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Bericht vom Workshop „BGA, Direct Chip Attach und Flip-Chip“

Schon seit vielen Jahren veranstalten Prof. Dr. Arnim Rahn, Rahn-tec (Kanada) und die SEHO Seitz & Hohnerlein GmbH (Kreuzwertheim) regelmäßig gemeinsam Lötseminare. Diese sogenannten Rahn-Seminare haben in der Fachwelt einen guten Ruf. Am 3. April 2000 fand nun zum ersten Mal der neue Rahn-Workshop „BGA, Direct Chip Attach und Flip-Chip“ statt. Dieser wurde, insbesondere damit die Teilnehmer auch die Praxis richtig kennen lernen, bei der Binder Elektronik GmbH, Höpfingen-Waldstetten, durchgeführt. Grundlagen und Probleme der BGA- und Flipchiptechnik sowie deren Alternativen wurden in den Vorträgen am Vormittag vermittelt, nachmittags stand dann die Praxis in Form eines Praktikums auf dem Programm.

Die manuelle Restlotentfernung wird mit halb- und vollautomatischen Methoden verglichen. Letztere bieten, wie nachfolgend dargelegt, insbesondere bei Bleifreitechnik große Vorteile.

A solder ball shear and pull testing study was conducted on 27 unique package constructions, evalua- ted under a wide variety of test conditions. The study encompassed the coordinated efforts of 7 electro- nics manufacturers using earlyprototype high speed solder ball shear/pull equipment. Shear speeds ranged from a conventional 0.0001 m/s (100 µm/s) rate up to as high as 4 m/s, while pull testing ranged from speeds of 0.0005 m/s (500 µm/s) to 1.3 m/s. The many package configurations varied in substrate plating type (exposed Cu, electrolytic NiAu and electroless-Ni/immersion-Au), solder composition (SnPb, SnPbAg and SnAgCu), packaging construction and materials, solder and package geometries, package assembly location, and time between reflow and test. // 

An 27 verschiedenen BGA-Gehäusen wurde das Abscher- und Abzugsverhalten der Lotkugeln unter breiter Variation der Testbedingungen untersucht. Dabei kamen Prototyp-Geräte zur Untersuchung des Abscher-/Abzugsverhaltens bei hoher Geschwindigkeit zum Einsatz. Die Abschergeschwindigkeit lag zwischen konventionellen 0,0001 m/s (100 µm/s) und 4 m/s, die Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 0,0005 m/s (500 µm/s) bis 1,3 m/s. Variiert wurden Padoberfläche (passiviertes Cu, galvanisch NiAu und chemisch Ni/Au), die Lotzusammenset- zung (SnPb, SnPbAg und SnAgCu), Gehäusekons- truktion und Material, Lot- und Gehäusegeometrie, der Ort der Bestückung und die Zeit zwischen Reflow und Test.

A solder ball shear and pull testing study was conducted on 27 unique package constructions, evalua- ted under a wide variety of test conditions. The study encompassed the coordinated efforts of 7 electro- nics manufacturers using earlyprototype high speed solder ball shear/pull equipment. Shear speeds ranged from a conventional 0.0001 m/s (100 µm/s) rate up to as high as 4 m/s, while pull testing ranged from speeds of 0.0005 m/s (500 µm/s) to 1.3 m/s. The many package configurations varied in substrate plating type (exposed Cu, electrolytic NiAu and electroless-Ni/immersion-Au), solder composition (SnPb, SnPbAg and SnAgCu), packaging construction and materials, solder and package geometries, package assembly location, and time between reflow and test. // 

An 27 verschiedenen BGA-Gehäusen wurde das Abscher- und Abzugsverhalten der Lotkugeln unter breiter Variation der Testbedingungen untersucht. Dabei kamen Prototyp-Geräte zur Untersuchung des Abscher-/Abzugsverhaltens bei hoher Geschwindigkeit zum Einsatz. Die Abschergeschwindigkeit lag zwischen konventionellen 0,0001 m/s (100 µm/s) und 4 m/s, die Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 0,0005 m/s (500?µm/s) bis 1,3 m/s. Variiert wurden Padoberfläche (passiviertes Cu, galvanisch NiAu und chemisch Ni/Au), die Lotzusammenset- zung (SnPb, SnPbAg und SnAgCu), Gehäusekons- truktion und Material, Lot- und Gehäusegeometrie, der Ort der Bestückung und die Zeit zwischen Reflow und Test.

