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Leiterplattentechnik setzt an zum Quantensprung

Elektronikfertiger im Sog fortschreitender Miniaturisierung
Leiterplattentechnik setzt an zum Quantensprung

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Die Productronica, die vom 9. bis 12. November in München stattfindet, wird ihre Position als weltweit bedeutende Messe für Elektronikfertigung weiter stärken. Da sie als einzige Veranstaltung die gesamte Prozeßkette der Baugruppenfertigung abbildet, ist sie auch ein ideales Forum für die mittelständische Industrie.

Andreas Gees ist Redakteur im Konradin Verlag

Einsatz und Know-how bei fortschrittlichen Fertigungstechnologien reichen heute bei weitem nicht aus, um eine zukunftsweisende Baugruppenfertigung aufzubauen. Wer auf dem Weltmarkt konkurrenzfähig produzieren will, muß die Prozeßabläufe und ihre Vernetzung optimieren. An welcher Stelle und nach welchen Prioritäten sollen manuelle Prozesse automatisiert werden? Wie bringt man Line-Control-Software oder Fertigungsmanagement-Informationssysteme zum Einsatz? Wo und wie lassen sich logistische Flaschenhälse im Fertigungsablauf beseitigen?
Diese Fragen stellen sich zunehmend auch kleine und mittlere Unternehmen. Die Antworten darauf sollten unter der Prämisse gefunden werden, Kosten zu sparen und gleichzeitig die Qualität der gefertigten Produkte zu verbessern. Noch nie war das Angebot an Schablonendruckern, Dispensern, Bestückungsautomaten und Lötanlagen, an Arbeitsplätzen und Handwerkzeugen, an Automatisierungslösungen, aber auch an Softwaretools und Management-Konzepten so vielfältig, unüberschaubar und erklärungsbedürftig.
Die Elektronikfertigung befindet sich in einer Phase des Umbruchs, gekennzeichnet durch globale Fertigungsstrukturen und innovative Technologien. Chip-Size-Bauelemente und Flip-Chips in der Baugruppenfertigung, Microvias und sequentieller Lagenaufbau in der Leiterplattenproduktion sowie die Umstellung auf die effektiveren 300-mm-Wafer in der Chipfertigung kennzeichnen die Problemstellungen. Wer Trends frühzeitig erkennen, die Innovationen nutzen und die Weichen stellen möchte, sollte zum Erfahrungsaustausch mit internationalen Experten im November zur Productronica nach München reisen.
Einsatz von Chip-Size-Gehäusen ermöglicht Innovationsschub
Allein in Deutschland hat die Produktion von Baugruppen ein Volumen von fast 40 Mrd. DM erreicht, bei knapp 10 % Wachstum pro Jahr. Bei geschätzen 6000 In-House-Fertigern sind etwa 150 000 Mitarbeiter beschäftigt. Während sich in den USA und Asien der Trend zum Outsourcen in der Baugruppenfertigung deutlich zeigt, erbringen unabhängige Dienstleister hierzulande bisher lediglich etwa 20 % der Gesamtproduktion. Hingegen liegt der Anteil im internationalen Durchschnitt bereits bei 35 bis 40 %.
Ein Beispiel für die Vielfalt der Applikationen, die von der rasanten Entwicklung in der Elektronik profitieren, ist die Fertigung hochintegrierter Sensoren in mittleren und hohen Stückzahlen. Neben der Oberflächenmontage der elektronischen Komponenten, heute bereits verbreiteter Standard, ermöglicht der Einsatz von Chip-Size-Gehäusen einen weiteren Innovationsschub. Die sogenannten Flip-Chips, bei denen die kaum fingernagelgroßen Silizium-Chips mit der Struktur nach unten auf ein Trägersubstrat aufgebracht und kontaktiert werden, zeichnen sich durch einen minimalen Platzbedarf auf der Leiterplatte aus, der kaum höher ist als der des eigentlichen Siliziums. Experten gehen davon aus, daß bereits im kommenden Jahr weltweit 1 Mrd. solcher Bauelemente verarbeitet werden.
Chip-Size-Packages erfordern präzise Methoden des Bestückens und Lötens sowie der Qualitätssicherung. Während sich der Einsatz moderner Produktionsanlagen in der Großserienfertigung schnell armortisiert, haben kleine und mittlere Unternehmen besondere Herausforderungen bei der Einführung dieser Technologien zu bewältigen. Mit Hilfe geeigneter semiautomatischer Tools können aber auch diese Betriebe von der Innovationskraft und der Leistungsfähigkeit moderner Elektronik profitieren. Das Angebot an wirtschaftlichen Produktionsmitteln ist umfangreich, und für die Einführung dieser Technologien steht umfassende Unterstützung zur Verfügung. So wird während der Productronica im Tech-Lab-Center eine Flip-Chip-Linie betrieben, die zeigen soll, welche Anlagen benötigt werden und mit welchen Investitionen zu rechnen ist.
