„Die meisten Elektronikfertiger assoziieren Plasma mit Vakuumkammerplasma, das sehr stark in Front-End- und Back-End-Anwendungen eingebettet ist“, sagt Nico Coenen, Business Development Manager Electronics Market von Plasmatreat. In der Baugruppenfertigung, wo spezielle Oberflächeneigenschaften für die Weiterverarbeitung entscheidend sind, beispielweise in der Leiterplattenfertigung, beim Conformal Coating oder der Display- und Bauteilproduktion, kann jedoch ein weiteres Plasma-Verfahren eingesetzt werden: Openair-Plasma. „Das Openair-Plasma-Verfahren, auch Atmosphärendruck-Plasmatechnologie genannt, ermöglicht effiziente, ökonomische Prozesse für die Groß- und Kleinserie“, erklärt Coenen.

Die Einsatzgebiete der Plasmatechnologie sind vielfältig. Sie reichen von der Plasmareinigung unter Vakuum bis zur Vorbehandlung von Oberflächen im Gerätebau außerhalb der Vakuumkammer.

Die Einsatzgebiete der Plasmatechnologie sind vielfältig. Sie reichen von der Plasmareinigung unter Vakuum bis zur Vorbehandlung von Oberflächen im Gerätebau außerhalb der Vakuumkammer. Plasmatreat

Oxidschichten entfernen

Insbesondere die immer höheren Packungsdichten auf Leiterplatten und die damit einhergehende zunehmende Miniaturisierung erfordern ein Umdenken in der Oberflächenbehandlung. „Die Anforderungen an Elektronik werden weiter zunehmen. Gerade bei der Miniaturisierung muss das Risiko von Kurzschlüssen minimiert werden, wodurch die Oberflächenreinigung im Fokus steht“, ergänzt Coenen. Bei dem hier eingesetzten Verfahren handelt es sich um eine Mikroreinigung von Kontaktflächen, wie z.B. des Bondpads vor dem Drahtbonden oder das Reinigen von Glasoberflächen in der Displaybaugruppe, da hier schon geringste organische Verunreinigungen die Qualität von Aluminium zu Kupferbindungen beeinträchtigen. Die Entfernung von Oxidschichten auf Kupferleiterrahmen ist daher eine weitere typische Anwendung in Bereich der Oberflächenreinigung.

Auf der linken Seite eine mit Plasma vorbehandelte Leiterplatte nach Thermoschocktest – es gibt keine Delaminierung.

Auf der linken Seite eine mit Plasma vorbehandelte Leiterplatte nach Thermoschocktest – es gibt keine Delaminierung. Plasmatreat

Um das Risiko von Kurzschlüssen auszuschließen, verbunden mit der Zerstörung von Layout und Bauteilen, hat  Plasmatreat eine Openair-Plasma-Düse entwickelt, die mit einem sehr niedrigen Null-Volt-Spannungseintrag arbeitet und so Bauteile und Layouts schont.

Auf der rechten Seite eine nicht vorbehandelte Leiterplatte mit Delaminierung.

Auf der rechten Seite eine nicht vorbehandelte Leiterplatte mit Delaminierung. Plasmatreat

Fehlerfreie Schutzbeschichtungen

Ein weiterer Prozess ist die Aktivierung mittels Plasma. Auch wenn Leiterplatten sauber aussehen bedeutet dies nicht, dass die Beschichtung daran haften bleibt. „Hier kann Openair-Plasma einen großen Unterschied machen und wir sehen eine wachsende Nachfrage nach Openair-Plasma für die Bearbeitung von Schutzbeschichtungen“, führt Coenen aus. Bekannt ist, dass Conformal Coating viele Variablen aufweist, die sich auf die Endqualität auswirken können. Typische Probleme sind Blasen, Orangenhaut, Benetzung, ungleichmäßige Beschichtungen und Delamination. „Bei all diesen potenziellen Ausfällen kann Openair-Plasma ein zuverlässiges Werkzeug sein, um diese Probleme zu lösen“, sagt Coenen. Eine weitere typische Anwendung findet vor dem Vergießen und Verkapseln statt. Viele Sensoren und Steckverbinder sind harten Bedingungen ausgesetzt. Daher ist es wichtig, dass bei diesen Bauteilen das Einkapselungs- oder Vergussmaterial hermetisch abdichtet. Die Plasma-Aktivierung stellt dabei eine starke Bindung zwischen den verschiedenen Materialien sicher, ohne die bereits montierten Bauteile zu beschädigen.

