Mix von Osram Opto Semiconductors lässt sich über den neuen Brilliant Mix Universal-Controller von Eleccon Technology jetzt leichter ansteuern. Den Controller gibt es als Standardvariante – mit und ohne Sensor – sowie in kundenspezifischer Ausfu?hrung. Er ist adaptierbar an gängige Standards der Gebäudesystemtechnik, wie DALI, KNX oder EIB.

Es wird vermutet, dass die Möglichkeiten des Siliziums als wichtigste materielle Basis für die Mikroelektronik im laufenden Jahrzehnt ausgereizt sein werden. Die Europäische Kommission startet deshalb 2013 ein internationales Forschungsprojekt zu Graphen als möglichem Nachfolger von Silizium und als Materialbasis für völlig neue Anwendungen. Das Flagschiff-Projekt Graphen ist finanz- und personalseitig das größte Forschungsprojekt, welches die EU-Kommission je in Gang gesetzt hat. Es wird eine neue Qualität der internationalen Forschungsarbeit angestrebt.

Das US-amerikanische Unternehmen MPS (San Jose, Kalifornien) gehört weltweit mit zu den Firmen, die erhebliche Beiträge zur weiteren Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen und Baugruppen leisten. Nachfolgend werden Beispiele dafür gegeben.

Zinnbeschichtete Bauelemente, wie beispielsweise aus der Steckverbinderindustrie, werden oftmals einer thermischen Nachbehandlung unterzogen, um gezielt Einfluss auf Aussehen, Rauheit, Abriebeigenschaften, Lagerbeständigkeit, Porosität und die intermetallische Phasenbildung beispielsweise im Falle der Direktbeschichtung auf Kupferbasismaterialien zur Reduktion des Whisker-Risikos der Funktionsschicht zu nehmen. Der Prozess wird als Umschmelzen oder Reflow bezeichnet und ist nicht mit dem Reflow-Prozess (Reflow Soldering) aus der Leiterplattenfertigung zu verwechseln, der zur Aufbringung (Verlöten) elektronischer Bauelemente mit der Leiterplatte eingesetzt wird.

Sekt wäre sicherlich wohlfeiler, hat aber dank Dom Pérignon [1638–1715] nicht den gleichen Ruf. Der Name dieser Lunker ist eigenartigerweise viel positiver als ihr Ruf (siehe Wilhelm Busch: „Wie lieb und luftig perlt die Blase. Der Witwe Klicko in dem Glase.“), denn ein verfrühtes Ausfallen so belasteter Lötstellen ist praktisch vorprogrammiert [1]. Im Gegensatz zu Makrolunkern, die schon 100 bis 300 ?m Durchmesser erreichen können, sind diese Lunker höchstens 25 bis 50 ?m groß und werden oft deswegen auch zur Unterscheidung als (planare) Mikrolunker bezeichnet.

Die moderne Informations- und Kommunikationstechnologie ermöglicht Fortschritt, Wachstum und Prosperität, macht aber auch anfällig für Cyberattacken, Datenklau und Bedrohungen aus dem Internet in neuen Dimensionen. Cyberkriminalität wird zunehmend professioneller. Sie nutzt die wachsende, gewünschte und erforderliche Vernetzung in Industrie und Gesellschaft. Bei globalen Angriffen durch Terrorismus, Politik oder Militär wird bereits vom Cyber-Krieg gesprochen - eine neue Form der Kriegsführung. Angegriffen werden erfolgreich sensible Wirtschafts-, Politik- oder Gesellschaftsbereiche. Zunehmend kommt neben softwarebezogenem Datenklau auch die Hardware selbst, die Mikroelektronik in den Industrieanlagen und Robotersteuerungen ins Visier der Angreifer. Dringend notwendig ist neben einer wirksamen Software-Security eine Hardware-Security, beispielsweise Mikrocontroller Security Module. Der Branchenverband der Mikroelektronik Silicon Saxony stellte die verschiedenen Facetten der Sicherheit und die damit einhergehenden Herausforderungen für moderne Informations- und Kommunikationstechnologie, Hard- und Software im Rahmen seines jährlichen Symposiums am 16. Januar 2013 in Dresden zur Diskussion.

Der Ausdehnungskoeffizient oder Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen beschreibt – deswegen oft auch thermischer Ausdehnungskoeffizient genannt. Der hierfür verantwortliche Effekt hat einen großen Einfluss auf die Temperaturwechselfestigkeit von Transformatoren und Modulen. Die Temperaturwechselfestigkeit ist abhängig von der verwendeten Chemie, der Glasübergangstemperatur und der Geometrie des Bauteils. Der Vortrag erörtert die wichtigsten Punkte, die vor dem Vergießen zu beachten sind, um optimale Temperaturfestigkeit zu erzielen.

