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18.03.2014

Berichte und Vortragsfolien | 3M GmbH

Zweite Veranstaltung beim Multitechnologieunternehmen 3M

Bericht zur Veranstaltung der FED-Regionalgruppe Düsseldorf in Neuss am 18. März 2014 von Hanno Platz.

Als Fortführung der Regionalgruppenveranstaltung vom November 2013 tagte die RG- Düsseldorf zur Vertiefung der Themen“ Reinigung“ und „Beschichten“. Zudem wurde der damals ausgefallene Vortrag zur „organischen Elektronik“ vom Innovation Lab abgehalten.

Der Regionalgruppenleiter und GED-Geschäftsführer Hanno Platz begrüßte die Teilnehmer und berichtete den über 30 Teilnehmern von der Facharbeit des FED e.V.  Gut die Hälfte der Gäste waren keine Mitglieder und zum Teil zum ersten Mal auf einer RGD Veranstaltung.

Der Vortrag  „Gedruckte Elektronik – Entwicklungsstand organischer Elektronik“ der im November 2013 kurzfristig aus Krankheitsgründen ausgefallen war, wurde jetzt präsentiert.

1. Fachvortrag: Organische Elektronik (Dr. Ralf Mauer, Fa. Innovation Lab)

Dr. Ralf Mauer, Business Manager stellte zunächst das Unternehmen vor. Die InnovationLab GmbH  ist die gemeinsame anwendungsorientierte Forschungs- und Transferplattform von Wissenschaft und Wirtschaft in der Metropolregion Rhein-Neckar. Sie wird getragen von den Universitäten Heidelberg und Mannheim sowie dem Karlsruher Institut für Technologie und den Unternehmen BASF SE, Merck KGaA, Heidelberger Druckmaschinen AG und SAP AG.

Wenn man von Organischer Elektronik spricht, meint man elektronische Schaltungen und Leiterbahnen aus leitfähigen Polymeren oder kleineren organischen Verbindungen, also aus "Plastik", anstelle von Halbleitern wie Silizium und Metallen wie Kupfer oder Silber.

Weiteres Merkmal der Organischen Elektronik ist die Verwendung mikroelektronischer Bauelemente auf Trägermaterialien aus organischen Folien. Die Bauelemente werden dabei in Form dünner Filme auf die Folien aufgedruckt, aus der Dampfphase abgeschieden, aufgeklebt oder anderweitig angebracht. Für die Herstellung der dünnen Schichten kommen alle Verfahren in Betracht, die auch für Elektronik auf keramischen oder halbleitenden Trägern verwendet werden.

Prinzipiell eröffnet sich mit der Organischen Elektronik das komplette Feld der Elektronik, das bisher im Wesentlichen von siliziumbasierten Bauteilen geprägt ist. Die Fertigungsverfahren der Organischen Elektronik werden daher in Richtung hoher Stückzahlen sowie äußerst niedriger Herstellkosten entwickelt. Preiswerte Druckverfahren, Rolle-zu-Rolle-Beschichtungs- und Strukturierungsmethoden bilden für zukünftige Produkte in diesem Bereich eine wichtige Basis. Dadurch ermöglicht man auch sog. "Wegwerfelektronik", wie z.B. interaktive Schilder oder Etiketten, die der Kunde nach dem Kauf mit der Verpackung bedenkenlos entsorgen kann.

Interessante Details wurden über die zukunftsweisende Technologie berichtet. Schwerpunkte für Anwendungen gliedern sich in die Bereiche:

  • OLED –flexible Displays (Organic Light Emitting Diode)
  • OLED – flexible Beleuchtung
  • Solarzellen mit der EPFL-Technik
  • Integrierte Schaltkreise auf  Folien, zB integriert in die Verpackung
  • Smart Sensoren
  • Intelligente Kleidung (wearable electronics)


Bild: OE-A Roadmap

Dr. Mauer vermittelte einen guten Überblick zum Stand der Technik. Die Branche ist jung, aber sie entwickelt sich derzeit zu einer eigenen Industrie. Organische und gedruckte Elektronik wird viele Anwendungen deutlich verändern. Klassische Druckerzeugnisse werden aufgewertet, organische Elektronik wird im Werbe- und Verpackungsbereich ganz neue Möglichkeiten bieten. Was mit organischer und gedruckter Elektronik bereits machbar ist – zum Beispiel organische Leuchtdioden (OLEDs) in Design-Leuchten oder im Auto.

