Noch vor nicht all zu langer Zeit waren Leuchtstoffröhren und Metalldampflampen in Büros, auf den Straßen oder als Beleuchtung unserer Computerbildschirmen üblich. Heute haben LEDs die moderne Beleuchtung revolutioniert und unsere Welt wird fast ausschließlich von Festkörper-Emittern erleuchtet. Von Gebäuden über Straßen bis hin zu mobilen Handgeräten sind LEDs überall zu finden. Und das aus gutem Grund: Sie sind kühler, brauchen weniger Strom und sind oft heller als die alt hergebrachten Beleuchtungstechnologien, die sie ersetzen.
Doch auch die LED-Beleuchtungstechnologie unterliegt einem ständigen Verbesserungsprozess. Mit Entwicklungen wie Chip-on-Board (CoB) und Flip-Chip sind LEDs nicht nur effektiver, sondern haben auch längere Lebensdauer. Mit Chip-Scale-Gehäusen (CSP) gehen Hersteller jetzt einen Schritt weiter. Indem sie LEDs während der Die-Produktionsphase einschalen, werden diese noch kleiner, verbrauchen weniger Ressourcen und haben einen besseren Wärmewirkungsgrad. CSP-LEDs haben höchste Leuchtdichte bei kleinster Größe und mit überlegener Qualität. Ohne Bonddrähte und ohne die Notwendigkeit von Zwischenräumen macht sie dies zur perfekten Lösung für dichte Cluster und hohe Lichtströme. Das Fachforum diskutierte durch Vorträge von Experten eine professionelle und innovative Herstellung von MiniLEDs.
Gestiegene Anforderungen an die Miniaturisierung
Zum Start gab Kurt-Jürgen Lang von der ams Osram Group mit seiner Keynote „LED meets SMT – beherrschte Prozesse“ eine Einführung in die Thematik. Hierbei ging er auf die Besonderheiten bei der Verarbeitung von LEDs ein und gab ergänzend Hinweise zur Optimierung bzw. Fehlervermeidung, die entlang einer SMD-Prozess Wertschöpfungskette umsetzbar sind. Natürlich unter Berücksichtigung der steigenden Anforderungen an sämtliche Prozesse aus der Miniaturisierung im Bereich der LEDs.
Das Wärmemanagement von LEDs auf einer Leiterplatte will gekonnt sein, zumal MiniLEDs für eine Wärmeableitung lediglich eine kleine Fläche bieten. Doch benötigen gerade die temperaturempfindlichen Halbleiterbauelemente ein effizientes Wärmemanagement, so dass optimierte Wärmeableitung immer essentieller wird. Im Vortrag „Die Leiterplatte als thermisches Interface“ von Ferdinand Lutschounig (AT&S Austria Technologie & Systemtechnik AG) war zu hören, inwieweit die Leiterplatte immer stärker die Funktion als thermisches Interface zwischen LED Und Kühlkörper übernimmt und wie dies funktioniert.
Nachdem im vorherigen Vortrag die Leiterplatte behandelt wurde, ging es im folgenden Vortrag „Lotpasten für MiniLED-Anwendungen“ von Stefan Mausner (Heraeus Electronics) um die Befestigung von MiniLEDs mit einer Kantenlänge von 240µm auf den elektronischen Schaltungsträgern. Wie kann eine sichere Befestigung mit welchen Lotpasten und Lotpastenmengen gelingen, um nicht nur die Verlustwärme effektiv abführen, sondern auch die elektrische Anbindung gewährleisten, zu können.
Mit seinem Thema „LED-Montage auf allen Ebenen mittels Präzisionsdruck“ ging Michael Zahn (Christian Koenen GmbH) einen Schritt weiter im Herstellungsprozess von LEDs, denn nach Auswahl der richtigen Lotpaste kommt es zu derer Anwendung beim Schablonendruck. Hier liegt die Herausforderung im Auslösen der Paste aus den kleinen Aperturen der Schablone sowie der genauen Positionierung der Öffnungen. Insofern benötigt es spezieller Präzisionsschablonen, wie zu hören war.
Eines der vorrangigsten Ziele für Unternehmen von morgen heißt, sich so auszurichten, dass es sich kurzfristig an die Bedingungen permanent und schnell sich ändernden Märkten anpassen kann. Statt Massenfertigung in Großbetrieben wird die Produktion in innovativen und flexiblen Klein- und Mittelbetrieben organisiert, die bestens vernetzt sind. Die Flexibilität resultiert dabei aus dem Einsatz moderner, an die wechselnden Anforderungen anpassbaren Maschinen, die von qualifiziertem Personal bedient werden. So könnten dann auch kleine Stückzahlen gewinnbringend hergestellt werden, wie Axel Lindloff (Koh Young Europe GmbH) in seinem Vortrag „Spezialisierung vs. Flexibilität – Herausforderung der nächsten Generation“ herausstellte.
