Elektroniktechnologie-Kolleg 2011

Das in einer zu dieser Jahreszeit absolut ruhigen Gegend von Mallorca stattfindende Elektroniktechnologie-Kolleg 2011 bot wieder einmal jede Menge ausgesuchte Informationen mit insgesamt 11 Vorträgen und 4 Workshops zu aktuellen Themen – in diesem Jahr rund um die Thematik neue Technologien. Spätestens in den nachmittäglichen 4 Workshops wurde deutlich, wie wichtig der Umgang mit diesen neuen Technologien und innovativen Ideen mittlerweile geworden ist.

Als Moderator des Elektroniktechnologie-Kollegs fungierte – wie in den veergangen Jahren auch – Dr. Hans Bell. Er und sein Team hatten sich sehr viel Mühe gegeben, um über den Tellerrand des Alltäglichen hinaus Vortragsthemen anzubieten, die zwar täglich angeschnitten, aber kaum tiefer hinterfragt werden.

Innovationsfluss eher zäh

Deutsche Elektronikhersteller tun sich scheinbar schwer, Innovationen in Gang zu setzen, wenn sie nicht gerade von außen nämlich durch ihre Kunden dazu veranlasst werden. Doch eigentlich sind wir in Deutschland und Mitteleuropa angesichts der globalen wirtschaftlichen Situation geradezu gezwungen, stetig innovative Ideen und neue Produkte zu entwickeln, wenn der Rest der Welt nicht noch mehr an uns vorbeiziehen soll.

Wer den globalen Innovationsindex (GII) der Global Innovation Index-Organisation interpretieren möchte, den Dr. Hans Bell in seiner Einführung erwähnte, muss sich darüber Gedanken machen, warum Deutschland nur noch am Platz 16 steht und mächtig gegenüber anderen Industrienationen an Boden verloren hat.

Treibende Kraft, so Dr. Hans Bell, sei global gesehen u. a. die Elektromobilität. Doch solange der Preis für ein typisches Elektro-Automobil immer noch 5.500 Euro höher als die Benzinmotorvariante ist, wird man nicht viel weiter kommen.

Die Organisatoren und Sponsoren

Das ungebrochen stetige Interesse am Elektroniktechnologie-Kolleg mag zunächst an den sorgfältig ausgesuchten Fachvorträgen und den interessanten Workshops liegen. Anderseits haben sich die 10 Sponsorenfirmen, die mit ihren Anlagen und Materialien die gesamte Bandbreite der SMT abdecken, redlich bemüht, den Charkter einer Verkaufsveranstaltung tunlichst zu vermeiden. Zu diesen Sponsoren gehörten 2011 ASM AS, Asys, Balver Zinn, Ekra, Chr. Koenen, Koenen, Kolb, Rehm und Zevac.

Organisator war das Team um die TBB Technologie Beratung Bell mit Franziska Bell; TBB, und Nicole Egele, Asys, die die planerischen und inhaltlichen Topics bestens vorbereitet und umgesetzt haben.

Neue Bauformen – kleinere Rastermaße

Zu den „Herausforderungen bei der Verarbeitung neuer Bauformen“ berichtete Ulrich Niklas, Zollner, Zandt. Was uns erwartet, sind einschneidende Veränderungen: Der QFP-Pitch schrumpft von 0,5 auf 0,35 mm, bei BGAs und LGAs von 1,0 auf 0,5 mm, während CSPs auf 0,3 mm Raster schrumpfen werden. Auch bei QFNs lässt der Schritt von 0,5 mm auf 0,3 mm Pitch nicht mehr lange auf sich warten. Noch rasanter entwcikeln sich die Abmaße der Zweipoler: Laut Murata beginnt bereits 2012 die Ära der 01005-Nachfolger mit 0,2 mm x 0,1 mm Grundmaß.

Die Entwicklung bei zweipoligen BauelementenMurata

Das erfodt nicht nur eine immer exaktere Prozessführung, sondern auch eine genaue Kenntnis und Abwägung der Prozessgrenzen bei der Bauteilauswahl.

Beim Test besteht ein klarer Trend zu kombinierten AOI-AXI-Lösungen.

Temperatur und Feuchte

Der „Einfluss von Feuchte und Temperatur auf die Zuverlässigkeit von Packaging-Materialien“ erfordert laut Dr. Hans Walter, Fraunhofer IZM, Berlin, eine genauere Betrachtungen der beteiligten Werkstoffe, u. a. des viskoelastischen Verhaltens. Die Entwicklung von Physics-of-Failure-basierten Lebensdauermodellen erfolgt auf der Beschreibung des Schädigungsverhaltens, was den Fehlermechanismus beschreibt, und des realen Werkstoffverhaltens. Hierzu sind sowohl experimentelle als auch simulative Methoden als Funktion relevanter Lastbedingungen erforderlich. Neben den Standard-Messmethoden werden kombinierte Belastungstests (Temperatur/Feuchte/Vibration) immer wichtiger, wie sie im Fraunhofer IZM in Berlin druchgeführt werden können.

