Kleiner, Mini, Mikro 03015 & Co. auf dem Sprung in die Fertigung

Bereits 01005 Bauteile sind mit dem bloßen Auge kaum richtig zu erkennen. Hier im Bild ein 01005 Bauteil mit einem menschlichen Haar im Vergleich. Die 03015 Bauteile sind nocheinmal einige Mikrometer kleiner.

Ob passive Bauteile oder LEDs: Die Bauteile werden immer kleiner, müssen aber trotzdem noch sauber und prozesssicher verarbeitet werden. Wie sich die SMT-Fertigung auf diese und weitere Herausforderungen der Zukunft einstellt erläutert Siplace-Trendscout Norbert Heilmann.

03015 Kondensatoren und Widerstände sind seit 2012 auf dem Markt - unter anderem haben Rohm und Murata Produkte der Größe 03015 vorgestellt. Diese Murata Kondensatoren sind gerade mal 0,25 mm lang und 0,125 mm breit. Momentan gibt es die Mini-Bauteile aber nur in Mustermengen und noch nicht in großen Stückzahlen, was es für die Bestückungsmaschinen-Hersteller durchaus schwierig macht, aussagekräftige Serien-Tests durchzuführen. Denn um Aussagen über ppm-Fehlerraten treffen zu können, reichen schließlich einige tausend Bauteile nicht aus. Die Tests bei Siplace laufen aber bereits, bestätigt Heilmann. Die neuen Winzlinge nehmen ihren Vorgängern der Baugröße 01005 immerhin noch einmal einige Mikrometer ab. Deshalb ist es nicht unbedingt selbstverständlich, dass eine Bestückunsgmaschine, die 01005-fähig ist, auch die nächst kleinere Bauteilegeneration problemlos verarbeiten kann. Für die Siplace SX- und die Siplace X-Serie geht ASM Assembly Systems alias Siplace aber davon aus, dass diese Maschinen grundsätzlich in der Lage sein werden, diese kleinen Bauformen zu verarbeiten.

»Anpassungen sind aber im Bestückprozess zum Beispiel bei der Pipette erforderlich, auch bei der Aufsetzkraft und der Geschwindigkeit«, erklärt Heilmann. Die Bestückungsmaschine ist das Herzstück und die teuerste Maschine im SMT-Prozess, aber auch alle anderen Prozesschritte wie drucken, löten und testen müssen sich mit der neuen Bauteilegröße auseinandersetzen. Auch die Schablonen für den Druckprozess müssen entsprechend adaptiert werden. Nach Ansicht von Heilmann liegt die größte Herausforderung nicht im Bestücken, sondern beim Drucken bzw. der Beschaffenheit der Lötstelle, etwa weil das winzige Bauteil auf der Lötstelle kippen könnte. »Wir stehen zu diesem Thema derzeit in regem Austausch mit den Drucker-, Schablonen-, und Leiterplattenherstellern«, erklärt Heilmann. 

Zusätzliche Herausforderungen ergeben sich dadurch, dass sich die Bauelemente-Hersteller noch nicht über die äußere Form der 03015er Teile einig sind: »Bei Kondensatoren war bisher eine fünfseitige Metallisierung und bei einem Widerstand eine dreiseitige Metallisierung üblich. Jetzt baut der eine Hersteller dreiseitig metallisierte Widerstände, der andere eine einseitig nur auf der Unterseite metallisierte Version.«

Hinzu kommen neue Herstellungsverfahren, bei denen der Widerstand als Metallstruktur auf den Wafer eingebracht bzw. aufgedampft wird. Dies bringt neue Anforderungen an den Fertigungsprozess mit sich: »Zwar ist ein solches Verfahren kostengünstig, aber die Gestaltung der Anschlüsse und dementsprechend das Layout muss angepasst werden.«

Bei dieser Gelegenheit stellt sich aber natürlich die Frage, ob sich ein europäischer Fertiger überhaupt mit solchen Bauteile-Winzlingen auseinandersetzen muss - denn schon die Baugröße 01005 spielt in Europa nach wie vor noch keine große Rolle. Zwar gibt es einzelne Elektronikfertiger, die solche Bauteile einsetzen, beispielsweise in Applikationen für die Medizintechnik, aber das ist eher die Ausnahme.

Nachdem viele technische Innovationen nach wie vor in Deutschland entwickelt werden, sollte Europa hier aber in jedem Fall am Ball bleiben, bekräftigt Heilmann: »Baugrößen wie 01005 und 03015 sind zwar in erster Linie für den asiatischen Markt zum Beispiel für Smartphones und Tablets von Bedeutung, aber wer innovativ sein möchte und über Miniaturisierung nachdenkt, der muss sich auch hier mit diesem Thema auseinandersetzen.«

Aber bis 03015 über die Forschung und Entwicklung hinaus Einzug in die Elektronikfertigung halten, wird es noch dauern. »Der Zeitraum für die Einführung von 01005 erstreckte sich über viele Jahre von 2005 als es erste Muster gab bis 2012/2013, wo 01005-Bauteile in Serie verbaut werden. Insofern wird es noch dauern bis die 03015er Bauteile auf breiter Basis in Serie verbaut werden«, gibt Heilmann zu bedenken. Hinzu komme, so Heilmann, dass diese Mikro-Bauteile noch verhältnismäßig teuer sind. Selbst 01005-Bauelemente sind noch zwei bis drei Mal teurer als Bauteile der Größe 0201.    

Dennoch müssen die Maschinenbauer auch hierzulande eine Lösung für 03015 bieten, darüber ist sich Siplace im Klaren. Denn zum einen zählt Asien für den Bestückungs-Maschinenbauer zu den wichtigsten Absatzmärkten und zum anderen wird es nicht lange dauern, bis die Kunden ähnlich wie schon bei 01005 die Kunden eine 03015-Fähigkeit der Maschine als Qualitäts- und Kaufkriterium voraussetzen.