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Im Vorfeld der diesjährigen SMT/Hybrid/Packaging: Entwicklungstrends und Marktprognosen für elektronische Bauelemente

Durch die fortschreitende Miniaturisierung in der Elektronik wurde die Bauelementeverpackung zu einem der wichtigsten Glieder in der gesamten elektronischen Wertschöpfungskette. Der Veranstalter machte diese Schlüsselrolle des Packaging durch die Namensänderung der Nürnberger SMT-Messe deutlich. Europas führende Messe für Systemintegration in der Mikroelektronik heißt jetzt SMT/Hybrid/Packaging. Für die diesjährige Veranstaltung, die turnusmäßig im Frühjahr stattfindet, haben sich 567 Aussteller aus dem In- und Ausland (Stand 15. Februar) angemeldet. Auch im Productronica-Jahr kann die Veranstaltung eine moderate Steigerung bei Ausstellerzahl und Fläche (+2000 m^) aufweisen und der Veranstalter rechnet trotz zeitgleicher Hannover-Messe und Semicon mit zumindest der gleichen Besucherzahl wie vor zwei Jahren. Während der Information der Presse im Vorfeld wurde besonders auf die hohe ausländische Ausstellerzahl und die zahlenmäßig stark vertretenen Bereiche Qualitätssicherung und Boardtest hingewiesen. Viele Testhäuser sehen in der SMT/Hybrid/Packaging eine Plattform für den Einstieg in den europäischen Markt.

Neue Packages (Gehäuse/Bauformen) kommen verstärkt auf den Markt. Die Vielfalt an Packages ist kaum mehr zu überblicken. Viele der neuen Packages bereiten den Anwendern aufgrund ihrer Anschlußgestaltung zunächst Schwierigkeiten. Designer, Leiterplatten- und Baugruppenhersteller so- wie Testhäuser sind gleichermaßen von den Entwicklungen im Packaging betroffen. Dies ist der Grund, uns mit der Thematik zu befassen.

Whitepaper der Rafi Eltec GmbH, Überlingen

Unter dem Begriff Package-on-Package (PoP) wird in der Aufbau- und Verbindungstechnik das Bestücken und Verlöten von zwei oder mehreren Bauteilen übereinander verstanden. Dass dies prozesssicher bei Serienstück- zahlen realisiert werden kann und was dabei beachtet werden muss, wird in diesem Bericht anhand eines Serienproduktbeispiels bei der Rafi Eltec GmbH beschrieben.

Das Serienprojekt
läuft in Stückzahlen
von über 10000 Stück
pro Jahr. Ein BGA-Baustein des
Instruments wird zusammen mit anderen SMT-Bauteilen im Standardprozess (Lotpastendruck, vollautomatische SMD-Bestückung) in die Lotpaste bestückt. Ein wichtiger Punkt des Package-on-Package-Prozesses ist die Lotpastendruckschablone zum Auftragen der Lotpaste für den ersten Baustein.

Das Wafer Bumping, das Versehen von Halbleiterchips im Wafer mit lötbaren und/oder mit für Klebeverbindungen geeigneten Anschlüssen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Es ist die Voraussetzung für eine Montage von IC als Flipchip. Der Flipchip- Anteil und damit auch das Wafer Bumping sollen nach den Prognosen führender Marktforschungsinstitute in den nächsten Jahren stark wachsen. ln Europa konzentrieren sich die Flipchip-Anwendungen in erster Linie auf Smart Cards und Smart Labels so- wie auf die Automobilelektronik; alles Anwendungen, die kostengünstige Verfahren erfordern. Daneben finden sich zunehmend CSP-Anwendungen.

Die 1995 als Spin-off des Fraunhofer IZM in Berlin gegründete Pac Tech-Packaging Technologies GmbH gehört heute zu den weltweit führenden Unternehmen in den Bereichen Wafer Level Bumping und Packaging Services sowie Herstellung von Advanced Packaging Equipment. Nachfolgend wird über die jüngsten Entwicklungen des Unternehmens wie den neuen Reinraum und die neue Lotkugel-Jetting-Plattform informiert.

Mit einer Einweihungsfeier, an der Gäste aus aller Welt teilnahmen, ist am 7. Juli 2006 die neue Produk- tionsstätte der Pac Tech – Packaging Technologies GmbH in Nauen eröffnet worden. Dort sind nun alle Pac Tech-Bereiche zusammen untergebracht.