Moderne Steckverbindersysteme

Die „Anforderungen an moderne Steckverbindersysteme“ gestalten sich laut Michael Tschan, Erni, Adelberg, nicht gerade trivial. Die Hertz´sche Flächenpressung beschreibt zwar die charakteristische Spannungsverteilung zwischen zwei gekrümmten Körpern und damit die Flächenpressung, der Teufel liegt aber im Werkstoff-Detail. Je nach Anforderung kommen Zinn, Silber oder Gold-Palladium als Kontaktoberfläche zum Einsatz.

Übrigens profitiert man bei Erni seit kurzem auch davon, dass die Erni Electronic Solutions GmbH als Tochter der Erni Europe Holding als EMS in der eigenen Firmengruppe agiert und vor allem bei der Einpresstechnik von Backplanes ihre Erfahrungen an die Steckverbinder-Designer zurückgeben kann.

Plasmabeschichtete Schablonen

Über „Erfahrungen beim Serieneinsatz von plasmabeschichteten Schablonen“ berichtete Gert Franke, Hella, Hamm. Dabei geht es um ein besseres Auslöseverhalten der Lotpaste und eine entsprechende Anpassung des Schablonenlayouts an reduzierte Padabmessungen im Finepitch–Bereich. Man kann sogar die Schablonendicke für die Realisierung der differenzierten Lotvolumina erhöhen, dabei Stufenschablonen vermeiden und eine konstantere Druckperformance erhalten. Dazu kommt eine geringerer Reinigungsbedarf bei der Schablone selbst. Das führte bei Hella zu einer Reduzierung der prozessbedingten Stillstandszeiten des Druckers um bis zu 50 % je Reinigungsvorgang, also eine Verdopplung der Reinigungsintervalle. Die Transfereffizienz liegt auch bei Area Ratio <0,66 und/oder Aspekt Ratio <1,5 noch bei größer 80 %. Der mechanische Verschleiß der Beschichtung ist mit einer Änderung der Oberflächenspannung von 28 auf ca. 38 mN/m verbunden, wobei die Beschichtung in den Schablonen-Innenwandungen erhalten bleibt. Eine Lasergeschnittene, elektropolierte Schablone liegt bei 66 mN/m.

Rhetorisch argumentieren

Für Prof. Dr. Ruedi Käch, School of Business, Olten, Schweiz, bedeutet Rhetorisch argumentieren das Bemühen, einen Meinungstransfer zu realisieren, bei dem die andere Seite von etwas überzeugt wird, die Argumentation greifbar und nachvollziehbar wird und im Gedächtnis des Gegenüber „verankert“ bleibt. Dabei seien Verpackung und Inhalt zweierlei – sie ergänzen sich aber. Sprache, Körpersprache und Wirkung wirken immer gemeinsam, zu 72 % aber über den Körper, zu 19 % über die Sprechwerkzeuge und nur zu 9 % über den Inhalt.

Wärmemanagement

Zum Thema „Thermisches Management in der Eelektronik“ referierte Prof. Dr. Johann Nicolics, TU Wien, Wien. Die TU Wien arbeitet zusammen mit weiteren Partnern an der systematischen Entwicklung von Analysemöglichkeiten bezüglich des thermischen Verhaltens elektronischer Komponenten und beteiligt sich auch an einschlägigen Tutorials zum Thema Thermal Engineering of Power Electronic Systems, wie in Erlangen im Juli und Oktober 2011.

Untersucht wurden u. a. die bereits vor 10 Jahren entdeckte Funktion des Nanofoil: „Die Nanofoil bezeichnet einen in Sputtertechnik hergestellten Multilayer aus Tausenden von nanometer dicken Nickel- und Aluminiumschichten, welche abwechselnd aufeinander abgeschieden werden. Eine Nanofoil enthält eine hochkonzentrierte Reaktionsenthalpie, welche bei einer stark exothermen, selbst ablaufenden Rekristallisation in Millisekunden freigesetzt werden kann. Eine freitragende Nanofoil mit einer Gesamtdicke von nur einigen zehn Mikrometer kann dabei Temperaturen von weit über 1.000 °C erreichen oder aber – was im Anwendungsfall zutrifft – ihre Wärme in Sekundenbruchteilen an eine Lotschicht abgeben und einen Lötvorgang ermöglichen.“ Als „Initiator“ für das Reaktivlöten mit Nanofoil kommt ein Laserimpuls zum Einsatz.

Thermografische Abbildung einer LED.TU Wien AEM ISAS

Neben vielen weiteren Projekten wird aktuell die hochauflösende Thermografie mit verschiedenen Wellelängen und deren Auswirkungen untersucht.