The coefficient of thermal expansion is a parameter which describes the dimensional changes of material as a function of temperature change.  Such dimensional changes have a significant influence on the performance of transformers and other modules when exposed to thermal cycling. The resilience of such components depends largely on the materials used, their glass transition temperatures and component geometry. Discussed here are the most important  factors to be noted, prior to  potting, to ensure the best possible resilience to temperature changes.

Mit zunehmender Miniaturisierung von Bauteilen bzw. den Produkten stehen auch die Entwickler geeigneter Produktionstechnologien vor neuen Herausforderungen. Insbesondere wenn es um das Fügen von Kleinstbauteilen geht, kommen die bislang etablierten Technologien bei der Herstellung von stoffschlüssigen Verbindungen an ihre Grenzen. Die Bauteildimensionen von wenigen hundert Mikrometern und kleiner machen es notwendig, Klebstoffmengen, deren Volumina im Picoliter- bis Mikroliterbereich liegen, mit hoher Präzision zu applizieren. Diese hohe Präzision ist sowohl für die applizierte Menge, als auch für die Position, gefordert.

With the increasing miniaturisation of components and production in general, new demands are called for by developers in fabrication processes. In particular, when the joining of the very smallest components is involved, one finds that conventional technologies such as adhesive bonding, have reached their limits. For components measuring less than a few hundred microns, adhesive volumes in the picolitre up to microlitre range are involved and these must be dispensed with high accuracy. Such accuracies apply not only to the volume of adhesive but also its positioning.

Die moderne Aufbau- und Verbindungstechnik ist durch die Verwendung einer Vielzahl verschiedener Technologien für die elektrische Kontaktierung von Bauelementen gekennzeichnet. Im Bereich Chipverbindungstechnik sind dies hauptsächlich Draht-Bonden sowie Löten, Thermokompressions- und Ultraschall-Bonden sowie Kleben für Flip-Chip-Anwendungen. Dabei erfährt die Klebetechnologie stetig zunehmendes Interesse aufgrund vielfältiger Vorteile wie z.B. die Gewährleistung der Bleifreiheit, Kontaktierung nicht lötbarer Oberflächen, vergleichbar niedrige Prozesstemperaturen sowie allgemein hohe Flexibilität. Bereits heute wird eine Vielzahl (mikro-)elektronischer Anwendungen in den Bereichen der Consumer-, Medizin- und Automobilindustrie unter Einsatz von Klebetechnik realisiert. Darüber hinaus resultiert ein großes Anwendungspotenzial für die Klebetechnologie durch stetige Fortschritte und Entwicklungen in den Bereichen Material, Bauteile, Substrate und Fertigungstechnik sowie die fortschreitende Ausbreitung und Integration von Elektronik in eine Vielzahl neuer Produkte (z. B. Textilien). Hier können Synergien genutzt werden, die unter den Gesichtspunkten Innovation und Rentabilität interessante Ansätze bieten. Anhand zweier aktueller F&E-Beispiele auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik (3D-ACA-Flip-Chip-Klebetechnik und Polyurethan-NCA-Klebetechnologie) wird hier das große Potenzial für die Klebetechnik erkennbar.

Modern assembly and interconnection processes are characterised by their use of a multiplicity of methods for electrical interconnection of  components. In the case of chips, interconnection is usually with wire-bonding or soldering, while thermocompression and ultrasonic bonding as well as adhesives for FlipChip applications are also used. In this, adhesive bonding is attracting a growing interest thanks to its numerous advantages such as its guaranteed lead-free status and its use with  surfaces which are not solderable. Further benefits include use at room temperatures and its very flexible nature. Already today, a wide variety of (micro)-electronic applications in the fields of consumer electronics, medical and automotive applications employ this technology. Furthermore, the use of adhesives in these areas has benefited from advances in materials technology,  components, substrates and fabrication processes. It also finds application in a range of new products where electronics are incorporated for the first time, e.g. textiles. Here, synergies come into play in terms of innovation and cost-effectiveness. Using two actual R&D case studies in the field of microsystems technology (3D-ACA-FlipChip adhesive bonding and polyurethane-NCA-adhesive bonding), the huge potential of adhesives bonding is illustrated.

Die VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik (GMM) hat Anfang Oktober 2012 am Institut für Mikroelektronik Stuttgart den 3. Workshop der Reihe Packaging von Mikrosystemen veranstaltet. Der dafür verantwortliche Fachausschuss GMM 5.5 Aufbau- und Verbindungstechnik hat diesmal die Leiterplatten-basierte Systemintegration und Embedding-Technologien als Schwerpunktthemen gewählt.

