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Im Rahmen einer Graduierungsarbeit wurde ein System entwickelt, mit dem Convolutional Neural Networks (CNN) trainiert werden können, um in Röntgenaufnahmen elektronische Bauelemente sicher zu erkennen. Hierbei wird das Konzept des Transfer-Learning verwendet. Zur Erzeugung geeigneter Trainingsdatensätze wurde ein Verfahren entworfen. So konnten verschiedene Netzarchitekturen für die Bildklassifikation und Objektdetektion trainiert und evaluiert werden. Für das Transfer-Learning wurden frei verfügbare Modelle einer anderen Domäne verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass Transfer Learning eine geeignete Methode zur Reduzierung des Aufwands (Zeit, Datenmenge) bei der Erstellung von Klassifizierungs- und Objektdetektor-Modellen ist. Die erstellten Modelle zeigen dabei eine hohe Genauigkeit bei der Klassifikation und Objektdetektion auch bei unbekannten Daten. Anwendungen, die mit der Auswertung radiografischer Aufnahmen elektronischer Baugruppen in Zusammenhang stehen, können so effektiver gestaltet werden. Teil 2 in diesem Heft erläutert das Konzept des Transfer Learning und stellt die Ergebnisse der Untersuchung dar. (Teil 1 siehe Heft 10/2022)

Die galvanische Verkupferung spielt bei der Herstellung von Leiterplatten eine entscheidende Rolle. Ihr Hauptvorteil ist die Reduzierung der Impedanz der Leitung und des Spannungsabfalls. Die Prozessleistung wirkt sich direkt auf die Qualität der Kupferschicht und die damit verbundenen mechanischen Eigenschaften aus: Bei der sauren Verkupferung besteht die Herausforderung darin, eine angemessene Schichtdickenverteilung und Oberflächengleichmäßigkeit zu erreichen, ohne dabei die metallurgischen Eigenschaften wie die prozentuale Dehnung und die Zugfestigkeit der Abscheidung übermäßig zu beeinträchtigen. Eine Verringerung der Stromdichte kann die Kupferdicke bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, führt aber zu einer übermäßigen Verlängerung der Gesamtbeschichtungszeit, was den Durchsatz von Leiterplatten drastisch beeinträchtigt. Daher ist die ordnungsgemäße Kontrolle der Prozessleistung und folglich der Qualität der galvanischen Kupferschicht ein wichtiger Bestandteil der Leiterplattenbeschichtungstechnik, die selbst für relativ erfahrene Leiterplattenfabriken eine der größten Herausforderungen darstellt.

So modern wie eh und je oder wie nie zuvor. Sie ist nicht mehr aus unserer Technikwelt wegzudenken. Die grundlegenden Herstellungsverfahren wurden 1943 im Patent von Paul Eisler beschrieben. Damit war der Grundstein für die wirtschaftliche Fertigung gelegt.
Nach Eislers Patent kamen viele evolutionäre, technologische und funktionelle Weiterentwicklungen hinzu. USA und BRD waren die Innovationsschmieden. Der Blütezeit in den 1980ern mit vielen Inhouse-Fertigungen folgte eine grundlegende Umstrukturierung. Dieser Umbau der Wertschöpfung und der Wertschöpfungskette läutete ein unhaltbares Sterben von Leiterplattenstandorten in Europa ein.

Über die Leiterplattenproduktion Indiens ist hierzulande vergleichsweise wenig bekannt. Dr. Nagaraj Rao, RRRLabs Navi Mumbai, gewährt uns einen kurzen Überblick. In Indien gibt es erstaunlicherweise immer noch keine große Produktion von Leiterplatten. Der indische PCB-Markt (Printed Circuit Board) erreichte im Jahr 2022 ein Volumen von 4,5 Mrd. $. Man erwartet, dass der Markt bis 2028 etwa 12 Mrd. $ erreichen wird, mit einer Wachstumsrate (CAGR) von 16,6 % zwischen 2023 und 2028. Die steigende Nutzung in elektronischen Konsumgütern, die zunehmende Anwendung in Elektrofahrzeugen und die förderliche Regierungspolitik sind einige der wichtigsten Faktoren, die den Markt antreiben. Der indische Markt unterscheidet sich jedoch leicht vom Rest der Welt. Weltweit wird erwartet, dass der Markt für flexible Schaltungen viel schneller wachsen wird als jener für starre Leiterplatten, da bei ersteren die Größe reduziert und Steckverbinder eliminiert werden können.