Die Pac Tech - Packaging Technologies GmbH ist im September 1995 gegründet worden und heute einer der weltweit führenden Dienstleister im Bereich des auf einer stromlosen Metallisierung basierenden Waferbumpings und Packagings. Mit einem zweiten Geschäftsbereich hat sich die Firma auf die Ent- wicklung und Produktion von Anlagen für das Bumping und das Laserbonden spezialisiert. Die Firma Pac Tech hat 20 Patente für ihre Produktentwicklungen erhalten. Diese umfassen neben Waferbumping- auch FlipChip-, Chip-Scale-Packaging- und Laserbonding-Technologien. Die Pac Tech GmbH, die im letzten Jahr ihren Umsatz auf 14 Mio. € verdoppelt hat, beschäftigt heute insgesamt 115?Mitarbeiter. Zu den Kunden zählen bekannte Elektronik- und Halbleiterhersteller wie Seagate, Western Digital, TDK, TDK-Fujitsu, SAE Magnetics, Philips, STMicro- electronics, Samsung, Intel, Infineon und Motorola.

Pac Tech, der Weltmarktführer in Low Cost-Stromlos Ni/Au-Wafer Bumping- und Lotkugel-Montagetechnologien hat Ende 2006 mit dem Bau einer neuen State-of-the-Art-Wafer Bumping-Produktionsstätte in Penang, Malaysia, begonnen. Dort werden in den nächsten Mona- ten neben anderen Räumlichkeiten großzügige Reinraumbereiche mit modernster Ausstattung entstehen, um die wachsenden Forderungen des Halbleitermarktes nach Low Cost-Wafer Bumping- und Backend-Dienstleistungen auch in Asien erfüllen zu können. Im Juni 2007 soll das Werk in Betrieb genommen werden, so dass ab diesem Zeitpunkt Qualifikationen erfolgen können. Der Start der Serienproduktion ist für Oktober 2007 geplant. Folgende Dienstleistungen werden dann angeboten:

• Low Cost-Wafer Bumping mit Stromlos Ni/Au-Metallisierung und Lotpastenschablonendruck

• Lotkugelmontage für Wafer Level-CSP

• Waferdünnung

• Backside-Metall sputtern

• Wafer Backside-Laserkenzeichnung

• Wafersägen

Hilfestellung bei betrieblichen Reorganisationen durch Übernahme von wirtschaftlich nicht mehr rentabel arbeitenden „Elektronischen Abteilungen”

Die Zusammenarbeit mit dem Anwender steht bei dem Outsourcing-Partner Nedworks Electronics Group mit Hauptsitz in Uden, Holland, an erster Stelle. Nach Geschäftsführer E.A.G. van den Acker versteht sich der Dienstleister vor allem als Kooperationspartner. „Unsere Engineering-Kompetenz in Verbindung mit hoher Effizienz bei der Herstellung und Montage von elektronischen Baugruppen und Geräten gibt unseren Kunden die Möglichkeit, sich auf ihre Kemaktivitäten zu konzentrieren. Gemeinsam sind wir in der Lage, hochwertige und technisch ausgereifte Produkte zu entwickeln und zu fertigen, die im hart umkämpften Markt beste Chancen haben.”

Mit der Konzentration auf Kernkompetenzen reagieren viele Unternehmen auf den immer härter werdenden Wettbewerb. Damit einher geht das Outsourcing, das Verlagern von Tätigkeiten zu Dienstleistern. Viele Untemehmensberater und Manager sehen bzw. sahen im Outsourcing die Lösung aller Probleme. Seit etwa einer Dekade ist Outsourcing auch ein wichtiges Thema in der Elektronikbranche. Nun ist es Zeit, Bilanz zu ziehen. Was bringt Outsourcing wirklich? Werden die vielversprechenden Prognosen der Gurus erfüllt? Erreichen die Outsourcenden, die Original Electronic Manufacturers (OEMs), wie sie heute genannt werden, ihre damit verbundenen Ziele? Wie wirtschaftlich ist Outsourcing? Welche Probleme treten beim Outsourcing auf.’

