Christian Koenen
Christian Koenen Application Center Bild: CK Druckprozess in Leadframe-Kavitäten in Kooperation entwickelt und evaluiert Schablonendruck für effiziente LED-Herstellung Der Markt, sprich die Enduser, sind süchtig nach immer leistungsfähigeren, leichteren und kompakteren Elektronikgeräten. Diese handlichen und kompakten Geräte und Lösungen sind also intensiv nachgefragt und es herrscht reger Wettbewerb zwischen den Anbietern. Fertigungstechnologien und Miniaturbauteile, die solche fortlaufend in Größe und Gewicht reduzierten Produkte ermöglichen, sind entschieden in den Fokus von Entwicklern und Herstellern gerückt. So ist beispielsweise die Nutzung von Kavitäten (Vertiefungen) in Elektronikbaugruppen eine weitere effiziente Methode, noch kompaktere Elektronikschaltungen zu realisieren, die sich durch die Nutzung der dritten Dimension (Kavität) eröffnen. » EKRA Automatisierungssysteme GmbH, Lukas Sänger | Christian Koenen GmbH, Sebastian Bechmann | Heraeus Deutschland, Stefan Mausner, Dr. Sebastian Fritzsche | Koh Young Europe, Axel Lindloff Die stetige Forderung von Anwender-Seite für immer dünner und leichter werdende elektronische Geräte, beispielsweise Wearables oder Mobiltelefonen, führt zu einer neuen Art der Komplexität in der dritten Dimension der Packungsdichte. Im Allgemeinen besteht ein fertiges Produkt aus mehreren Komponenten wie Display, Akku, Kamera, Sensoren, Baugruppe usw. Bei der Kamera in einem Mobiltelefon sind Baugröße und Form durch die Linse charakterisiert, Displays haben eine von der Applikation vorgegebene Größe und Akkus dürften in Größe und Kapazität eher zunehmen als reduziert werden, denn maximal erreichbare Betriebszeiten sind als Entwicklungsziel angestrebt. Somit können Einsparung an Gewicht und Baugröße bei mobilen Geräten nur über Änderungen an Leiterplatte bzw. Baugruppe erfolgen. Eine bisher nicht weit verbreitete Möglichkeit zur Reduzierung dieser wichtigen Einflussgrößen kann relativ problemlos mit der Montage und Kontaktierung von Bauteilen in Kavitäten der Schaltung erzielt werden. Dieses Potenzial der Reduzierung von Abmessungen besteht jedoch nicht nur ausschließlich bei Geräten, sondern auch bei einzelnen Bauteilen. Platziert man beispielsweise eine LED in einer Kavität auf einem IC-Leadframe, so reduziert das die Höhe des Bauteils deutlich. Zudem kann man mit dem nachfolgenden Aufbringen von Vergussmaterial die LED besser gegen Umwelteinflüsse schützen und so die Lebensdauer des Gerätes erhöhen. Damit sich dieser Fertigungsprozess in der 3. Dimension auch bei hohen Produktionsstückzahlen effizient nutzen lässt, ist der bewährte Schablonendruck der Lotpaste nach wie vor die richtige Methode. Denn der Druckprozess ist in der Industrie bestens etabliert: schnell, günstig und mit hoher Erfahrung der Anwender. Außerdem ist dafür hervorragendes Equipment verfügbar, 40 EPP » 11 | 2021
BAUGRUPPENFERTIGUNG « die Taktzeiten sind sehr kurz und die Reproduzierbarkeit der einzelnen Schritte ist sehr hoch. Die Herausforderung bei der Applikation von Lotpaste in Vertiefungen der Elektronikbaugruppe besteht im gleichzeitigen Arbeiten in unterschiedlichen Ebenen der Objekte. So muss zum Beispiel das Rakel beim Aufbringen der Lotpaste auf der Oberseite des Leadframes und gleichzeitig auf dem Boden der Kavität äußerst gleichmäßig und genau arbeiten. Realisierung der Versuchsanordnung Das Application Center der Firma Christian Koenen unterstützt mit seiner Expertise die technologische Weiterentwicklung sowohl von Baugruppentechnik als auch von Fertigungsprozessen in der Elektronik. Das Application Center übernimmt dabei die übergreifende Funktion einer partnerschaftlich genutzten Plattform und ermöglicht damit, dass gemeinsam mit den industriellen Auftraggebern die bestmöglichen Lösungen für komplexe Anforderungen mit hoher Effizienz erarbeitet werden können. In einer Kooperation der Firmen Heraeus, Koh Young, EKRA und Christian Koenen wurde gemeinsam eine optimale Lösung für den zuverlässiger Versuchsaufbau für den Druck in Kavitäten von LEDs realisiert. Die Durchführung der Versuchsreihe erfolgte unter realen Bedingungen wie auch in der Fertigung, dabei wurden im hier nachgebildeten Fertigungsprozess die im Markt verfügbaren Bauteile und Materialien verwendet. In der Versuchsreihe eingesetzte Systeme und Materialien: • ASYS SMT Linie bestehend aus dem Drucker EKRA Serio 5000 zusammen mit diversen Transport- Handlingsmodulen • Lotpaste LED131 SAC Typ 6 von Heraeus • CK 3D-Stufenschablone und Schlitzrakel • Koh Young Inspektionssystem Meister S Im Rahmen der Versuchsreihe wurden mehrere Leadframes mit Lotpaste bedruckt. Dabei wurde im Drucker die Unterseitenreinigung deaktiviert, denn der Einfluss der Reinigung war hier nicht zu beurteilen. Für den Druck wurde ein besonderes Schlitzrakel verwendet, wobei die einzelnen Segmente des Rakels im Druckprozess in und aus den Kavitäten gleiten. Dazu müssen beide Rakel exakt zu den Kavitäten ausgerichtet sein. Die genaue iQUESS Rakelaufnahme und die für diesen Einsatz optimierte Schablone mit Ausrichthilfen bilden dabei die unverzichtbaren Voraussetzungen. Die Drucke wurden unmittelbar danach im Inspektionssystem Meister S kontrolliert. Zur Verifizierung der Ergebnisse in der Versuchsreihe kamen noch unterschiedliche Mikroskope sowie einen Cyber Laser Scanner zum Einsatz. Die bedruckten Leadframes wurden jedoch weder bestückt noch gelötet. Auswahl von Lotpulver und Paste Zur prozesssicheren Applikation von Lotpasten in die Kavitäten der LEDs sind für die Verarbeitung mit 3D-Stufenschablonen sehr feine Lotpulver mit geringen Korngrößen von
Twitter