Viel ist in den letzten Jahren über brüchige Lieferketten – auch, aber nicht nur in der Elektronik – gesagt und geschrieben worden. Die Gründe sind vielfältig. Doch dass sie auch eine Folge der Produktionsverlagerungen nach China sind, wird kaum jemand bezweifeln. Zeit für ein nüchternes Resümee. Vor etwa 50 Jahren hatten Unternehmen üblicherweise für ihre Schlüsselprodukte zwei oder mehr Lieferanten. Jede dieser Firmen hatte einen bestimmten Prozentsatz am Gesamtbedarf; meist kannten sie sich und tauschten sich gegenseitig aus. Dieses System war eine Art ‚Versicherung‘, denn wenn bei einem Zulieferer Probleme auftraten, konnten die anderen einspringen. Dann öffnete China für ausländische Produzenten seine Grenzen. Damit setzte sich der Gedanke zur Profitmaximierung, dass Nationen nur das fertigen, was sie am besten konnten und den Rest importieren sollten, durch.

Die Anforderungen an die thermische Belastbarkeit von Weichlötstellen werden immer größer: Wachsende elektrische Leistungsdichten und veränderte Betriebsumgebungen verursachen Betriebstemperaturen oberhalb von 175 °C in naher Zukunft. Deren Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Lötstellen ist aber noch nicht ausreichend verstanden. Deswegen wurden Untersuchungen des Alterungsverhaltens von Zinnbasisloten an gelöteten Chipwiderständen Typ CR1206 im Temperaturbereich zwischen 175 °C und 200 °C durchgeführt. Es zeigen sich zwei neue Phänomene: Ein abnormales Schichtwachstum und eine Bismut-induzierte Phasenumwandlung. Beim abnormalen Schichtwachstum wächst eine doppelintermetallische Schicht, bestehend aus einem Ni3Sn4 und einem Cu6Sn5-Phasentyp entlang der Stirnseite des Chip-Widerstands von oben nach unten in Richtung des Leiterplattenanschlusses. Keim für dieses Wachstum ist eine Ni3Sn4-Phase, welche sich auf der Oberseite des Chip-Widerstands während des Lötens bildet. Bei der Bismut-induzierten Phasenumwandlung kommt es zu einer fast vollständigen Umwandlung der Zinnphase der Lötstelle in eine intermetallische (CuNi)6Sn5-Phase mit hohem Nickelgehalt, verbunden mit einem massiven Materialtransport. Dieser Materialtransport wird über eine lokale flüssige Phase ermöglicht, welche durch Bismut verursacht wird. Stichprobenartige Zuverlässigkeitsuntersuchungen ergeben, dass beide Phänomene in der untersuchten Lötstellengeometrie bei den gewählten Randbedingungen einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Zuverlässigkeit haben.

The demands on the thermal resilience of soft solder joints are rising continuously. Higher power densities and changing operational environments will lead to operating temperatures above 175 °C in the near future. Yet their impact on the reliability of solder joints is not sufficiently understood. Therefore the aging behaviour of tin-based solders used with soldered CR1206 chip resistors was investigated at temperatures between 175 °C and 200 °C. In this context, two phenomena were observed: abnormal layer growth and a bismuth-induced phase change. Abnormal layer growth causes a double intermetallic layer of a Ni3Sn4 and a Cu6Sn5 phase type to develop along the front side of the chip resistor from top to bottom towards the printed circuit board connection. Nucleus of this growth is a Ni3Sn4 phase, which is forming on the top side of the chip resistor during soldering. The bismuth-induced phase change leads to an almost complete conversion of the solder joint's tin phase to an intermetallic (CuNi)6Sn5 phase with high nickel content, causing a massive material transport. This material transport is enabled by a local liquid phase due to the presence of bismuth. Reliability investigations carried out randomly have shown that with the investigated solder joint geometry and the selected boundary conditions both phenomena exert a negligible influence on solder reliability.