Harald Frankenbach referierte beim VDL-Präsidentenfrühstück auf der Productronica 99 über neue Outsourcing-Möglichkeiten für die Leiterplattenindustrie

Beim traditionellen Präsidentenfrühstück des Verbandes der Leiterplattenindustrie e. V. (VdL) wird jeweils in kleinem Kreis ein neues Managementthema behandelt. Auf der Productronica 99standdasThemaOutsourcingimBlick- punkt. Der VdL hatte als Referent Harald Frankenbach, Testerion Canada Inc., Ontario/Kanada, eine zur Mania- Gruppe gehörende Firma eingeladen. Harald Frankenbach ging am10.November 1999 auf die aktuelle Situation der Leiterplattenhersteller ein und stellte die vielfältigen Outsourcing-Angebote der Mama-Gruppe vor. Anschließend wurde gemeinsam, das heißt aus Sicht der mittelständischen Leiterplattenhersteller die Umsetzungsmöglichkeiten diskutiert.

In der Juni-Ausgabe der PLUS befasste sich ein Beitrag im Forum-Teil der Zeitschrift mit dem Thema „Outsourcing hochqualitativer Produkte nach China". Es wurden die Erfahrungen von zwei Firmen aus den USA dargestellt, die sich mit ihrer Fertigung von hochanspruchsvollen Produkten wieder aus China zurückgezogen haben. Auch in Deutschland und England wurde die Frage des Outsourcing im Juni kontrovers diskutiert. Nachfolgend ein Bericht dazu.

Noch 2007 warb das britische Unternehmen ACW?Technology, selbst Elektronikfertigungsdienstleister für High-Mix-Baugruppen in kleineren und mittleren Stückzahlen, vor allem mit den Ökonomie-Vorteilen des Outsourcing der Baugruppenfertigung nach China. ACW?Technology hatte gerade erst in Zhuhai eine neue Fertigung eröffnet. Das Unternehmen bezeichnete sich selbst als einen der erfolgreichsten CEM (Contract Electronics Manufacturer) in Großbritannien [1]. Zwar räumt die Firma in ihren Presseveröffentlichungen am Rande durchaus ein, dass es kulturelle, Kommunikations- und auch technische Probleme gäbe, aber unter ihrer Leitung habe der Kunde aus Westeuropa, der über ACW in China fertigen lasse, nichts zu befürchten. Es erinnert an den Slogan einer bekannten deutschen Bank: „Wir räumen den Weg frei“. Aber ist das in jedem Falle so?

Die Verlagerung ganzer Betriebe oder Fertigungen aus den führenden westlichen Industrieländern nach Fernost, insbesondere nach China, ist weiterhin im Gange. Doch auch ein Rückstrom zurück aus China hat eingesetzt. Was sind die Gründe dafür? Sind die beim Outsourcing avisierten Kosteneinsparungen durch die billigen chinesischen Arbeitskräfte doch nicht das „allein selig machende"? Nachfolgend kommen mit PCB Solutions Inc. und Universal Instruments zwei Unternehmen aus den USA zu Wort, die sich mit ihrer Fertigung wieder aus China zurückgezogen haben.

Unter der Leitung von Johann Weber, Vorstandsvorsitzender der Zollner Elektronik AG, Zandt, fand in Regensburg am 18./19. Februar 2004 das 7. OTTI-Fachforum über Innovatives Leiterplattendesign statt, bei dem von den Grundlagen, u. a. dem Prozess vom Schaltungsträger zur kompletten elektronischen Baugruppe, bis hin zu speziellen Aufgaben wie der Berechnung und Messung impedanzkontrollierter Leiterplatten alles behandelt wurde, was für das Design bedeutsam ist.

Als langfristig planendes Familienunternehmen ist Rohde & Schwarz auf Messtechnik, Rundfunk- und Medientechnik, Cyber-Sicherheit, sichere Kommunikation, Funküberwachung und Funkortung ausgerichtet. In der Mobilfunk- und EMV-Messtechnik, und der Sende- und Messtechnik für das digitale terrestrische Fernsehen ist der Konzern sogar Weltmarktführer. Jetzt macht das Unternehmen mit tragbaren Oszilloskopen von sich reden, die einiges können.

Mit der nächsten Oszilloskop-Generation der WaveRunner-Familie 6 Zi ist LeCroy ein Coup gelungen: Die Displays lassen sich um 90° à la iPad drehen, was die Signaldarstellung genauso verbessern soll, wie die überarbeitete Menüführung. Zudem sollen die 12-Bit-Oszilloskope mit sechs Modellen von 400 MHz bis 4 GHz vor allem für lange Signalaufzeichnungen hilfreich sein.