Befestigungstechnologien
Neue Technologien wie Flip-Chip und CSP setzen neuen Maßstäbe bezüglich Energieeffizienz, Beleuchtungsqualität sowie bei Kosten. Und so hell die Zukunft auch sein mag, sie wird noch heller dank innovativer LED-Technologie. Doch jedes Licht hat auch Schatten, der hier im präzisen Bestücken dieser Komponenten liegt. Denn mit Maßen von 0,8 x 0,8mm inklusive geringem Randbereich stellt das Chip Size Package hohe Anforderungen an die Bestückungspräzision. Durch Zusammenarbeit von Osram mit ASM konnte eine prozesssichere Bestückung auch durch Auswahl des richtigen Bestückungsautomaten garantiert werden. Den Zuhörern durch Norbert Heilmann (ASM Assembly Systems GmbH & Co.KG) mit „Voraussetzungen für die präzise Bestückung von CSP-LED“ nähergebracht.
Die Leuchtdiode als Halbleiter-Bauelement kann nur dann Licht ausstrahlen, wenn elektrischer Strom in Durchlassrichtung fließt. Nachdem Voids elektrische sowie thermische Energieübertragung reduzieren, ist es um so wichtiger, diesen beim Löten entgegenzuwirken. Eine Reduzierung der Voidrate wird durch Anlegen eines Vakuums erreicht, sobald das Lot flüssig ist. Durch das Streben zum Druckausgleich wandern dann die Voids in den Bereich des Unterdrucks und verlassen damit die Lötstellen. Im Vortrag „Void-minimierte Lötverbindungen im LED-Bereich“ von Dipl.-Ing. (FH) Michael Haas (Ersa GmbH) erfuhren die Zuhörer mehr über ein System, das solch Voids auf weniger als 1% reduziert und damit für optimal funktionierende LEDs sorgt.
Trotz Vakuumlötanlagen bleibt, wie im vorherigen Vortrag zu hören war, ein Restrisiko an Voids. Um diese Fehler letztendlich auch erkennen zu können, bietet sich eine ausgefeilte Inspektionstechnologie an. Im Vortrag „X-Ray meets LED von Dipl.-Ing. Peter Koch (Yxlon International GmbH) war zu hören, wie durch Computerlaminografie sowie einer automatischen Voidanalyse in der SMT-Produktion nicht nur schnell, sondern zuverlässig und wiederholbar eine präzise Auswertung ermöglicht wird und damit Voids eliminiert werden.
Aufgrund der gestiegenen Anforderungen wurden existierende Qualitätstests kontinuierlich erweitert, dabei insbesondere für die Steuerung von Beschichtungsprozessen, wo das Testverfahren Ioddampftest ausgearbeitet wurde. Dieser ermöglicht e, bereits nach einer kurzen Expositionsdauer von wenigen stunden kleinste Risse und Penetrationspfade in Verguss- und Moldmassen im Bereich kritischer Metallisierungen der Bauteile und Schaltungen sichtbar zu machen. Die Ergebnisse einer Untersuchung zur Effektivität des Tests an handelsüblichen LED Bauteilen zeigt, dass es sich durchaus um eine gute Alternative zu herkömmlichen Testverfahren handeln könnte, wie durch den Vortrag von Dr. Markus Meier (Zestron Europe…a Business Division of Dr. O.K. Wack Chemie GmbH) „Validierungsprüfung nach der SMT-Bestückung von LEDs“ aufgezeigt.
Der letzte Vortrag „Material-Technologien für das Thermomanagement von LEDs“ von Andreas Karch (Indium Corporation of Europe) dokumentierte, dass der wichtigste Faktor für die richtige Betriebstemperatur einer LED ein gutes Thermomanagement ist, da zu hohe Temperaturen nachweislich einen direkten Einfluss auf Lebensdauer und Lichtstrom der LED haben. Daher ist es wichtig, die Wärme durch konstruktive Maßnahmen vom Halbleiterchip abzuleiten. Grundsätzlich kann man also sagen, je kühler die LED betrieben wird, desto länger ist ihre Lebensdauer und umso höher ist ihre Effizienz. Durch Innovationen im Bereich Lot-Material-Technologie wird es Anwendern nun ermöglicht, SMT-LEDs im optimalen Temperaturbereich sowohl bei der Verarbeitung als auch beim Betrieb der Komponenten einzusetzen.
Die darauf folgenden Workshops zur LED Montage auf allen Ebenen mittels Präzisionsdruck – Vom Labor in die Fertigung zu Lösungsvorschlägen für den Druckprozess und die Qualitätssicherung (Christian Koenen Koh Young), Thermomanagement von LED-Matrix Bausteinen (AT&S Indium Yxlon Osram) sowie Bestückung von CSP und MiniLEDs (ASM Osram) stieß auf reges Interesse bei den Teilnehmern vor Ort, um weiterführende Informationen neben dem Networking und Austausch mit den Experten sowie Besuch der Table-Top-Ausstellung zu erhalten. (Doris Jetter)
Die Expertenvideos zum Event finden Sie hier.
www.epp.industrie.de/led-meets-smt-2021/
