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Der NTI-100-Bericht für 2020 belegt zwei wichtige Tatsachen: 1. China schreitet im Leiterplattensektor gegenüber dem Rest der Welt weiter unbeirrt voran. Das konnte auch die Corona-Krise nicht wesentlich beeinflussen. 2. Die globale Leiterplattenindustrie entwickelte sich mit Ausnahme der USA umsatzseitig im Durchschnitt deutlich vorwärts. Davon zeugt die Zunahme des Weltumsatzes von 2019 zu 2020 um 8,7 %, an dem Chipsubstrate wachsenden Anteil haben. Gelingt es der internationalen Halbleiterindustrie, die gegenwärtige Chipknappheit im Lauf von 2021 und insbesondere 2022 nachhaltig zu beseitigen, bieten der Übergang zur Elektromobilität, zu 5G-Netzen und entsprechenden Endgeräten sowie zur verstärkten Digitalisierung in Fabriken, Schulen und Verwaltungen der Leiterplattenindustrie sehr gute Geschäftsmöglichkeiten – auch in Deutschland.

Nicht nur die Regenbogenpresse, auch seriöse deutsche Medien überschlagen sich, wenn – wie etwa in London gleich zwei Habsburger-Nachfahrinnen – sich ,blaublütige‘ Menschen das Jawort geben. Nicht bei allen Journalisten [2] scheint angekommen zu sein, dass Adel in Deutschland seit der Weimarer Republik keine Sonderrechte mehr hat [3]. Trotzdem wissen wir alle dank der Gebrüder Grimm [4], wie sich ,Blaublütigkeit‘ – sprich: ,Echtheit‘ – einer Prinzessin mittels einer Erbse nachweisen lässt. Die vielen Matratzen und die Erbse erinnern stark an eine Mehrlagenkarte mit eingebetteten Bauteilen. Spricht man also in der Elektronik von einem Matratzenlager, so denkt man nicht an den dünnblütigen Adel sondern an Leiterplatten, in denen sich hoffentlich keine trockene, ungekochte Erbse verbirgt.

Call for Abstracts: Deutsche IMAPS Konferenz in München 20./21.Oktober 22: IMAPS Deutschland lädt zur Jahreskonferenz nach München ein:
Die Herbstkonferenz der IMAPS wird von allen Teilnehmern als eine wichtige Plattform für fachliche Diskussionen zwischen Industrie und Hochschule sowie Produktion und Forschung verstanden, um den Wirtschaftsstandort Deutschland weiter zu stärken und voranzubringen. Nach vielen virtuellen Konferenzen und Meetings wird es wieder Zeit für persönliche Kontakte. Wir – die IMAPS Deutschland – möchten Sie dabei unterstützen und planen unsere diesjährige Herbstkonferenz 2022 zum jetzigen Zeitpunkt als Präsenzveranstaltung. Wir laden Sie deshalb in diesem Jahr wieder herzlich ein, Ihre Ergebnisse zu den oben genannten Themen auf dem Gebiet des mikroelektronischen Packaging auf unserer Tagung vor Vertretern aus Industrie und Wissenschaft zu präsentieren und gemeinsam zu diskutieren (Vortragsdauer 15-20 min, keine Paper nur Präsentation).

• Mikroskopische 2D- und 3D-Qualitätsprüfung von Oberflächen
• Hochspannungstaugliche Steckverbinder für die Medizintechnik
• Erweiterte EMC-Filterserie für Robotik und Daten-zentren
• IPC mit europäischer Vertretung in München
• CAD-Software für automatische Bildverarbeitungsprüfung gewinnt Vision Award 2022
• Flaute bei PC-Prozessoren – Intel kämpft mit Gegenwind
• Schweizer Galvanikfirma feiert 35jähriges Jubiläum
• Waferfab-Kapazität soll bis 2025 weiter steigen
• Investition für ‚Grüne Energie‘ in ungarischer Halbleiterfabrik
• Messe für Elektromobilität zieht internationale Besucher an

2023 wird schwierig für die weltweite Leiterplattenindustrie. Die Coronavirus-Pandemie bescherte der weltweiten Elektronikindustrie ein sehr starkes Jahr 2021. Diese Stärke setzte sich bis Anfang 2022 fort, wurde dann aber von einem stetigen Rückgang gefolgt, der sich voraussichtlich bis in die erste Hälfte des Jahres 2023 fortsetzen wird. Der Ausblick für 2023 hängt von der Dauer und Tiefe dieses Abschwungs ab, und eine Vielzahl von Faktoren verursacht Volatilität und Unsicherheit. Die Elektronikindustrie verzeichnete im Jahr 2021 ein Wachstum von über 12 %, da die Verbraucher Notebooks, Tablets, Fernseher und andere elektronische Geräte kauften, um zu Hause zu arbeiten, zu lernen und sich zu unterhalten. Dies wurde weiter unterstützt von entsprechenden Investitionen in die Kommunikations- und Computerinfrastruktur. Der globale PCB-Markt schnitt mit einem Wachstum von 24 % sogar noch besser ab.

