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Skizze zur Live-Demonstrationslinie 2012 zum Thema „Volle Power  - von null auf Produktion in 3 Tagen“.
Leistungsmodul mit gedrehten Chips, Ausgangsverbindungen durch Drahtbonds, hergestellt am Fraunhofer IZM.
Niedrige Kapazitäten, mittelhohe Induktivitäten, symmetrierter Aufbau z.B. für EMV-Optimierung.
Package mit sehr niedrigem thermischen Widerstand bei kürzester Entfernung zum Heat Sink und minimierter Anzahl an Verbindungen für Applikationen bis 500 A Peak und 600 V.

Es geht darum, Leistungselektronik, Sensorik und Steuerelektronik mit modernen Fertigungstechnologien in einer flexiblen Fertigungsumgebung in geprüfter Qualität, verknüpft durch Prozesskontroll- und Steuerungssysteme, effizient fertigen.

Elektroauto, Smart Grid, LED-Leuchten – die wirtschaftliche Herstellung leistungselektronischer Baugruppen ist die Herausforderung der Stunde.17 führende Technologie- und Maschinenanbieter zeigen auf dem Future Packaging-Gemeinschaftsstand, wie sich leistungselektronische Baugruppen wirtschaftlich und unter Einsatz moderner Maschinen und Technologien fertigen lassen. Der Besucher kann dabei alle Stationen der Leiterplattenbestückung vor Ort erleben.

Zukünftige Leistungselektronik muss nicht nur effizient sondern auch kompakt und intelligent sein. Denn auf elektrisch angetriebene Systeme entfallen nach Angaben der Deutschen Energie-Agentur ca. 70 Prozent des Bedarfs an elektrischer Energie von Industrie und produzierendem Gewerbe. Eine intelligente, weil bedarfsorientierte Steuerung etwa von Pumpen, Schiebern und Stellantrieben eröffnet hier erhebliche Effizienzgewinne.

Die Kombination von Steuer- und Leistungselektronik auf einer Platine stellt hohe Anforderungen an Design, Materialien und Prozesse. Zum einen treten große Stromflüsse an den entsprechend groß dimensionierten Bauelementen auf (Power), zum anderen sind hohe Integrationsdichten mit miniaturisierten Komponenten zu realisieren (Intelligenz). Auf einer Leiterplatte mit Dickkupfereinlagen kommen neben MOSFETs daher auch hoch miniaturisierende Technologien wie z.B. 01005 Widerstände, Flipchips als ungehäuste Halbleiterbauelemente und Multichipmodule als vorbereitete hochintegrierte Komponenten zum Einsatz.

Die Fertigungsprozesse

Die Wahl zuverlässiger, robuster Fertigungsverfahren ist bei solch einem Bauteilmix ein Gebot der Stunde. Schablonendrucker mit aktivem Rakelsystem etwa helfen, diese Aufgabe zu bewältigen. Auch Fertigungsprozesse wie etwa das Dampfphasenlöten oder – wenn es nicht anders geht – das Selektivlöten, erlauben das Verarbeiten miniaturisierter wie großvolumiger Komponenten oder Bauelemente in einer Linie.

Fertigungsverfahren, wie das Jetten von Lotpaste und Globtop-Verkapselung, das Trennen der Nutzen mittels Laser oder das Aufbringen von Lotkugeln auf BGA und CSP zeigen, dass eine wirtschaftliche Produktion von Powermodulen auch bei kleinen Losgrößen möglich ist.

Transfer- und Compressions-Molding kommt aus Gründen der Zuverlässigkeit und eines kompakten Aufbaus als Verkapselungstechnologie für robuste, kundenspezifische Baugruppen nach Europa zurück. Erstmals wird daher in 2012 auch die Fertigung von gemoldeten Multichipmodulen live auf der Messe gezeigt. Zum Einsatz kommt das Compression Molding, das die Verkapselung auch flacher Baugruppen mit sensiblen Strukturen erlaubt. Bei Wahl eines Map-Molding-Prozesses zur Herstellung von QFN-Packages entfällt auch der Trim & Form-Arbeitsschritt und damit auch die entsprechenden Werkzeugkosten. Aufgrund der kompakteren Geomtrie von QFN-Packages (Wegfall der Anschlussbeine) können zudem mehr Packages je Fläche Leadframe hergestellt werden.