Bestimmte Fehlerbilder wie Voids (Fehlstellen) in Lotkugeln wurden lange Zeit als kritisches Problem für die Elektronikfertigung betrachtet. Man vermutete, dass sie die Zuverlässigkeit von Elektronikgeräten negativ beeinflussen. Deshalb fand das Thema Eingang in verschiedene IPC-Richtlinien mit entsprechenden Qualitätsvorgaben. Einige Forscher sind jedoch nach neueren Untersuchungen der Auffassung, dass diese Sichtweise im Rahmen der laufenden Überarbeitung (Revision) der IPC-Richtlinien J-STD-001 und IPC-A-610 revidiert werden muss [1]. Es ist zu beachten, dass sich die Produktionsprozesse weiter entwickelt haben und von findigen Fachleuten Wege gefunden wurden, diese Probleme insbesondere im Fall von Ball Grid Arrays zu eliminieren.

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS setzt auf den Wachstumsmarkt der Mikrosysteme, der Mikro-Elektro-Mechanischen (MEMS) und der Mikro-Opto-Elektro-Mechanischen Systeme (MOEMS) insbesondere auf mikrominiaturisierte Systeme, die monolithisch in Siliziumtechnologie hergestellt werden. Im Fokus der Entwicklungs- und Fertigungsleistungen steht die industrienahe Verwertung der alleinstellenden technologischen Kompetenzen auf dem Gebiet der siliziumintegrierten MEMS-Sensortechnik, der Mikro-Opto-Elektro-Mechanischen Systeme (MOEMS) auf Siliziumbasis sowie auf dem Gebiet einer speziellen Transpondertechnik. Das Fraunhofer-IPMS nutzt dabei ein umfangreiches wissenschaftliches Know-how, Applikationserfahrung und Kundenkontakte sowie moderne Anlagentechnik und Reinraum-Infrastruktur. Das Leistungsangebot reicht von der Konzeption über die Produktentwicklung bis zur Pilotserienfertigung – vom Bauelement bis zur kompletten Systemlösung. Einige neueste Entwicklungen des Instituts sollen hier vorgestellt werden.

Deutlich wurde auf der Veranstaltung: Leiterplatten der Zukunft werden dünner, kompakter und mit zunehmend kleineren Bohrdurchmessern übersät. Rund 200 Seminarteilnehmer haben sich zur 14. Auflage des Symposiums im Kinosaal in Kleve eingefunden. Präsentiert wurden die allerneusten Erkenntnisse in der Entwicklung und Herstellung hochkomplexer Leiterplatten.

Ende der 60er-Jahre begann die Entwicklung und Industrialisierung der flexiblen Leiterplatten. Polyimid-Folien mit einer Dicke von 50 ?m und 75 ?m sowie Kleberschichten von ca. 25 ?m zwischen der Polyimid-Trägerfolie und der 35 ?m bzw. 70 ?m dicken Kupferfolie waren zu dieser Zeit Standard. Die Auswahl unterschiedlicher Materialhersteller mit unterschiedlichen Foliendicken und Klebersorten war noch überschaubar. Entwickler und Konstrukteure erkannten aber die Vorzüge der flexiblen Leiterplatten sehr schnell. Es konnten dicke, steife und schwere Kabelbäume durch dünne, biegsame und leichtere, flexible Leiterplatten mit Erfolg ersetzt werden. Das Verwechseln von einzelnen Kabeln mit anschließender Fehlersuche gehörte der Vergangenheit an und die Qualität der Produkte ließ sich signifikant steigern.

Plugging-Rückstände lassen sich mit Fapi-Polmas sauber und sicher entfernen. Das sorgt für gleichmäßig plane Oberflächen und intakte Bohrlochkanten.

Mit dem zunehmendem Bedarf nach Schutzbeschichtungen zur Verbesserung der Lötbarkeit hat sich auch die Vielfalt der Beschichtungen erhöht. Dieser Anstieg treibt die Entwicklung neuer Beschichtungen voran, die eine breite Palette von Merkmalen und Kompromissen aufweisen.

Mit der erstmaligen Kombination unterschiedlicher Embedding-Technologien ist es Wittenstein electronics GmbH, einer Tochtergesellschaft der Wittenstein AG, gelungen, eine hochintegrierte Starrflex-Leiterplatte für eine medizintechnische Anwendung in Form eines aktiven Implantates zu entwerfen. Für die fertigungstechnische Umsetzung der Semi-Flex-Leiterplatte zeichnete die Würth Elektronik GmbH verantwortlich. Beide Unternehmen und deren gemeinsame Leiterplatten-Lösung wurden mit dem PCB Design Award 2012 ausgezeichnet.

Rund 30 Mrd. US$ Umsatz mit 200 000 Mitarbeitern und über 100 Werken machen Flextronics zu einem der größten EMS Unternehmen und Leiterplattenhersteller weltweit. Der Leiterplattenhersteller Multek als 100%ige Tochter der Flextronics rangierte 2011 auf der NTI-Top-100-Liste mit 870 Mio. $ auf Platz 16. Rund 12 500 Mitarbeiter beschäftigt das Unternehmen in acht Werken. Die fünf größten liegen in Zhuhai, unweit Hongkong, in China mit ca. 9100 Beschäftigten. Hier werden starre Leiterplatten, starrflex Boards und flexible Leiterplatten produziert.