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Eine vielseitige Fertigungslinie

Elektronik und Mikrosystemtechnik – von der Idee zur Produktion
Eine vielseitige Fertigungslinie

Aufbau- und Verbindungstechniken für hohe Baugruppenintegration sind Standard, doch in der Mikrosystemtechnik steht dieser Schritt noch bevor. Geringere Stückzahlen, fehlende Standards und eine fehlende Infrastruktur für Materialien, Fertigungsverfahren und Dienstleistungen behindern die Entwicklung. Zur SMT vom 27. bis 29. Juni in Nürnberg demonstrieren das VDI/VDE-Technologiezentrum Informationstechnik zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration die Möglichkeiten und Perspektiven hochintegrierterSysteme live in einer Fertigung.

Fabrik produziertam laufenden Band
Für die Produktion von SMT-Baugruppen mit Flip-Chips ist eine Linie aufgebaut, in der während der Messe live ein Produkt der Konsumelektronik produziert, geprüft und für die Auslieferung versandfertiggemacht wird. Das sind einige hundert Geräte je Vorführung. Auf dieser Bau-gruppe wird ein Mikrocontroller als Flip-Chip kombiniert mit Standard-SMT-Technik auf FR4-Leiterplattenmaterial im Mehrfachnutzen (40 Baugruppen in einem Durchgang) bestückt, gelötet und geprüft. Die sich an die Baugruppenfertigung anschließenden Prozesse sind mit einfachen Mitteln teilautomatisiert. DieseLinie ist den Gegebenheiten kleiner mit-telständischen Unternehmen nachempfunden. In den Produktionspausen werden auf den gleichen Fertigungsanla-gen Demonstrationsmuster von modularen Mikrosystemen konfektioniert. Um die Flexibilität dieser Fertigungslinie zu demonstrieren, werden im Wechsel mit den Funksendern auch modulare Mikrosysteme konfiguriert. Dabei wird mit dem vorhandenen SMT-Equipment ein 3D-Stacking von Top-Bottom-BGAs durchgeführt. Dazu setzt man einen ASIC/Sensor-Baustein, der die Mikromechanik für den Kompaß sowie die Ansteuerungs- und Auswerteschaltung enthält, direkt auf den Mikrocontroller des Geräts. Diese Technik, die im Programm Mikrosystemtechnik vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, soll damit erstmals einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt werden.

Die Modularisierung von Produkten und Prozessen als Lösung für komplexe Fragestellungen ist hochaktuell. Deswegen ist ihre Umsetzung in der Mikrosystemtechnik ein weiterer Schwerpunkt der praxisnahen Demonstration. Angeregt durch Anwendungsperspektiven und potentielle Hersteller von Mikrosystemtechnik-Bausteinen, denen erhebliche Marktpotentiale prognostiziert werden, ergeben sich Entwicklungen, bei denen auch Strategien zur Verkürzung von Designzeiten bei höherer Produktkomplexität entstehen. Wie einfach mit solchen Bausteinen kundenspezifische Systeme konfektioniert werden können, ist Zielsetzung der Fertigungslinie.
Junge Unternehmenpräsentieren
Zudem soll durch diesen Stand auch die stürmische Entwicklung bei jungen und wachsenden Firmen nachgezeichnet werden. Von der Idee zum marktreifen Erzeugnis: anhand von neuen und unbekannten, ausgefallenen oder noch vor der Markteinführung stehenden Produkten und Dienstleistungen wird dargestellt,wie die wirtschaftliche Umsetzung von Ideen für Mikrosystemlösungen möglich ist.
Zentraler Teil des Messeauftritts ist jedoch die Nachbildung einer Fertigungslinie. Eine Firma aus dem Umland Berlins wird Einblick in seine Produktion gewähren, in der ein Handsender für die drahtlose Bedienung von Garagentorantrieben hergestellt wird. Der vollständig verkettete Fertigungsablauf sieht folgendermaßen aus:
Baugruppenfertigung
• Leiterplatteneingabe, Board wird im Mehrfachnutzen gefertigt (Loader von Asys)
• Nutzenkennzeichnung mit Data-Matrix-Code-Labeler (Brady) und -Leser (Omnitron) sowie Etikettiersystem von Rommel
• Siebdruck (Ekra E4 mit2 1/2D Visionsystem)
• Bestückung von SMDs und Flip-Chip, 3D-BGA-Stacking (Siplace 80F5)
• Reflowlöten (SMT460C N2)
• Automatische optische Inspektion und Röntgeninspektion (Viscom VPS70564)
• Kennzeichnung der Einzelboards (Rommel-Labeler)
• Underfill-Dispensing (Asymtek Millennium)
• Underfill-Curing (Ersa Hotflow)
• Ausgabe der im Nutzen gefertigten Baugruppen (Loader von Asys; das Unternehmen stellt übrigens auch die anderen Handlingmodule zwischen den einzelnen Arbeitsstationen bereit)
Gerätemontage
• Trennung der Baugruppennutzen
• Flash-Programmierung und Funktionstest
• Montage der Baugruppe in Gehäuse
• Gehäuse schließen
• Verpackung für Versand
In Ergänzung dazu werden Materialien, Verbrauchsstoffe, Dienstleistungen und anderes Hilfreiche vorgestellt. An jedem Tag werden jeweils zwei Fertigungsdurchläufe über etwa 1 h präsentiert. Jeweils vor dem Fertigungsdurchlauf werden die Linie und der Prozeß kurz vorgestellt und erläutert. Im Anschluß an solch einen Fertigungsdurchlauf wird über die aktuellen Ergebnisse sowie tägliche Probleme und deren Lösungen diskutiert. Diese Vorführungen werden durch Vortragsblöcke während des Messeforums vervollständigt. Zwischendurch wird demonstriert – wie erläutert –, daß diese Linie auch zur einfachen Konfektionierung modularer Mikrosysteme verwendbar ist.
Die Mikrosystemtechnik steht an der Schwelle zum breiten industriel-len Durchbruch. Während es viele hochminiaturisierte Produkte ohne den abgestimmten Einsatz verschiedener Mikrotechniken nicht geben würde, machen hohe Entwicklungskosten und eine erst in Ansätzen vorhandene industrielle Infrastruktur die Anwendung der Mikrosystemtechnik bei kleinen Stückzahlen problematisch. Diese Schwierigkeit soll mit dem Konzept einer Modularisierung angegangen werden. Ein in den letzten Jahren entstandener Mikrosystemtechnik-Baukasten steht nun an der Schwelle zur Markteinführung. Hersteller verschiedener Bausteine für einen solchen Baukasten und Dienstleister für Anwender und Hersteller solcher Bausteine präsentieren den heutigen Stand.
Die Unternehmen und Institute haben sich in einem Baukasten-Pavillon zusammengeschlossen. Hier können sich Messebesucher über den aktuellen Stand der Entwicklungen informieren. Gezeigt wird, wie aus verschiedenen modularen Bausteinen relativ einfach ein kundenspezifisches Mikrosystem konfiguriert werden kann. Dabei entsteht in der Fertigungslinie ein elektronischer Kompaß. gbw
EPP 217
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Bartels Mikrotechnik
Binder Elektronik
Bürkert GmbH & Co. KG
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Finetech Electronics
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Höfer & Bechtel
KSW Mikrotec
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