Dr. Mauer sprach von Hybrid-Produktbeispielen, wo z.B. auf der Folie das Display, die Leiterstrukturen und die Bedientasten im organischen Druckverfahren aufgebracht werden, aber das Ansteuer-IC noch als konventionelles Bauteil verwendet oder als Silizium-Die kombiniert wird. Um Halbleiter mittels dieser Technik zu substituieren ist es wohl noch verfrüht, wenn man heute erst eine Rechenleistung vergleichbar mit dem ersten µController von 1971, dem Intel 4004 auf etwa gleicher Fläche herstellen kann. Die Beweglichkeit der Ladungsträger ist um einen Faktor von 1.000 bis 10.000 niedriger als im Silizium. Dadurch können extrem kurze Schaltzeiten auf absehbare Zeit nicht realisiert werden. Demgegenüber lassen sich organische Moleküle und Polymere durch vergleichsweise einfache Verfahren bei relativ niedrigen Verarbeitungstemperaturen (< 120 °C) auf eine Vielfalt verschiedenster Substrate großflächig aufbringen und im Mikrometer-Bereich strukturieren. Beispiel von möglichen Leiterstrukturbreiten auf der Folie liegen heute im Bereich von 100µm. Darauf folgte eine angeregte Diskussion, welche Funktionen künftig unsere CAD-Systeme benötigen, welche Simulationen für die Funktionen und wie die Kopplung oder Schnittstellen zwischen diesen Technologien definiert werden. Eine Aufgabe, die noch bevorsteht, ist auch das Aufstellen von Design- und Regelwerken.  Denn diese werden sich nach den verschiedenen Herstellungstechnologien, wie Rollen- oder Siebdruck und anderen Randbedingungen  mit Sicherheit unterscheiden. Hier liegt auch eine Chance für den FED, frühzeitig mit an der Standardisierung zu arbeiten.

2. Fachvortrag: Industrial Electronics & NovecTM High-Tech-Chemicals (Jan Ackermann, Herr Klembt, Fa. 3M Deutschland GmbH)

Jan Ackermann, Channel Manager Industrial Electronics bei 3M, vermittelte einen kurzen Überblick über die 3M Produkte für die Industrieelektronik. 3M bietet eine Vielzahl von Lösungen, zusammengefasst in der „World of Industrial Electronics“ (mehr dazu auch online: www.3M.de/Elektronik).

Ralph Klembt, zuständiger 3M-Produktmananger für Hightech-Flüssigkeiten, vertiefte dann die Informationen,  besonders auch was die Novec™-Produkte  in der Reinigung und Beschichtung von elektronischen Bauteilen betrifft.

Ein technisches Highlight des Portfolios bilden die Novec™ Hightech-Flüssigkeiten. Die Flüssigkeiten eignen sich sehr gut für den Betauungsschutz von Leiterplatten. Sie verfügen über exzellente Isolationseigenschaften (16 kV pro Quadratmillimeter) und dienen als effiziente Entfetter und Flussmittelentferner. Die Flüssigkeit besteht aus langkettigen Flourpolymeren in Hydruofluroether als Lösungsmittel und ist nicht brennbar, gefährdet weder die Gesundheit, noch belastet es die Umwelt. Mehr unter  www.3M.de/ Novec

3. Fachvortrag: Reinigung elektronischer Baugruppen (Jan Henryk Serzisko, Fa. Inventec)

Den ersten Anwendervortrag zum Thema Reinigung präsentierte Jan Henryk Serzisko, von der Firma Inventec unter dem Thema: Reinigung in der Elektronikfertigung - Überflüssig, notwendiges Übel, Notwendigkeit oder sogar Wettbewerbsvorteil?