Die TechnoLab GmbH (Berlin) bietet mit dem BGA.Inspector ein komfortables, leicht aufzubauendes Inspektionssytem an, welches speziell für BGA und ähnliche Bauteile mit schwer zu inspizierenden Stellen mit einer Spalthöhe ab 80 µm bestimmt ist. Die einzigartige Kombination an Funktionen macht den BGA.Inspector zum effizienten Spezialisten in der Qualitätssicherung für Elektroniktechnologie und Elektronikfertigung. Das robuste Gerät ist mit einem XY-Tisch mit Feinjustage und Probenhalterung ausgestattet für schnelles und effektives Positionieren und Inspizieren von Objekten.

Aktuelles Wissen zu sammeln, zeitgemäß aufzubereiten und zu verbreiten ist eine der Kernaufgaben des FED. Um dieser Aufgabe zukünftig noch umfassender gerecht zu werden, wurde die neue FED-Schriftenreihe Bibliothek des Wissens entwickelt. Die ersten vier Titel wurden im September veröffentlicht und erstmals auf der FED-Konferenz in Magdeburg vorgestellt. Die Schriften erscheinen im handlichen DIN A5-Format und behandeln aktuelle Themen aus allen Bereichen der Produktentstehung entlang der Wertschöpfungskette vom Design über die Fertigung von Leiterplatten bis hin zur Baugruppenfertigung.

Omrons bidirektionales DC-Leistungsrelais G9KB ist speziell geeignet für neue Systeme zur Nutzung erneuerbarer Energien. Es markiert gleichzeitig als erstes dazu passendes Produkt eine neue Ausrichtung des Herstellers auf die Bewältigung der Herausforderungen durch den Klimawandel und insbesondere auf die Förderung des Übergangs zu emissionsfreien Kraftstoffen, Das Leiterplatten-Leistungsrelais ermöglicht die bidirektionale Hochleistungs-Gleichstromschaltung für Batteriespeichersysteme (Battery energy storage systems - BESS), die es Haushalten oder via Gleichstrom-Wallboxen Elektrofahrzeugen (EVs) ermöglichen, erneuerbare Energien abgekoppelt von ihrer Erzeugung zu nutzen. Steve Drumm, Strategic Marketing Manager bei Omron: „Dieses neue Relais ist ein erster Teil unserer Antwort bezüglich der nächsten Stufe im Markt für erneuerbare Energien. Dieser Markt erfordert nämlich ein zuverlässiges und sicheres Umschalten zwischen Laden und Entladen von Strom aus Speichergeräten.“

Der koreanische Elektronikkonzern Samsung könnte 2017 die weltweit ersten faltbaren Smartphones mit biegsamem OLED-Display auf den Markt bringen. Das berichtete das US-amerikanische Medienunternehmen Bloomberg unter Berufung auf Insider-Quellen. Mit dieser konstruktiven Lösung würde Samsung eine neue Geräteära einleiten und die Arbeiten an ,nur' biegsamen Displays ,links' überholen. Damit könnte der Konzern seinen zahlreichen Pionierleistungen in der Smartphone-Industrie eine weitere hinzufügen.

Wearables begleiten immer mehr Menschen durch den Tag, demnächst auch in äußerst flexibler Form. Die Hardware in Gadgets wie Fitnesstrackern und ähnlichem muss mit wenig Platz auskommen. Darum haben Forscher der National University of Singapore in Kooperation mit drei weiteren Forschungsinstitutionen einen bieg-samen Speicherchip auf MRAM-Basis entwickelt.

