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EMS Dienstleister ist für die Zukunft gerüstet

Klimasichere Baugruppen durch Reinigen und Lackieren
EMS Dienstleister ist für die Zukunft gerüstet

Die digitale Transformation unserer Welt schreitet mit mittlerweile kaum noch vorstellbarer Geschwindigkeit voran. Ob auf der produzierenden Seite, in der Medizin, der Kommunikation, der Finanzbranche, dem Handel, dem privaten Umfeld – überall und flächendeckend. Von Industrie 4.0 und Maschinenlernen über selbstfahrende Autos und Züge, über automatisierte Drohnenlieferung, das Smartphone im Kleidungsstück, den implantierten Personalausweis bis hin zum digitalen Assistenten im Haus.

Bisher waren Computer schnell – und dumm. Nun werden sie schlau – und noch viel schneller. Künstliche Intelligenzen werden also immer mehr hochkomplexe Aufgaben übernehmen. Die bestgeschulteste, präziseste und unermüdlichste Fachkraft wird der Roboter werden. Der wiederum je nach Bedarf andere Roboter baut. Zukunftsmusik? Ganz sicher nicht. Und was noch sicher ist: Ohne ausfallsichere Elektronik kann die digitale Transformation leicht zum Horrortrip werden.

Vor allem wo hochkomplexe Komponenten und Prozesse für Sicherheit, Gesundheit und Schutz von Menschen sorgen sollen, wie etwa in der Medizin oder im zunehmend autonomen öffentlichen Verkehr und wo sensibelste Elektronik in diffizilen und teuren Geräten so robust und langlebig sein muss, dass sie sich garantiert gewinnbringend amortisiert – dort ist Ausfallsicherheit eine, wenn nicht die entscheidende Grundvoraussetzung.

Die für digitale Leistungen notwendige Hardware unterliegt dem permanenten Druck, immer kleiner und kompakter zu werden. Hätte man, um die Leistungsmöglichkeiten einer heutigen Limousine der Oberklasse zu realisieren im Jahr 2000 noch einen mit Elektronik vollgestopften Hänger ankoppeln müssen, kann diese Performance heute von wenigen Kubikzentimetern Elektronik-Hardware abgerufen werden. Innerhalb der vergangenen zehn Jahre hat sich die Größe solcher Hardware um mehr als 70 % verringert. Vor einem Jahrzehnt lagen die Potentialabstände auf einer Leiterplatte noch mehrere Millimeter bis Zentimeter auseinander, fingernagelgroße Baugruppen galten als Miniatur.

Der Integrationsdichte und Miniaturisierung
Rechnung tragen

Baugruppen heute müssen immer mehr Leistung auf immer kleinerem Raum realisieren. Das bedeutet aber auch, dass die Abstände von stromführenden Bauteilen immer geringer werden. Die exponentiell steigende Leistungsfähigkeit und fortschreitende Miniaturisierung von Baugruppen kann jedoch wesentlich eher dazu führen, dass Fehlströme bzw. Kurzschlüsse zwischen Leiterbahnen entstehen. Hochpräzises Löten ist eine Voraussetzung, um diese Gefahr auszuschließen.

Das Verbleiben von aktiven und inaktiven Flussmittel- und Pastenrückständen mit Bestandteilen wie Kolophonium oder synthetischen Harzen als Bindemittel lässt sich damit allerdings nicht verhindern. Aus den Harzen können Säuren austreten und durch Dissoziation zu elektrolytischem Wasser führen – ein Ausfall durch Kurzschluss ist damit vorprogrammiert.

Eine weitere Ausfallquelle ist ein Kurzschluss zwischen zwei Leiterbahnen durch Dendritenwachstum als Folge ionischer Kontamination. Hier können Metallkristalle von Anode zu Kathode wachsen und so einen Stromfluss erzeugen, der den Ausfall einer kompletten Baugruppe bedeuten kann. Man möchte weder in einem Flugzeug noch in einem Schnellzug sitzen, wenn das passiert.

