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Am 29. September 2022 fand in Uetikon das traditionelle Leiterplattenseminar der Schweizerischen Gesellschaft für Oberflächentechnik (SGO-SST) statt. Die PLUS war vor Ort und sammelte Impressionen der Veranstaltung. Nach der Begrüßung von Peter Weber, Präsident des Verwaltungsrats der Zürichsee-Schifffahrtsgesellschaft und vormals Head of Technology von GS Swiss PCB, wagte Remo Fischer (Betriebsleitung Hofstetter PCB AG) eine Marktanalyse der europäischen Leiterplattenproduktion. Er berief sich dabei auf Zahlen des Vorjahres und auf aktuelle Erhebungen. Das Ranking der größten PCB-Hersteller überrascht dabei nicht: Würth (Deutschland), AT & S (Österreich) und KSG (Deutschland und Österreich) führten 2021 die Liste an, gefolgt von Schweizer Elektronik (Schweiz, Platz 4), Mektec (Deutschland, Platz 5), Unimicron (Deutschland, Platz 6), Elvia PCB (Frankreich, Platz 7) und Somacis (Italien, Platz 8). Auf Platz 9 und 10 finden sich wiederum Schweizer Firmen: Dyconex und GS Swiss PCB. Auch setzte sich 2021 der Trend fort, dass der Vertrieb von HDI-Leiterplatten wächst.

Drahtbonden ist nach wie vor eine nur schwer zu substituierende Basistechnologie der Mikroelektronik. Während allerdings vor 15 Jahren noch die größten Herausforderungen bei der Programmierung und Umsetzung der zum Teil komplexen Bondprozesse lagen, stellt dies heutzutage kein Problem mehr dar. Die Weiterentwicklungen im Bereich der Hardware und insbesondere der Software ermöglichen Drahtbondsysteme, bei denen der Anwender zum Teil mit Hilfe von Assistenten bzw. geführter Bedienung durch die einzelnen Arbeitsschritte geleitet wird.

Die Galvabau AG hat in den letzten Monaten neue Anlagen für Schweizer Unternehmen aus dem Bereich Leiterplattenherstellung gebaut. Diese und deren Anwendungen werden nachfolgend basierend auf Informationen von Markus Gisler, CEO der Galvabau AG, und Frank Riedl, Prozessingenieur der Galvabau AG, sowie den Eindrücken bei Besuchen vor Ort beschrieben.

Die neue Leiterplattenoberfläche EPAG (Electroless Palladium, Autocatalytic Gold) betritt voraussichtlich im 3. Quartal 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 Palla¬Bond vertrieben. In der Maiausgabe wurde über die Gründe für die Entwicklung der PallaBond (EP/EPAG)- Oberfläche und den Einsatz bei der Firma APL berichtet. Zudem wurden erste Ergebnisse zum Thema Bonden, Thermokompressions-Bonden, Feinstleiter, Hochfrequenz und Löten auf der PallaBond-Oberfläche gezeigt. Im zweiten Teil wird über die Eignung der PallaBond-Oberfläche für Flex-Leiterplatten, die Oberflächentopo-grafie, die Härte, die Porosität, die Schichtdickenverteilung von Palladium und von Gold sowie über die Vorteile des PallaBond-Prozesses berichtet.

Eignung für flexible Leiterplatten
In Abbildung 1 ist der durchgeführte Biegezyklustest dargestellt. Bei diesem wird eine mit der Oberfläche beschichtete flexible Leiterplatte in eine Testvorrichtung gespannt und in einem Winkel von 135° automatisch zyklisch gebogen. Gemessen wird die Anzahl der Biegezyklen bis zum Bruch.

Teil 1: Fehler im Prozess

Prozessingenieuren in der elektronischen Verbindungstechnik wird es kaum langweilig. Die Entwicklung bei den passiven Bauteilen vom 0201 zum 01005 oder zu den BGAs mit mehr als 2500 Anschlüssen ist so spannend wie ein guter Kriminalroman. Dass mit ‚Package-on-Package‘ (Bauteil-auf-Bauteil) jetzt auch die dritte Dimension für sie erschlossen wird, geht dann in Richtung Science Fiction.