In seinem 1949 erschienenen Buch 1984 beschreibt George Orwell eine Vision in naher Zukunft, wie ein totalitäres politisches System Menschen überwacht und manipuliert. Leser in der DDR, die sich dieses Buch beschaffen konnten, empfanden das darin Beschriebene teilweise als sehr realistisch. Das Jahr 1984 ist Geschichte, die Vision hat sich nicht zur Realität entwickelt. Hat sie das wirklich nicht? Befinden wir uns, nüchtern betrachtet, nicht auf den Weg dahin? Wird nicht ständig versucht, uns an diesen Zustand zu gewöhnen und beschleunigen wir durch unser Verhalten nicht selbst diesen Prozess?

Die gesamte Elektronikbranche ist mit großem Elan ins neue Jahrtausend gestartet und befindet sich derzeit in einer starken Wachstumsphase. Die Auftragslage ist fast überall hervorragend; die meisten Unternehmen sind voll ausgelastet. Das weitere Wachstum wird nun vor allem durch die knappen Ressourcen begrenzt; insbesondere bestimmte Materialien, Komponenten und Fachpersonal sind nicht in ausreichender Menge verfügbar.

Der erste Baustein der neuen Serie von Bild-erkennungsprozessoren mit der Bezeichnung TMPV7608XBG von Toshiba Electronics ist mit 14 hardwarebasierten Beschleunigern für die Bildanalyse ausgerüstet. Er unterstützt die Implementierung zukünftiger Fahrerassistenzsysteme (ADAS; Advanced Driver Assistance Systems) in Fahrzeugen.

Bildverarbeitung optimiert Laserbearbeitung

Für Lasersysteme zum Abgleichen von elektronischen Baugruppen und zum Beschriften hat LS Laser Systems GmbH. München, eine neue Bildverarbeitungssoftware entwickelt. Die Bildverarbeitung basiert auf einer Matrox-Grafikkarte und korrigiert Fehlpositionierungen von Bauteilen und Baugruppen in der Laserbearbeitungsstation.

Der Mainzer Systemintegrator IMSTec hat mit Bildverarbeitungskomponenten von Stemmer Imaging ein optisches Hochgeschwindigkeitsinspektionssystem für die Prüfung von Leistungselektronikbasisplatten entwickelt.

Leistungselektronik ist im wahrsten Sinne des Wortes ein heißes Thema: Bei Endstufen oder Leistungsschaltern kann viel Verlustleistung anfallen, die man in Form von Wärme ableiten muss, damit die empfindlichen Schaltungen nicht einen vorzeitigen Hitzetod sterben. Realisiert wird diese Wärmeableitung oft mit so genannten Ronden. Dabei handelt es sich um quadratische oder kreisförmige Scheiben aus Molybdän, die als Basisplatten für Halbleiterbausteine dienen. Für eine optimale Wärmeableitung müssen diese Scheiben einen besonders innigen Flächenkontakt zur Elektronik bieten.

5.2 Biostabilitätsuntersuchungen - In den Teilen 1 bis 3 dieses Beitrags, erschienen in den Heften PLUS 12/2008, PLUS 3/2009 und PLUS 7/2009, wurden einige der Untersuchungsmöglichkeiten der Bioverträglichkeit von Materialien der Aufbau- und Verbindungstechnik und insbesondere die unverzichtbaren Zytotoxizitätsprüfungen beschrieben. Von besonderem Interesse für die vom Gesetzgeber in den europäischen Regelungen [102, 103] und im deutschen Gesetz [5] geforderte Zweckbestimmung des Medizinproduktes ist die Verwendung bestimmter Materialien oder Fertigprodukte unter Anwendungsbedingungen.

