Leiterplatten Technologie

Die Leiterplattentechnik ist von einem rasanten technologischen Wandel gekennzeichnet. Deshalb ist es umso wichtiger, sich regelmäßig über neue Trends und die technologischen Möglichkeiten von morgen zu informieren. Um Fragen bezüglich dieser Thematik zu klären, hatte der Leiterplattenhersteller in das große Omniplex-Kinozentrum nach Kleve am Niederrhein eingeladen. Als einer der führenden europäischen Hersteller hat man täglich den Finger am Puls der Leiterplattentechnik. So konnten Kompetenz aus der jahrzehntelangen Erfahrung in der Herstellung elektrischer Schaltungen, die Erkenntnisse aus dem unternehmenseigenen Bereich Forschung und Entwicklung sowie das Fachwissen der Geschäftsfreunde an diesem zweitägigen Event eingebracht werden.

Mit der Begrüßung von Frank Hoiboom, dem Leiter Marketing & PR im Unternehmen, wurden die Zuhörer in die Welt von Ruwel und den Neuigkeiten eingeführt. So ergänzte man im Rahmen des Restrukturierungsprozesses Anfang September 2007 die Geschäftsführung um Bruno Hälg aus der Schweiz. Er leitet seither die Unternehmensbereiche Produktion, Fertigung & Entwicklung, Qualität und Finanzen. Detlev Schauwecker, der als Interimsmanager der Unternehmensberatung AlixPartners mit der Restrukturierung vorher betraut war, gab seine Verantwortungsbereiche damit ab und verlies das Unternehmen zum selben Zeitpunkt. Unverändert in der Geschäftsführung ist Ralf Ebeling (siehe auch Meldung auf Seite 27) für die Bereiche Vertrieb, Logistik und Personal tätig. Nachdem eine Konsolidierung im Leiterplattenmarkt weiter voranschreitet, werden schnellere Durchlaufzeiten, kleinere Losgrößen als zukünftiger Trend, neue Technologien sowie möglichst kurze Umrüstzeiten angestrebt. Im Anschluss ging es zur weltweiten Marktentwicklung von Basismaterialien und Leiterplatten, referiert durch Mark Hutton, Managing Director von BPA Consulting Ltd., UK. Seinen Ausführungen und Darstellung mittels Diagrammen zum Ausblick der weltweiten Entwicklung der Halbleiter folgte die Produktion von Elektronik-Equipment in Europa. Er erläuterte die diversen Basismaterialien und den Einsatz von Elektronik in der Medizintechnik. Prof. Dr. Stefan Bratzel, Leiter Center of Automotive an der FHDW Bergisch Gladbach, führte die Teilnehmer zu den Innovationen und Innovationstrends der Automobilhersteller: Automobilelektronik zwischen Technikorientierung und Kundenwünsche. In der hochgradig globalisierten Automobilindustrie findet derzeit ein Paradigmenwechsel statt. Dabei ändern sich viele Vorzeichen für Hersteller, Zulieferer und den Handel. Unternehmen, die diese Veränderungen bei der Innovationsentwicklung berücksichtigen, sind erfolgreicher. Bedeutende Mega-Trends für die Automobilindustrie sind politisch-ökonomische und sozio-kulturelle Treiber sowie Ressourcen & Technologie. Verschiedene dieser Mega-Trends verändern das Auto der Zukunft. Als die Sprache zum realen Wirtschaftswachstum im Ländervergleich kam, war zu hören, dass die asiatischen Länder unaufhörlich wachsen und das Wohlstandsniveau steigt, es findet eine Verschiebung der globalen Wirtschaftsmacht nach Asien statt. Ein weiterer Mega-Trend, Energieeffizienz und Umweltschutz, verändert die Mobilitätssysteme der Zukunft. Die Automobilindustrie muss diese Faktoren bei ihren Innovationsstrategien stärker berücksichtigen. Der Kampf um die Ressourcen ist bereits im vollen Gange, China und die Wachstumsländer Asiens sind und werden zu großen Energieverbrauchern. Mittel- und langfristig muss die Automobilindustrie bei Antrieben ohne fossile Energieträger auskommen. Der nächste Mega-Trend beschäftigte sich mit japanischen und koreanischen Automobilhersteller, welche die großen Marktgewinner der letzten Jahre sind. Mittelfristig drängen neue Wettbewerber aus China und Indien in die alten Märkte und treten gegen etablierte Akteure an. Mit den globalen Veränderungen in der Automobilwirtschaft verändern sich zunehmend Märkte, Akteure und Kundenwünsche. Megatrends in der Wirtschaft, Gesellschaft, Umwelt und Technologie haben erheblichen Einfluss auf das Auto der Zukunft. Durch die systematische Berücksichtigung von Kundentrends werden teure Fehlschläge bei der Innovationsentwicklung erheblich reduziert. Günstigerer Preis steht beim Pkw über Innovation. Eine plausible Innovationsstrategie und systematisches -management werden für die Automobilzulieferer zu einer immer wichtigeren Erfolgsbedingung.

