Prof. Dr. Klaus-Dieter Lang

Prof. Dr. Klaus-Dieter LangFraunhofer IZM

Der Kongresstag zur SMT/Hybrid/Packaging 2011 befasst sich mit dem Thema „Reliability Engineering – Herausforderung und Chance in der modernen Baugruppenfertigung“. Warum ist Zuverlässigkeit das Thema für Elektronikfertiger gerade im deutschsprachigen Raum und in Europa?

Unsere Wettbewerbsfähigkeit ruht auf anspruchsvollen Produkten, gepaart mit der Bereitschaft der Unternehmen, Kundenwünsche flexibel und mit hoher Qualität zu erfüllen. Der Elektronikindustrie als Zulieferbranche kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu. Ob Fahrzeugtechnik, Maschinenbau oder Medizintechnik – ohne den Einsatz hochwertiger und zuverlässiger Komponenten, Leiterplatten- und Baugruppen sind wettbewerbsfähige Produkte nicht mehr denkbar. Hier sind gesteigerte Komplexität, Multifunktionalität und optimierte Anpassung an die Anwendungsumgebung neue Kennzeichen. Und je mehr derartige Elektroniksysteme in Produkten eine bestimmende Rolle einnehmen, umso wichtiger wird deren Einsatzbereitschaft, sprich deren Zuverlässigkeit und Langzeitverfügbarkeit.

Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin, zu dessen Leiter Sie vor kurzem jetzt auch offiziell ernannt worden sind, befasst sich u. a. mit der Multifunktionselektronik. Es geht um zukünftige Anwendungen in allen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens. Wie steht es momentan um das Thema Systemintegration und Zuverlässigkeit multifunktionaler Baugruppen?

Die Zuverlässigkeit inklusive Testbarkeit, Lebensdauerbewertung, Modellierung und Simulation ist neben fortschrittlichen Aufbautechnologien eine der großen Herausforderungen der Systemintegration.

Neue Anwendungsbereiche und hochkomplexe Produkte, bei denen es noch keine Erfahrungen über Anforderungen und Verhalten im Betrieb gibt, sind weitestgehend Neuland. Die Einsatzgrenzen der Elektronik werden in diesem Zusammenhang immer weiter ins Extreme geschoben. Wir erhalten Anfragen zum Einsatz bei -196°C wie bei +280°C.

Bei medizinischen Anwendungen wird die Eignung zur Dampfsterilisation nachgefragt. Elektronik muss dann 20 Minuten lang 121 °C und zwei bar Druck standhalten – und das mehrfach, wenn es kein Einwegprodukt ist. Weiter muss bei Zuverlässigkeitsbetrachtungen vermehrt von kombinierten Belastungen ausgegangen und das ganze System im Fokus behalten werden. Die Forschung hierzu läuft gerade erst an. Multifunktionalität heißt auch die Kombination verschiedenster Komponenten mit einer großen Bandbreite an Materialien, aufgebaut mit unterschiedlichen Techniken und variierenden Belastungsgrenzen.

Was bedeutet das für Produktdesigner und Elektronikentwickler?

Design for Reliability und Systemdesign in Kombination mit optimierten Technologien zum frühestmöglichen Zeitpunkt der Produktentwicklung sind das Gebot der Stunde. Zuverlässigkeit ist in das Produkt „hinein zu entwerfen“. Dazu sind genaue Kenntnisse der Anwendungsumgebung sowie die Robustheit der eingesetzten Technologien und Teilkomponenten nötig.

Das bedeutet, dass Produktdesigner und Elektronikentwickler noch enger mit Technologieentwicklern und Zuverlässigkeitsspezialisten zusammenarbeiten müssen. Auch muss die Vorlaufforschung der Unternehmen stärker auf diese Aspekte eingehen.

Welche Technologien werden wir in Zukunft wesentlich stärker fokussieren müssen – auch unter den oben genannten Aspekten der Zuverlässigkeit?

Im genannten Zusammenhang ist auch die Neuausrichtung und Optimierung der Aufbau- und Verbindungstechnologien (Packaging) eine wesentliche Herausforderung für die zukünftige Systemintegration. Der Übergang von Mikro- zu Nanoabmessungen der an der Aufbautechnik beteiligten Partner (Komponenten, Packages, Substrate, Anschlussstrukturen, etc.) muss so gestaltet werden, dass die technologische Lösung hinsichtlich Form, Funktionalität (elektrisch, optisch, mechanisch, etc.) und Einsatz des Systems (z. B. Hochtemperatur, Harsh Environment) nicht zum begrenzenden Faktor wird.

Neue Strukturierungs- und Kontaktierungsmethoden (z. B. durch den Einsatz von Nanomaterialien und -technologien oder auf Basis von gedünnten Komponenten und sehr dünnen Schichten) ermöglichen hier sehr kleine, leichte und multifunktionale Systemformate (z. B. durch 3D Waferlevel Integration, Embedding Technologien oder Die- und Package-Stacking).

Dem Rechnung tragend werden Forderungen für Forschung und Entwicklung für die Aufbau- und Verbindungstechnik mittelfristig verstärkt im unteren Mikro- und Submikrobereich, langfristig im Nanobereich angesiedelt sein. Schwerpunkte sind in erster Linie die technologische Realisierung und die Charakterisierung von Submikro-Verbindungsstrukturen (z. B. Schichten, Kontakte, Interfaces), der Einsatz von neuen Materialien und Prinzipien (Nano-Materialien, Nano-Oberflächenmodifikationen, Nano-Verbindungselemente, Low-Temperature-Bonding) sowie die Randbedingungen und Einsatzgrenzen hinsichtlich funktionaler Anforderungen (z.B. Hochfrequenz, Optoelektronik, Sensorik, Power-Elektronik).

