Artikelarchiv

• Inkjet-Drucklösung zur Forschung an organischen Materialien für neue Displays
• Kooperation von Industriebetrieb und Realschule
• Leiterplatten-Laminate mit hoher Impedanz
• Neues UV-Vernetzungsgerät in Schopfheimer Werk
• EPCIA Student Award 2023 für Forschungen zu E-Caps
• W3+ Fair Wetzlar 2023: Networking für die Technologien von morgen
• Nordamerikanische EMS-Industrie im März mit 3,1 %Verlust
• Übernahme von Leiterplattenproduzenten in Deutschland, Frankreich und der Schweiz
• Nachhaltigere Fertigung von E-Autos mit Laser grüner Wellenlänge
• Sekundärzinn hat die gleiche Qualität wie Primärzinn
• Geostrategische Expansion in die Siliziumkarbid-ICs
• Hüttenbetrieb in Halsbrücke beschließt Investitionspaket
• Kooperation im Prozessorgeschäft
• Graphen als Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder

Der Umsatz der globalen PCB-Produktion ist 2021 weiter deutlich gewachsen. Die im Corona-Jahr 2020 in verschiedenen Weltregionen zu verzeichnenden Umsatzeinbrüche konnten mehr als ausgeglichen werden. Insbesondere im asiatischen Raum war der Anstieg im Jahr 2021 gegenüber 2020 mit fast 19 % besonders stark, während die ‚westliche‘ Welt immerhin auf 9 % kam. Es ist weiterhin so, dass die Anzahl der Firmen mit einem Jahresumsatz von mindestens 100 Mio. $ stetig wächst. Parallel dazu nimmt die Menge der Boardproduzenten zu, die Umsätze von mehr als 1 bzw. 2 Mrd. $ aufweisen können. Der Konzentrationsprozess der Weltproduktion auf die Mitglieder der NTI-100-Liste setzt sich stetig fort. Fünf europäische Hersteller versuchen mitzuhalten.

Unaufhaltsam zeichnen sich die Konturen des zukünftigen chinesischen ,Leiterplatten-Zeitalters‘ ab. Es ist eine Frage weniger Jahre, bis Chinas ständig wachsende PCB-Industrie alle übrigen Produktionsländer der Welt quantitativ überholt. Gegenwärtig werden dort mindestens 35 bis 40 neue gigantische Produktionsanlagen für Leiterplatten errichtet. Die jährliche NTI-Top-100-Liste ist dadurch in stetiger Veränderung. In einigen Jahren, wenn alle diese neuen Fabriken mit der Produktion begonnen haben, könnte die Boardfertigung in China mehr als 70 % des weltweiten PCB-Aufkommens ausmachen. AT&S, als einzige europäische Firma auf einem vorderen Platz des Ranking (11), investiert in den nächsten fünf Jahren fast eine Milliarde Euro in Hightech- Fertigungen, um in dem rasanten Rennen mithalten zu können.

Die globale Leiterplattenindustrie hat in den letzten 20 Jahren starkes Wachstum als auch gewaltige internationale Transformationen erfahren. Der vorliegende Bericht beschreibt, wie noch vor 20 Jahren die USA und Japan die PCB-Produktion dominierten und wie sie diese Führungsrolle nun unaufhaltsam an China verlieren. Dort bestimmt man nicht nur das Umsatzwachstum, sondern es formieren sich Leiterplatten-Giganten, die weltweit alles Bisherige in den Schatten stellen. Ein wesentlicher Grund dafür ist der immense Board-Bedarf der kommenden 5G-Netze und dazugehöriger Hochleistungsserver. Europas PCB-Herstellern bleibt zunehmend nur die Versorgung eines spezifischen technologieorientierten Marktes und Konzentration auf Spezialanwendungen in einer Corona-gestörten Wirtschaft.

In Heft 1/2023 begann Dr. Nakahara mit seiner Kolumne über die aufstrebende PCB-Branche in Südostasien, die immer mehr an Bedeutung gewinnt. Nachdem er Thailand, China und Taiwan unter die Lupe genomen hat, widmet sich unser Kolumnist nun Vietnam, Indien und Malaysia. Nakahara hat als wohl einziger Leiterplattenexperte diese Länder ausgiebig bereist – über Jahre hinweg – und berichtet von den pulsierenden Entwicklungen, die er in Erfahrung bringen konnte.

