Technologietage: Hohe Druckqualität trotz Miniaturisierung im Visier

Thomas Lehmann von Christian Koenen moderierte eloquent den Technologietag. Marisa Robles

Der Apfel traf sein geniales Haupt. Diese kleine Ursache inspirierte den britischen Mathematiker, Physiker und Astronom Isaac Newton vor gut 250 Jahren zu seinem monumentalen Gravitationsgesetz. In Anlehnung an einer der berühmtesten Anekdoten der Wissenschaftsgeschichte, erläuterte Thomas Lehmann, Leiter CAD/CAM-Kundenbetreuung von Christian Koenen, welchen Herausforderungen sich die moderne elektronische Baugruppenfertigung stellen muss: Entscheidungen, die getroffen werden – sei es der korrekte Lotpastentyp oder Schablontechnologie  – haben zwangsläufig eine große Auswirkung auf die Baugruppenfertigung und damit auf die Zuverlässigkeit des Produkts. Ein vermeintlich kleiner Fehler (Ursache) kann fatale Folgen – also eine große Wirkung – haben.

Auch Christian Koenen, Geschäftsführender Gesellschafter, ließ es sich nicht nehmen, die Teilnehmer und Referenten zu begrüßen wie etwa Hubert Ruf von Rohde & Schwarz. Marisa Robles

Daniel Rudolph, Applikations-Experte von Christian Koenen führte durch den Application-Center. Marisa Robles

03015m leichter verarbeiten

Torsten Vegelan stellte die Multistep-Drucklösung vor.... Marisa Robles

Um diesen Effekt bei seinen Kunden zu minimieren und für eine konstant hohe Druckqualität zu sorgen, beobachtet Christian Koenen die Entwicklungen der elektronischen Baugruppenfertigung sehr genau und beteiligt sich regelmäßig an Forschungsprojekten. Darüber hinaus ist das Unternehmen auch in Arbeitskreisen aktiv. Schließlich spielt der Lotpastenauftrag eine zentrale Rolle, hängen doch davon die weiteren Prozessschritte entlang der SMT-Fertigung ab. Der sich seit einigen Jahren vollziehende Trend hin zu immer kleineren Bauteilen, gepaart mit einem immer größer werdenden Mix an Bauteilen auf dicht gepackten Schaltungsträgern, stellt die Elektronikfertigung stetig vor Herausforderungen. Immer mehr komme der Lotpastentyp 4 zum Einsatz und auch Typ 5 findet zwangsläufig vermehrt Anwendung, betont Lehmann. Wichtig sei dabei auch, stets den ganzheitlichen Prozess im Blick zu haben, um die richtige Pastenklasse auszuwählen.

Im Zuge eines 03015m-Projekts haben die Experten von Christian Koenen „nicht nur eine Menge dazugelernt, sondern auch eine neue Formel entwickelt“. Dadurch, dass Lotpastentypen mit immer feinerer Körnung zu Einsatz kommen werden, gilt es künftig vermehrt zu beachten, „wie viele Kugellagen sich denn übereinander“ befinden. Denn bei der Verarbeitung solcher Staubkörner wird nicht nur der Aspekt Ratio interessant, sondern vor allem die Schablonendicke. Kommt beispielsweise bei einer etwa 40 µm dünnen Druckschablone der Lotpastentyp 3 zum Einsatz, wird das Lötergebnis bei einer Kugellage mit nur einer Kugel nicht gut ausfallen: Deshalb hat Christian Koenen eine neue Formel entwickelt, die die Auswahl der Lotpastenklasse erleichtern soll und ein reproduzierbares Ergebnis mit hoher Druckqualität im Fertigungsprozess erreichbar wird.

Die ganze Welt der Schablonen für eine hohe

Druckqualität

...und zeigte anschaulich, wie groß und flexibel 1,50 m lange Substrate sein können. Marisa Robles

Wie reagiert ein Schablonenhersteller auf die sich veränderten Anforderungen der elektronischen Baugruppenfertigung? Interne Prozesse zur Qualitätssicherung greifen bei Christian Koenen bereits bei der Wahl der Edelstahlrohlinge und Polymermaterialien für die nachfolgende Schablonenproduktion. 40 bis 70 Arbeitsschritte sind notwendig, um aus dem Rohmaterial das Präzisionswerkzeug Metallschablone beziehungsweise SMT-Schablone herzustellen. „Die Exaktheit unserer Schablonen ermöglicht größere Prozessfenster und damit eine hohe Druckqualität“, erklärt Lehmann und verweist gleichzeitig auf die verschiedenen, optionalen Oberflächenverfahren, die entwickelt wurden, um das Auslöseverhalten, die Performance sowie die Standzeit der SMD-Schablonen erheblich zu erhöhen. Die vorgestellte Ranking-Liste der im Applikationscenter erarbeiteten Lösungsansätze zeigen anschaulich, wie sensibel der SMT-Prozess sein kann. Minimale Substratunebenheiten, Voiding durch Microvias, Lotperlen am Bauteil, unterschiedliche Padgeometrien oder Probleme beim Kleberdruck und die Schablonenreinigung sind bestimmende Themen, die im Applikationscenter anwendungs- und kundenspezifisch analysiert und entsprechende Lösungen erarbeitet werden.

