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12.06.2013

Bericht und Vortragsfolien | Rheinmetall Air Defence AG

Das Regionalmeeting konnte bei der Fa. Rheinmetall Air Defence AG, Zürich, durchgeführt werden und es durften 25 Teilnehmer begrüsst werden.
 
Wir bedanken uns bei der Fa. Rheinmetall für die Benutzung ihrer gut eingerichteten Lokalitäten (Audio/Video). Zudem wurden die Getränke gesponsert. FED bot „Guätzli“ an.

Die Teilnehmer und die Referenten wurden herzlich zum 2. Regionalmeeting begrüsst und das Kommen verdankt.



Das Thema 3-D MID-ist eine Technologie die bereits vor ca. 20 Jahren entwickelt wurde. Für die Aktualisierung ist die laufende Miniaturisierung im Komponentensektor verantwortlich. Es musste eine Lösung gefunden werden, die diesem Trend auch Rechnung trägt. Die 3-dimensionalen Plat-zierungen von Komponenten und deren Verbindungen auf einem entsprechend Spritzguss ermöglichen die 3-dimensionalen Aufbauten mit Leiterplatten kostengünstig zu ergänzen oder zu kompensieren.

Die notwendigen Ressourcen in Form von Geräten – Spritzguss, Laser, Prägung und die chemische Abscheidung im Trommelverfahren (in der Galvanik eine bewährte Methode) mussten entwickelt und entsprechende Erfahrungen gesammelt werden – sprich mit zunehmendem Einsatz dieser Möglichkeiten steigt auch das Wissen.

Das Ziel dieses Meeting war, das Wissen 3-D MID weiterzuvermitteln. Vielfach werden die Außenmasse des Produktes, oder ein Teil davon, vorgegeben und die Designer haben spontan keine Ahnung wie sie dies angehen sollen. Des Rätsellösung könnte eine dieser Technologie sein.


Quelle: BASF, Kromberg & Schubert (LPKF)

1.Fachvortrag: Trends, Herausforderung und Lösung 3D-MID Technologie
(N. Bachnak, Cicorel SA, Boudry (CH) )      

RGBCH-12062013-2Das Referat gibt initial die Beweggründe für den Weg von der Idee über die Lösung zum Produkt. Wie schon erwähnt, die Herausforderung die Miniaturisierung mit der steigenden Komplexität der Funktion in einen kleinen Raum zu implementieren. Die Schlagwörter sind „Individualisierung und Nachhaltigkeit“. Es wird auf die Umsetzung von sozialen Trends (Mobiltelefon) und auch die Ressourcenbindung und den weltweiten Umweltschutz erörtert. RGBCH-12062013

 

 

 

 

2.Fachvortrag: 3D-MID Spritzguss und Laser Direkt Strukturierung
(D. Bäcker, LPKF AG, Grabsen (D) )

Das Spritzgussteil kann aus zwei verschiedenen Kunststoffen (1-Komponent oder 2–Komponent) hergestellt werden. Das Granulat ist mit Cu-Komplexen dotiert. Die Oberfläche wird mit einer organischen, inerten

RGBCH-12062013-3RGBCH-12062013-4Lackschicht nachbehandelt. Mit dem Laser – der notabene dreidimensional angesteuert werden kann – werden Vertiefungen „eingebrannt“. Die Vertiefungen sind identisch mit den nachträglichen Leiterbahnen und weiteren Metallisierungen. Dieser Prozess bewirkt, dass der Kunststoff aufgeraut (Grundlage für die Haftung der nachfolgenden Metallisierungen) und die Cu-Komplexe freigelegt wird (siehe unten).

Bei der chemischen Verkupferung bewirken die freigelegten Cu-Partikel ein Abscheiden der in der Lösung vorhandenen Cu-Ionen. Die Schichtdicke liegt ca. bei 3 … 8µm (in Asien sind es ca. 15µm – längere Expositionszeiten im Bad - eine Frage der Kosten). Danach werden lötbare Schutzschichten wie: chem. Sn, Ni-Au, oder Ag appliziert. Eine galvanische Verstärkung ist möglich, bedingt jedoch, dass sämtliche zu metallisierenden Stellen mit einem „Galvanoleiter“ verbunden sind.

RGBCH-12062013-5RGBCH-12062013-6Die Haftfestigkeit der chemischen Metallisierungen war bei der Additivtechnik stets ein Kriterium. Bei diesem Verfahren wird durch die Laserbearbeitung der Kunststoff verdampft und es entstehen Kavernen. Das chemisch abgeschiedene Kupfer füllt diese Kavernen und erreicht dadurch eine gute mechanische Verankerung.