Biokompatible Elektronik

Wie PD Dr.-Ing. Jürgen Uhlemann, TU Dresden, Dresden, betont, ist das Thema „Biokompatible Elektronik“ eine Frage danach, wie es um die Verträglichkeit von Materialien z.B. direkt im menschlichen Blut steht. An der TU Dresden werden u. a. Versuchanordnungen und Analyseverfahren entwickelt, die es erlauben Materialverträglichkeiten – sprich toxologische Unbedenklichkeit – genau festzustellen.

„Anwendungen von aktiven Elektronikprodukten in biologischer Umgebung werden dabei durch In-Vitro- und In-Vivo-Untersuchungen simuliert und führen zu Entscheidungshilfen für eine zweckmäßige Materialauswahl. Modellumgebungen und dynamische Beanspruchungen von Demonstratoren liefern Informationen über parameterabhängige Degradationsprozesse der Elektronikmaterialien. Der Entwicklungsprozess von Medizinprodukten erfordert“ so Dr. Uhlemann „eine besondere Gestaltung biokompatibler Grenzflächen (Einhausung/Passivierung). Die Materialauswahl wird von der zukünftigen Anwendung des Produktes und von der Nutzungsdauer bestimmt. Die vom Gesetzgeber geforderte Produktsterilisation führt zu Materialeigenschaftsänderungen im Elektronikprodukt (funktionelle Einflussnahme) und im Einhausungsmaterial. Das Sterilisationsverfahren ist dem Anwendungszweck des Produktes entsprechend zu auszuwählen.“

Gedruckte Elektronik

Den „Status und Applikationen für gedruckte Elektronik“ erläuterte Klaus Ludwig, PolyIC, Fürth. Die Firma stellt kundespezifische Lösungen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, teilweise in hohen Stückzahlen, her. Kernthema ist zurzeit das Drucken von Logikschaltungen. Weitere Geschäftsfelder sind Polyid, also gedruckte RFID-Lösungen, und Polylogo, sogenannte Printed Smart Objects, die auch einfache Displays enthalten. Als 4. Standbein produziert man kundenspezifische, leitfähige und transparente Folien, wie z. B. für Touchscreens, für den industriellen Bereich.

Elektronikintegration in Textilien

Christine Kallmayer, Fraunhofer IZM, Berlin, referierte zum Thema „Elektronikintegration in Textilien“. Dabei gehe es nicht um das Integrieren von Elektronik in Textilien, sondern um die Nutzung von Textilfasern als Leiter, sozusagen die Textil-integrierte Verdrahtung (Bild 11). Das können mit Silber beaufschlagte Polyimidfasern sein, die an Druckknöpfen enden, an denen wiederum eine Batterie „angeschlossen“ wird. Letztendlich ginge es darum, dass sich Textilfachleute und Elektroniker soweit zusammentun, dass Synergien zu völlig neuen Ideen führen.

Textil-integrierte Elektronik, entwickelt am Fraunhofer IZMFraunhofer IZM

Übrigens: Das klassische Transfermolding als Chipabdeckung von beiden Seiten der Textilie funktioniert und waschen lassen sich solche Teile auch unter ganz normalen Bedingungen.

Elektronik auf Glas

Markus Karbach, Fela Leiterplattentechnik, Schwenningen, berichtete über die Aktivtäten der Felam Glasline, die elektronische Schaltungen auf Flachglas fertigt, indem klassische Leiterplattentechnik mit einem Hinterglas-Siebdruck von grafischen Elementen kombiniert wird. Daraus entstehen dann kundenspezifische Eingabesysteme auf der Grundlage von Kupferbasierten Sensoren, die auf Fingerannäherung reagieren. Ein hohes Epsilon r ermöglicht eine große Bandbreite der Empfindlichkeit und die Bestückung erfolgt auf der Rückseite des Glaseingabesystems. Dadurch erfolgt die Wandlung des analogen Signals in der Nähe des Sensors. So entsteht ein modulares System optional mit Beleuchtung und Rahmen.

Nanotechnologie in der Elektronik

„Nanotechnologie in der Elektronik“ ist, so Günter Grossmann, EMPA, Dübendorf, Schweiz, eigentlich im klassischen Mikroprozessor heute schon Alltag. Was man bei solchen Strukturen im Nanometer-Bereich nicht außer Acht lassen darf, sind die Besonderheiten, mit der Schichten von nahezu nur noch 1 Atomalge mit anderen Atomen (Materialien) reagieren. Es kommt die Quantenmechanik ins Spiel. Wir nähern uns dem Zeitalter der molekularen Elektronik mit OLED, E-Paper, Solarzelle, gedruckten Schaltungen, in der diese Quantenmechanik eine wesentliche Rolle spielt. 

Die Nanowelt Office of Basic Energy Sciences BES/U.S. Department of Energy

(hb)