Erfahrungen aus der Praxis LEDs bestücken - (k)ein Kinderspiel

Andreas Kraus, Geschäftsführer, Kraus Hardware

Dass eine EMS-Firma technisch in der Lage ist, LEDs zu bestücken, setzen die Kunden mittlerweile voraus. Welche unterschiedlichen Herausforderungen kommen auf die Fertiger zu?

Andreas Kraus, Geschäftsführer, Kraus Hardware

»In der Standardbaugruppe, in der die LED lediglich als Statusanzeige verwendet wird, gibt es bei uns nahezu keine Einschränkungen«, erklärt Andreas Kraus, Geschäftsführer von Kraus Hardware. Komplex wird es allerdings laut Kraus bei Beleuchtungsapplikationen, die das EMS-Unternehmen für die zivile und militärische Luftfahrt durchführt. Die Anwendung fordert LEDs, die nur eine relativ niedrige Verarbeitungstemperatur tolerieren, deshalb sind die Fertigungsschritte im Vergleich zu einer Standartverarbeitung deutlich zu modifizieren, wie Kraus schildert: »Bei einem großen Teil der LEDs, die wir hier verarbeiten, erfolgt die thermische Anbindung an die Leiterplatte nicht durch Löten, sondern die LEDs werden geklebt.« Dabei handelt es sich um einen thermisch leitfähigen Zweikomponenten-Kleber. »Den eigentlichen Kleber bringen wir mit einem »Standard-Druckprozess auf, der Aktivator wird mit einem separaten manuellen Prozess auf das Thermalpad der LED aufgetupft.« Das beschriebene Procedere muss in zwei Schritten erfolgen, weil die Verarbeitungszeit nur noch wenige Sekunden beträgt, nachdem der Kleber mit dem Aktivator in Verbindung gebracht wurde. Warum Kleben und nicht Löten? Zwar seien die hier verarbeiteten LEDs im Prinzip SMD-Bauteile, aber wegen der niedrigen Toleranz der Löttemperatur nicht für den Reflow-Prozess zugelassen. So erfolgt auch die elektrische Anbindung der LED an die Leiterplatte nicht im Reflow-, sondern mittels manuellem bzw. teilautomatisierten Bügellötprozess.

Axel Jacob, Leiter Technologieentwicklung, BuS Elektronik

BuS Elektronik verfügt über gut zehn Jahre Erfahrung in der Fertigung von LED-Anzeigemodulen und hat im vergangenen Jahr etwa 14 Millionen LEDs bestückt. Die lötstellenbezogene Fehlerquote liege derzeit bei weniger als 2 ppm, schildert Axel Jacob von BuS Elektronik. Aktuelle Kundenprojekte von BuS sind beispielsweise Laufschriftanzeigen, Fahrgastinformationssysteme und Anzeigebeleuchtungen in Fahrzeugen. Auf THT-Technik bei der LED-Bestückung verzichtet BuS mittlerweile fast ganz: Nur noch weniger als 1 Prozent werden laut Jacob in THT-Technik bestückt. Auch im Automotive-Bereich setzt sich seit längerem die SMD-Bestückung durch. Als Leiterplatten verwendet BuS Vierfach-Multilayer, die zum Teil als HDI-Leiterplatten ausgelegt sind: Auf der Vorderseite werden die LEDs im Raster von größer oder gleich 4 mm bestückt, auf der Rückseite befinden sich die Ansteuerelektronik und Kühlbleche zur Wärmeabfuhr. Größere Herausforderungen sieht Jacob mittlerweile nicht mehr in der LED-Bestückung. Dieser Prozess sei für BuS »Standard«. Welche Aspekte gibt es laut Jacob dennoch zu beachten?

  • Platziergenauigkeit: »Für ein Bauteilraster von 4 mm müssen wir auch nach dem Reflowlötprozess eine Platziergenauigkeit von mindestens 0,2 mm sicherstellen, um den optischen Eindruck der LED-Matrix nicht negativ zu beeinträchtigen. Wir streben Werte in der Größenordnung der Genauigkeit des jeweiligen Bestückungssystems an, die in der Regel wesentlich genauer sind. Strenge Layoutregeln sorgen dafür, dass es zwischen den LEDs nicht zu Tombstone-Effekten kommt und dass ein »Aufschwimmen« der LEDs verhindert wird.«
  • Chaotische Bestückreihenfolge: »Für die Reihenfolge der LED-Bestückung kann das Optimierungstool der System-Software des Bestückautomaten nicht aktiviert werden. Wir greifen auf ein eigens für diese Applikationen entwickeltes SW-Modul auf Basis des Zufallsprinzips zurück. Es sorgt am Ende dafür, dass eine Baugruppe mit LEDs aus verschiedenen Bauteil-Gurten auf der Leiterplatte chaotisch verteilt bestückt wird, und eliminiert damit etwaige Abweichungen innerhalb der Leuchtklassen der LEDs. Hierin liegt, wenn Sie so wollen, ein kleines Geheimnis.«
  • Feuchteempfindlichkeit: »LEDs haben je nach Bauart unterschiedliche Feuchte-Level. Die Bauteil-Verweilzeit (»Floor Life«) außerhalb der Feuchteschutzverpackung unter Fertigungsbedingungen (also ≤30 °C) variiert sehr stark: Für Klasse 5 beträgt diese Zeit lediglich 48 Stunden, für Klasse 2a dagegen bereits vier Wochen. Ein intelligentes Feuchteschutzmanagement sichert die Planung der Fertigungsprozesse ab. Auch hier greift BuS auf eine Eigenentwicklung zurück.«