Paul Jäger. FISCHER Baugruppen GmbH Amtzell. Flexible Schaltungen. Reel to Reel

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1 Paul Jäger FISCHER Baugruppen GmbH Amtzell Flexible Schaltungen Reel to Reel

2 Wir verarbeiten Folie Reel to Reel zu - flexiblen elektronischen Baugruppen - Unser Ziel ist grün und der Weg ist Ökologie und Ökonomie in Einklang zu bringen. Seite 1

3 Flexible elektronische Baugruppen Nach anfänglichen Startschwierigkeiten, bedingt durch nicht ausreichend vorhandenes Wissen und fehlenden Normen, hat sich nun die Technologie flexibler Schaltungsträger zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt. Durch die Integration von Form-, Verbindungs- und Funktionseigenschaften, lassen sich Fertigungszeiten verkürzen. Mit flexiblen elektronischen Baugruppen können Geometrien erzielt werden, die für starre Leiterplatten unmöglich sind. Der Reel to Reel - Prozess der FISCHER Baugruppen GmbH eröffnet eine Vielzahl technologischer Vorteile gegenüber der konventionellen Aufbautechnik. Ein weiteres Merkmal ist die wirtschaftliche Komponente. Dieses Verfahren ist ein vollautomatischer Prozess, der auch kleinere Stückzahlen preiswert liefern kann. Eine neue Möglichkeit für die Realisierung elektronischer Anwendung bietet die intelligente Verknüpfung von flexiblen elektronischen Baugruppen und der Kunststoff-Spritzguß-Technologie. Diese Verbindung wird immer wichtiger durch den verstärkten, dezentralen Einsatz von Mechatronik Anwendungen und der Notwendigkeit, neuer, platz- und kostensparender Konzepte. Seite 2

4 Motive, Argumente für flexible Baugruppen Die kleinen Gehäusevolumen der Endgeräte und die großen Komponentendichten erfordern aus Platzgründen Leiterplattenstärken von << 1,0 mm Die 3-D Anordnung der Leiterplatten im Endgerät erfordert eine zuverlässige, preiswerte und montagefreundliche Verbindungstechnologie Reduzierung der Gesamt-Herstellungskosten Minimierung der Logistik (nur noch 1 Fertigungsteil) Integration von EMV-Maßnahmen (Abschirmung) Verbot von halogenischen flammhemmenden Stoffen ab 2008 Gute Wärmeableitung Hoher Automatisierungsgrad (Reel to Reel) Optimale Anpassung an vorgegebene Gehäuseformen Geringer Stress bei Temperaturbelastung Seite 3

5 Die Schwerpunkte dieses Vortrags 1. Anwendung von flexiblen elektronischen Baugruppen 2. Der Prozess (Herstellung Reel to Reel) 3. Die Leistungen der FISCHER Baugruppen GmbH Seite 4

6 Anwendungen In diesen Bereichen wird Folientechnologie eingesetzt: Automotive, Medizintechnik, Lichttechnik, Sensorik, Telekommunikation, Fototechnik Automotive: Lenkradverdrahtung, Tür 2005, Rücklicht, Ambientebeleuchtung, Motorsensorik Medizintechnik: Hörgerät, Herzschrittmacher Lichttechnik: Lampensteuerung, LED-Beleuchtung Sensorik: Sicherheitsvorhänge, Opto-Lichtschranke Telekommunikation: Fernseher, Handy, Festplattenlaufwerk, Tastatur Fototechnik: Digitalkamera Seite 5

7 Vision Flip-Chip auf flexiblen Trägern in Kunststoff eingespritzt 1) Ziel Entwicklung der Mikrosystemtechnologie für eine neue Generation von mechatronischen Baugruppen für den Einsatz im Automotiv- Bereich 2) Einzelheiten 2.1 Reduzierung von Bauteilen, Verbindungselementen und vereinfachte Montage 2.2 Rationalisierungspotential 2.3 Integration von mechanischen Funktionen (Stecker) 3) Aufgaben 3.1 Auswahl geeigneter Basismaterialien und Bauelementen für die Montage mechatronischer Systeme 3.2 Prozess für die Flip-Chip-Montage auf flexiblen Verdrahtungsträgern 3.3 Fertigung im Volumen 4) Ausblick 4.1 Hohes wirtschaftliches Potential 4.2 Miniaturisierung von mechatronischen Systemen (räumliche Integration) 4.3 Schnellste Signalverarbeitung - höchstmögliche Packungsdichte Seite 6