Das neue Oszilloskop PXIe-5164 von National Instruments (NI) basiert auf der offenen, modularen PXI-Architektur und beinhaltet einen programmierbaren FPGA. Es eignet sich insbesondere für das Messen hoher Spannungen mit einer hohen Genauigkeit.

„Die PXI-Oszilloskope von NI ermöglichen kürzere Prüfzeiten und eine höhere Kanaldichte und bieten jetzt dank der hohen Bandbreite, Auflösung und Eingangsspannung eine noch größere Flexibilität“, so Steve Warntjes, Vice President R&D bei NI.

Das digitale Speicheroszilloskop TBS2000 von Tektronix ist für eine breite Palette von Anwendungen einsetzbar. Insbesondere eignet es sich für die schnelle Fehlerbehebung, als Allzweckoszilloskop für das Prototyping, sowie für das Debugging und die Design-Validierung neuer Produkte.

Das Tektronix TBS2000 ist ein Basis-Oszilloskop der nächsten Generation. Es bietet die längste Aufzeichnungsdauer und das größte Display in seiner Klasse. Darüber hinaus weist es die schnellste Signalauswertung zur Fehlerbehebung aus. Das TBS2000 baut auf dem Erfolg der TDS2000-Serie auf; es soll laut Hersteller zu den am Markt am weitesten verbreiteten Oszilloskopen zählen.

Die Hochschule Ostwestfalen-Lippe (Lemgo) kam in den Genuss einer finanziellen Förderung, die dazu verwendet wurde, das Labor für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe aufzurüsten. Ab sofort sind die wissenschaftlichen Mitarbeiter des dortigen Fachbereiches 5 (FB5) in der Lage, elektronische Prototypen in kürzester Zeit komplett selbst herzustellen.

Die digital erp-Software (ERP: Enterprise Resource Planing) des St. Galler Software-Herstellers ABACUS Research ist seit Anfang 2008 erfolgreich beim Ostschweizer Leiterplattenhersteller Optiprint im Einsatz. Das Unternehmen aus dem Appenzellischen produziert massgeschneiderte Leiterplatten. Zur Optimierung ihrer Planungsprozesse setzen die Ostschweizer auf die voll integrierte Gesamtgeschäftslösung digital erp.

Nach der Stagnation in den 90er Jahren befindet sich die Elektronikindustrie Russlands jetzt in bemerkenswertem und hoffnungsvollem Aufschwung. Bestandteil ist ein wachsender privater Firmensektor. Zunehmend wird in die Modernisierung investiert. Der Binnenmarkt und auch der Export wachsen erfreulich. Russland wird zusammen mit China und Indien als dritter Zukunftsmarkt gesehen. Viele ausländische Firmen, darunter auch deutsche, haben deshalb bereits Produktionsniederlassungen in Russland oder planen dieses. Der vorliegende Beitrag will anhand der privaten Beispielfirma Ostek Enterprise Ltd. einen Eindruck darüber vermitteln, was sich gegenwärtig in der russischen Elektronikindustrie vollzieht.

Die Grundlage der heutigen Elektronik ist bekanntermaßen das Halbleitermaterial Silizium mit passender Dotierung. Ärgerlich ist allerdings, dass sich ausgerechnet Leuchtdioden, die Wachstumstreiber der Gegenwart und nahen Zukunft, sich nicht ohne weiteres wie andere elektronische Bauelemente auf Siliziumwafern herstellen lassen. Nun tragen langjährige Forschungsbemu?hungen in diese Richtung jedoch Fru?chte, die kommerzielle siliziumbasierte Fertigung blauer und weißer LEDs steht kurz bevor.

LED-Lichtquellen sind mehr als ein Ersatz traditioneller Glüh- und Gasentladungslampen. Zu ihren be- kannten Vorzügen zählen hohe Effizienz, lange Lebensdauer und gute Farbwiedergabe, und als Halbleiter- bauelemente lassen sie sich in intelligenten, aktuell an die Anwendungssituation adaptierbaren Beleuchtungssystemen einsetzen. Marktführer Osram Opto Semiconductors liefert nun weitere Beispiele für die forschungsintensive Weiterentwicklung von LEDs in mehreren Anwendungsfeldern.

Mit dem Start der Pilotproduktionslinie für organische Leuchtdioden (OLED) in Regensburg am 30. August 2011 hat Osram nach eigenem Bekunden einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Volumenfertigung geschafft. Hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Qualitätsmerkmale sei die Anlage einzigartig und die erste ihrer Art weltweit, bekräftigt Wolfgang Dehen, Vorstandsvorsitzender der Osram AG.