Basis elektronischer Baugruppen sind die Leiterplatten. Der deutsche Leiterplattenmarkt hat ein Volumen von etwa 3 Mrd. DM. Um die Bedeutung des Segments Leiterplatten und Schaltungsträger zu unterstreichen, hat die Messe München eine Vereinbarung mit der European Federation of Interconnection and Packaging (EFIP) getroffen, die ihren Fachkongreß und die Gemeinschaftsbeteiligung als einen Sonderteil in die Productronica ‘99 integriert. Stand der Technik bei Leiterplatten mit mehreren Signal- und Potentiallagen sind 100- µm-Leiterbahnen und Zwischenräume von 120 µm. Diese Multilayer sind zu vertretbaren Preisen erhältlich. Viele Unternehmen wollen innerhalb der nächsten fünf Jahre Leiterbahnen mit 30 oder 50 µm realisieren und Microvias, die Verbindungen der Lagen untereinander, von etwa 50 µm herstellen. Gleichzeitig soll die Dicke der Leiterplatten um 50 % reduziert werden. Daneben wird zunehmend der sequentielle Lagenaufbau von Multilayern diskutiert, der neben einer Vereinfachung des Prozesses auch eine weitere Steigerung der Funktionsdichte verspricht.
Eine besondere Herausforderung ist das Verbot bleihaltiger Lote, die bis 2004 gemäß einer EU-Richtline aus elektronischen Produkten verbannt werden sollen. An der Bleifrei-Diskussion beteiligen sich zur Zeit viele Unternehmen und Institutionen. Intensiv wird nach Alternativen gesucht, die sowohl hinsichtlich der Prozeßsicherheit als auch der Kosten mit den weit verbreiteten Zinn-Blei-Loten vergleichbar sind. Die verfügbaren Alternativen werden jedoch zu einschneidenden Änderungen der Prozeßparameter sowie der Anlagenkonfigurationen führen.
Obwohl die Grundidee der Systemintegration weitgehend realisiert ist, beispielsweise bei den winzigen Sensoren, die sich in jedem Automobil durch absolute Zuverlässigkeit auszeichnen, sind in unmittelbarer Zukunft weitere fertigungstechnische Hindernisse zu überwinden. Nur dann können Mikrosysteme bei weiteren Innovationen in Medizin-, Automobil- und Kommunikationstechnik oder im Maschinenbau eine zentrale Rolle spielen. So ist die Siliziumtechnologie nach Expertenmeinung nicht in der Lage, die unterschiedlichen Anforderungen auf einem Chip zu realisieren.
Das zur Zeit heftig diskutierte Mikro-Mechatronik-Packaging ist eine Alternative, bei der verschiedene Komponenten so miteinander verknüpft werden, daß möglichst wenig verschiedene Materialien und elektrische Verbindungen nötig sind. Ausgangsmaterial ist ein flexibles Polyamid-Substrat, das mit einem speziellen Harz verkapselt zu robusten Komponenten führt. Erstmalig präsentiert der AMA Fachverband für Sensorik, Göttingen, auf einem Gemeinschaftsstand mikrotechnische Sensoren, die heute bereits in großen Stückzahlen gefertigt und eingesetzt werden.
Messe im Überblick
Die Productronica erwartet etwa 60 000 Besucher. Mehr als 1700 Aussteller präsentieren in München ihre Exponate auf einer Fläche von rund 132000 m².
Halbleiter und Bauelemente (Hallen B4, B5, B6) mit den Schwerpunkten Fertigungstechnologien der Halbleitertechnik, diskrete Bauelemente, Reinraumtechnik und Wickelgüter.
Mikrosystemtechnik (Halle B6): Produktionsmittel für Mikrosystemtechnik, Montagevorbereitung und Gehäusetechnik, Bestückungs- und Befestigungstechniken.
Leiterplatten und Schaltungsträger (Hallen B1, B2, B3): Mechanische und chemische Bearbeitung, Microvia, MID-Methoden.
Baugruppen, Module und Hybride (Hallen A3 bis A6): Bestückungs-, Aufbau- und Verbindungstechniken, Automatisierungskonzepte in der Herstellung.
Meß- und Prüftechnik zur Qualitätssicherung (Hallen A1, A2): Inspektion und Bildverarbeitung, Werkstoffprüfung, Prozeßmeßtechnik, Automatisierung der Meß- und Prüfeinrichtungen.
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