CAF (Conductive Anodic Filament) beschreibt Kurzschlüsse zwischen Gleichstromnetzen auf Leiterplatten. CAF tritt durch den elektrochemischen Effekt der Kupfer-Ionen-Migration entlang von Filamenten einer Glasfaser im FR-4-Basismaterial auf. Da das Phänomen die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit elektronischer Baugruppen beeinträchtigt, ist es ein Aspekt, der schon in der Design-Phase berücksichtigt werden sollte. Gerade im Bereich Automotive und in der Antriebstechnik gilt CAF immer wieder als möglicher Auslöser für Fehlfunktionen.

Teil 3: Suchmethoden

Die Fehlersuche sollte stets zweckbezogen sein. Ob es sich um eine Verbesserung des Produktes oder gar des Prozesses handelt oder aber um eine notwendige Reparatur zur Funktionalität unterscheidet sich wesentlich. Unsinnige Fehlersuche, d. h. eine Suche nach Fehlern, die allerhöchstens das Aussehen betreffen, macht keinen finanziellen Sinn. Wer kennt schon einen Endverbraucher, der sich die Lötstellen in seinem Mobiltelephon anschaut um sie zu bewundern?

Der Autor hat seine ,Einführung in die Reinheitsanforderungen in der Elektronikproduktion‘ als mehrere Kapitel umfassenden Beitrag zu dem Buch ,Reinheit und Reinigung in der Elektronik‘ verfasst, welches Dr. Helmut Schweigart (Zestron) für den Leuze-Verlag vorbereitet. Ahrens Beitrag hängt an einer Reihe von Industrienormen, für die noch vor Erscheinen des Buches – voraussichtlich 2020 – neue Revisionen anstehen. In Absprache mit Ahrens und Schweigart druckt die PLUS den Beitrag deshalb vorab als dreiteilige Serie in den aufeinanderfolgenden Ausgaben Juli, August und September 2019 ab, da sie eine gute und derzeit aktuelle Arbeitsgrundlage zum Thema bieten. Für das geplante Buch werden dann die Norm-Revisionen entsprechend berücksichtigt.//

The author has written his ‚Einführung in die Reinheitsanforderungen in der Elektronikproduktion‘ (Introduction to Purity Requirements in Electronics Manufacturing) as a contribution comprising several chapters to the book ‚Reinheit und Reinigung in der Elektronik‘ (Purity and Cleaning in Electronics), which Dr. Helmut Schweigart (Zestron) is preparing for Leuze-Verlag. Ahrens‘ contribution depends on a number of industry standards for which new revi- sions are due before the book is published (probably in 2020). In consultation with Ahrens and Schweigart, PLUS will therefore print the article in advance as a three-part series in the successive editions July, August and September 2019, as they offer a good and current working basis on the subject. The standard revisions will then be taken into account for the planned book.

Wärmemanagement in Leiterplatten und Baugruppen ist eine immer größere Herausforderung: Ob LED-Anwendungen großer Lichtleistung, HF-Technologie oder Leistungselektronik – bessere Wärmeübertragung und Kühlung sind immer mehr gefragt: Bei einer Leiterplatte bzw. einer elektronischen Baugruppe hat Wärmemanagement zum Ziel, die Wärme von den wärmeerzeugenden Komponenten weg zu bekommen und nach außen abzuleiten. Eine verbesserte Wärmeübertragung reduziert das Risiko der thermischen Überlastung von aktiven Bauteilen und ist oft ein entscheidender Faktor für die Erfüllung der Lebensdaueranforderungen des Produktes. Folgende Technologien auf Leiterplatten-Ebene verbessern die Wärmeableitung: Die Metall-Core-Technik; Die Kupfersäulen-Technik; Die Copper-Coin-Technik

Auch wenn sich der Kupferpreis – auf hohem Niveau – stabilisiert hat, bleibt der Mangel des Metalls eine Herausforderung für die Leiterplattenindustrie. Die PLUS hat Stimmen aus der Branche gesammelt und wagt einen Blick auf die Hintergründe. Die Gemengelage ist komplex: Durch E-Mobilität und Dekarbonisierung steigt der Bedarf, während die Covid-19-Pandemie, Lieferengpässe und Umbrüche im Kupferbergbau den Nachschub unter Druck setzen. Eine Diebestour mit tragischen Folgen: Weil Unbekannte im Juni in einem Zementwerk in Hannover rund 100 Meter Kupferkabel stibitzten, musste die Produktion für mehrere Wochen ausgesetzt werden. Grund war ein Kurzschluss, bei dem nicht nur ein wichtiger Bagger beschädigt, sondern zudem einer der Langfinger schwer verletzt wurde. Der Fall steht exemplarisch für eine Reihe spektakulärer Kupferdiebstähle, die von der Polizei vermeldet werden. Geklaut werden Starkstromkabel, Dachrinnen, Autoteile, Rohre und elektrische Geräte jeder Art, die anschließend ausgeweidet werden.

