MESSEN + VERANSTALTUNGEN 1. Fachforum in Zusammenarbeit mit Osram: LED meets SMT Verarbeitung von LEDs in der Elektronikfertigung LEDs bieten durch ihre verschiedensten Anwendungen nahezu unendliche Möglichkeiten an Licht. Doch die Herstellung birgt einige Stolpersteine, denen die Veranstaltung auf die Spur ging und mit Experten aus der Baugruppenfertigung diskutierte. Grundlegende Herausforderungen in der LED- Verarbeitung finden sich unter anderem im präzisen Lotpastendruck, der hohen Bestückgenauigkeit, Vermeidung von Voids in den Lötstellen sowie der sehr genauen Einhaltung aller Toleranzgrenzen. Leuchtdioden verdrängen die herkömmliche Lichttechnik und der LED-Markt wächst überdurchschnittlich. Weil auch bei LEDs ein großer Anteil der elektrischen Leistung als Wärme abgegeben wird, sind bei der Bestückung Erfahrung und Know-how gefragt. Dass das Wärmemanagement als beherrschbare Herausforderung gilt, war eine der Messages, die die Teilnehmer am Ende des von der EPP organisierten 1. Fachforums LED meets SMT mitnehmen konnten. . Keynote: Kurt-Jürgen Lang, OSRAM Opto Semiconductors GmbH LEDs im SMT Verarbeitungsprozess Die Package-Technologien der LEDs – ob im Bereich High Power, OFN oder Miniaturisierung – entwickeln sich ständig weiter, dementsprechend auch der Verarbeitungsprozess. Genügt heute noch ein Standard SMT Prozess oder wird ein Advanced Prozess benötigt? Dieser Frage wurde im Vortrag nachgegangen und Lösungen für die einzelnen Prozessschritte aufgezeigt. Am Beispiel Oslon, eine keramik-basierte LED für Anwendungen in Fahrzeugscheinwerfern mit innovativem thermischen Verhalten durch ein elektrisch isoliertes thermisches Pad, wurde ein optimales Lötpaddesign aufgezeigt. Das Pad benötigt einen geeigneten Weg, um Wärme aus dem Bauteil abführen und auf der Leiterplattenoberfläche spreizen zu können. Als Empfehlung und um konkrete Aussagen machen zu können, sollte jedes Lötpaddesign selbst erprobt werden. Der Redner ging näher auf das Half Solder Mask Defined Paddesign ein, um Toleranzen, die im ursprünglichen Leiterplattenprozess entstehen könnten, weitmöglichst im Design auszugrenzen. Zum Thema Lötstopplack wurden Lösungen für die Bauteilhersteller präsentiert, um den Einschwimmeffekt und damit einhergehend die Zuverlässigkeit zu verbessern und am Beispiel der erfolgreichen Oslon black flat untermauert. Zum Bereich Schablonenöffnung wurde die LED Oslon Compact hinzugezogen mit der klaren Herstellerempfehlung, dass je kleiner das Lötpad ist, umso wichtiger eine planare Oberfläche wäre. Die nächste Herausforderung stellt sich nach einem sauberen Design und der Bedruckung des Bauteils dann beim Bestückprozess. Denn hier benötigen speziell neue Bauteile mit Silikonoberflächen durch ihre Klebrigkeit besondere Beachtung und Vorgehensweisen. Bereits dann, wenn sich ein Entwickler auf eine bestimmte LED festgelegt hat, ist ein Augenmerk auf das Leiterplattendesign zu legen. Als nächster Prozessschritt wurde das Löten betrachtet. Bei hohen Stückzahlen eignet sich besonders das Konvektionsreflowlöten als gängigster Prozess, wobei die besten und sichersten Lötstellen unter Stickstoffatmosphäre zu erlangen sind. Der JEDEC Standard J-STD 020D.01 liefert den Bauteilherstellern Parameter zur Messung des Reflowtemperaturprofils, um eine Bauteilschädigung auszuschließen. Auftretende Cobra Cracks in Verbindung mit der Bauteillagerung in feuchter Umgebung oder Abrisse des Bonddrahts könnten zur optischen Beeinträchtigung der LEDs führen. Abschließend verwies der Redner auf die ständig überarbeiteten Application Notes für LEDs des Unternehmens als Unterstützung für einen optimalen Prozess und gab einen Trendausblick: Die Reise geht zu noch kleineren Bauteilen. Das Osram SMT-Labor ermöglicht durch eigene Trial-and-Error-Methode, dem Kunden die beste Startempfehlung für einen optimalen Prozess mitzugeben. Die nicht vernetzte Linie mit Standard Drucker, Bestücksystem, Vakuum-Reflowlötofen in Verbindung mit AOI, SPI und Röntgen bietet Möglichkeiten, den Prozess zu begleiten, auszuprobieren und zu verstehen. www.osram.de Ferdinand Lutschounig, AT&S AG Cool Concepts – Thermal Conductive PCB meets LED Der Vortrag machte deutlich, dass beim Einsatz von thermischen Leiterplatten einwandfrei ausgeführte Lösungen zwingend notwendig sind und brachte die Funktion der Leiterplatte als Wärmemanagementkomponente beim Einsatz von LEDs näher. Der thermische Widerstand ist beeinflussbar über eine möglichst hohe Leitfähigkeit bzw. möglichst große