Georg Mergenthaler, Leiter Vertrieb von Siegert Electronic, zieht aus zahlreichen Kundengesprächen sein Fazit: „Mehr und mehr Kunden fordern die komplette Fertigung ihrer Produkte in Reinräumen. Der Sauberraum ist nach Meinung vieler Anwender nicht ausreichend – schon allein wegen der winzigen Komponenten in einer Baugruppe.“ Bei diesen Größen genüge schon ein Staubkorn, um im Endeffekt ein Gerät wie einen Computertomographen (CT) außer Gefecht zu setzen, erläutert er, der noch ein weiteres Beispiel parat hält: „Oder nehmen wir elektronische Zündsysteme für Automobile. Oft sind auch Sensoren im Einsatz, die sehr empfindlich auf Staub, Schmutz oder kleinste Fussel reagieren. Deshalb ist eine reine, saubere und kontrollierte Umgebung in der Elektronikfertigung mehr und mehr unverzichtbar.“

Die gesamte Dickschicht-Fertigung läuft in naher Zukunft im neuen Gebäude mindestens unter der Reinraumklasse nach DIN EN ISO 14644-1, ISO-Klasse 7.

Die gesamte Dickschicht-Fertigung läuft in naher Zukunft im neuen Gebäude mindestens unter der Reinraumklasse nach DIN EN ISO 14644-1, ISO-Klasse 7. Siegert

Sauber, sauber, rein

Gleichgültig ob Reinraum oder Sauberraum, in beiden Fällen geht es darum, die Partikelverteilung in der Luft zu reduzieren oder komplett zu vermeiden. Zudem sind unvermeidbare Partikel sicher zu entfernen und die Umgebung vor weiterem Partikeleintrag zu schützen. Schon aus diesem Grund steht der Neubau unter hohem Erwartungsdruck. Zwar produziert der EMS-Anbieter seit Zeiten unter Reinraumkonditionen, doch wachsende Anforderungen an die Reinheit erfordern zunehmend intensivere Maßnahmen.

So soll die komplette Dickschichtfertigung nach Fertigstellung des Neubaus unter Reinraumbedingungen ablaufen. Bislang wurde im Wesentlichen überwiegend in kritischen Bereichen in Reinräumen gefertigt. Damit werden zwei Ziele verfolgt: Erstens wird mit dem Neubau auf einer Grundfläche von rund 1.000m² die Kapazität weiter ausgebaut. Und zum anderen wird der angelaufene Renovierungsstau im Altbau aufgelöst. Das heißt, dieses Gebäude wird basismodernisiert. Die gesamte Dickschicht-Fertigung läuft dann im neuen Gebäude mindestens unter der Reinraumklasse nach DIN EN ISO 14644-1, ISO-Klasse 7.

Mit Wärmeleitkleber aus einer Epoxy-Lösung lassen sich LEDs direkt auf das Substrat fixieren.

Mit Wärmeleitkleber aus einer Epoxy-Lösung lassen sich LEDs direkt auf das Substrat fixieren. Siegert

Neu bei Siegert: Bonden von LEDs

Weil sich die Fachleute seit jeher auf das Lösen kniffeliger Aufgaben spezialisiert haben, stellt sie das direkte Bonden auf Substrat nicht vor Schwierigkeiten. Auch die diffizile Weiterverarbeitung von LEDs gelingt problemlos: Da die Ableitung der entstehenden Wärme sowohl Energieverbrauch, Leistung als auch Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektrischer und elektronischer Bauteile beeinflusst, setzt Siegert bei der Fertigung der LED-Baugruppen auf Wärmeleitkleber. Mit diesem Kleber lassen sich LEDs direkt auf das Substrat fixieren. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich durch die gute Wärmeableitung des Klebers eine Reduktion der Betriebstemperatur von ~ 6° C bis 7° C erreichen lässt. Dadurch steigen Lebensdauer und Lichtleistung. Auch die Beständigkeit des Klebers ist auf eine längere Lebensdauer ausgelegt. Von 70.000 bis 100.000 Betriebsstunden ist die Rede.

Aufgrund der Komplexität der Bauteile einschließlich Substrat läuft der gesamte Prozess automatisch ab. Dispenser setzen den Kleber ortgenau und wohldosiert auf das Substrat. Die LEDs werden als Waferscheibe dem Die-Bonder zugeführt und dort in Pick-and-Place auf die Klebestellen platziert, ausgehärtet und final gebondet. Als Bonddraht kommt ein 32 µm feiner Golddraht zum Einsatz. Dabei lässt sich die Größe der Bondballs über die Drahtstärke und die Bondkraft individuell programmieren. Zudem überwacht sich das System kontinuierlich selbst und regelt alle Aktivitäten via einem Bond Process Control. Die Bondeergebnisse werden permanent optisch überprüft.

Fine-Pitch-Bond eines Halbleiters: Je nach Aufgabenstellung wird mit Gold- oder Aluminiumdraht gebondet.