In seiner neuen Kolumne berichtet Dr. Hayao Nakahara über die Leiterplattenproduktion auf dem nordamerikanischen Kontinent. Besonderer Fokus liegt dabei auf den USA. Zum Auftakt seiner neuen Kolumne wägt er die neuesten Zahlen ab. Beachtung finden neben Leiterplattenherstellern in den USA auch Einzelne in Mexiko und Kanada.
Vorwort: ‚Fabfile Online‘ ist für den Autor seit vielen Jahren eine Bibel, um sich über die nordamerikanischen Leiterplattenhersteller zu informieren. Leider hat der Gründer Harvey Miller, ein Guru unserer Branche, das Verzeichnis seit einigen Jahren nicht mehr aktualisiert, da er im November 100 Jahre alt geworden ist. Auf der PCB EAST, die im April in Marlborough, Massachusetts, stattfand, erwähnten mehrere Teilnehmer, dass es in den USA noch etwa 150 Leiterplattenhersteller gibt. Zwischen 150 und der IPC-Bewertung von ‚622 verifizierten‘ Herstellern klafft eine große Lücke. Die nachstehende Tabelle ist einem der IPC-Berichte ‚Leadership Lost?‘ von Joseph O‘Neil aus dem Januar 2022 entnommen.

Das bewegte Leben des Erfinders der modernen Leiterplatte wäre eigentlich einen Roman wert. Anlässlich des 80-jährigen Jubiläums seines wegweisenden Patents sollen zumindest einige Stationen seiner Geschichte genannt werden.
Geboren wurde Eisler 1907 in Wien als Sohn der slowakisch-tschechischen Eheleute Wilhelm und Caecilie Eisler. Er ergriff früh die Ingenieurslaufbahn und erwarb 1930 im Alter von 23 Jahren sein Diplom an der Technischen Universität Wien – in einer Zeit, die von den Vorwehen des Nationalsozialismus geprägt war. Als Jude hatte der talentierte Eisler keine Perspektive:  Berufsangebote für junge Ingenieure gingen ausschließlich an Mitglieder der strikt antisemitischen deutschen NS-Studentenorganisationen. Eisler verstand sich zwar nicht als religiöser, aber stolzer Jude. Das Jobangebot des Plattenlabels HMV führte zu einer ersten kurzen Anstellung in Belgrad.

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.

Bond-Drahtverbindungen, die in großer Stückzahl in Leistungshalbleitermodulen verbaut werden, müssen über mehrere Dekaden und unter hohen thermomechanischen Belastungen zuverlässig halten. Die Optimierung von Bond-Verbindungen wird derzeit mit statischen Pull- und Schertests realisiert. Hinweise auf die Langzeitzuverlässigkeit geben nur zeitaufwendige Lastwechseltests und Erfahrungswerte. Um diese Lücke zu schließen, wurde hier ein hoch beschleunigtes Prüfverfahren zur Lebensdauerbestimmung von Bond-Drahtverbindungen entwickelt und mit Hilfe eines state-of-the-art Bondtesters zu einem extrem schnellen automatischen Qualitätstest verwirklicht. Damit ist es in kürzester Zeit möglich, eine Abschätzung des Ermüdungsverhaltens von Bond-Drahtab- heber, zu bestimmen. //
Thick Al wire bonds are used in large scale in power semiconductor modules with a required fault-free and reliable performance of up to several decades under severe thermo-mechanical loading conditions. While the state of the art methods for qualification of the wire bonds are static pull or shear tests, time consuming active and passive thermal cycling of the entire mod- ules provide information about the lifetime and long term performance of the interconnects. In this paper a highly accelerated innovative procedure for lifetime assessment of wire bonds is presented, which has been realized by using a state of the art automatic bond tester. By reproducing wire bond lift-off, which is the predominant failure mode of power cycling, the devel- oped procedure provides lifetime data for a rapid eval- uation of the long term reliability of thick wire bonds.

Die Sanktionen der US-Regierung und ihrer Verbündeten haben in den Jahren 2015 und 2016 in der russischen Elektronikindustrie tiefe Spuren hinterlassen. Der Leiterplattenumsatz sackte deutlich ab und bremste die Weiterentwicklung der PCB-Branche. Erst ab 2017 trat eine Erholungsphase ein. Doch an der komplizierten Lage der Branche sind teilweise auch die Russen selbst schuld, denn sie betreiben nach wie vor zu viele eigene Fertigungsstätten, was auf eine stetige Ineffizienz hinausläuft. In diesem Beitrag wird ausgehend vom Besuch der Messe RADEL in Sankt Petersburg die Situation der russischen Leiterplattenindustrie näher beleuchtet.

Im 1. Teil des Übersichtsbeitrags zu Fügeverfahren aus dem Technologiebereich Sintern, die in der Elektronikfertigung eingesetzt werden (PLUS 10[2020, S. 1353 ff), wurde vor allem der Sinterprozess an sich erläutert. Hier in Teil 2 werden erkennbare Trends und technologische Merkmale näher betrachtet und ausgewertet, um die Einflussgrößen auf die Verfahrenstechnik und letztendlich auf die Zuverlässigkeit der hochtemperatur-geeigneten Fügetechnik zu erfassen. Zudem geht es um Technologievarianten.

Part 1 of this overview article on joining processes from the technology area of sintering used in electronics manufacturing (PLUS 10[2020, p. 1353 ff), above all explained the sintering process itself. Part 2 evaluates visible trends and technological features in detail to determine the influencing variables on the process technology and examines the reliability of the joining technology suitable for high temperatures. In addition, it also deals with technology variants.