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Fortschrittliche Technologien zur LED-Herstellung

2. Fachforum LED meets SMT
Fortschrittliche Technologien zur LED-Herstellung

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Hohe Einsparungen bei Energie, Langlebigkeit, geringe Wärmeentwicklung, intelligente Einsatzmöglichkeiten sowie ihre kompakte Form machen LEDs zu wahren Allroundern in Sachen Licht und sind überall zu finden. Um die Herausforderungen der LED-Herstellung zu diskutieren, traf sich die Branche im marinaforum in Regensburg zum zweiten Event „LED meets SMT“.

Die Veranstaltung rund um die Herstellung von LEDs in Kooperation mit Osram Opto Semiconductors GmbH sowie neun namhaften Herstellern aus der Elektronikbranche stieß erneut auf reges Interesse und zahlreiche Besucher für die Fachvorträge sowie Table-top-Ausstellung. Unter Moderation von Chefredakteurin der EPP/EPP Europe Doris Jetter wurden an einem Tag fortschrittliche Technologien zur LED-Herstellung diskutiert und besprochen.

Kurt-Jürgen Lang, Osram Opto Semiconductors GmbH

LED meets SMT 2.0 – Advanced Process

Die LED hat über ihre energetischen Vorteile den Einzug in die Lichtwelt gefunden und der Markt für LED-Beleuchtung entwickelt sich sehr schnell. Die Nachfrage nach professionellen Komponenten mit langer Lebensdauer und außergewöhnlicher Robustheit wächst. LEDs müssen auf dem neuesten Stand der Technik gefertigt werden, um sich für den professionellen Einsatz in verschiedenen Anwendungen zu eignen und lange Lebensdauer, hohe Leistung und exzellente Zuverlässigkeit zu garantieren. Doch die fortschreitende Miniaturisierung auf der einen Seite sowie die Integration von zusätzlichen Funktionalitäten auf der anderen Seite erfordern neben sorgfältig ausgesuchten Verarbeitungsmaterialien angepasste Systeme und Prozesse. Die Anforderungen an die einzelnen Verarbeitungsschritte, angefangen beim Lötpaddesign bis zum Reflowprozess, steigen. In der Keynote wurde anhand von Beispielen unterschiedlicher LED-Gehäuseformen die steigenden Herausforderungen innerhalb der SMT Verarbeitungskette detailliert aufgezeigt.

Ferdinand Lutschounig, AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft

LED meets SMT – Der Beitrag der Leiterplatte

Mit der ständigen Weiterentwicklung der LED-Leuchtmittel kommt auch der Leiterplatte in LED-Produkten eine Rolle zu, die weit über die ursprüngliche Funktion als Träger elektronischer Bauteile hinausreicht. Leiterplatten-Funktionalitäten reichen heute von der optimalen Ableitung der Abwärme über spezifische Reflexionseigenschaften für hohe Leuchtleistung bis hin zu angepassten Leiterplattenaufbauten für bestmögliche Bauraumausnutzung, erweiterte Funktionen und innovative Designs. Die Erfüllung dieser Anforderungen erfordert eine intensive Zusammenarbeit zwischen Leiterplatten- und LED-Hersteller.

Jörg Trodler, Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG

Legierungen wie Innolot und HT1 gewinnen bei Hochtemperaturen bis 170 °C an Bedeutung

Der Trend führt hin zu höheren Leistungsdichten, so dass LEDs an ihrem Temperaturmaximum betrieben werden müssen. Um die Zuverlässigkeit von LEDs zu garantieren, wurden für diese Anwendungsfälle spezielle Lotpasten entwickelt, die auf Innolot- und HT1-Legierungen basieren. Obwohl beide Legierungen auf Zinn basieren, sind die mechanischen Eigenschaften aufgrund zusätzlicher Elemente im Innern der Legierung unterschiedlich. Besonders die plastischen und Kriecheigenschaften habe einen Einfluss auf die gesamte Verbindung und so auch auf die Komponenten. Im Vortrag wurden die Unterschiede der legierungsbasierten Spannung in Bauelementen bei passiven Zyklen, realen Feldausfällen und Spannungsanalysen mittels FEM verglichen.

Dipl.-Ing.(FH) Harald Grumm, Ersa GmbH

Schablonenlayout für komplexe LED-Bauformen

Durch eine neuartige Matrix-LED-Bauform wurde im Vortrag gezeigt, wie für die einzelnen Pad-Varianten des Bauteils aus den Abmessungen der Anschlussflächen für die Lötverbindung das theoretische Lotvolumen berechnet wird. Zielwerte sollten aus den Vorgaben der IPC-A-610 und der Praxis ermittelt werden. Die Definition der Randbedingungen für eine optimale Lötverbindungsform sowie der passende Berechnungsweg wurden erörtert. Des Weiteren wurde gezeigt, wie das gedruckte Lotpastenvolumen direkt im Drucker geprüft werden kann, um die ermittelten Werte in der Praxis zu garantieren. Zur Stabilisierung der Lötstellenform empfehlen sich Vakuumlötprozesse.