8 Die Technologie In diesem Bericht sollen keine theoretischen Möglichkeiten und Visionen aufgezeigt werden. Auch weiteren Daten von Folien, Strukturen usw. werden an anderen Stellen schon beschrieben. Hier soll nur dargestellt werden, dass der Prozess -flexible elektronische Baugruppen in der Technologie Rolle zu Rolle- eine wirtschaftliche Größe ist und die Fertigung in dieser Technologie nun im Volumen betrieben wird. Bedingt durch immer höhere Anforderungen, d.h. immer mehr Intelligenz in der Baugruppe und gleichzeitig werden immer kleinere Einbauräume angeboten, müssen nun neue Möglichkeiten gesucht werden, um dieser Notwendigkeit gerecht zu werden. Da 2 Dimensionen für diese Anforderungen keine Lösung mehr sind, wird nun die 3-D-Baugruppe gefordert. Räumlich integrierte und flexible elektronische Baugruppen ist nicht mehr der Wachstumsmarkt der Zukunft, sondern hergestellt im Prozess Reel to Reel sind sie der Lösungsansatz für heutige Probleme technologisch und wirtschaftlich. Dabei soll nicht die starre Leiterplatte durch eine Flexible ersetzt werden, sondern eine neue Technologie kommt hier zum Einsatz. Seite 7

9 Kenntnisse der Materialeigenschaften sind von großer Bedeutung um durch gute Designabstimmung aus der Vielfalt der Möglichkeiten und Forderungen ein Optimum für die Funktion und die Kosten zu finden Bereits im Design muss die Technik der flexibel elektronischen Baugruppen mit ihren vielen Möglichkeiten gedacht und umgesetzt wird. Letztlich wird dann in der Zusammenführung der flexiblen Leiterplatte mit der Kunststoff-Spritztechnologie, die geeignete Träger zu Verfügung stellt, ein neuer Begriff Realität die Mechatronik Diese Verbindung ermöglicht dann, dass Intelligenz vor Ort ist und ihrer Daten über eine Bus-Leitung dem Rechner zugeführt werden. Seite 8

10 Diese Folien verarbeiten wir Reel to Reel zu flexiblen elektronischen Baugruppen Polysiloxan Polyester Polyäthylen-Terephthalat PETP einseitig Kupfer einseitig Kupfer beidseitig Kupfer gedruckte Struktur Polyimid PI einseitig Kupfer beidseitig Kupfer Polyäthylen Naphthalat in Vorbereitung PEN einseitig Kupfer LCP (von Hoechst Vectran) jetzt aus Japan Peek Teflonfolien Polytetrafluorathylen PTFE Seite 9

11 Der Prozess Die Herstellung flexibler elektronischer Baugruppen in Rolle zu Rolle, ist ein Prozess, bei dem sich high tech und Low cost ergänzen und nicht ausschließen. Low cost, da die Baugruppe immer im Zustand Rolle - Rolle weiterverarbeitet wird und ihren Zustand nie ändert, was mit einer erheblichen Kostenreduzierung verbunden ist. Wenn man davon absieht, dass die Rollen manuell von Anlage zu Anlage befördert werden, dann ist der gesamte Prozess als vollautomatisch zu bewerten. Die Stückzahl pro Auftrag ist nach oben und unten unbegrenzt, da die Auftragsänderungen fast nur von Daten abhängig sind Wir haben eine sehr gute Losgrößenflexibilität bei hohem Fertigungsvolumen. Seite 10

12 Unsere Technologie -Reel to Reel- Siebdruck Belichten Bestücken + Löten Durchkontaktieren Testen Laserschneiden Struktur + einseitig Lotpaste Struktur beidseitig SMT Plasmaprozess Incircuit + Funktion Kontur Seite 11