Elektronische Baugruppen oder Finalerzeugnisse, die in den Bereichen der Human- und zum großen Teil auch in der Veterinärmedizin eingesetzt werden sollen, werden als extrakorporale oder implantierbare elektrisch betriebene Medizinprodukte behandelt und unterliegen einer Vielzahl von gesetzlichen und normativen Regelungen. Grundsätzlich kann man einen erheblichen Teil dieser Regelungen und in der Folge anzuwendender Abläufe auch auf Produkte übertragen, die perspektivisch in der Biotechnologie und Pharmazie eingesetzt werden sollen. Solche Regelungen sind z.B. die Einordnung des Produktes in eine der Klassen ? bis ??? gemäß Medizinproduktegesetz (MPG [5]) und die Festlegung der Schutzart, die Zuordnung der energetischen Versorgung entsprechend der DIN EN 60601-1:2007 (VDE 0750-Teil 1 bzw. IEC 60601-1:2005, gültig bis Ende 2009 ist weiterhin DIN EN 60601-1:1996 [6]) in den Schutzklassen ? oder ?? sowie die Beschaltung des Produktes auf der Patientenseite in den Anwendungstypen body (B), body floating (BF) oder cardiac floating (CF). Eine sorgfältige Materialauswahl und Charakterisierung der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) für die Baugruppen und das Fertigprodukt sind von Anbeginn im Prozess der „Richtlinienkonformen Entwicklung des Produktes" dem Entwickler eigen. Anhaltspunkte zur Beurteilung der Eignung oder Nichteignung der Funktionswerkstoffe solcher Systeme liefern die Normenteile 1 bis 18 der Reihe DIN EN ISO 10993, die sowohl den Anwendungsort, als auch die Anwendungsdauer des Produktes einschließen. Dem Gesetz [5] folgend muss der Finalproduzent den Nachweis zur Erfüllung der Anforderungen im Verlaufe des europäischen Konformitätsverfahrens für das Fertigprodukt erbringen. Der nachfolgende Beitrag zeigt auf, dass es immer sinnvoll ist, für alle Produktentwicklungsstufen eine sichere Materialauswahl zu gewährleisten. // 

Electronic modules and products which are applied in human or veterinary medicine are handled as extracorporeal or implantable electrical medical products and therefore they are subject to a lot of legal and normative rules. In general a lot of these rules and their subsequent procedures also can be adapted such products that are going to be uses in bio technologies or in pharmaceutics. Such rules are e.g. the classification of the products into one of the classes I to III according to the German Law for Medical Products (MPG [5], the same wording in European Medical Device Directive 93/42/EWG) and the definition of the protection category, the assignment of the energetic supply according to DIN EN 60601-1:2007 (VDE 0750-part 1 resp. IEC 60601-1:2005, valid till end of 2009 is also DIN EN 60601-1:1996 [6]) to the protection categories ? or ?? as well as the wiring of the product near the patient according the application types body (B), body floating (BF) or cardiac floating (CF). A careful selection of the used materials and a characterization of the packaging technologies of modules and final products are mandatory tasks of the developer right from the beginning of the Rules compliant development of the product. Indications for the assessment of acceptability or of unacceptability of functional materials of such systems are given by part 1 to 18 of DIN EN ISO 10993 that include the application scene as well as the application period of the products. Following the legal regulations the final producer has to provide the evidence of covering the demands during a European Conformity Procedure for the final pro- duct. The following paper shows that it is always reason- able to assure a save material selection during all stages of product development.

Methoden und Verfahren

Ab dem Teil 2 werden wissenschaftliche Grundlagen, Methoden, Verfahren, Prozessabläufe und Materialien vorgestellt, die dem Entwicklungsingenieur und Prozesstechniker helfen, Informationen über die Eignung des Elektronikprodukts und seiner Funktionswerkstoffe in biologischen Anwendungen zu liefern. Es wird vorausgesetzt, dass die Produktprüfungen auf Umgebungseinflüsse beispielsweise nach den Standards [11-15] erfolgreich absolviert worden sind oder in die gesonderten Beurteilungen auf Bioverträglichkeit einbezogen werden.

Untersuchungen an Materialproben in indirektem Kontakt

Im Teil 1 des Beitrages wurden in Kapitel 4 die Screening-Möglichkeiten zur Charakterisierung der Bioverträglichkeit von in der Aufbau- und Verbindungstechnik eingesetzten Materialien aufgeführt. Der dem jetzigen Beitrag vorangegangene Teil 2 (Heft PLUS 3/2009) war den Untersuchungsmöglichkeiten der Zytotoxizität, insbesondere von COB-Materialien im direkten Kontakt mit Standardzellkulturen, gewidmet. Diese Untersuchungen sind bei disziplinierter Prozessführung in hohem Maße reproduzierbar und auf Grund der relativ großen Probenoberflächen, auf denen die adhärierenden Zellen angesiedelt werden, gut nachzuvollziehen.