Maßgeschneiderte Elektronik-Baugruppen für eine Vielzahl von Anwendungen

Mit „Produkten von der Stange“ ist bei den elektronischen Baugruppen längst nicht mehr getan. Vielmehr verlangen die breit gestreuten Anwendungsgebiete insbesondere hinsichtlich Funktionalität, Integrationsdichte und Zuverlässigkeit nach maßgeschneiderten Konzepten. Die damit verbunden Herausforderungen standen im Fokus der von der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) und dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) organisierten Expertentagung Elektronische Baugruppen und Leiterplatten (EBL).

„Ein angepasstes Design, die Beherrschung einer geeigneten Aufbautechnologie und die richtige Teststrategie sind entscheidende Kriterien, um kostengünstige und zuverlässige Gesamtsysteme zu realisieren“, zog Dr. Klaus-Dieter Lang, stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) und wissenschaftlicher Tagungsleiter der EBL, eine Bilanz. Beispielweise würden bei Anwendungen im Automobilbereich Lösungen für erhöhte Betriebstemperaturen, hohe Leistungsdichten und hohe Zuverlässigkeiten gefordert. „Der Einsatz im Kommunikationsbereich ist dagegen von einer hohen Integrationsdichte bei gleichzeitig hohem Miniaturisierungsgrad des Gesamtsystems geprägt“, konkretisierte der Experte die Herausforderung. Bei Anwendungen in der Medizin hingegen seien neben der Biokompatibilität auch die Anbindung entsprechender Sensoren wichtige Themen.

Wohin die Reise im Einzelnen geht, verdeutlichte unter anderem Professor Eberhard Reichl vom IZM. „Die Leiterplatte wird sich in den nächsten Jahren zum multi-funktionalen Systemboard entwickeln“, prophezeite er. Darüber hinaus würden sich auch hinsichtlich ihrer Funktion als klassischer Bauelementeträger immer höhere Anforderungen ergeben, die unter anderem durch den Einsatz von mobilen Applikation vorangetrieben werden. Mit diesen Design-Randbedingungen würde die Leiterplattentechnologie bezüglich der technologischen Umsetzung allerdings an ihre Grenzen stoßen.

Über Stand und Trends in der Automobilelektronik referierte unter anderem Bernd Hense von der Daimler AG. Seinen Ausführungen zufolge lassen sich wesentliche Funktionen in modernen Personenkraftwagen heute fast ausschließlich nur noch durch den Einsatz von Elektronik realisieren. Damit ändere sich auch ein großer Anteil der Aufgaben des Automobilherstellers von der reinen mechanischen Bearbeitung hin zur Systemarchitektur. „Eine besondere Herausforderung stellen derzeit die Hybrid- und Brennstoffzellenantriebe dar“, unterstrich der Automobilexperte. Hier würden hohe Ströme, hohe Spannungen und hohe Verlustleistungswärme aufeinander treffen, was ein ganzheitliches Konzept zur Betrachtung von Funktionen und Betriebsbedingen voraussetze.

Auch aktuelle Erfahrungen mit der bleifreien Verbindungstechnik wurden anlässlich der Tagung erörtert. So kann die Elektronikbranche mittlerweile auf eine mehr als einjährige Erfahrung mit der bleifreien Verbindungstechnik zurückblicken. Diese Techniken zeichnen sich im Wesentlichen dadurch aus, dass die so genannten Peak-Temperaturen und der gesamte Wärmeeintrag wesentlich höher sind. Das erfordert von den Materialien teilweise hohe thermische Beständigkeit, die durch Mehrfachlötungen bedingt ist, aber auch eine gewisse Zyklenfestigkeit. „Es gibt Versuche, die Zuverlässigkeit beim bleifreien Löten in mathematische Formeln zu kleiden“, erörterte Dr. Manfred Cygon von der Dürener Isola GmbH. Diese hätten bisher aber nur zu bedingt verwertbaren Aussagen geführt. Rolf Froböse