Nach einer Lunchpause startete Dr. Manfred Cygon, Technical Customer Service von Isola mit den thermisch stabilen Basismaterialien für die bleifreie Verbindungstechnologie. In vielen Anwendungen, vor allem im Bereich der Automobilelektronik, steigen die Anforderungen an die thermische Zuverlässigkeit von Baugruppen. Neben der maximalen Arbeitstemperatur rücken immer mehr Fragen zur zyklischen Temperaturbeanspruchung in den Vordergrund. Besonders hohe thermische Beanspruchung erleiden die Materialien allerdings bei der Verarbeitung. Heissluftverzinnung (HAL) und die verschiedensten Löttechniken erfordern nach Einführung der bleifreien Verbindungstechnologie Temperaturbeständigkeiten bis zu 280 °C. Es ist deshalb wichtig, dass Kenngrößen, welche die thermische Performance eines Materials beschreiben, aufgezeigt und ihre Aussagekraft beschrieben wird. Bei UL werden die Maximum Operation Temperature und der Temperature Index zur Freigabe von Materialien herangezogen. Die nähere Betrachtung dieser Kenngrößen zeigt, dass sie für Anwendungen wenig Aussagekraft haben. Neue Harzformulierungen haben dazu geführt, dass heute Basismaterialien mit hoher thermischer Beständigkeit zur Verfügung stehen. Oliver Holz, Leiter Produktmanagement Automotive vom Veranstalter selbst, berichtete über Semiflex II – The next Generation: Wie der Strom kostengünstig die Kurve kriegt. Der Vortrag gab einen kurzen Überblick über aktuelle Realisierungsmöglichkeiten auf dem Semiflexsektor. Gemeinsam mit dem Kunden werden auch künftig konsequent weiter innovative Lösungen entwickelt, wie beispielsweise die Erweiterung auf zwei Cu-Ebenen im Flexbereich. Höchste Priorität bei allen neuen Lösungen hat die Realisierbarkeit in der Serienfertigung auf Basis der geltenden Zuverlässigkeitsanforderungen. Semiflex-Leiterplatten werden in den Ausführungen einlagig oder zweilagig im flexiblen Bereich angeboten. Im Vortrag wurde ausschließlich auf die mittels Tiefenfräsung gefertigten Varianten eingegangen. Semiflex-Leiterplatten sind seit mehr als 15 Jahren im Einsatz und haben sich in der Automobilindustrie etabliert. Sie bieten eine Konstruktionsalternative mit deutlichen Kostenvorteilen zu der klassischen Starrflex-Leiterplatte auf Polyimidbasis. Das mögliche Konstruktionsfenster bzw. Einsatzgebiet ist gegenüber der sehr vielseitigen Starrflex-Leiterplatte eingeschränkt. Unter Berücksichtigung der spezifischen Konstruktionsmerkmale sind in enger Zusammenarbeit zwischen Entwicklung und Leiterplattenhersteller innovative und kostenreduzierte Applikationen in vielen Fällen realisierbar.