Dipl.-Ing. Norbert Heilmann, ASM Assembly Systems GmbH & Co. KG

Präzisionsbestückung – „LED genau beschreiben“

Im Vortrag wurden wichtige Grundlagen für die hochgenaue Bestückung von LEDs erläutert. Da zur exakten Positionierung der LED die Erkennung der Bauteilmerkmale und der gewählten Referenzpunkte ein komplexer Vorgang ist, muss für die korrekte Parameterwahl und Einstellung fundiertes Grundwissen der verwendeten Vision-Technik vorhanden sein. Bauteile, die deutlich außerhalb der Toleranz liegen, müssen aussortiert werden und z.B. ungünstige Materialpaarungen zwischen Silikon-Oberflächen und üblichen Pipetten-Materialien und -Geometrien können zu Haftungseffekten führen und damit eine hochgenaue Bestückung verhindern. Im Fall der Präzisionsbestückung bedeutet dies, dass beim Bestückprozess die Genauigkeit erste Priorität hat und eine geringe Bauteilabwurfrate bestenfalls Priorität zwei haben darf. Eine gute Materialqualität sowie eine korrekte LED- und Leiterplattenbeschreibung gelten als wichtige Voraussetzung für eine gute LED-Bestückqualität.

Axel Wolff, Asscon Systemtechnik-Elektronik GmbH

Der Lebenszyklus der LED beginnt gravierend beim Lötprozess

Die rasend schnelle Weiterentwicklung von LED-Typen verlangt eine schonende und nachhaltig gut qualifizierte Verarbeitung in der SMT-Fertigung. Gerade die LED als einzelnes Bauelement auf einer elektronischen Baugruppe ist sehr sensitiv, wobei die maximale Temperatur des Lötprozesses einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer einer LED hat. Obwohl immer mehr LEDs mit sogenannten Standard-Parametern und -Einstellungen zumindest gemäß Datenblatt verarbeitet werden können, bleibt die LED-Verarbeitung in der SMT-Fertigung ein kritischer Prozess. Die Kombination der LED im Umfeld einer elektronischen Baugruppe erfordert eine Berücksichtigung von einer Vielzahl an Materialien und Verbindungstechnologien. Insofern ist das Ziel, eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lotpaste zu erreichen sowie eine ebenso möglichst niedrige Mindesttemperatur, wie der Dampfphasenprozess es bietet.

Andreas Gladis, Viscom AG

Prüfstrategien mit 3D-AXI für eine optimale Prozesskontrolle

Um bei der Vermessung von Voids in LED-Lötstellen mit möglichst hoher Präzision vorzugehen, sind beispielsweise diverse Bauteileigenschaften zu beachten. Der Röntgenprozess ist für die Prüfung der Qualität von LED-Baugruppen daher unerlässlich, weil innerhalb der Lötstellen immer wieder mit zu großen Anteilen an Poren zu rechnen ist. Um hier die Grenzwerte nachvollziehbar nicht zu überschreiten, sollten die Ergebnisse wiederholgenau und kontrollierbar sein. So ist die AXI-Inspektion notwendig, um die Abnahmekriterien sicher zu erfüllen. Poren-Kalibrate minimieren systematische Abweichungen. Zusammenfassend war zu hören, dass ein 3D-AOXI-System ein Optimum an Prüfabdeckung und Geschwindigkeit liefert.

Dr. Hans Bell, Rehm Thermal Systems GmbH

Norm konformes Reflowlöten – Was ist möglich?
Aktuelle Entwicklungen

Sehr häufig muss das Reflowlöten die Herausforderungen annehmen, die sich auf den gegenwärtigen Trends in der Elektronik ergeben. Dies sind einerseits die steigenden thermischen Massen, andererseits die stetige Miniaturisierung der Baulemente. Der seit 2018 bestehende DKE Arbeitskreis DKE/GUK 682.2 „Thermische Fügetechnik in der Elektronik“ der DKE überarbeitet derzeit die IEC TR 60068–3–12 Ed. 2.0 2014 „Method to evaluate a possible lead-free solder reflow temperature profile“. Zielsetzung ist es, einen Leitfaden für die Erstellung von Temperatur-Zeit-Reflowlötprofilen, insbesondere Hüllkurven zu erarbeiten, der die zeitgemäßen Grenzparameter qualitätsgerechten Reflowlötens berücksichtigt.

Wolfgang Runte, Koh Young Europe GmbH

Lumineszenz und Transparenz, die neue Herausforderung

Neben den Anforderungen an Messungen am transparenten Material werden Oberflächen reflektierender. Waren es früher nur die Quarze und Schirmbleche als Herausforderung, sind es heute hochglänzende Dies die immer häufiger in ganz normalen Fertigungen zu finden sind. Conformal Coating oder Underfill stellen eine weitere transparente Messaufgabe dar. Neben der Verarbeitung von transparenten Materialien gilt es auch die Prozessdaten transparent zu machen und die Einflüsse und Kenngrößen zu visualisieren. Für die neuen zum Einsatz kommenden Technologien ist es notwendig, die präzise Erfassung von Prozesseinflüssen in den Vordergrund zu stellen. Da jede einzelne Kenngröße hierbei entscheidend sein kann, ist eine 100%ige Messdatenerfassung ohne Kompromiss ein absolutes Muss.

Dr. Markus Meier, Zestron Europe

Qualitätsbeurteilung von LED-Modulen in rauen Umgebungsbedingungen

Neben einer Einführung über Ausfall- und Alterungsmechanismen in Polymer-basierten Schutzsystemen gab es auch einen Überblick zu Fehlermechanismen, die über eine unzureichende Reinheit unter dem Schutzsystem begünstigt werden. Nach einem kurzen Einblick über konventionelle Schadgastests wurde ein Qualitätstest auf der Basis von Ioddampf vorgestellt, der es ermöglicht, bereits nach einer Expositionsdauer von drei Stunden kleinste Risse und Penetrationspfade in Verguss- und Moldmassen im Bereich kritischer Metallisierungen der Bauteile und Schaltungen sichtbar zu machen. Der Test sollte mit möglichst geringem apparativem Aufwand bei gleichzeitig möglichst hoher Betriebssicherheit durchführbar sein. (Doris Jetter)

www.epp-online.de/led-meets-smt/



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