Labor Elektroniktechnologie
Das Labor für Elektroniktechnologie am FB Elektrotechnik der FH Schmalkalden
ist für die Herstellung von Dickschichthybridschaltkreisen und Leiterplatten für Lehre und Forschung in Kleinserien bzw. Einzelfertigung ausgelegt.
Damit soll ein wesentlicher Grundstein für die praxisnahe Ausbildung im Studiengang Elektrotechnik, Studienschwerpunkt "Industrielle Elektronik"
gelegt werden.
Um den sich ergebenden technologischen Anforderungen auch in Perspektive gerecht zu werden, werden sämtliche Arbeiten unter Reinraumbedingungen durchgeführt. Die Räume sind nach Federal Standard 209E bzw. nach VDI 2083 geplant und eingemessen worden.
Layouterstellung
Für die Film-Belichtung verwenden wir den Photoplotter MIVA 1648. Das Layout wird mit einer Xenon-Blitzlampe direkt auf einen äußerst lichtempfindlichen Film gezeichnet.
Die Plotfläche beträgt 410 x 560 mm. Geplottet wird mit einer Auflösung von 3,13 bzw. 6,35 Mikrometern bei einer Genauigkeit von +/- 12 Mikrometern und einer Wiederholbarkeit von +/- 8 Mikrometern. Es werden die Eingabeformate Gerber,
HP-GL und Marconi-Quest verarbeitet.
Nach der Belichtung wird der Film entwickelt und fixiert. Dies kann entweder manuell in Photoschalen durchgeführt werden oder im Filmentwickler. Der Film wird in der Dunkelkammer eingelegt und kann kurze Zeit später im Nachbarraum "Siebherstellung" fertig entwickelt entnommen werden. Es können Filmbreiten von 7 bis 51 cm verarbeitet werden, die Filmlänge beträgt mindestens 11 cm. Der Entwicklungsvorgang dauert 10 bis 60 Sekunden.
Siebherstellung
Siebdruck-Kopiergerät VARIOCOP S
Die gespannten Siebrahmen werden mit photoempfindlichen Material beschichtet. Nach dem Trocknen erfolgt die Belichtung mit UV-Licht durch eine 3000-W-Metall-Halogenid-Lampe. Als Kopiervorlage dient der zuvor belichtete und entwickelte Film.
Nach der Belichtung im Siebdruck-Kopierer werden die Siebe mit Wasser entwickelt. Die Strukturbereiche, durch die die Paste gedruckt wird, werden dabei geöffnet. In der Siebentwicklungsanlage ist ein Hochdruckreiniger HD 120/750-WX5 enthalten. Nach der Belichtung des Siebes wird das belichtete Sieb kurz mit Wasser abgespült. Der eigentliche Entwicklungsvorgang erfolgt mit einem Hochdruckstrahl (20-30 bar). Warmes Wasser (35-40 Grad Celsius) erleichtert das Entwickeln. Für die optimale Entwicklung ist der richtige Druck wichtig. Der Druck kann bei diesem Gerät stufenlos eingestellt werden. Die Wasserversorgung erfolgt wahlweise aus dem Wassernetz oder aus den Behältern.
Laser / Montage
Mit dem Batchofen werden die Bauelemente im Reflow-Lötverfahren auf den Träger aufgelötet. Bei diesem Verfahren wird das zuvor aufgebrachte (gedruckte) Lot aufgeschmolzen. Mit einer Heizleistung von 2 x 1,5 kW können Leiterplatten bis zu einer Größe von 305 x 305 mm in Temperaturbereiche von 50 bis 299 Grad Celsius erwärmt werden. Dabei sind 199 Temperaturprofile speicherbar.
Die Inspektion kann mittels einer Farb-Miniaturkamera VM1000C-NTSC und Farbmonitor erfolgen.