Ebenso können Oxide sowie Fette oder Stäube die perfekte Bildung intermetallischer Verbindungsphasen beim Drahtbonden verhindern. Metalloberflächen neigen unter Atmosphäre zur Oxidbildung, insbesondere unter der erhöhten Temperatur des Lötprozesses. Dies betrifft dann u.a. sowohl die Oberflächen der Lötpads als auch die Bauteilanschlüsse. Die Oxide auf den Oberflächen werden durch die Flussmittel aktiviert und während des Lötvorganges nach außen in den Flussmittelhof gespült und dort eingebunden.

Um also mögliche Produktionsausfälle, vor allem aber Funktionsausfälle im späteren Betrieb zu verhindern, ist neben dem Löten das präzise Reinigen der Baugruppe eine weitere Voraussetzung.

Zuverlässige Baugruppen durch Reinigung

Damit Baugruppen in ihrem späteren Einsatzgebiet vor Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit / Betauung, Umgebungstemperaturen, Verschmutzung, aggressiven Gasen, die ebenfalls zu Fehlfunktionen bzw. Ausfällen führen können, geschützt sind, gibt es einen dritten grundlegenden Produktionsvorgang: das Vergießen oder Lackieren. Schutzlacke steigern Qualität und Lebensdauer der Produkte, und machen sie „klimasicher“. Klimasicherheit ist längst kein Anspruch mehr, der nur Bereichen wie Aerospace oder Automotive vorbehalten ist, sondern der heute unser ganz alltägliches Leben betrifft , in dem immer extremere klimatische Ereignisse bald schon zur Tagesordnung gehören.

Die Gründe für das Reinigen von Baugruppen zusammengefasst:

  • Vermeidung elektrochemischer Migration
  • Vermeidung von Leckströmen
  • Vermeidung von Spannungsüberschlag
  • Vermeidung von Korrosion
  • Beseitigung von Oxidation
  • Sicherstellung der Benetzungsfähigkeit der Baugruppen vor dem Lackieren

Allerdings ist die Reinigung moderner Hochleistungselektronik eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe. Die wichtigsten Prämissen seien hier genannt:

1. Reinigerfluidität

Die geringen Bauteilabstände zur Leiterplatte (Low Stand-Offs) wie Doppel-MOSFETs, Leistungs-QFNs etc. erfordern Reiniger mit einer extrem niedrigen Viskosität, um auch schwer zugängliche Stellen erreichen und reinigen zu können. Abhängig ist das Kriechverhalten eines Mediums von seinen Inhaltsstoffen und der Oberflächenspannung. Je niedrigviskoser ein Medium ist, desto besser kann es kriechen, desto kleiner ist in der Regel seine Oberflächenspannung.

2. Reinigereffizienz

Vor allem da Reinigen ein indirekt wertschöpfender Prozess ist, sollte er so kosteneffizient wie möglich sein. Neben niedrigen Kosten und hoher Standzeit zeichnen sich effiziente Reiniger dadurch aus, dass sie ihr Wirkungsspektrum inklusive Fluidität schon bei Temperaturen zwischen 20 °C und 40 °C voll entfalten.

3. Prozesssichere Reinigungssysteme

Die zum Reinigen von Baugruppen vor der Klimasicherung eingesetzten Reinigungsanlagen müssen sowohl im Bereich Hard- als auch im Bereich Software so ausgestattet sein, dass sie in individuell einstellbaren, reproduzierbaren Prozessen hochempfindliche Elektronik gründlich und gleichzeitig materialschonend reinigen.

4. Maschineneffizienz und Umweltschutz

Moderne Elektronikreinigungsanlagen sollten mit Niedrigtemperaturreinigern perfekt harmonieren und Trocknungen bieten, die Low Stand Offs auch an den unzugänglichsten Stellen sicher trocknen. Solche Anlagen sind heute zunehmend mit Wassermanagementsystemen ausgestattet, nicht nur um das Spülwasser vielfach verwenden zu können, sondern auch um verbrauchtes Spülwasser umweltgerecht und kostengünstig zu entsorgen.