Im Rahmen eines Konsortiums bestehend aus 23 Industriepartnern unter Koordination des Fraunhofer IZM wurde in den zurückliegenden 2 Jahren die Leiterplattenoberfläche Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) unter vorrangiger Berücksichtigung von Anwenderinteressen wissenschaftlich neu beleuchtet. Wichtigstes Ziel des Projekts war eine Verfahrensentwicklung zur quantifizierbaren Darstellung der Black-Pad-Neigung einzelner Chargen, Panel oder Platinen. Zu diesem Zweck wurden Schichtaufbauten an diversen Schadensmustern hochauflösend analysiert, charakteristische Merkmale erfasst und geeignete Prüfbedingungen ermittelt. Dabei ist es gelungen, Black-Pad-relevante Korrosionsstrukturen zu identifizieren, an diesen die resultierenden Lötstellenfehler zu dokumentieren und nicht zuletzt Testbedingungen zu erarbeiten, die bei vorhandener Black-Pad-Neigung diese Korrosionsstrukturen gezielt entstehen und mit analytischen Methoden nachweisbar werden lassen.

Within the framework of a consortium consisting of 23 industrial participants under the coordination of the Fraunhofer IZM over the past two years, a study has been carried out of the printed circuit board surface finish – Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG). This has shed fresh scientific light on the process in terms of the interests of its users. The main aim of the project was to develop a process that would quantitatively identify the risk of Black Pad defect incidence for specific loads such as panels and sheets. With this in mind, multiple layer structures showing various defects were analysed at high-resolution, noting characteristic features and establishing suitable test conditions. This allowed corrosion structures relevant to Black Pad incidence to be identified. The resulting solder-deposit defects were documented and last but not least, test conditions established under which corrosion structures leading to Black Pad formation arose, together with the analytical methods to identify these.

Eines der am längsten in der PCB-Industrie verwendeten Endschichtsysteme ist ENIG (electroless nickel/immersion gold). Besonderes Augenmerk sollte in der Vermeidung von Oberflächenkorrosion liegen. Es liegt in der Natur der Abscheidereaktion, dass für die Goldschicht die Auflösung von Nickel erforderlich ist, um die notwendigen Elektronen bereit zu stellen. Unter normalen Bedingungen führt dies nicht zu Problemen der Löt- oder Bondbarkeit der ENIG-Endschicht. Besonderes Augenmerk sollte dennoch in der Vermeidung von Oberflächenkorrosion liegen, da diese sich besonders kritisch auf das Löt- und Bond-Verhalten der Schicht auswirken kann.

Wer mit gezinkten Karten spielt, übt entweder einen Kartentrick aus – oder er betrügt. Ein Kartenzauberer verblüfft damit die Zuschauer. Aber kaum jemand glaubt heutzutage noch an echte Wunder. Selbst Kinder rätseln meist nur, ‚wie der Zauberer das gemacht hat‘. Am Spieltisch wiederum hat das Zinken eine lange Tradition und wird stets weiter entwickelt, so dass heutzutage bereits Karten mit radioaktiven Zinken verwendet werden.
Bei der elektronischen Fertigung werden zwar keine Spielkarten eingesetzt, aber Taschenspielertricks scheinen nicht unbekannt. Nehmen wir uns mal die Flussmittel vor, so beharren die Hersteller meist auf Betriebsgeheimnissen [2], da sie dem lieben Kunden nicht offenbaren wollen, was sich da alles in der Mixtur finden lässt.

Konzept und Entwicklung von neuartigen dotierten Kunststoffen und Lacken, die sich mittels selektiv aufgebrachter UV-Strahlung in einem Arbeitsgang bekeimen und gleichzeitig oberflächlich aufrauen lassen, werden dargestellt. Für die Realisierung der MID-Technik, aber auch für vielfältige andere Anwendungen - z.B. Feinstleiter-Entflechtungsschaltungen auf Wafern – tun sich neue Weg auf. //
Concept and development of new type offilled plastics and coatings, which can be activated by selective UV-radiation producing metal seeds and surface roughness in one step, is described. Realisa- tion of the MlD-technology, but also many other different applications - for instance ultrafine line circuits on wafers - arepossible.

Die länger als zwei Jahre andauernde Corona-Pandemie hat weltweit zwar zu unterbrochenen Lieferketten geführt, doch sie konnte das weitere Wachstum der Leiterplattenindustrie im Jahr 2021 nicht ,verhindern‘. Das belegen die ersten statistischen Zwischenergebnisse der nationalen Fachverbände. Ein wesentlicher Nebeneffekt ist, Sinn und Sicherheit der globalen Lieferketten zu überdenken, die sich durch extensives Outsourcing über Erdteile hinweg herausgebildet haben. Gleich vorab zu diesem Nebeneffekt: In den entwickelten Industrieländern der Welt wie Japan, USA und Deutschland hat ein Rückbesinnen auf die Stärkung der eigenen Fertigungsbasis eingesetzt. Das Ergebnis sind wachsende Umsatzzahlen bei Leiterplatten aus inländischer Produktion. Dieser Prozess des ‚Homesourcing‘ dürfte sich in den kommenden Jahren fortsetzen.

