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© Rehm Thermal Systems Komponenten | 30 Juli 2014

Mit den Kleinsten Großes bewirken

Sie sind mit dem bloßen Auge kaum richtig zu erkennen und haben Namen wie 03015 oder 01005, aber sie bewirken großartig Neues in der Welt der Elektronik.
Ob Smartphone, Tablet oder LED-Beleuchtung – kleinste SMT-Bauelemente wie Mikrochips, Kondensatoren oder Widerstände sind bei der Herstellung von elektronischen Produkten auf dem Vormarsch. Sie bieten neue technologische Lösungen und fordern die Industrie heraus, Kompromisse zu wagen, um mit der Miniaturisierung Schritt zu halten. Die Firma Rehm Thermal Systems hat diesen Trend zusammen mit namhaften Partnern aus der Branche in einem Seminar diskutiert und neueste Erkenntnisse zur Verarbeitung vorgestellt.

In der Firmenzentrale in Blaubeuren konnten sich die Teilnehmer im ausgebuchten Seminar vom mächtigen Potential kleinster Bauteile überzeugen. Eine Vortragsreihe zum Einfluss der Miniaturisierung auf alle Prozessschritte der Fertigung bot eine fundierte theoretische Basis. Mit einer Live-Schaltung in das Rehm Technology Center wurde die Theorie durch praktische Darbietungen visuell unterstützt.

In anschließenden Workshops demonstrierten die Experten die Verarbeitung und Anwendungsfelder direkt an den ausgestellten Anlagen im Applikations-Center. „Momentan ist 03015 noch eine Technologie der Zukunft. Der Trend zur Miniaturisierung ist aber klar erkennbar“, erklärt Dr. Hans Bell, Entwicklungsleiter bei Rehm. Die Bauteile werden immer kleiner, müssen allerdings bei der Herstellung und in ihrer Funktion trotzdem absolut prozesssicher sein. 03015-Bauelemente sind mit einer Kantenlänge von nur 0,3 x 0,15 mm die derzeit kleinsten Bauteile auf dem Markt

„Die präzise Verarbeitung ist eine Herausforderung für die moderne Elektronikfertigung, die nur in Zusammenarbeit zwischen Kunden und Lieferanten entlang der gesamten Prozesskette sowie durch innovative Entwicklungen zu meistern ist“, so Bell.

Herausforderungen für die Leiterplatte

Die Miniaturisierung von Bauelementen muss bereits beim Layout und der Produktion der Leiterplatte, beachtet werden. Die richtige Materialauswahl und das Herstellungsverfahren können entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften des Boards nehmen. „Zudem müssen wir bei der Gestaltung berücksichtigen, in welchen Abständen wir kleinste Bauelemente auf der Leiterplatte platzieren, damit sie am Ende nicht zu dicht bestückt ist“, sagt Bernd Reißlöhner, Regional Sales bei der Schweizer Electronic AG.

Schablonendesign für komplexe Boards und Rahmenbedingungen für den Druckprozess

Bei der Baugruppenfertigung kann der Druckprozess bis zu 65 % der Fehler verursachen. Ein präzises Layout der Schablone in Kombination mit einem optimalen Auslöseverhalten ist maßgebend für die Qualität. „Damit sowohl große als auch kleinste Lotmengen auf das Board gedruckt werden können, erstellen wir auf Basis des unterschiedlichen Lotpastenbedarfs eine Stufenschablone mit idealen Öffnungslayouts. Wir arbeiten höchst präzise, denn eine gute Schablone erzielt letztlich beste Druck- und Lötergebnisse, selbst bei kleinsten Bauelementen“, erklärt Harald Grumm, Applikationsleiter der Christian Koenen GmbH.

„Für den Druck von 03015-Bauteilen wird eine besonders feinkörnige Lotpaste vom Typ 5 benötigt”, betont Uwe Schäfer, Application Manager bei Ekra. Außerdem stellt der Druckprozess sehr hohe Anforderungen an die Ausricht- und Druckwiederholbarkeit des Schablonendruckers. Die Closed-Loop Regelung der Druckkraft sichert das optimale Volumen der verschiedensten Depotgrößen. „Unsere Systeme sind für solche Prozesse bestens gerüstet“, so Schäfer.