Inventec ist ein Unternehmen der französischen Dehon-Gruppe, ein 1874 gegründetes Familienunternehmen, das sich zunächst auf das Abfüllen und den Vertrieb von Kühlmitteln spezialisiert hatte. Inventec ist Hersteller von harzbasiertenden Flussmitteln, mit oder ohne Reinigung, auf Alkohol- oder Wasserbasis. Dieses prädestiniert das Unternehmen dann auch mit einer hohen Kompetenz im Bereich Elektronik und Optik Reinigungsmittel und Prozesse anzubieten.

So war auch die erste Aussage von Herrn Sercisko, dass es unerlässlich ist zu reinigen, wenn beschichtet oder vergossen wird. Im IPC Standard 65B ist im Kapitel 8.11.61 eindeutig gefordert, dass jede Baugruppe vor dem Conformal Coating gereinigt werden muß. Ansonsten werden die Reinheitsklassen im JEDEC Standard der JSTD 001 in 3 Klassen unterschieden. Das sind für die Kolophoniumrückstände:

Klasse 1 (gewöhnliche Elektronikprodukte): weniger als 200μg/cm²
Klasse 2 (zweckbestimmte Elektronikprodukte): weniger als 100μg/cm²
Klasse 3 (Hochleistungselektronik): weniger als 40μg/cm²

Auch wenn in preissensitiven Branchen versucht wird bei der Beschichtung  ohne vorherige Reinigung der Baugruppen auszukommen, zeigen sich die Folgeschäden manchmal schneller als gedacht. Trotz Beschichtung ist eine Durchdringung von Feuchtigkeit durch den Kunststoff oder durch das Basismaterial möglich und begünstigt die eingeschlossenen  Flußmittelreste  elektrochemisch zu reagieren.


Bild: Invetec - Typische Verunreinigung von "No Clean Flußmitteln"

Der SIR Test nach IPC TM650 oder auch der THB Test haben gezeigt, dass nach der Reinigung mit dem Co-Solvent-Prozess keine elektrochemische Migration und kein Dendritenwachstum festgestellt werden konnte. Eine Verbesserung  zur Feststellung von elektrochemischer Korrosion wurde durch die Verwendung des BONO TESTS als Schlüsseltechnologie erzielt um festzustellen, ob chemische Rückstände nach dem Löten inert bleiben. In der Luftfahrtindustrie müssen die gedruckten Leiterplatten völlig frei von Rückständen und ionischer Kontaminierung sein, um eine Entgasung bei Niederdruck zu vermeiden.


Bild: Inventec - Typische Reste bei wässriger Reinigung

Zur Entfernung von Flussmitteln auf Leiterplatten hat Inventec den Co-Solvent-Prozess entwickelt. Der Prozess basiert auf der Grundlage von nicht entflammbaren HFE Flourpolymeren Lösungsmittel Novec™, um die Rückstände von Lötpaste nach dem Reflow in der Dampfphase zu entfernen. Dieser Prozess führt zu einer Qualitätssteigerung der elektronischen Baugruppen, eine Voraussetzung bei Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsansprüchen, wie Automobilelektronik, Luftfahrt-,  Wehrtechnik- und  Medizinprodukten. Die Novec™ Chemie bietet den Vorteil, dass sie auch an schwierige Stellen gelangt und wieder einfacher trocknen lässt, als die wasserbasierende Reinigung. Ultraschallunterstützte Reinigungssysteme ermöglichen ein besseres und schnelleres Ergebnis. Dabei ist es wichtig vor der Reinigung eine Prüfung der Bauteile auf Tauglichkeit von Reinigung und ggf. auch auf Ultraschallverträglichkeit vorzunehmen. In einer Präsentation zur APEX-Expo des IPC hat Inventec die Untersuchungen veröffentlicht und auch in einer Untersuchung festgestellt, dass Quarze die Ultraschallreinigung ohne Schaden überstanden haben. http://www.inventec.dehon.com/uploads/cms/pdf/Inventec_S24_03.pdf