Flächen sowie die Veränderung der Leitungslänge. Die zwei führenden Werkstoffe sind Kupfer ohne dielektrische Funktion und dielektrisches Material bzw. das Isoliermaterial zwischen den leitenden Schichten. Als machbarer Weg wurden neben den Thermal Vias die Verkürzung der Leitungslänge und thermisch leitfähige Leiterplatten auf IMS Basis präsentiert. Der Vorteil von Leiterplatten mit isolierten Metallsubstraten zeigt sich in der hohen Wärmeleitfähigkeit. Zur Sprache kam auch die 2,5D Leiterplattentechnologie, wo Kavitäten in der Leiterplatte zur Positionierung elektronischer Komponenten für eine dünnerer Struktur genutzt werden. Durch Verwendung eines Hybridaufbaus besteht großes Potenzial für die Miniaturisierung. Am Beispiel der LED Oslon Square wurden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Wege abschließend de- 16 EPP Januar/Februar 2019
Foto: Michael Vogl Foto: Michael Vogl Foto: Michael Vogl Knapp 140 Teilnehmer waren beim Event „LED meets SMT“ in Regensburg dabei. Durch das Programm führte Chefredakteurin der EPP / EPP Europe Doris Jetter. monstriert. Zusammenfassend war auch hier zu hören, dass je eher eine Kommunikation stattfindet, desto schneller findet man gemeinsam eine Lösung im Bereich der hochwertigen Anforderungen. www.ats.net Jörg Trodler, Heraeus Deutschland GmbH & Co.KG Materialien und Materialkombinationen zur präzisen Positioniergenauigkeit Mittels Machbarkeitsstudie und einem In-situ Röntgenverfahren der TU Dresden wurden fünf SMT Kleber sowie sechs Lotpasten mit unterschiedlichen Eigenschaften auf die bestmögliche Kombination hin untersucht. Festgestellt wurde, dass es zwei mögliche Technologien bzw. Kombinationen aus Kleber und Lotpaste gibt. Es empfiehlt sich ein Überdrucken der Paste, um eine größtmögliche Anbindung zur Erfüllung der thermischen Anforderungen zu erzielen, wobei nicht jede Paste die notwendigen Kriterien erfüllt. Ohne SMT- Kleber müssen noch diverse einschränkende Faktoren berücksichtigt werden. Unter anderen sollte erarbeitet werden, wieviel Stickstoff für das Löten verwendet werden darf und ab welcher Bestückgenauigkeit des Chips eine Korrektur zwischen Bauteil-Metallisierung und Pad benötigt wird. Als weitere Schritte sollten die technologischen Grenzen beim alleinigen Einsatz der Lotpaste erarbeitet, und mit einer internen Studie nachgewiesen werden, wieviel Restsauerstoff zur Vermeidung eines Selbstzentrierungseffekts notwendig ist, bzw. wieviel Stickstoff eingesetzt werden darf, auch unter der Prämisse, dass noch andere Bauteile wie z. B. passive Bauteile, Kondensatoren oder Widerstände dabei sind. Im nächsten Schritt soll die Machbarkeitsstudie durch eine statistische Auswertung untermauert werden. Letztendlich wurde bemerkt, dass sowohl Kleber als auch Lotpaste bereits im industriellen Einsatz sind. www.heraeus.com Harald Grumm, Ersa GmbH LEDs mit Lotpastendruck richtig anbinden Die Flächenlötung unter dem Bauteil ist durch kurze Kontaktabstände für die Entwärmung günstig, stellt jedoch an die Löt-Technologie hohe Anforderungen. Dies macht Prozesse erforderlich, über die sich die für ein Schablonenlayout erforderlichen Mengen an Lot sicherstellen lassen. Am Beispiel der Osram Blue Linetm Hype Top- Die Keynote hielt Kurt-Jürgen Lang von OSRAM Opti Semiconductors. Jörg Trodler, Heraeus. LED wurde gezeigt, wie sich das benötigte Lotvolumen berechnet. Da die Lotpaste nur zu 50 % ihres Volumens aus Metall besteht, wird für das berechnete Lotvolumen das doppelte an Lotpaste benötigt. Das Öffnungsdesign der Schablone sollte für leichtes Drucken so groß wie möglich bei einem zu berücksichtigten Flächenverhältnis sein, gleichzeitig so klein wie nötig zur Vermeidung von Ausschöpfen sowie zur Reduzierung von Bauraum. Durch Verifizierung des gedruckten Volumens kann die Paste auf dem Pad, Kurzschlüsse, Druckversatz Verschmierungen auf der Schablonenunterseite oder eine Schablonenverstopfung, rechtzeitig erkannt werden. So ist eine einfache Fehlerkorrektur mit geringen Kosten realisierbar, zukünftig verdeckte Lötverbindungen noch voll sichtbar, so dass eine automatische Druckoffsetkorrektur und Reinigungsaktivierung über das Inspektionsergebnis möglich sind. Eine 3D-Druckinspektion im Drucker garantiert eine sichere Bewertung kritischer Depotgrößen sowie Volumeninformationen zu jedem Lotpastendepot. www.ersa.de Foto: Michael Vogl Foto: Michael Vogl Ferdinand Lutschounig, AT&S. Harald Grumm, Ersa. Foto: Michael Vogl Foto: Michael Vogl EPP Januar/Februar 2019 17
Twitter