13 Seite 12

14 Herstellung der Platine Die Herstellung der Flexiblen Platinen (Polyimid) beginnt mit dem Rohfilm auf Rolle. Das Basismaterial Polyimid kann in den Stärken 35 / 50 / 70 µm verarbeitet werden. Die Kupferdicke wird durch die Anwendung bestimmt. Der Nassprozess Rolle oder feste Platte unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, dass am Anfang und am Ende aufgerollt und nicht gestapelt wird. Ein deutlicher Unterschied macht sich nur beim Durchkontaktieren bemerkbar. Bei Rolle zu Rolle erfolgt dies in einem spezifischen Plasmaprozess und nicht wie bei der starren Platte galvanisch und chemisch, wodurch der Kupferauftrag verstärkt wird, und die Flexibilität sich vermindert. Durch diesen Kupferauftrag verändern sich auch die Kontaktabstände. Seite 13

15 Platine Da die einzelne Platine nicht ausgerichtet werden kann, müssen festgelegte Marken vorhanden sein, aus denen die Position sowie der Schwund errechnet werden können. Durch entsprechende Beleuchtung ist jede Bildverarbeitung in der Lage, diese Marken zu erkennen damit die Koordinaten der Maschine ausgerichtet werden können. Die gesamten Marken müssen im Layout vorgesehen und in Richtlinien festgelegt werden, um so den Prozess über alle Anlagen reproduzierbar zu machen. Seite 14

16 Herstellung der Baugruppe Polyimid Tempern der strukturierten Folie Die Wasseraufnahme wird konstant gehalten und der Schwund des Basismaterials auf ein Minimum reduziert. Die Effizient des Prozesses Tempern (130 C, 3h) wurde im Applikationslabor der Fa. Kendro (Heraeus) in Hanau mit folgendem Ergebnis verifiziert: - 90% der Feuchtigkeit wird bereits nach 1h aus der Flex-Lp getrieben. - Die restlichen 10% sind in der 2. Std. ausgetempert. - Bereits 4 Stunden nach dem Tempern haben die Flex-Lp n wieder 60% an Feuchtigkeit aus dem Raumklima aufgenommen, welche bis zur Sättigung aufgenommen werden kann. In einem Vakuum-Wärmeschrank kann ein Temperprozess mit 80 C modelliert werden, welcher bei gleicher Zeit (3h), dieselbe Effizient erbringt. Lotpaste drucken Bestücken + Löten Testen Inc. + Funktion Konturschneiden mit Laser Seite 15

17 Siebdruck mit EKRA E 5 Modularer Aufbau - Reel to Reel - Ätzreserve, - Lötstopplack, - Lotpaste, - Pastenstruktur, - Leitkleber 5. Europäisches Elektroniktechnologie-Kolleg März 2002 Seite 16

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19 Testen von Rolle zu Rolle Hier werden je nach Bedarf, Funktionstest oder Incircuittest durchgeführt. Der Funktionstest wird durch Abtastplatten realisiert. Der Incircuittest findet auf einem modifizierten Flying Probe statt. Konturschneiden von Rolle zu Rolle Im letzten Arbeitsgang verlässt die flexible Baugruppe seine Ordnung und wird durch Laserschneiden in seine endgültige Form gebracht. Seite 18

20 Die 3-D-Baugruppe Montiert auf geformtem Kunststoff Im Gehäuse eingeschoben Im Auto-Türgriff eingegossen als Funktion Automatisierung durch Lötverbindung Seite 19

21 FISCHER Group ist Mechatronik Zusammen mit Ihnen projektieren wir Ihre 3D-Baugruppe in Folie. Ihre 3D-Baugruppe spritzen wir in Kunststoff ein FISCHER Präzisionstechnik Werkzeuge + Sondermaschinen FISCHER Baugruppen GmbH Reel to Reel FISCHER Entwicklung + Konstruktion Innovation Seite 20

22 Flexible elektronische Baugruppen Seite 21

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