Diese Kundenanforderungen befeuern die eigene Weiterentwicklung. Und so kündigt Thomas Lehmann an, dass derzeit zwei neue Technologien evaluiert werden. Einerseits geht es um eine besondere Behandlung auf der Rakelseite, andererseits um ein spezielles Hightech-Material für Präzisionsschablonen. In den letzten Jahren wurde im Bereich des Schablonenmaterials immer weiter geforscht und entwickelt. Gerade der Bereich Nickel war sehr ausbaufähig. Mit CK Nanovate Nickel hat Christian Koenen nun ein bewährtes Produkt aus dem Bereich Luft & Raumfahrt in die Produktpalette aufgenommen. Im Vorfeld wurden umfangreiche Tests im Application-Center durchgeführt, um eine hohe Druckqualität sicherzustellen. Auch einige Kunden haben das Material bereits im Einsatz und es laufen Testphasen mit hervorragenden Ergebnissen.

Torsten Vegelan von Ekra führt den Lotpastendruck auf dem Schablonendrucker Ekra X5 Professional vor. Marisa Robles

Besonders hervorzuheben ist, dass durch kleinere Korngrößen und ein besseres Laserschneidverhalten das CK Nanovate Nickel ein außergewöhnliches Pastenauslöseverhalten aufweist, was insgesamt zu höheren Erträgen und niedrigeren Kosten führt. Die Druckdepots werden durch die schärferen Schnittkanten auf der Leiterplattenseite viel besser abgedichtet. Die Schablonenstandzeit verlängert sich durch die verbesserte Härte und Duktilität erheblich. Bei unebenen Leiterplatten wird die Entstehung von Wellen in der Schablone verhindert. „Das neue Schablonenmaterial eignet sich für spezielle Anwendungen und ist eine gute Ergänzung zu unserem Produktportfolio“, ergänzt Lehmann.

Die Experten rundum die Schablonenreinigung (v.l.n.r.): Bert Schopmans (Kolb Cleaning Technologies), Roger Volz-Goal (GSM Goal Maschinen & Service) und Andreas Kamm (Semtech). Marisa Robles

Mit dem Umbau ist der Application Center in den dritten Stock umgezogen und bietet genügend Platz für die gesamte Nachbildung des SMT-Prozesses. Marisa Robles

Hat schon Tradition: Live aus dem Application Center konnten die Teilnehmer die einzelnen Prozessschritte bequem vom Sitzplatz aus verfolgen. Marisa Robles

In enger Zusammenarbeit mit der zur Asys-Group gehörenden Ekra hat Christian Koenen eine Multistep-Schablone genannte Stufenschablone für den Lotpastenauftrag von extralangen Leiterpatten entwickelt. Mit der von Ekra konzipierten Drucklösung Multistep für LED-Großformate ist erstmalig eine Verarbeitung von übergroßen Leiterplatten in einer schrittweisen Bedruckung möglich. Die Drucklösung, die auf dem Drucksystem Serio 4000 aufsetzt, ist eine neue Methode zur hochgenauen Bedruckung von Boards mit einer Länge von bis zu 1,50 m, erläutert Thorsten Vegelahn, Produktmanager von Ekra: „Bei der Bedruckung von langen Boards kann man immer wieder einen Verzug beziehungsweise Stretchingeffekte über das gesamte Layout feststellen. Mit dem Multistep-Drucker sind wir in der Lage diese Stretchingeffekte signifikant zu reduzieren.“ Wie funktioniert Multistep? Die Basis bildet ein Druck in mehreren Segmenten. Das heißt, die Leiterplatte wird aufgeteilt in drei Teilstücke. Diese werden zur Schablone ausgerichtet und dann bedruckt. Das Ergebnis ist ein hochgenauer Druck über das gesamte Layout hinweg. Auch ist mit der Multistep-Lösung eine Verarbeitung von nicht symmetrischen großformatigen Leiterplatten möglich. Parallel dazu lässt sich das flexibel einsetzbare System jederzeit für die Produktion von kleineren Leiterplatten ohne Taktung einsetzen.

Live-Demo und Firmenrundgang

Abgerundet wurde der Technologietag durch zwei weitere Vorträge: Michael Dill und Hubert Ruf von Rohde & Schwarz Memmingen erläuterten, wie TPM im Memminger Werk von Rohde & Schwarz in der Baugruppenfertigung eingeführt wurde. Das Akronym steht für Total Productive Management und ebnet den Weg zur Null-Fehler-Produktion. Im Jahr 2013 wurde mit einem Team die Basis hierfür gelegt. Erleichtert wurde die Umsetzung, weil sich Anwendung von bereits aus der Lean-Production bekannten Methoden in den einzelnen TPM-Handlungsfeldern umsetzen ließen. Schließlich berichtete Dr. Michael Brüggemann von Infineon Technologies wie Industrie 4.0 die Entwicklung im Halbleiterbereich beeinflusst.

Die Teilnehmer hatten zudem Gelegenheit via einer Live-Schaltung zum Application-Center mit Unterstützung der Technologiepartner Asys, Ekra, Ersa, GMS Goal Maschinen & Service, Koh Young, Kolb Cleaning Technology, Semtech und Wagenbrett die einzelnen Stationen – von Messplätzen, Repair & Rework mit Wafer-Bumping, Lotpastenauftrag an Schablonendruckern, SPI und den im „Waschraum“ untergebrachten Reinigungssystemen zu begutachten.

Teilnehmer und Experten des Application Center während der Technologietagung. Marisa Robles

Beim Firmenrundgang konnten sich die Besucher die Erweiterung des Firmengebäudes ansehen. Der Rundgang führte durch das neue Application-Center, die erweiterte Schablonenfertigung und den neuen Reinraum. Für die Kunden war es interessant zu sehen, welchen Weg ihre Bestellung im Hause Christian Koenen durchläuft, bis die Schablone dann im Logistikzentrum für den Versand verpackt wird.

SMT Hybrid Packaging 2017: Halle 4A, Stand 320