Systemintegration in der Elektronikfertigung
Die Zukunft der Fertigungstechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die Zukunft der Fertigungstechnik
Selektive Fertigung
Auf dem Weg zur Technologie der Zukunft sind allerdings noch einige Hürden zu nehmen. Allein die verschwindend geringe Größe der zu verarbeitenden Bauteile macht eine selektive Fertigung erforderlich, weiß Prof. Nowottnik zu berichten (Bild 4). So wurde in dem Forschungsprojekt »Joining for Electronics« des Fraunhofer IZM im Jahr 2005 das Mikrowellenlöten vorgestellt mit namhaften Teilnehmern wie Heraeus, Lackwerke Peters und Seho. Die konsequente Weiterentwicklung des Reflowprozesses – durch die Integration von Mikrowellenmodulen in eine Reflowlötanlage als hybrides Ofensystem – erlaubt eine temperaturschonende Baugruppenfertigung. Das ist vor allem für feuchtigkeitsempfindliche hochintegrierte Bauelemente und die Leistungselektronik interessant. Überdies profitieren die Polymerelektronik oder die optischen Wellenleiter auf Polymerbasis in der Leiterplatte davon, ist doch die maximal zulässige Verarbeitungstemperatur auf +150 °C begrenzt, während bleifreie Lote höhere Löttemperaturen im Bereich von +230 °C bis +260 °C bedingen. Das selektive Lötverfahren, das nur die Lotpaste auf der Leiterplatte, nicht aber das Bauelement auf die Löttemperatur erhitzt, soll hierbei Abhilfe schaffen. Erforderlich sind spezielle Flussmittel und Lotpasten, die eine selektive Erwärmung im elektromagnetischen Feld erlauben.
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Auch der umgekehrte Weg ist möglich, indem die empfindlichen Bauelemente während des Lötprozesses gekühlt werden. Die so genannte selektive Kühlung nutzt die Enthalpieänderung beim Wechsel des Aggregatzustandes, bei Wasser entspricht dies beispielsweise der Verdunstungskälte – ein Effekt, der unter anderem den menschlichen Körper beim Schwitzen abkühlt. Im Fertigungsprozess sind die Phasenwechsel beim »Schmelzen« oder »Verdampfen« verschiedener Materialien interessant.
Während sich jedoch die Schmelzenthalpie öfters verwenden lässt, ist die Verdampfungsenthalpie nur einmal im jeweiligen Fertigungsprozess einsetzbar, dafür ist sie umso wirkungsvoller. Dafür müssen spezielle Schutzschichten auf die Leiterplatte oder die Bauelemente Aufgebracht werden, die für eine gewisse Zeit die darunter liegenden Bauteile kühl halten und anschließend die Wärmeenergie bei niedrigerer Temperatur verteilen. Noch steckt diese Technik in den Kinderschuhen, da die Langzeitstabilität noch nicht gewährleistet ist.
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