Baugruppenhersteller blasen in die Innovations-Fanfare

Die Halbleitertechnik und das nachfolgende Packaging zeichnen sich durch ein beständiges Wachstum hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Funktionalität bei gleichzeitiger Strukturverkleinerung aus. In diesem Szenario ist Innovation Trumpf. Die neuesten Entwicklungen und Trends standen im Fokus einer von der VDE/VDI-Gesellschaft Mikrolektronik, Mikro- und Feinwerktechnik gemeinsam mit dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) organisierten internationalen Fachtagung.

Über die Fortschritte in der Entwicklung von Weichlotpasten für das Löten mit Mikrowelle berichtete Professor Dr. Mathias Nowottnick vom Berliner Fraunhofer IZM. „Die Nutzung elektromagnetischer Felder im Mikrowellenbereich ermöglicht es, unterschiedliche Werkstückgrößen in einem großen Volumen und mit hohem Durchsatz zu behandeln“, verdeutlichte der Experte. Das Problem liege aber darin, dass sich konventionelle Lotpasten nur sehr langsam und mit hoher Leistungsdichte durch Mikrowellen erwärmen lassen. Einen Ausweg biete die Zugabe eines so genannten Suszeptors, der an die Lotpaste quasi ankoppele. In seinem Arbeitsteam ist es Nowottnick gelungen, Suszeptoren mit geeigneten polaren und dielektrischen Eigenschaften zu entwickeln, die Lotpaste entweder in fester oder flüssiger Form zugegeben werden. „Auf diese Weise ist es möglich, die Erwärmung des Lotes gegenüber der übrigen Baugruppe erheblich zu beschleunigen, wodurch die benötigte Mikrowellenenergie minimiert werden kann“, resümierte Nowottnick.

Eine bleifreie Zukunft für Lote wurde von Dr. Werner Kruppa von der Wuppertaler STANNOL GmbH skizziert. „Die Elektronikproduktion in Europa steht unter Zeitdruck – wer Elektronikgeräte fertigt, die im Anhang des Elektro- und Elektronikgerätegesetzes aufgeführt sind, muss sich mit den Problemen der Umstellung befassen“, drückte Kruppa auf die Tube. Dabei spielten neben technischen Problemen auch wirtschaftliche Überlegungen eine wesentliche Rolle. Mittlerweile gebe es zwar eine ganze Reihe bleifreier Materialien, denen aber auch eine Unzahl von Patenten und Patentanmeldungen entgegenstünden, die den Einsatz einschränkten.

„Einen Ausweg aus der Situation bieten neue, bleifreie Lotlegierungen mit verbesserten Eigenschaften, die technische Neuerungen darstellen und mit bestehenden Ansprüchen nicht kollidieren. Eine solche Lösung sei unter anderem in dem Forschungsprojekt „InnoLot“ gefunden worden, wobei Legierungen auf der Basis von Zinn-Silber-Kupfer mit verbesserten Eigenschaften im Hochtemperaturbereich entwickelt und untersucht worden seien.

Leuchtende Zukunft für die Leiterplatten

Organische, lichtemittierende Dioden (OLED) sind die Grundbausteine einer neuen Display-Generation. Im Gegensatz zu Flüssigkristallanzeigen verfügen OLED-basierende Systeme über den bestechenden Vorteil, dass auch aus einem flachen Betrachtungswinkel ausreichend gut wahrgenommen werden. Seit mehr als zwei Jahrzehnten wird weltweit mit Hochdruck daran gearbeitet, Anzeigenelemente auf Basis organischer Leuchtdioden zu entwickeln. „Die Chancen stehen gut, OLEDs als neue Displaygeneration zu etablieren“, versicherte Kai Schmieder von der Gornsdorfer KSG Leiterplatten GmbH. Auch wenn im Jahr 2007 voraussichtlich erst fünf Prozent des Displayspektrums auf organische Leuchtdioden entfallen werde, handele es sich bereits um einen Marktwert von 2 bis 3 Milliarden Euro. Wachstumstreiber seien in erste Linie die Handy-, PDA- sowie Gameboy-Sparte.

Aufgrund ihres Aufbaus können OLEDs mit einer geringeren Dicke auskommen als beispielsweise LCDs. Damit dieser Vorteil zum Tragen kommen kann, liegt der Gedanke nahe, organische Leuchtdioden und Ansteuerelektronik auf einem gemiensamen Substrat zu vereinen. In einer aktuellen Veröffentlichung des Watson-Forschungszentrums der IBM wird die Integration eines OLED-Displays in eine Backplane beschrieben. In einem von der KSG gemeinsam mit der Dresdner Novaled GmbH durchgeführten Projekt wird zur Zeit gerade ein hybrider elektro-optischer Verdrahtungsträger mit implementierter Sperrschicht und top-emittierendem OLED-Aufbau entwickelt. Erste Ausführungsbeispiele dieser „Flat Panel Displays“ entstehen gegenwärtig im Rahmen eines aktuell laufenden Verbundprojektes unter Mitwirkung der ASEM Präzisionsautomaten GmbH, dem Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) und dem Zentrum für mikrotechnische Produktion.

Erschließung der dritten Dimension

In starren und flexiblen Schaltungsträgern kommt es durch Erwärmung immer wieder zu Problemen, weil die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Kunststoffen und Metallen in den Schichten zwangsläufig mit einer Verringerung der mechanischen Stabilität einhergeht. In der Technik geht der Trend eindeutig in Richtung der flexiblen Schaltungsträger, da sich als Folge der geringeren Materialdicken das Gewicht von elektronischen Baugruppen deutlich reduzieren lässt. Die Basis flexibler Schaltungsträger bilden Polymerfolien auf der Basis von Polyimid (PI). Allerdings weist PI als Werkstoff einige Nachteile auf.

„Auf der Suche nach einem besseren Werkstoff sind wir auf den Hochtemperaturthermoplasten Polyetheretherketon (PEEK) gestoßen“, erläuterte Dipl. Ing. Christian Seidel vom Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Seinen Angaben zufolge basieren die Vorteile des PEEK im Vergleich zum standardmäßig eingesetzten PI insbesondere auf dessen höherer Alkalienbeständigkeit sowie der verringerten Wasseraufnahme. Darüber hinaus eröffne PEEK die Möglichkeit zur Nutzung kontinuierlicher thermoplastischer Folienherstellungsverfahren inklusive des werkstofflichen Recycelns über die Schmelze.

Es konnte auch gezeigt werden, dass sich aus PEEK auch mit einem Füllstoffanteil von 30 Prozent Talkum problemlos Folien mittels Extrusion herstellen lassen. Doch nicht nur das: „Mit dieser Mischung konnten wir unterhalb der Glasübergangstemperatur des PEEK lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten erzielen, die mit Kupfer vergleichbar sind“, verdeutlichte Seidel. Damit sei eine signifikante Verbesserung der Dimensionsstabilität von Folienleiterplatten auch in Lötprozessen erzielt worden.