Große Herausforderungen – und ebenso große Chancen: „Es ist eine schwierige Zeit.“ Dieser Satz fällt immer wieder, wenn man mit Verantwortlichen von EMS-Unternehmen spricht. Die Branche steht im Umbruch: Technische Innovationen, ihre Chancen und Möglichkeiten treiben sie voran, wecken Hoffnungen und zeigen neue Wege auf. Doch als sich verjüngender Flaschenhals erweist sich die mangelnde Verfügbarkeit wichtiger Bauteile. Es sind nicht allein die Nachwirkungen der Covid-19-Pandemie, die die Lieferketten ins Stocken geraten ließen und EMS-Anbietern und deren Kunden schmerzhaft die Risiken einer Just-in-Time-Produktion vor Augen geführt hat – als hässliche Kehrseite der Kosten-, Personal- und Zeitersparnis, die durch JIT erzielt werden konnte. Schon vor der Pandemie und dem Ukraine-Krieg waren manche Komponenten knapp. Denn die Nachfrage nach elektronischen Bauteilen steigt rasant, insbesondere in den Bereichen Automobilität, Luftfahrt und Sicherheit, Telekommunikation, Medizintechnik, Automation und IoT.

„So gebet dem Kaiser, was des Kaisers ist, und Gott, was Gottes ist!“[3] beschreibt einen archaischen Steuergrundsatz und führt in der Umkehr zu „einem nackten Mann kann man nicht in die Tasche fassen“, was manchen dazu verleitet, durch Bankrotterklärung seine Steuerschuld ins Nichts zu drücken. Nicht nur dieses Nichts ist ein Störfaktor. Vielleicht meinen einige Löter, was ihnen als ,Lunker‘ beim Querschnitt unter dem Mikroskop entgegenstrahlt, sei ebenfalls ein Nichts oder enthalte wenigstens nichts – was nun eher etwas mit Chemie und Physik zu tun hat als mit Steuerrecht. Allerdings sind solche ,Lunker‘ (die in der englischen Literatur als ‘voids’ auftauchen – und das ist ebenfalls ein irreführender Begriff) beim Reflowlöten eben keine Lunker im ursprünglichen Sinne der Gießtechnik und Metallurgie[4]. Es gibt eine ganze Menge unterschiedlicher Hohlräume, die in Lötstellen vorkommen können[5], die jeweils andere Gründe für ihre Entstehung haben.

Es gibt keine erneuerbaren Energien, Batterietechnik oder Robotik ohne Kobalt, Bor, Silizium, Graphit, Magnesium, Lithium, Niob, Seltene Erden und Titan. Weltweit werden derzeit zwischen 130 000 und 150 000 Tonnen Kobalt pro Jahr gefördert. Davon kommen etwa 80 % aus dem Kongo und 10 % aus Russland. Weithin unbekannt ist, dass das meiste Kobalt-Erz dann nach China transportiert und dort weiterverarbeitet wird. Dabei wird durch thermische Laugung des Erzes mit Schwefelsäure und anschließenden Ausfällungsprozessen die Lösung angereichert. Die Zwischenprodukte Nickel-Kobaltsulfit und -hydroxid werden in einem Raffinerieprozess zu Kobaltmetall und Kobaltchemikalien weiterverarbeitet. Ca. 70 % der vorgenannten weltweiten Fördermenge wird für die Batterieproduktion verbraucht, die Hälfte davon für die Elektromobilität. Mit fortschreitender Elektromobilität wird sich bis 2030 der weltweite Kobaltbedarf verdreifachen und der Lithiumbedarf verzehnfachen, wenn nicht durch neue Technologien Kobalt ganz oder teilweise substituiert wird.