Mit Plasma beschichtete Oberfläche in der LED-Herstellung von Plasmatreat

Eine mit Plasma beschichtete Oberfläche in der Herstellung von LEDs. Die Plasmabehandlung reinigt und verbessert die Kontakteigenschaften zwischen unterschiedlichen Materialien.
Eine Plasmabehandlung schützt Oberflächen von Sensoren, die in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden.
Eine Plasmabehandlung schützt Oberflächen von Sensoren, die in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden. Plasmatreat

Außerdem gibt es Anwendungen in den vorgelagerten Herstellungsprozessen. Eine dieser Anwendungen ist die Korrosionsschutzbeschichtung Anticorr. Durch Aufbringen dieser Beschichtung auf versilberte oder verkupferte LED-Leadframes hält diese rauen Bedingungen stand. Vor der Einführung der Plasmabeschichtung mussten LED-Hersteller Nickel-Gold, Gold oder Nickel-Gold-Palladium beschichtete Leadframes verwenden. Diese Oberflächenbeschichtungen entfallen durch die Plasmabearbeitung. Ein weiterer Anwendungsprozess im LED-Bereich ist das Verhindern des Ausblutens von Epoxid. Typischerweise wird die Ausblutung von Epoxid in einem Vakuumplasmaverfahren entfernt. Dieser Verfahrensschritt kann vermieden werden, wenn mittels Openair-Plasmas eine Sperrbeschichtung aufgebracht wird.

Niedrigere MSL-Klassifizierung

Aber auch MSL-empfindliche Komponenten können mit Openair-Plasma vorbehandelt werden, um in der Elektronikfertigung Kosten zu sparen. Spezielle Handhabungen oder Lagerungen sind dann nicht mehr erforderlich und führen zur Kostenreduktion. Mit einer Plasmabeschichtung im Produktionsprozess können diese Komponenten in eine niedrigere MSL-Klassifizierung eingeordnet werden. Die Bauteile auf niedrigere MSL-Werte zu bringen, beschert den Komponentenherstellern einen großen Mehrwert. Einige Elektronikfertiger geben an, nur Komponenten bis zu einem bestimmten MSL-Level zu verwenden.

Bislang haben vor allem Großkonzerne die Vorteile dieser Technologie erkannt und setzen sie seit Jahren ein. „Die Openair-Plasma-Behandlung ist ein kosteneffizienter und produktionssicherer Prozess, der in einer Vielzahl von Anwendungen innerhalb der Elektronikfertigung eingesetzt wird“, führt Coenen aus. Öffentlich würden seine Kunden selten über diese Technologie sprechen, da sie sich gegenüber der Konkurrenz den Vorsprung erhalten wollen. Aus diesem Grund habe die Plasma-Technologie das Image eines Prozesses, der nur für Großserien einsetzbar sei. „Dem ist aber nicht so. Plasma-Anwendungen sind auch für kleine- und mittelgroße Fertigungsserien effizient nutzbar. Der Gesamtprozess ist leicht zu integrieren und zu steuern und alle Schritte sind reproduzierbar.“, sagt Coenen. Durch Schulungen und Trainings werden die Fertigungsmitarbeiter mit der Technologie und den Maschinen von Plasmatreat vertraut gemacht, so wie bei anderen Fertigungsschritten ebenfalls üblich. „Openair-Plasma ist als sicherer Prozess einsetzbar, besonders für die selektive Behandlung einzelner Bereiche. Sowohl inline als auch als Stand-alone-Lösung können Plasmasysteme integriert werden, bei einer einhergehenden Reduktion von umweltunverträglichen Produkten, wie beispielsweise chemischen Reinigungsmitteln“, hebt Coenen hervor.

Neue Materialverbindungen

Plasmabeschichtete Oberflächen in der LED-Herstellung

Plasmatreat

Die Plasmatechnologie bietet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für sichere und reproduzierbare Prozesse. In den meisten Bereichen können aufwändige und umweltbelastende Prozesse ersetzt werden. Aber das Potenzial der Plasma-Anwendungen geht darüber hinaus: Ganz neue Materialverbindungen und Prozesse werden durch die Plasmabehandlung erst möglich. Schließlich ist sämtliche Materie in ihrer Urform aus Plasma geformt. Das Ergebnis der Behandlung sind hochwertige Oberflächen und Materialien mit speziellen Eigenschaften.

Productronica 2019: Halle B2, Stand 103