Bestückungsstrategien für 03015-Bauteile auf der Leiterplatte

Ob große Bauelemente wie BGAs und SMD-Trafos oder winzig kleine, wie Widerstände oder Kondensatoren – das Bestückungssystem muss letztlich so flexibel sein, dass alle Arten von Bauelementen zuverlässig auf exakt der richtigen Position der Leiterplatte platziert sind. „Mit einem speziell entwickelten Bestückkopf und Sonderpipetten, die spezifischen Geometrien folgen, meistern wir die Herausforderung optimal, wenn es um die höchst genaue Bestückung kleiner Bauteile geht“, beschreibt Norbert Heilmann, Technology Scout im SIPLACE Team bei ASM Assembly Systems.

03015-Bauteile erfordern eine schnelle Positionierung auf dem Board bei geringen Bestückkräften, damit die Elemente nicht verdreht oder versetzt werden. ASM hat eine Software entwickelt, welche die Positionierung der Bauteile auf der Platine genau definiert und so eine zu enge Bestückung vermeidet.

Löten komplexer Boards

„Für die Lötbarkeit spielt die Bauteilgröße eine untergeordnete Rolle. Die Herausforderung für uns ist es, die Temperaturunterschiede zwischen den größten und den kleinsten thermischen Massen auf der Platine so gering wie möglich zu halten, um eine hohe Prozessfähigkeit zu generieren“, erklärt Helmut Öttl, Leiter Applikation und Projektmanagement bei Rehm.

Dies gelingt mit einer gleichmäßigen Wärmeverteilung in den Konvektions-Lötanlagen, die durch getrennt regelbare Prozesszonen und flexible Lüfterfrequenzen optimal auf das Verfahren abgestimmt sind. Außerdem steht eine Vielzahl anderer Lötanlagen zur Verfügung, z.B. Kondensations-Lötsysteme, Anlagen mit Kontaktwärme und die Möglichkeit des Einsatzes verschiedener Atmosphären – von Stickstoff, Formiergas und Ameisensäure bis hin zum Löten unter Vakuum. Mit dieser Flexibilität können nahezu alle Baugruppen, unabhängig von ihrer Bauteilgröße, auf den Rehm Systemen bearbeitet werden.

Zur zuverlässigen Reparatur von Leiterplatten und für die fachgerechte Reinigung stehen im Technology Center bei Rehm zusätzlich eine Rework-Station der Firma ZEVAC und eine Reinigungsanlage von Kolb Cleaning Technology für weitere Anwendungen bereit.

Um den Anforderungen kleinster Bauelemente in Zukunft gerecht zu werden, sind gemeinsame, innovative Ideen zentral. „Am Ende zählt das Ergebnis – und das ist ein perfekt funktionierendes Produkt. Zum Ziel kommen wir beim Thema Miniaturisierung nur im Erfahrungsaustausch. Wir freuen uns auf weitere Projekte dieser Art, die wir zusammen mit unseren Partnern realisieren können“, fasst Geschäftsführer Johannes Rehm zusammen.


Die Firma Rehm widmete sich gemeinsam mit Partnern aus der Branche dem Trend zur Miniaturisierung in der Elektronikfertigung: (v.l.) Bert Schopmans (Kolb Cleaning Technology), Christoph Öckl (ASM Assembly Systems), Uwe Schäfer (Ekra/Asys Group), Norbert Heilmann (ASM Assembly Systems), Helmut Öttl (Rehm Thermal Systems), Bernd Reißlöhner (Schweizer Electronic AG), Dr. Hans Bell (Rehm Thermal Systems), Urs Ackermann (ZEVAC), Harald Grumm (Christian Koenen) und Janos Tolnay (ZEVAC) (Foto: © Rehm Thermal Systems).

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