Im vergangenen Jahr belief sich die weltweite Leiterplattenproduktion auf etwa 97 Mrd. $. Davon wurden in Asien 94 % hergestellt, während sich der europäische Anteil auf 2,2 % belief.
Nach dem Tiefpunkt im Corona-Jahr 2020 mit einem Produktionsvolumen in Europa von nur 1,4 Mrd. € hat sich die europäische Leiterplattenindustrie in den letzten beiden Jahren auf nunmehr knapp 1,7 Mrd. € erneut erholt und liegt damit 11,5 % unter dem Stand von 2010. Die Zahl der Firmen ging allerdings im gleichen Zeitraum um 43 % auf nur noch 172 Unternehmen zurück.
Vor dem geopolitischen Hintergrund des Handelskrieges der USA mit China, des Krieges zwischen Russland und der Ukraine sowie des wirtschaftlichen Rückgangs Chinas nach den überzogenen Corona-Maßnahmen wurden die Prognosen 2023 für das globale wirtschaftliche Wachstum auf nur + 2,1 % (nach + 3,1 % im Vorjahr) revidiert.

Der Autor besucht seit über 40 Jahren PCB-Hersteller in Südostasien, wobei er diese Tätigkeit während der Covid-Pandemie einstellen musste. Zuletzt reiste er im Januar 2020 nach Singapur und Vietnam. Er besuchte die meisten großen Leiterplattenhersteller in Singapur, Malaysia, Thailand, Vietnam, den Philippinen und Indonesien, einige häufiger als zehnmal im Laufe der Jahre. Er nahm zahlreiche Fotos von den besuchten Werken auf, die dem besseren Verständnis der Leiterplattenindustrie in der Region dienen. Zwei davon zeigt diese Kolumne.

Als der Autor 1995 damit begann, Umsatzdaten von weltweit führenden Leiterplattenherstellern im NTI-100 zu sammeln, stand die 100 für die Top-100-Hersteller. Anfang 2000 änderte er die Bedeutung in ,Hersteller mit einem Umsatz von 100 Mio $ pro Jahr und mehr‘. Inzwischen besteht die Liste aus 115 Unternehmen – und ein gutes Dutzend steht kurz davor, die Eintragsvoraussetzung zu erfüllen. 46 der aktuell gelisteten Unternehmen (40 %) sind in China zu Hause. Der Marktanteil Chinas liegt (noch) hinter Taiwan (33 %) und Japan (21,6 %) an dritter Stelle (21,3 %).

Vor 80 Jahren begann mit der Einreichung des Patents US2441960A von Paul Eisler das Zeitalter der modernen Leiterplatte. Sie ist heute aus der Elektronik nicht mehr wegzudenken. Eislers Erfindung zählt zu den Technologien, die die Menschheitsgeschichte verändert haben. Dipl. Ing. Manfred Hummel gibt mit diesem Artikel einen Überblick über die komplexe Historie.
Mit dem 19. Jahrhundert begann ein Zeitalter unglaublicher Erfindungen. Um nur einige wenige Beispiele zu nennen: Die Erfindung der Telegrafie ermöglichte es, Informationen schnell über die ganze Welt zu verbreiten. Elektromotoren ersetzten Dampfmaschinen. Ganze Regionen wurden mit Strom versorgt. Die Unterhaltung wurde bereichert durch Radiogeräte, Filme und Kino. Auch entstanden Nähmaschinen, der Verbrennungsmotor und die ersten Autos. 1880 wurde die Glühbirne von Tomas Alva Edison populär, und Städte und Dörfer wurden erleuchtet.

Die Korrosion von Leiterbahnen auf keramischen Schaltungsträgern erfordert einen Spalt zwischen dem Vergussmaterial und dem Keramiksubstrat, in welchem Feuchtigkeit kondensieren kann. Innerhalb dieses Mikroklimas treten hohe Konzentrationen von Metallionen auf und diese können Dendriten von einer Elektrode zur anderen bilden. Stoffe, die Schwefel oder andere korrosive Elemente enthalten, wirken bei geringen Konzentrationen als Katalysator. Begleitet wird dendritisches Wachstum von Teilentladungen, welche den Luftspalt sowie die hohe elektrische Feldstärke an der Metallisierungskante ausnutzen. In dieser Arbeit wird eine phänomenologische Studie zum Dendritenwachstum in Tröpfchen verschiedener Flüssigkeiten auf verschiedenen Keramik- substraten vorgestellt und mit der Zeit und dem Leckstrom korreliert. Darüber hinaus wird das ,Worst-Case-Szenario‘ von delaminiertem Silikongel mit eingeschlossenem Wasser betrachtet, um das dendritische Wachstum zwischen Silikongel und Keramiksubstrat beschreiben zu können. Durch einen Vergleich der Ergebnisse verschiedener Korrosionsuntersuchungen konnte ein besseres Verständnis der Einflussfaktoren der Korrosion und ihrer Wechselwirkungen erreicht werden. Darüber hinaus werden die verschiedenen möglichen chemischen Edukte und Produkte im Rahmen dieser Arbeit diskutiert. Abschließend wird eine kurze Zusammenfassung zu Korrosionsursachen und Korrosionsschutz gegeben.

