Die Automobilelektronik ist das wichtigste Segment des deutschen Elektronikmarktes. Von den gut 17,6 Milliarden Euro, die der Gesamtmarkt dieses Jahr voraussichtlich umfasst, entfallen 44 Prozent auf den Automobilbereich. Dieser Anteil könnte sogar noch zunehmen, wenn der europäische Automobilmarkt wieder an Fahrt aufnimmt. Die enge Verzahnung des Erfolgs von Elektronik- und Automobilindustrie ist kein Zufall, denn die Elektronik steht mittlerweile hinter 90 Prozent der Innovationen im Automobil. Die Anzahl elektronischer Systeme innerhalb des Automobils steigt stetig an, um zunehmende Kundenerwartungen und die wachsenden ökonomischen und umweltpolitischen Anforderungen zu erfüllen.
Ein gutes Bespiel dafür sind komplexe, sensorgestützte Regelungssysteme, wie sie für das Ansaugluft- und Abgas-Management, regenerative Bremsen, die Kraftstoffversorgung sowie ESP- und ABS-Ausrüstungen zum Einsatz kommen. Diese Systeme sind starken Umwelteinflüssen, zum Beispiel Kraftstoffen, Ölen sowie Vibrationen und Temperaturen, ausgesetzt und müssen ihre Funktionsfähigkeit gleichzeitig über den gesamten Produktlebenszyklus beibehalten.
Vergussmassen für hohe Zuverlässigkeit
Für den Schutz elektronischer Komponenten vor thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen in Fahrzeugen durch ein anwendungsgerechtes Packaging spielen Vergussmassen eine immer wichtigere Rolle. Aus diesem Grund hat Delo Industrie-Klebstoff entsprechende Vergussmassen entwickelt, die höchste Zuverlässigkeiten erreichen und durch optimiertes Fließ- und Dosierverhalten sowie verschiedene Aushärtungsmöglichkeiten einen schnellen und effizienten Produktionsprozess ermöglichen. Ihre Anwendungsfelder finden sich vor allem in der Chip-on-Board-Technologie (COB), bei der Halbleiterchips oder Sensorelemente auf einer Leiterplatte vollständig oder partiell vergossen werden.
Die Vergussmassen sind für den Einsatz im Hochzuverlässigkeitsbereich optimiert. Sie basieren auf Epoxidharzen, die organische Säureanhydride als Härter enthalten und mit speziellen Grundharzen, Haftvermittlern und dem Zusatz von Füllstoffen abgemischt werden. Solche Säureanhydridhärter ermöglichen über ihre spezielle Ringstruktur eine extrem enge Vernetzung des Polymers und weisen damit Glasübergangstemperaturen von 180 °C sowie niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 10 bis 25 ppm/K auf, so dass auch bei hohen Temperaturen nur geringe Mengen an Sauerstoff und Chemikalien in das Material eindringen können. Eine Folge ist die geringe Wasseraufnahme von 0,1 Gewichtsprozent und die sehr hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit.
Gute Verarbeitungseigenschaften
Für eine sichere Verarbeitung spielt das Fließverhalten eine entscheidende Rolle. Die Verarbeitungseigenschaften wurden daher gezielt für den effizienten Einsatz in der Mikroelektronikfertigung konzipiert. Die als Dam & Fill für die COB-Technologie ausgelegten Systeme können nass in nass verarbeitet werden. So ist eine Zwischenhärtung des Dams vor der Dosierung des Fills nicht notwendig. Der Dam verfließt auch unter Temperatur nicht und bildet eine Barriere für den niedrigviskosen Fill. Dadurch lassen sich verschiedene Dosiermuster einstellen und zuverlässig auftragen. Die Fließeigenschaften eignen sich deshalb auch für den partiellen Verguss, der beispielsweise bei Sensoranwendungen oft notwendig ist (Bild 1).
Darüber hinaus ermöglichen die Dam-Klebstoffe eine besonders schmale und gleichzeitig stabile Wandung, damit mehrere Wandungen gestapelt werden können, was auch „Dam Stacking“ genannt wird (Bild 2). Die Dosierung kann direkt nacheinander und ohne Zwischenhärtung erfolgen. Anschließend wird der vollständige Verguss inklusive Fill in einem Schritt ausgehärtet. So ergibt sich eine wesentlich höhere Produktionskapazität, da die Zwischenhärtungsschritte wegfallen. Komplettiert werden die zuverlässigen Vergussmassen von Glob-Top-Produkten (Bild 3), die sich je nach Anwendung hoch- oder niedrigviskos einsetzen lassen. Ein partieller Verguss ist aufgrund ihres optimierten Fließverhaltens ebenfalls möglich.
Großflächiger Verguss für mehr Durchsatz
Auch bei der Fertigung spielt die Kosteneffizienz eine immer größere Rolle. Ein großflächiger Verguss etwa verkürzt die Prozesszeit deutlich und bietet so ein großes Einsparpotenzial. Daher platzieren immer mehr Unternehmen eine Vielzahl gleicher Bauelemente auf einer Leiterplatte, die dann komplett vergossen und anschließend vereinzelt werden. Zudem werden auch komplett bestückte Leiterplatten vollständig vergossen, anstatt ein Gehäuse zum Schutz vor Umwelteinflüssen zu verwenden. (Bild 4)
Bei Anwendungen mit hohen chemischen und thermischen Anforderungen hatte dieser Ansatz in der Praxis allerdings Grenzen. Infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Leiterplatten (10 bis 20 ppm/K) und Vergussmassen (meist mehr als 20 ppm/K) kam es beim großflächigen Verguss bislang zu einem Verzug der Leiterplatte während des Aushärtens. Das führte zu Spannungen in den Bauelementen und erschwerte das Vereinzeln der Packages mittels Sägen. Delo schafft dem jetzt mit einer optimierten Vergussmasse Abhilfe, die einen CTE-Wert von 11 ppm/K erreicht. Ein Verzug wird damit fast vollständig minimiert, womit sie sich bestens für den großflächigen Chipverguss eignet.
Hochzuverlässige Mikroelektronik Packages
Der zuverlässige Schutz von mikroelektronischen Komponenten, die unter anspruchsvollen Bedingungen wie in Fahrzeugen funktionieren müssen, stellt hohe Anforderungen an die Klebstoffe. Neue Vergussmassen kombinieren hervorragende Materialeigenschaften wie hohe chemische Beständigkeit und eine sehr gute Haftung mit einem optimierten Dosier- und Fließverhalten, was eine leichte Verarbeitung sicherstellt. Dadurch lassen sich die Fertigungsprozesse deutlich flexibler und effizienter als bislang gestalten. Für fertigende Unternehmen bedeutet das eine Reduzierung der Produktionskosten und gleichzeitig eine Erhöhung des Outputs bei höchster Produktqualität.
SMT Hybrid Packaging 2014: Halle 9, Stand 429
Dr. Tobias Königer
(mrc)