Fine-Pitch-Bond eines Halbleiters: Je nach Aufgabenstellung wird mit Gold- oder Aluminiumdraht gebondet. Siegert

Erfahrung in der Bondtechnik hat Siegert durch die Verarbeitung der empfindlichen Dies oder Nacktchips. Je nach Aufgabenstellung wird mit Gold- oder Aluminiumdraht gebondet. Als minimaler Bondabstand beim Dünndrahtbonden stehen 50 µm zu Buche – bei einer Genauigkeit von ± 5 µm beim Ablegen des Bonddrahtes. Dünndrahtbondsysteme verarbeiten Drahtstärken von 17 µm bis hin zu 75 µm, Dickdrahtbondsysteme hingegen Drahtstärken von bis zu 500 µm. Beim Bonden werden die Drähte unter Druck und mittels Ultraschall mit dem Untergrund verschweißt, je nach Verfahren erfolgt das Verschweißen mit Temperaturunterstützung oder bei Raumtemperatur.

Keramiksubstrate in Dickschichttechnik

Wo FR4-Materialien aufgrund unzureichender, meist thermischer Eigenschaften versagen, kommen Hybridschaltungen zum Zug. Hybridschaltungen sind elektronische Funktionsbaugruppen auf keramischer Grundlage. Hybrid deshalb, weil diverse Techniken auf einer Baugruppe zusammenkommen. Die extreme thermische Belastbarkeit, gepaart mit hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer, sind wesentliche Merkmale. Dazu zählen auch ihre gute elektromagnetische Verträglichkeit und das Tracking der Widerstände, also die Drift von Widerstandsverhältnissen.

Dickschicht-Hybridschaltungen kommen bevorzugt dort zum Einsatz, wo es auf extreme Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit ankommt, wie etwa im Automobilbereich.

Dickschicht-Hybridschaltungen kommen bevorzugt dort zum Einsatz, wo es auf extreme Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit ankommt, wie etwa im Automobilbereich. Siegert

Hybridschaltungen werden dann eingesetzt, wenn elektronische Systeme hohe technische Anforderungen erfüllen müssen. Den Beweis dafür liefert unter anderem die international erfolgreiche deutsche Automobilindustrie. Hier werden Hybride sowohl in der Motor- und Getriebesteuerung als auch in der Sicherheits- und Komfortelektronik verbaut. Das führt zu einem neuen Produkt, der Mehrfachzündung für Automobile, das der EMS seit geraumer Zeit fertigt. Bekannte Automobilhersteller nutzen die Zündung beim Direktbrennverfahren zur Reduzierung des Partikelausstoßes, Kraftstoffersparnis und anderer Maßnahmen.

Flip-Chip-Verarbeitung

Auch die Flip-Chip-Verarbeitung haben die Fachleute im Griff. Das Besondere daran: Der Chip wird kopfüber punktgenau auf das Substrat montiert. Das macht sowohl kurze Leiterbahnen als auch das Stapeln mehrerer Chips einfacher. Fazit: die Baugruppen werden kleiner und kompakter. Nach dem Durchlauf durch die Lötanlage erhalten sie noch einen Underfill zur mechanischen Stabilisierung. So werden thermische und mechanische Störungen ausgeglichen. Höchst modern kommen die Fertigungslinien daher, auf der mit Robotern die Baugruppen mit den entsprechenden Gehäusen „verheiratet“ werden. Da wird gehoben, geschoben, gesetzt, gesteckt, vereinzelt und abgedichtet was das Zeug hält. Kaum ein Mitarbeiter greift in das Geschehen ein, alles läuft automatisch.

Zum Schutz der Halbleiteroberfläche vor mechanischen, chemischen und auch klimatischen Einflüssen wird eine Beschichtung aufgebracht. Nackte Chips werden vor Korrosion und Beschädigung durch eine Glob Top Beschichtung geschützt. Als Vergussmasse kommt meist Epoxydharz zum Einsatz. Diese Linien wurden primär für Kunden aus der Automobilindustrie in Eigenregie erdacht, kreiert und gemeinsam mit Spezialisten gebaut. Flexibilität war eine der großen Herausforderungen; denn die Linien müssen sich kurzfristig auch auf andere Produkte umstellen lassen.

SMT Hybrid Packaging 2017: Halle 4, Stand 531

Mit den Kundenanforderungen Schritt halten

Seit 1970 produziert Siegert Electronic Dickschicht-Hybridschaltungen: Löthybride, Durchkontaktierungen in der Keramik, Formkeramiken, Mehrlagenschaltungen (bis zu 6 Leiterbahnebenen pro Seite), Bondhybride, Flip-Chip, PTF und Multichipmodule gehören zu den Meilensteinen des Unternehms. Der EMS gehört heute zu den größten Anbietern von Dickschicht-Hybridschaltungen im europäischen Raum.