Mit welchen vielleicht noch in den Kinderschuhen steckenden Fertigungsverfahren werden wir uns in den nächsten zehn Jahren befassen müssen?

Ich sehe da eine ganze Reihe von Fertigungsverfahren, sodass ich hier nur stellvertretend drei Bespiele nennen kann.

Auf der Waferebene wird die modulare 3D-Integration (Wafer to Wafer und Chip to Wafer) bis hin zum Waferlevel-Molding kommen, also etwa die hochdichte Integration von unterschiedlichen Halbleiterkomponenten auf einem Siliziuminterposer.

Auf der Substratebene werden die Embedding-Technologien bei aktiven und passiven Funktionseinheiten und damit der intelligente Schaltungsträger stark an Bedeutung gewinnen.

Das Jetten von Tinten und Pasten wird eine flexible, kundenspezifische Produktion unterstützen.

Auch in ein hochintegriertes Standard- oder Funktionspackage werden immer mehr Funktionen integriert (System in Package), zurzeit sehen wir hier insbesondere das Zusammenwachsen von Ansteuerungs- und Leistungselektronik oder Sensorik und Logik.

Welche Rolle spielt und wird der die SMT/Hybrid/Packaging begleitende Kongress zusammen mit den Tutorials in Zukunft spielen?

Die Wettbewerbsstärke der deutschen Industrie beruht auf der in der Welt nicht häufig zu findenden Symbiose aus Innovationskraft, Forschungsleistung, Ingenieurskunst und handwerklicher Exzellenz. Beides vereint meines Erachtens auch die SMT/Hybrid/Packaging: Praxis in der Ausstellung kombiniert mit einem technisch-wissenschaftlichen Kongress. Dass dieses Konzept heute aktueller denn je ist, zeigen die zu Beginn aufgezeigten Herausforderungen der Systemintegration. Auch wird in Zeiten des Internets weltweit versucht, Messen durch Kongresse interessanter zu gestalten. Wir von der SMT/Hybrid/Packaging machen das schon von Anbeginn an!

Die Live-Fertigungslinie ist ein fester Bestandteil des SMT/Hybrid/Packaging-Events. Seit kurzem arbeiten auch hier Mitarbeiter des Fraunhofer IZM an der Umsetzung spannender Themen rund um die Produktionstechnik zum Anfassen. Ist das purer Zufall oder ein glücklicher Umstand für alle Beteiligten?

Eine Ehre und eine Anerkennung unserer Arbeit ist das auf alle Fälle. Ein glücklicher Umstand ist es nur bedingt, denn Mitarbeiter des Fraunhofer IZM sind fast seit Beginn der Fertigungslinie vor 16 Jahren mit dabei. Wir waren in der Vergangenheit nur nicht so sichtbar, da wir uns mehr um die technischen Belange gekümmert hatten. Seit dem letzten Jahr wurde uns von der Mesago zusätzlich die organisatorische Verantwortung von der VDI/VDE-IT übertragen.

In diesem Jahr zeigen wir mit unseren Partnern aus Industrie und Wissenschaft, wie sich höchste Präzision auch bei kleinsten Losgrößen wirtschaftlich fertigen lässt. Wir sehen das, wie bereits angesprochen, auch als eine Herausforderung der deutschen und europäischen Baugruppenindustrie in den nächsten Jahren an. Auch in diesem Jahr wird das in Halle 6 natürlich auch live gezeigt. Drei Mal täglich wird eine Baugruppe produziert, inspiziert und dokumentiert. Experten des Fraunhofer IZM erläutern während des Fertigungsdurchlaufs die zur Anwendung kommenden Technologien.

Die Livedemonstration wird in diesem Jahr erstmalig ergänzt um Technologiesprechstunden, bei denen die Anbieter der Maschinen sowie die Forschungs- und Technologiepartner den Besuchern bei Fragen zur Verfügung stehen. Mehr Informationen finden Ihre Leser übrigens im Internet unter www.future-packaging.de.

Es ist für das Kongresskomitee immer wieder schwierig vor allem Persönlichkeiten aus der Praxis zu bewegen, sich mit interessanten Vorträgen zu bewerben. Was würden Sie vor allem diesen eher unentschlossenen Fachleuten raten?

Unser Vorteil im weltweiten Wettbewerb ist unsere Technologiestärke und unsere Fähigkeit, unterschiedliches Wissen pragmatisch, aber durchdacht in Produkten umzusetzen. Unsere Konkurrenten sitzen nicht im Nachbarort, sondern zuvorderst in den aufstrebenden Ländern Asiens. Erfahrungsaustausch, wie etwa auf dem SMT-Kongress, hilft so, unsere Stärken zu stärken.

Ich persönlich habe es immer erlebt, dass ich von einem Kongress mit wesentlich mehr Wissen und Anregungen nach Hause gekommen bin, als ich dort in einem Vortrag preisgegeben habe.

Viele Fachkollegen aus der Industrie und Wissenschaft sehen das genauso, was jedes Jahr auch durch die überproportionale Industriebeteiligung bei den Vorträgen deutlich wird. Dahinter steht natürlich ein durchdachtes inhaltliches Konzept des Programmkomitees. Vor diesem Hintergrund ist auch das Gewinnen von anerkannten Referenten kein unlösbares Problem.