Verlust von Marktanteilen in China und Deutschlandstart chinesischer Pkw:
Der Automobilhimmel für die deutsche Fahrzeugindustrie verdunkelt sich zusehends. Die Chipkrise scheint teilweise überwunden zu sein, die Produktionszahlen in Deutschland steigen seit 5 Monaten, aber sie sind immer noch 30 % unter dem Vor-Corona-Niveau 2019 (Abb. 4). Die Lieferzeiten fallen, stoßen aber auf eine deutliche Kaufzurückhaltung bei den Menschen, die ihr Geld gezwungenermaßen für steigende Energie- und Lebenshaltungskosten ausgeben. Gleichzeitig sinken zum Jahresende die Prämien für E-Fahrzeuge, für Hybrid-Pkw entfallen sie komplett. Gestiegene Strompreise an den Ladestationen lassen dazu den früheren Verbrauchskosten-Vorteil gegenüber Diesel- und Benzinmotoren dahinschmelzen. On Top sind die effektiven Verkaufspreise in diesem Jahr bis zu 12 % gestiegen. Keine gute Ausganglage für Hersteller, OEMS und Zulieferer.

Wie gefährdet ist die Versorgung der Welt mit Halbleitern, Bestückungsleistung (EMS/ODM) Leiterplatten, Laminate etc. bei einer Besetzung durch die Volksrepublik China?
Eine Meldung ging vielleicht in der Vorweihnachtszeit etwas unter. Die weltweit größte Halbleiter- Foundry TSMC baut ein zweites Werk neben der FAB 21 in Arizona. Statt der bisher geplanten 12 Mrd. $ Investitionssumme für die FAB 21, stehen jetzt bis zu 40 Mrd. $ im Raum. Zur Tool-in-Zeremonie Anfang Dezember kamen nicht nur Präsident Biden, sondern auch die CEOs von Apple, Nvidia und AMD als Kunden für dieses Werk. Aber auch die Spitzenmanager der großen Lieferanten Applied Materials, LAM Research sowie Synopsys und Arm waren anwesend. Die FAB 21 soll 20 000 bis 24 000 Wafer pro Monat mit 4 nm Strukturbreiten produzieren. Der Massen-Produktionsstart ist für 2024 geplant.
Das zweite Werk für 3 nm Strukturbreiten mit einem Investitionsvolumen von US$ 28 Mrd. soll bis 2026 die Produktion aufnehmen.

„... Bis das große Ei gelegt“. Die Respektlosig- und Mehrdeutigkeit seiner Formulierung war Wilhelm Busch sicherlich bewusst und wird wohl demnächst von Moderngermanisten mit Doktorarbeiten angegangen werden, die sich in die Überschriftleisten der entsprechenden Journale katapultieren wollen, aber z. B. Freud nicht gelesen haben. Das ‚Drücken‘ aber wird auch in der elektronischen Fertigung praktiziert, wobei es dort eventuell weniger Spaß bereitet als dem Strauß. Die Einpresstechnik ist lange bekannt, hat sich aber inzwischen ziemlich weiterentwickelt. Das muss selbstverständlich auf einigen Vorteilen beruhen, die dieses Vorgehen gegenüber dem Standardverbindungsweg, dem Löten, eben hat Hervorzuheben ist hier die Haltbarkeit der Kontaktierung. In umfangreichen Untersuchungen hat die Verbindung, die durch das Einpressen geschaffen wurde, weit besser abgeschnitten als das Löten. Sie wird nur durch den Drahtwickelprozess geschlagen, der noch etwas haltbarer zu sein scheint.

Die KSG Group beendete ihren Dreiakter ‚XPERTS on tour‘ mit einer Veranstaltung in Jena. Neben den Vorträgen des Live-Events erwartete die Teilnehmer ein galaktisches Abendprogramm im Planetarium – und die vergnüglichste Einbettung eines Feueralarms, die man sich denken kann. KSG hatte vergangenes Jahr angekündigt, statt eines profanen Technologietages ein neues Konzept auszuprobieren. Früchte dieser Überlegung waren drei Veranstaltungen in Linz, Dortmund und Jena. (Die PLUS berichtete u.a. nach der letzten ‚electronica‘ in Heft 12/2022). Das Programm ‚XPERTS on tour‘ richtete sich explizit an Bestands- und Neukunden des Leiterplattenherstellers – einige Firmen wurden auch gezielt angesprochen und mit einer Einladung bedacht. Laut Katharina Luchner, Leiter Marketing bei KSG, zeichnete sich jede Veranstaltung durch eine eigene Dramaturgie und Stimmung aus.