Fehler im Elektronikdesign – Ursachen und Auswirkungen, Teil 1
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Teil 1 finden Sie in PLUS 9/2018, ab Seite 1485 ff

Galvanisch abgeschiedene Schichtsysteme stellen in der Regel die Grundlage für das elektrische Kontaktieren zweier, voneinander isolierter Metalloberflächen mittels Drahtbonden dar. Schichtparameter wie die Oberflächentopografie, Schichtdicke und Härte aber auch die eingesetzten Schichtmaterialien sowie die Wahl des Drahtmaterials nehmen maßgeblichen Einfluss auf die Qualität einer Bondverbindung. Eine etablierte Abscheidungsvariante im Bereich der Leiterplattenfertigung ist beispielsweise das Beschichten von Cu-Leiterbahnen mit Ni-P und Au. Diese Schichtkombination wird zunehmend durch alternative Schichtabfolgen wie beispiels- weise ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) ersetzt. Die 50 bis 100 nm dicke Palladiumschicht wirkt als Diffusionssperrschicht zwischen Au und Ni, wodurch die Goldschichtstärke auf bis zu 50 nm reduziert werden kann. Sowohl beim Einsatz des Thermosonic Ball/Wedge- als auch beim Ultrasonic Wedge/Wedge-Bonden werden spezifische Anforderungen und Voraussetzungen an die Materialien und Bondparameter gestellt. Des Weiteren spielen geeignete Prüfmethoden zur Verifizierung
der Adhäsion zwischen Draht und Schichtsystem sowie das Vermeiden von Oberflächenkontaminationen eine wichtige Rolle im Gesamtprozess des Drahtbondens.

Der nachfolgende Beitrag gibt einen Überblick über in der Elektronikfertigung eingesetzte Fügeverfahren aus dem Technologiebereich Sintern. Sie werden bei Licht (LED und andere), Healthcare, in der Industrie-Elektronik, der Automobil-Elektronik und der Leistungselektronik eingesetzt. Der Beitrag erläutert in Teil 1 den Sinterprozess an sich und einige Anwendungsbeispiele. Teil 2 geht näher auf Technologievarianten ein.

The following article provides an overview of joining processes from the technology area of sintering used in electronics production. They are used in lighting (LEDs and others), healthcare, industrial electronics, automotive electronics and power electronics. Part 1 of the article explains the sintering process itself and some application examples. Part 2 goes into more detail about technology variants.

Halbleiterindustrie in den USA rüstet auf: Kampf um die Versorgungssicherheit:
Der Technologiekrieg zwischen den USA und China hat durch das Ukraine-Desaster und den neuen Ost-West-Konflikt einen Booster bekommen. Der Wettlauf um die Chipindustrie hat begonnen. Der Wunsch nach Versorgungssicherheit und Schutz der Technologie, besonders im Rüstungsbereich, hat zu einer Multi-Milliarden-Dollar-Investitionswelle in neue Halbleiter-Produktionswerke in den USA geführt (Abb. 1). Diese Aufstockung der US-Produktionskapazitäten erfolgt just zu einem Zeitpunkt, als der Wirtschaftskrieg zwischen den USA und China zu einer Entkopplung bestimmter Technologien führt – darunter beispielsweise Halbleiter-Chips. So ziehen Unternehmen, die Technologien an China verkaufen wollen, in Erwägung, sich außerhalb der USA niederzulassen, um nicht in die Fänge der US-Ausfuhrkontrollvorschriften zu geraten. Umgekehrt fördert die US-Regierung mit immensen Summen die Rückkehr von abgewanderten Schlüsseltechnologien zurück ins Homeland.

