Verarbeitung von LEDs »Eine gute Verarbeitbarkeit gehört bei uns zum Qualifizierungsprozess«

Kurt-Jürgen Lang, Osram Opto Semiconductors: »In einem Testprojekt mit Continental haben wir beispielsweise 200.000 LEDs auf Testboards bestückt, um zu sehen, wie sich die neu entwickelte LED unter den Bedingungen einer Hochvolumenfertigung verhält.«

Besondere Anforderungen stellen LEDs in der SMT-Fertigung vor allem im Bestückungsprozess: So sind für die Bestückung neuerer LEDs, bei denen Silikone als Vergussmaterial oder für integrierte Linsen verwendet werden, oft Pick & Place Tools (Nozzles) erforderlich, um das Bauteil schonend aufzunehmen und zu platzieren. Die klassischen TOPLEDs hingegen gelten als unempfindlich.

Ob die LED eine spezielle Nozzle erfordert, hängt vom Material und dem Aufbau der LED ab. So bestehen beispielsweise die nur 3 x 3 mm kleinen Oslon-LEDs von Osram aus einem Keramiksubstrat, auf dem der Chip aufgebracht ist, und einer Silikon-Linse. »Um diese LEDs ohne Beschädigung zu bestücken, sollte eine angepasste Nozzle verwendet werden, die dem Radius der Linse entspricht«, erklärt Kurt-Jürgen Lang, Applikationsingenieur bei Osram Opto Semiconductors. »Ansonsten beschädigt man unter Umständen die empfindliche Linse oder die Bondverbindung.« Eine TOPLED hingegen lässt sich gut auch mit Standard-Nozzles verarbeiten.

Welche Nozzle zu welcher LED passt, welche Anforderungen die LEDs im Bestückungs- und Lötprozess stellen, darüber hat Osram umfangreiches Informationsmaterial in Form von Applikationsschriften zusammengestellt. Diese kann jeder online ohne Registrierung über die Website des Unternehmens downloaden. Diese Application Notes basieren auf eigenen Tests und dem Erfahrungsaustausch mit Bestückungsautomaten-Herstellern.

Hier kooperiert Osram Opto Semiconductors traditionell eng mit Siemens Electronics Assembly Systems (bekannt unter dem Markennamen »Siplace«): Kommt eine neue LED auf den Markt, diskutieren die Produktmanager beider Firmen, ob für das neue Produkt eine eigene Nozzle entwickelt werden muss oder ob sich die LED mit einer Standard-Nozzle verarbeiten lässt. »Natürlich unterstützen wir auch alle unsere Kunden, die Bestückungsmaschinen anderer Hersteller verwenden«, stellt Lang klar: Im Osram-Testcenter steht beispielsweise eine Bestückungsanlage von Essemtec. Laut Lang wird jede neue LED, bevor sie auf den Markt kommt, auf ihre Bestückfähigkeit und Verarbeitbarkeit erprobt. Laut Lang ist ein solcher Test fester Bestandteil des Qualifizierungsprozesses der Osram-LEDs.

Im Automotive-Bereich sind auch die Fertigungstests großer Volumina keine Seltenheit, wie Lang erläutert: »In einem Testprojekt mit Continental haben wir beispielsweise 200.000 LEDs auf Testboards bestückt, um zu sehen, wie sich die neu entwickelte LED unter den Bedingungen einer Hochvolumenfertigung verhält.« Solche Tests sind in der Automobilindustrie laut Lang keine Seltenheit: Gerade in diesem Bereich ist es obligatorisch, sich in der Fertigungskette vom Design bis zur Verarbeitung eng auszutauschen. »Schließlich gibt es nicht nur Grenzen, was die Verarbeitbarkeit der LED anbelangt, wir müssen auch das Zusammenspiel der LED und der im Automotive-Sektor eingesetzten Leiterplattensubstrate wie beispielsweise Flex-PCBs testen. Und wir müssen erörtern, was wir auf LED-Seite dazu beitragen können, dass das System zuverlässig und stabil ist.« Die Zusammenarbeit mit den Kunden aus der Automobilindustrie bezeichnet Lang von je her als sehr eng, schon allein deshalb, weil der Kreis der Prozessverantwortlichen in diesem Bereich sehr klein ist.

Wesentlich größer als im Automotive-Bereich, wo alle Beteiligten ein technisch tiefes und fundiertes Prozesswissen voraussetzen, sei aber der Beratungsbedarf im Markt für Allgemeinbeleuchtung: »Hier haben wir es mit vielen kleineren und mittelständischen Firmen zu tun, die sich oft erst in das Thema »Verarbeitung von LEDs« hineinfinden müssen und dementsprechend Anfragen stellen, die sich durch das Lesen der Application Notes relativ einfach beantworten lassen«, schildert Lang. Zwar werden die Application Notes generell gut angenommen, »aber wir würden uns wünschen, dass die Kunden diesen Service noch intensiver nutzen würden. So ließen sich manche Fehler z.B. bei der Verarbeitung von LEDs von vorneherein vermeiden.«

Welche Besonderheiten sind beim Löten von LEDs zu beachten? Lang: »Die Parameter für den Lötprozess sind in Spezifikationen wie der JEDEC Norm J-STD 020 D eigentlich eindeutig festgelegt. Danach darf die Baugruppe im Lötprozess abhängig von seiner Größe einer Temperatur von maximal 260 Grad ausgesetzt sein, um einen sicheren Lötprozess über die gesamte Baugruppe zu garantieren.« Das für die LED-Baugruppe richtige Lötprofil zu definieren gleicht allerdings oft einem Spagat, denn schlussendlich beinhaltet das Board nicht nur LEDs. Osram gibt in der Application Note zum Lötprozess eine Empfehlung für ein bauteilschonendes Reflow-Lötprofil.

Reinigen und Lackieren

Das Reinigen von LED-Baugruppen beurteilt Lang kritisch: Wenn Bauteile nicht hermetisch dicht sind, sondern nur über eine Glasabdeckung verfügen, sollte man keine nassen Reinigungsprozesse fahren, so der Experte. Als Alternative empfiehlt Lang staubfreie Tücher. Eigentlich sollte der Fertigungsprozess nach Ansicht von Lang so aufgesetzt sein, dass ein Reinigungsprozess nicht erforderlich ist: »Viele Kunden verwenden bereits No-Clean-Lötpasten, die eine Reinigung von Flussmittelrückständen überflüssig machen.«  
LEDs in Baugruppen mit Lacken und Vergussmassen zu versiegeln, ist grundsätzlich möglich - wie aktuelle Tests von Osram und Industriepartnern belegen. Eine Liste mit freigegebenen Substanzen wird es allerdings laut Lang von Osram nicht geben. »Wir werden demnächst aber zumindest über Application Notes Empfehlungen aussprechen und eventuell auch eine Negativ-Liste mit Substanzen herausgeben, die wir grundsätzlich für ungeeignet halten.« Allerdings könne das wirklich nur eine Empfehlung sein, wie Lang betont: »Es gibt mittlerweile so viele unterschiedliche Produkte, dass wir nicht alle möglichen Kombinationen aus den verschiedenen LED-Bauformen und den am Markt erhältlichen Lacken und Vergussmassen erfassen bzw. untersuchen könnten.«