Die hohen Ansprüche an die Fertigungsqualität von elektronischen Leistungskomponenten werden logischerweise von den Endproduzenten an deren Zulieferer und von diesen gegebenenfalls wieder an ihre Lohnfertiger weitergegeben. Demensprechend findet man in diesem Bereich nicht ganz zufällig neuestes Produktionsequipment, denn die Auslieferung fehlerhafter Bauteile kann hier leicht einen Großkunden kosten und damit existenzbedrohend werden.

Sicherstellung höchster Qualität

Ein solcher Vorzeigedienstleister ist die Fercad Elektronik GmbH im oberbergischen Wiehl, gut 40 Minuten vom Flughafen Köln/Bonn entfernt. Das eignergeführte Familienunternehmen steht seit mehr als 25 Jahren für Full Service rund um die SMD- und THT-Bestückung – von der Hard- und Softwareentwicklung, Materialbeschaffung, Programmierung von Bauteilen über die Bestückung, optische und elektrische Prüfung und Lackierung bis zum fertigen Produkt. Um sowohl die hohen Anforderungen seiner Kunden zu erfüllen, als auch gewinnbringend wirtschaften zu können hält das Unternehmen seinen Maschinenpark seit jeher auf dem neuesten Stand.

Für die Fertigung von klimasicheren Baugruppen bietet Fercad seinen Kunden seit neuestem u.a. ein AQUBE XH9 Reinigungssystem mit integriertem WPSDIU Wassermanagement-Modul von kolb Cleaning Technology GmbH sowie ein Protecto Conformal Coating System von Rehm Thermal Systems GmbH.

Der kolb AQUBE XH9 ist ein vollautomatisches XXL Hochvolumen Feinstreinigungssystem für Baugruppen, Hybride, SiPs etc. mit einer Leistungskapazität von 860 (19 m²) Eurokarten in einem Reinigungszyklus. Die parallel arbeitende Konfiguration von drei Tanks und drei separaten Kreisläufen sowie Closed Loop Wasseraufbereitung erlaubt sehr kurze Taktzeiten und hält die Betriebskosten niedrig. Das integrierte Wassermanagement-Modul WPSD IU verwendet das patentierte von kolb entwickelte HME-HMA Verfahren zur Metallausfällung aus alkalischen Spülwässern mit hohen gelösten oder ungelösten Schwermetallgehalten wie Blei, Zinn, Silber und Kupfer. Damit wird das Prozesswasser so aufbereitet, dass es in ein öffentliches Abwassernetz indirekt eingeleitet werden kann.

Mit dem multifunktionalen Lackapplikator des Rehm Protecto Coating Systems können Schutzlacke je nach Anwendung durch Sprühen, Dispensen oder Jetten aufgetragen werden, auch in engsten Räumen zwischen den Bauteilen.

„Mit diesen Ergänzungen unseres modernen Maschinenparks sind wir technologisch bestens gerüstet für die Aufgaben, die die digitale Transformation unseren Kunden stellt“, sieht sich Geschäftsführerin Waltraud Aumüller mit ihrem Team gut gerüstet für zukünftige Ansprüche des Marktes. Und nicht nur das. Die Fercad-Mitinhaberin ist überzeugt, dass ihr Unternehmen wie z.B. durch die maschinelle Prozesswasserbehandlung beim Reinigen auch im Bereich Umweltmanagement auf dem richtigen Weg ist: „Wir sind überzeugt, dass der effiziente Einsatz und die Wiederverwendung von natürlichen Ressourcen in Zukunft noch entscheidender wird, sowohl für die Umwelt als auch für die gesamte Betriebsmitteleffizienz.“

www.kolb-ct.com; www.fercad.de

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