Im Herbst letzten Jahres lockte das Expertenseminar ‚Wir gehen in die Tiefe‘ über Trends der Aufbau- und Verbindungstechnik etliche Besucher nach Dresden. Seit Jahren ist ‚Wir gehen in die Tiefe‘ (WgidT) eine feste Größe für den fachlichen Austausch über die Optimierung von Produktionsabläufen in der Elektronikfertigung. Auch 2023 war die Veranstaltung im Dresdner Hotel ‚Mighty Twice‘ ein vielerwartetes Event der zweiten Jahreshälfte. Zwölf Fachverträge, verteilt auf zwei Veranstaltungstage Ende September, warteten auf die Zuhörer – ebenso wie der hochgeschätzte Erfahrungsaustausch mit Experten und Kollegen. Die PLUS nahm am ersten Veranstaltungstag Ende September teil. In der Branche genießt ‚Wir gehen in die Tiefe‘ Kultstatus.

Das Wedge/Wedge-Drahtbondverfahren kommt nach wie vor in der industriellen Fertigung mikroelektronischer Baugruppen – auch insbesondere in Mitteleuropa – häufig zum Einsatz, und zwar unter anderem wegen seiner hohen Flexibilität und Automatisierbarkeit und ferner, weil die Drahtbonds sehr geringe geometrische Abmessungen und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Ultraschallenergie unterstützt im Übergangsbereich von Draht und Substrat eine Volumendiffusion der Fügepartner. Dabei entsteht eine stoffschlüssige, mechanisch stabile und elektrisch gut leitfähige Verbindung. Speziell das AlSi1-Wedge/Wedge-Dünndrahtbonden als eine klassische Bondvariante für Chip-on-Board-Anwendungen wird bei Raumtemperatur realisiert und zeichnet sich auch durch vergleichsweise geringe Materialkosten gegenüber anderen Bondverfahren aus. Mit einer Vielzahl einstellbarer Parameter werden qualitätsgerechte Verbindungen sowie die Loop-Geometrie und die Deformation der Wedges optimiert. Die Loop-Geometrie und die Deformation nehmen jedoch Einfluss auf die Lebensdauer einer Drahtbondverbindung. Das Ziel der diesem Fachartikel zugrunde liegenden Bachelor-Arbeit war es, mit Hilfe von FEM-Simulationsmodellen für verschiedene 25µm-AlSi1-Wedge/Wedge-Dünndrahtbondgeo­metrien signifikante Einflüsse der Deformation (DEF) und der Loop-Höhe (LH) auf die plastischen Dehnungen im Bonddraht bei mechanischer Wechselbeanspruchung herauszuarbeiten.

Effect of Wire-bond Geometry on Plastic Deformation in the Heel Region of ALSi1-Standard Wire-bonds.The wedge/wedge wire-bonding process continues to be widely used in the manufacture of microelectronic components, especially in Central Europe. Among the reasons for this, are included its high degree of flexibility and ease of automation as well as the fact that these wire-bonds have very small geometric dimensions and good electrical conductivity. At the interface between wire and the substrate, ultrasonic energy serves to enhance volume diffusion within the joining material. The result is a more homogenous, mechanically stable joint with good electrical conductivity. In particular, the ALSi1 wedge/wedge wire bond, a classical form of this type of joint for Chip-on-Board applications can be formed at room temperature at very much lower material cost than with other types of bonding process. Using numerous variable parameters, joints of satisfactory quality as well as loop geometry and wedge deformation, can be optimised. Loop geometry and deformation exert an influence on the life of the wire bonded joint. The aim of this technical article based on a university degree project, was to calculate, using an FEM simulation model for various 25 µm AISI wedge/wedge thin wire bonding geometries, significant effects on deformation (DEF) and the loop height (LH) on the plastic deformation of the bond wire under various interactive conditions.

Die kontinuierliche Steigerung der Leistungsdaten führen bei den Leistungshalbleitern zu einer immer höheren Temperaturbelastung. Daraus erwachsen sowohl der Bedarf nach neuen Materialien, die eine höhere thermische Stabilität besitzen, als auch nach neuen Verarbeitungstechniken. Neben neuen Substratwerkstoffen kommen hierfür vor allem neuen Materialien für den Aufbau der Verbindungen in Betracht, aber auch beständigere Vergussmassen mit Glastemperaturen von mehr als 280 °C. Zu den neuen Verarbeitungstechniken zählen Sintern oder Diffusionslöten. Darüber hinaus werden Leiterplatten mit integrierter Isolation erzeugt sowie Isolationsschichten durch Kaltgasspritzen aufgebracht, bei denen die Materialsauswahl sehr weitreichend ist die Leiterbahnen kaum mechanisch und thermisch beeinflusst werden.