Für PCB-Hersteller verliert der Smartphone-Weltmarkt an Attraktivität. Umkämpft und herausfordernd ist dagegen der PCB-Bedarf für Elektromobilität. In seinem Beitrag, der auf seinem Vortrag für das 16. Technical Snapshot-Webinar des EIPC am 23. März basiert, präsentiert der Autor Erkenntnisse aus aktueller Marktbeobachtung. Der Smartphone-Markt verzeichnete zwar 2021 gegenüber Vorjahr recht ordentliche 7 % Wachstum, fällt aber inzwischen erkennbar wieder auf die Vor-Covid-Werte von rund 2 % jährlichen Zuwachs‘ zurück. Und dies, obwohl für 2022 erwartet wird, dass 5G-fähige Geräte mehr als die Hälfte aller verkauften Smartphones ausmachen werden. Ab 2024 rechnet der aktuelle IDC-Forecast mit einem 5G-Anteil an den verkauften Geräten von rund zwei Dritteln (Abb. 1). IDC bleibt mit seiner Prognose insgesamt eher zurückhaltend. Die Rangfolge der Top-Five im Smartphone-Markt listet nach Umsatz Apple vor Samsung, Xiaomi, OPPO und vivo – und betrachtet man den Markt nach Zahl der abgesetzten Geräte, dreht sich nur die Spitze: Samsung setzte 272 Mio. Geräte ab, Apple knapp 236 Mio. (Tab. 1 und 2).

In Leistungselektronik-Anwendungen haben elektrisch isolierende Wärmeleitfolien viele Vorteile. Ein ausgewogen konzipiertes Wärmemanagementkonzept ermöglicht eine längere Lebensdauer der verwendeten elektronischen Komponenten und damit eine höhere Leistungsfähigkeit und Qualität der gesamten Elektronikanwendung. Der Trend zu immer kleineren Bauformen bei gleichzeitig steigenden Leistungsanforderungen führt zur Notwendigkeit, die durch die Elektronik erzeugte Wärme möglichst schnell, effektiv und kostengünstig abzuleiten. Zusätzlich zu den seit mehr als 20 Jahren gefertigten IMS-Substraten hat der europäische Hersteller von Substraten (FR4, CEM und IMS) für die weltweite Leiterplattenindustrie Aismalibar Technologien für Wärmeleitfolien entwickelt, die zur Verbindung einer wärmeerzeugenden Elektronikbaugruppe mit einem Kühlkörper eingesetzt werden.

Ukraine-Konflikt und aktuelle Pandemie-Lockdowns in China haben die globale Elektronikbranche in noch größere Turbulenzen gestürzt. Das bis 2019 mehr oder weniger stabile Preis- und Liefergefüge ist bei vielen Zulieferungen Anfang 2022 noch mehr ins Wanken gekommen. Hinzu gesellt sich die massive Inflation. In diesem Beitrag wird gezeigt, welche Konsequenzen das für die Elektronikfertigung – insbesondere für Konsumelektronik – und für die Automobilindustrie hat.
Die globale Elektronikindustrie hat sich bis Ende März 2022 gut entwickelt. Seit diesem Monat änderte sich die Situation jedoch aus mehreren Gründen. Einer liegt im Beginn des russischen Angriffs auf die Ukraine. Durch ihn wurde die Verfügbarkeit von Nickel, Neongas und weiteren Rohstoffen erschwert. Bei Neongas liegt das Problem darin, dass zwischen 45 und 54 % des weltweit für die Halbleiterherstellung verwendeten Gases von zwei ukrainischen Unternehmen – Ingas und Cryoin – hergestellt werden. Einer anderer Grund ist der Ende März dieses Jahres in China von Süden nach Norden vollzogene Covid-19-Lockdown.

Die Bayerische Gesellschaft für Innovation und Wissenstransfer mbH (Bayern Innovativ) hat nach der coronabedingten Absage 2021 in diesem Jahr zum 17. Mal das Kooperationsforum Leiterplattentechnologie veranstaltet. In der Stadthalle Erding wurden aktuelle Themen und technologische Trends der Branche erörtert sowie Anwendungsbeispiele aus der Praxis vorgestellt. Die offizielle Begrüßung der etwa 120 Teilnehmer und Einführung erfolgte wie in den Vorjahren durch Jürgen Frickinger, Bayern Innovativ GmbH, Nürnberg. Dabei stellte er seine Organisation und deren vielfältige Aktivitäten vor. Vor der Vorstellung der Agenda stellte er im Hinblick auf die nächste Veranstaltung an alle die Frage: „Welche thematischen Schwerpunkte sollen beim nächsten Leiterplatten-Forum adressiert werden?“

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.