Vor kurzem wurde bekannt, dass sich OSRAM entschieden hat, seine Baugruppenentwicklung mit Hilfe der Designumgebung von Innoveda zu standardisieren. Die Entscheidung der Firma OSRAM basiert auf der erfolgreichen Implementierung der innoveda-Werkzeuge in ihrem Münchener Hauptquartier sowie den positiven Erfahrungen mit den Werkzeugen und der hervorragenden VAR-Unterstützung. Ausschlaggebend waren die Leistung von Power PCB sowie der weltweite Produktsupport.

Durch Plagiate entstehen der Wirtschaft jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Produktpiraterie betrifft jedoch nicht mehr nur Luxusgüter und Lifestyle-Produkte, sondern auch elektronische Kleingeräte bis hin zu Druckerpatronen. Eine Sicherheitslösung kann nun elektronische Produkte schützen.

Zur Herstellung dreidimensionaler elektrisch funktionaler Teile werden elektrisch leitfähig bedruckte und bestückte thermoplastische Folien durch Thermoformverfahren in dreidimensionale Form gebracht und abschließend hinterspritzt. Mit gängigen Verfahren sind die erzielten Umformgrade aufgrund flächig homogener Heizung und unvermeidlich inhomogener Dehnung limitiert. Die Kernaufgabe des Projekts war die Entwicklung von Verfahren zur gezielten Steuerung des Umformprozesses einschließlich der selektiven Erwärmung und Einstellung der Dehnung.

For the production of threedimensional electrically functional parts, electrically conductive printed and equipped thermoplastic films are formed into three-dimensional shapes by thermoforming processes and then backinjected. With conventional processes, the degree of forming achieved is limited due to homogeneous heating over a wide area and unavoidable inhomogeneous elongation. The core task of the project was the development of methods for the targeted control of the forming process including selective heating and adjustment of the elongation.

Vor dreizehn Jahren erschien in der Plus der Artikel „Polymerelektronik: Auf dem Weg zum gedruckten IC“[1]. Dieser Artikel beschrieb die Vision einer zukünftigen Fertigung von aktiven Halbleiterschaltungen aus organischen und polymeren Materialien mit kostengünstigen Druckprozessen. Viel hat sich seitdem verändert; nicht alle Visionen wurden in der Zwischenzeit verwirklicht. Es ist daher Zeit für eine Bestandsaufnahme.//

Thirteen years ago an article appeared in PLUS, headlined „Polymer Electronics: On the Way to the Printed IC“[1]. The article outlined the vision of a future manufacturing of active semiconductor circuits made of organic and polymer materials based on low-cost printing processes. Much has changed in the mean time; not all of these visions have come to bear fruit. Thus, the time is ripe for some stock taking.

Der führende internationale Industrieverband für organische und gedruckte Elektronik, OE-A (Organic and Printed Electronics Association), hat 2014 seinen zehnten Geburtstag gefeiert. Dazu hat die OE-A ihre erste Geschäftsklima-Umfrage herausgebracht. Laut dieser erwarten die internationalen Mitglieder eine Umsatz- steigerung von über 15 % für nächstes Jahr. Vor zehn Jahren wurde der führende internationale Industrieverband für organische und gedruckte Elektronik, OE-A, als Arbeitsgemeinschaft im VDMA gegründet – 35 Gründungsmitglieder aus vier Ländern kamen damals in Frankfurt zusammen. Sie alle verfolgten die Vision, die noch junge Technologie in Anwendungen massentauglich zu machen – mit Hilfe der OE-A, die bis heute Netzwerk-Arbeit unter den Mitgliedern als eine ihrer Hauptaufgaben ansieht.

Vielen Produkten auf der Basis organischer Elektronik wird zukünftig ein immenses Wachstum vorausgesagt, nicht weil sie unbedingt besser sind als jene auf Silizium- basis, jedoch wesentlich billiger herzustellen als diese und daher ihr Einsatz in Massenanwendungen besonders geeignet ist. Augenfällige Beispiele sind gedruckte Transistoren, die als RFID-Etiketten (Tags) in der Warenlogistik zum Einsatz kommen oder organische Leuchtdioden (OLEDs) und organische Photovoltaikzellen.