Durchkontaktierungsanlage LPKF Contac
Die Durchkontaktieranlage LPKF Contac wurde speziell für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien entwickelt. Sie benötigt nur 4 Bäder und kommt ohne chemische Vorverkupferung aus. Es können Leiterplatten bis zu einer Größe von 220 x 420 mm und bis zu 6 Lagen verarbeitet werden. Der Mindest-Lochdurchmesser beträgt 0,3 mm.
Der Fineplacer wird für die genaue Positionierung von Bauelementen verwendet.
Er hat eine Positioniergenauigkeit von 4 Mikrometern und dient hauptsächlich zur Flip-Chip- u. Ultra-Fine-Pitch-Plazierung. Über eine Optik wird eine visuelle Überlagerung von IC-Unterseite und Trägeroberseite vorgenommen.
Das Comiss-Modul dient als Heißgas-Steuergerät und hat Anschlüsse für Stickstoff und Druckluft.
Die SMD-Station ist ein Kombigerät für die Bereiche Labor, Reparatur, Service und Kleinfertigung und ermöglicht das Entlöten von SMDs, das Entfernen von Altlot, Auftragen von Lotpaste und Klebstoff, Positionierung und Einlöten von SMDs. Nahezu alle SMD-Typen können verarbeitet werden, die maximale Leiterplattengröße beträgt 500 x320 mm.
Mit dem Dispenser wird eine genau dosierte Lotpastenmenge für jedes Pad
aufgetragen. Dies ist insbesondere für Fine-Pitch und BGA-Anwendungen erforderlich, da die Rastermaße moderner Bauteile Genauigkeiten erfordern, die mit freihändigen Auftrag nicht mehr erreichbar sind. Der Dispenser bietet eine Auflösung von 0,0005 mm bei einem Lotpastenauftrag bis 45 mm. Die Steuerung erfolgt über PC und Dreifach-Fußtaster. Der Dispensautomat ergänzt die SMD-Kompaktstation.
Bestückungs- und Montagesystem FP 904
Das System kann sowohl SMDs als auch Fine Pitch Bauteile bestücken. Dazu sind 2 verschiedene Arme mit Adaptern angebracht. Für höchste Präzision gibt es eine motorische Absenkung der Fine Pitch Bauteile oder es wird mittels x-y-Mikrometerschreauben fein positioniert.
Siebdruck / Einbrand / Bonden
Mit dem Siebdrucker lassen sich Trägermaterialien wie Glas, Keramik, Metall,
Leiterplatten oder Folien bedrucken. Auf das Sieb wird die Paste aufgetragen und gleichmäßig verteilt. Beim nachfolgenden Druckvorgang (Rakeln) wird die Paste durch die geöffneten Bereiche des Siebes auf das Substrat gedruckt. Verwendbar sind alle gängigen Leiterbahn-, Widerstands-, Lot- und Polymerpasten sowie Kleber.
Einbrenn- und Trockenofen PEO 603
Nach dem Siebdruck befinden sich in der aufgedruckten Paste noch verschiedene
Lösungsmittel und andere organische Bestandteile. Um diese zu entfernen, wird ein mehrstufiger Trocken- und Einbrennvorgang durchgeführt. Zunächst werden im Trockenofen bei ca. 250 Grad Celsius die leichtflüchtigen Lösungsmittel entfernt. Daran schließt sich ein mehrstufiger Prozeß im Einbrennofen an, mit dem in mehrern Schritten zwischen 600 und 850 Grad Celsius die schädlichen Restanteile der Pasten entfernt werden und die Pasten versintert werden. Da diese Prozesse stark temperaturempfindlich sind, wird die Temperaturabweichung bei ca. 2,5 K gehalten.
Für die elektrische Verbindung der auf dem Schaltungsträger aufzubringenden integrierten Schaltkreise werden Bonder verwendet. Als Verbindungsdrähte werden Gold- oder Aluminiumdrähte mit Durchmessern im Bereich von 17 bis 70 Mikrometern verwendet.