RGBCH-12062013-7Eine weitere Möglichkeit ist die Prägungstechnik. Diese kommen bei Massenteilen mit einfacheren Strukturen zum Tragen. Hierbei wird die Cu-Folie auf den Kunststoffträger mittels eines Prägestem-pels aufgepresst und „versenkt“. Danach kann die „abgeschnittene“ Restfolie abgezogen werden. Zurück bleiben die Cu-Folienteile, die im Substrat einbettet sind.

 

 

 

3.Fachvortrag: 3D-MID Gestaltungsrichtlinien (D. Duhm Cicorel SA, Boudry (CH) )

Den Designrichtlinien wurde ein spezielles Gewicht gegeben. Die Technologie unterscheidet sich durch einige spezifische Vorgaben für die 3D-Ausgestaltung.

RGBCH-12062013-8RGBCH-12062013-9

Die Leiterbreiten können wie gewünscht gewählt werden. Dagegen sind die Cu-Schichtdicken durch die Expositionszeiten sinnvollerweise zwischen 3 … 8µm zu. Die Stromtragfähigkeit ist mit Kurven dokumentiert.

Die Materialauswahl des Kunststoffes mit ihren jeweiligen Parametern werden besprochen und für welche die spezifizierten Einsatzprofile geeignet sind. Für das Formteil müssen bei der Gestaltung wichtige Hinweise berücksichtigt werden, damit das Spritzgusswerkzeug mit ihren erhöhten Anforderungen an die Ausführung erfüllt werden können.

Beispiele von Vorgaben für das Design:

RGBCH-12062013-10  RGBCH-12062013-11

Oberflächenbehandlungen:
Typische Oberflächenbehandlung ist Cu 8 ±3µm, NiP 8 ±3µm, Au 0.1 ±0.01 µm.
Abweichend sind Aufbauten in chemisch Ag, chemisch Sn oder verschiedene Passivierungen als Schutzschicht möglich.

Lötprozesse:
Die gängigen Lötprozesse, wie selektives Laserlöten, Konvektionslöten und Leitkleben sind praktikabel.

4.Fachvortrag: Dispensen und Bestücken
(F. Schildein, essemtec AG, Aesch, Luzern (CH) )

RGBCH-12062013-12Die dreidimensionalen metallisierten Spritzgussteile müssen schlussendlich noch bestückt werden. Die Herausforderung wurde angenommen und aufgrund der etablierten Bestückungsautomaten musste noch das Dispensen und Bestückung in 3-D bewerkstelligt werden.

Dies erfolgt durch einen im freien Raum beweglichen Bestückungskopf.
Die Aufnahme der Bauteile ist analog der standardmässigen Automaten.

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RGBCH-12062013-14RGBCH-12062013-15Das Dispensen muss sich ebenfalls „im Raum“ bewegen, damit (fast) jede Position erreicht werden kann. Aber auch hier gelten gewisse Restriktionen, die die absolute Freiheit im Design beschneiden.

 

Dies sind:

  • Grösse und Gewicht des aufzunehmenden Teils
  • Z-Achsenfahrweg (> 50mm)
  • Bestückungsgenauigkeit (<60μm)
  • Design des Trägers

Schlussbemerkung
Die Vorträge zeigen auf, dass eine Technologie an „Fahrt“ gewinnt und wir uns im Rahmen der täglichen Herausforderungen irgendwann diesem stellen müssen. Dies erinnert mich an die Anfänge der Surface Mount Technology. Anno 1983 wurden prophezeit, dass bis 1986 die neue Bestückungsart 40 … 50% des Marktes erobern wird. Nun diese Prognose trat erst gegen Ende der 90er Jahre ein. Aber entscheidend ist, dass man sich bereits jetzt schon das Wissen zulegt und die Progression verfolgt. Der Tag ist nicht fern, bei dem Sie vom Marketing aufgefordert werden ein kleines, komplexes Produkt zu kreieren und – wie allen bekannt – innert kürzester Zeit zur Fertigungsreife bringen müssen. Der Markt – sprich Kunde – wartet!


Quellen

Trends, Herausforderung und Lösung 3D-MID Technologie
(N. Bachnak, Cicorel SA, Boudry, CH )

3D-MID Spritzguss und Laser Direkt Strukturierung
(D. Bäcker, LPKF AG, Grabsen, DE )

3D-MID Gestaltungsrichtlinien (D. Duhm Cicorel SA, Boudry, CH)

Dispensen und Bestücken
(F. Schildein, essemtec AG, Aesch, Luzern, CH)

 

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