Traceability inklusive

Auch in der stabilsten Fertigung kommt es zu Ausfällen, können der Durchsatz und Maschinenauslastung verbessert werden. Dass sich sogar Forderungen des Marktes nach Rückverfolgbarkeit und Transparenz der Fertigung nutzen lässt, um Produktivität und Durchsatz zu erhöhen und so die Produktionskosten zu senken, zeigt die Verknüpfung der Maschinen mit einem Inline-Traceability-System. In diesem Jahr wird auch gezeigt, wie sich mit diesen Systemen der Materialeinsatz darstellen und optimieren lässt. Somit wird auch die Verfolgung und das Einhaltung von Lieferterminen effektiv unterstützt. Auch in diesem Jahr wird der Linerecorder, die Kontrolle des Fertigungsprozesses demonstrieren sowie Daten zur Auftragsverwaltung, Alarmfunktionen und Wartung bereitstellen.

Der Schutz der Baugruppen vor Staub, Feuchtigkeit oder anderen korrosiven Gasen wird immer häufiger nachgefragt. Maschinen mit mehreren Dosierköpfen erlauben das Applizieren verschiedener Schutzlacke ohne Umrüstung. 4-Achsmaschine erlauben das Aufbringen selbst bei komplexen Geometrien.

Test und Reparatur

Auch die Leistungselektronik kommt ohne In-Line-Circuit-Funktionstester und AOI-Systeme nicht mehr aus. Heutige Testsysteme müssen bei leistungselektronischen Baugruppen durchaus mit Strömen von 400 A bei 600 V klarkommen. AOI-Anlagen erlauben mittlerweile die Vermessung der Planparallelität von BGAs oder Flipchips, auch ist heute über Farbbildauswertung auch die Beurteilung der Benetzungsqualität von Lötstellen möglich.

Fertigungsfehler durch stabile Prozesse, weite Toleranzfenster und qualitativ hochwertige Maschinen zu vermeiden, ist sicherlich der Königsweg. Doch selbst in der besten Fertigung kommt es zu Fehlern. Diese gilt es zunächst sicher zu erkennen. In der diesjährigen Linie werden erstmals 3 AOI-Geräte inline den Pastendruck, Vorhandensein und Platzierung der Bauteile sowie die Lötstellen inspizieren.

Heute können selbst 01005-Bauteile und Lötstellen durch den Einsatz von Farbkameras in hoher Auflösung inspiziert werden. Wenn dann ein Fehler auftritt, muss daraus kein Ausschuss werden. Moderne Reparatursysteme, die sich an den Fertigungsablauf anschließen, sind heute in der Lage, selbst hochintegrierte Baugruppen mit hochpoligen zu reparieren. Durch die informationstechnische Verknüpfung mit den AOI-Anlagen erhält der Bediener des Reparaturarbeitsplatzes Bilder vom Fehler und der Baugruppe und weiß so genau, wo er mit der Reparatur ansetzen muss.

Material-Handhabung

Was ist eine Linie ohne Verkettung und Material-Handhabungs- oder Markiersysteme? Laserbeschrifter mit Wendeeinrichtung, Inline-Etikettendrucker oder umschaltbare Fifo-Lifo-Puffer mit einer Kapazität von mehr als 40 Nutzen zeigen, dass moderne Fertigungslinien durchgängig Hightech sind und höchsten Ansprüchen an Durchsatz, Qualität wie auch Flexibilität entsprechen.

Technologiesprechstunde

Die Livedemonstration wird ergänzt um Technologiesprechstunden, bei denen die Anbieter der Maschinen sowie die Forschungs- und Technologiepartner den Besuchern für Fragen aus dem Unternehmensalltag zur Verfügung stehen.