Microvias zur elektrischen Verbindung der Lagen in Leiterplatten machen bei HDI-PCBs hohe Anschlussdichte möglich. Suboptimale Bodenanbindung, die zu Feldausfällen führt, kann mit Temperaturwechsel- (TWT) und Interconnect Stress Test (IST) entdeckt werden. Im Allgemeinen sind Microvias sehr zuverlässige Strukturen, da sie sich meist nur von einer Lage zur nächsten erstrecken und somit der mechanische Stress aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Basismaterial und Kupfer vergleichsweise gering ausfällt. Dennoch können natürlich auch Microvias aufgrund thermischer Belastungen ausfallen, wobei der bekannteste Ausfallmechanismus das Abreißen der Microvias vom Lochboden ist. Dieser Effekt tritt verstärkt bei ‚stacked‘ Microvias auf, ist jedoch auch bei anderen Aufbauten detektierbar. In der Schliffanalyse erscheint dieses Fehlerbild als dünne, zum Teil schwer erkennbare Trennlinie, die sich bei näherer Untersuchung, z. B. mittels FIB, als Separation herausstellt.

Im NTI-100-Bericht für 2021 wurden die 146 führenden Leiterplattenhersteller der Welt aufgelistet mit der Feststellung, dass sich der Konzentrationsprozess der Weltproduktion auf die asiatischen Mitglieder der NTI-100-Liste stetig fortsetzt [1]. Dieser Auftakt der Kolumne gibt anhand vieler Beispiele weitere Informationen darüber, wie sich die PCB-Branche in Südostasien gegenwärtig weiterentwickelt und dass die umfangreichen Investitionen der großen Boardproduzenten zu weiteren Verschiebungen in der NTI-100-Liste für 2022 führen werden. Weitere Beispiele behandelt die Kolumne in Heft 5/2023.

Mit der Ausgabe 9/2023 zum Thema ‚80 Jahre Leiterplatte‘ beginnt eine Artikelserie, in der wir ‚Veteranen‘ der Branche zu ihrem Lebenswerk und zu der Geschichte der Leiterplatte befragen. Auftakt ist ein Interview mit Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Scheel, einem der Mitgründer des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Berlin. Er leitetet lange Jahre die Abteilung für Baugruppentechnologie und gilt als ‚Vater der elektrooptischen Leiterplatte‘ (EOCB).

Einführung: Dies ist der 26. NTI-100 Bericht. Wie in den letzten Jahren lautet eine grobe Schlussfolgerung: ‚Groß wird noch größer und noch schneller‘. Aufgrund der für den Dollar günstigen Wechselkurse im Jahr 2022 rechnete der Autor mit einigen Veränderungen in der Rangliste, aber sie glich ungefähr jener des Jahres 2021. Die japanischen Hersteller überraschten den Autor. Ihre Position bleibt trotz eines Wertverlusts des Yens von 20 % gegenüber dem Dollar in der Welt gegenüber 2021 fast unverändert. Inländische Kunden wollten wegen der Unterbrechung der Lieferkette in China Leiterplatten aus dem eigenen Land beziehen, was zu einem guten Auftragseingang führte. Wie in der Vergangenheit möchte sich der Autor bei verschiedenen Handelsorganisationen und vielen Firmen und Freunden bedanken, die wichtige Informationen zur Verfügung gestellt haben, die die Erstellung dieses Berichts ermöglichten. Für eventuelle Fehler in diesem Bericht trägt der Autor die volle Verantwortung.

Die neue Leiterplattenoberfläche EPAG (Electroless Palladium, Autocatalytic Gold) betritt voraussichtlich im Juni 2014 den Leiterplattenmarkt und wird dann kommerziell erhältlich sein. Die Erstinstallation erfolgt bei der APL Oberflächentechnik GmbH in Lörrach. EPAG wird von Atotech unter dem Handelsnamen PallaBond vertrieben. Für APL war es wichtig, eine neue, innovative Oberfläche zur Erweiterung des Produktportfolios einzuführen. Denn die Elektronikbranche hat sich verändert und wird sich weiter verändern, so dass die neue Oberfläche EPAG eine ideale, zukunftsträchtige Ergänzung darstellt. Nachfolgend werden die Eigenschaften der neuen Oberfläche vorgestellt.