Der nächste Morgen begann mit den Kosteneinsparpotenzialen durch fertigungsgerechtes Leiterplattendesign von Dr. Oliver Gassner, dem Leiter F & E der Ruwel Gruppe. Er erklärte die Auswahlkriterien für das Basismaterial einer Leiterplatte und stellte fest, dass bei Lagenaufbau die Industriestandards verwendet werden sollten, worauf er detailliert einging. Im Zuge dessen war über die Standardaufbauten und die HDI-Aufbauten des Leiterplattenherstellers zu hören. Aus den vorliegenden Erfahrungen konnte er die Parameter weitergeben, die Basismaterialien für den bleifreien Lötprozess geeignet machen. So machen die Basismaterialhersteller darauf aufmerksam, dass Produkte mit einem Tg von ca. 130 °C und einige nicht gefüllte Basismaterialien mit höherem Tg beim Einsatz der bleifreien Technik nur bedingt bis zwei Temperaturzyklen-Beanspruchungen verwendet werden sollten. Weiter ging es im Ruwel Symposium mit einem Bericht über die Qualität und Flexibilität durch unterschiedliche Toolingverfahren im Fotodruck. Der Referent war Hans Fritz, Geschäftsführer von SAT Electronic. Er stellte unterschiedliche Toolingverfahren vor, und wie sie zur Auftragsflexibilisierung beitragen können. Unter Tooling versteht man die einzelnen Prozesse, um unter anderem eine Lage in ihren Achsen, X, Y und Teta sowie Dimensionen in zwei Achsen so zu registrieren, dass sie aufeinander passen. Eine lange Fertigungskette, bei der durch den Einfluss der einzelnen Fertigungsprozesse einiges passieren kann. Da der Schmerzfaktor groß ist, Yield und Qualität der Leiterplatte im Wesentlichen auch vom Tooling abhängt, hat man sich dazu einiges einfallen lassen. Vorgestellt wurde eine Software, die Abweichungen, verursacht durch Fertigungsmaschinen und Anlagen, berücksichtigt und kompensiert. Die LDI-Methode passt jeweils die Folgeprozesse an die vorangegangenen Dimensionen an. Eine Methode mit derzeit noch begrenztem Durchsatz und zu kostspielig. Das Veranstalter-Unternehmen setzt diese Technologie für die Prototypen, Kleinserien und der sehr komplexen Multilayer-Fertigung ein. Die Filmscaling-Option dagegen gibt den herkömmlichen Highend-Belichtern eine Chance für die nächste Generation PCBs, und hat in der Hinsicht die Möglichkeit, auch nicht lineare Verzüge weitgehend zu kompensieren. Für die Großserienfertigung sicherlich die kostengünstigste Lösung. Vom Werk Wetter des Leiterplattenherstellers war Dr. Klaus Ritz da, um seinen Zuhörern mehr über die Widerstandserhöhung bei Thermozyklen als Maß der Zuverlässigkeit zu vermitteln. Nach Begriffsdefinitionen kam er zu den Widerstandsformeln, um dann die Anwendung auf die Beschreibung von Rissen zu erklären. Mit einer Schlussfolgerung übergab er an Uwe Pape vom Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration Berlin, Bereich Modulintegration und Boardverbindungstechniken, der zum Einfluss mechanischer Belastungen auf die Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen berichtete. Nach den mechanischen Belastungen, möglichen Testmethoden und Einflüssen auf die Zuverlässigkeit von Baugruppen, stellte er die Ergebnisse aus dem Projekt InnoLot vor. Dabei handelt es sich um ein BMBF-Verbundprojekt zur umweltgerechten Systemlösung für die Anwendung von innovativen Weichloten für hochbeanspruchte Elektronikbaugruppen. Des Weiteren sprach er auch über Projekt LiVe, Materialmodifikation für geometrisch und stofflich limitierte Verbindungsstrukturen hochintegrierter Elektronikbaugruppen. Sein Schluss: Geeignete Auswahl der Komponenten bzw. des Systems kann zu einer höheren Zuverlässigkeit führen. Markus Wille von Ruwel und wiederum Werk Wetter, zeigte den Teilnehmern als letzter Redner noch die Lösungen für die Hochtemperaturelektronik mit Flex- und Starrflex-Leiterplatten auf. So haben Untersuchungen im Rahmen des Projektes hotEL gezeigt, dass organische Substrate für Hochtemperaturanwendungen im Bereich von 150 °C bis 180 °C vorhanden sind, und damit zuverlässige Multilayer-Leiterplatten für diesen Temperaturbereich hergestellt werden können. Anwendbar auch für starrflexible Leiterplatten, somit sind flexible und starrflexible für die Hochtemperaturelektronik geeignet. Ebenso reduzieren diese Leiterplatten den Anteil an Steckverbindungen und Lötstellen, und führen so zu höherer Zuverlässigkeit. Verbesserungspotenzial besteht noch bei Deck- und Verbundfolien mit Klebersystem des konventionellen Polyimid-Materials. Neue Werkstoffe wie beispielsweise LCP und PEEK sind für Hochtemperaturanwendungen eine Alternative zu Polyimid. Für einen verbreiteten Einsatz müssen jedoch die Materialpreise dieser Werkstoffe deutlich sinken. Mit einer Abschlussdiskussion und folgendem Mittagessen wurden die Teilnehmer dann verabschiedet. (dj)

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