Leiterplatten sind die Grundlage jeder elektronischen Baugruppe und daher von enormer Bedeutung. Das gilt allerdings weniger für Standard-Produkte, die vor allem in Asien in der Massenproduktion gefertigt werden, sondern vielmehr für spezielle Anwendungen, wie sie in Deutschland vor allem im industriellen Umfeld zum Alltag der Entwickler gehören. Und mit zunehmenden Anforderungen und einer ständig steigenden Komplexität der Applikationen verliert die Leiterplatte von der Stange zunehmend an Bedeutung. Immer öfter sind spezielle Lösungen gefragt, die eben nicht bei jedem Anbieter auf Anfrage verfügbar sind. Heger Leiterplatten-Schnellservice ist seit mehr als 40 Jahren auf solche Anfragen spezialisiert. Gemeinsam mit den Kunden werden hier individuelle Problemlösungen erarbeitet, um das optimale Ergebnis zu erzielen. Dabei stehen Qualität und Zuverlässigkeit ganz klar vor Billigangeboten. Und um diese Qualität sicherzustellen, wird bei Heger auch regelmäßig in neue Technologien investiert. Nur so ist man in der Lage, den sich ständig weiterentwicklenden Anforderungen gerecht zu werden. Auf Basis der modernsten Technologien gilt das besondere Interesse bei Heger daher auch besonderen Herausforderungen, die nicht jeder Leiterplattenhersteller meistern kann. Die folgenden Beispiele zeigen, was Leiterplatten heute leisten können - wenn der richtige Hersteller dahintersteht. Der Mikro-Vibrationssensor der Sensolute GmbH dient zur Erkennung von Bewegungen und Erschütterungen mittels einer beweglichen Mikrokugel. Zusammen mit einer anwendungspezifischen Elektronik zur Signalauswertung steuert er den Betriebszustand bewegungssensitiver Geräte. Er benötigt aufgrund seiner geringen Abmessungen nur wenig Platz und ist somit auch zum Einsatz in sehr kleinen elektronischen Geräten geeignet. Typische Anwendungsgebiete für den Sensor sind etwa Fahrradbeleuchtungen, Fahrradcomputer, Fernbedienungen, elektronische Schließssysteme, Transponder, mobile Navigationssysteme, Bluetooth-Car-Kits, drahtlose Sensornetzwerke, schnurlose PC-Mäuse und Headsets, digitale Multimeter und Werkzeuge mit Digitalanzeige. Der Sensor ist vollautomatisch SMD-montierbar, verfügt über vergoldete Kugel- und Kontaktflächen und ist Quecksilber-frei.
Vibrierende Kugel
Für diesen Minisensor mit Maßen von 2,8 mm x 2,4 mm x 1,6 mm hat Heger eine sechslagige Multilayer-Leiterplatte aus halogenfreiem, glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial mit einer innenliegenden Kammer entwickelt, in der eine Kugel vibriert. Innenliegende Klebe- und Isolierschichten sowie spezielle Goldoberflächen und ein schwarzer Lötstopplack waren spezielle Anforderungen an den Fertigungsprozess. Für diese Sonderplatine wurde von Heger ein kompletter Produktionsablauf erstellt. In einzelnen Fertigungsschritten hat man die sichere Kontaktierung der Kugel getestet. Die Oberflächenbeschichtung ist optimiert, um die Langlebigkeit und Kontaktierung der Kugel einwandfrei sicherzustellen.Durch den optimalen Schichtaufbau des Multilayers ist die einwandfreie Funktion des Schaltermechanismus und eine gleichmäßige Vibration bei der späteren Zerteilung gewährleistet. Um die Zykluszeiten zu optimieren, hat man Tests mit verschiedenen Materialien durchgeführt. Realisiert wurde die Leiterplatte von Heger innerhalb von nur 20 Arbeitstagen.
Nach dem Urknall
Das CERN in Genf betreibt physikalische Grundlagenforschung und ist durch den LHC, den größten Teilchenbeschleuniger der Welt, inzwischen auch der breiten Öffentlichkeit bekannt. Einer der Detektoren, die im Rahmen der verschiedenen Experimente zum Einsatz kommen, ist ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Dieser Vielzweckdetektor ist optimiert für Kollisionen von Schwerionen, bei denen extreme Energiedichten eintreten. Einer der Versuche von ALICE bestand in der Erzeugung und Vermessung eines Quark-Gluon-Plasmas. Das ist ein Zustand extremster Dichte und Temperatur, in dem sich das Universum unmittelbar nach dem Urknall für ein paar Millionenstel Sekunden befand. Durch die Kollision von hochbeschleunigten Bleikernen soll dieser Zustand erzeugt werden. Zur Untersuchung des Quark-Gluon-Plasmas besteht ALICE aus einer großen Zahl einzelner Detektoren. Für die Leiterbahn wurden Leiterbahnbreiten und -abstände von 35 µm bei 35 µm Kupferdicke benötigt. Der aktuelle Standard liegt derzeit bei 120 µm bei einer Kupferhöhe von 35 µm. Basis der Leiterplatte ist gefülltes FR4-Hoch-TG-Material, das derzeit hochwertigste Normmaterial. Für das spätere Golddrahtbonden wurde eine galvanische Bondgoldbeschichtung benötigt. Um eine gut bondbare Oberfläche für das Golddrahtbonden herzustellen, wird ein besonderes, hochreines Goldbad benötigt. Innerhalb von 48 Stunden konnte Heger diese Anforderungen umsetzen. Nach einem Probelauf im September 2012 kam es im Januar 2013 zu erfolgreichen Kollisionen.
Glasfaser integrieren
Am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) beschäftigt man sich unter anderem mit der Frage, wie man den Forderungen nach immer höheren Datenraten bei gleichzeitig hoher Störsicherheit und Zuverlässigkeit in elektronischen Systemen Folge leisten kann. Ein Ansatz ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahren zur Integration von optischen Wellenleitern in Leiterplatten und die Entwicklung von optoelektronischen Koppelelementen. Dabei kommt es vor allem auf die Verträglichkeit der Fertigungsprozesse und Materialeigenschaften der Wellenleiter mit den etablierten Herstellungs- und Bestückungsverfahren der Leiterplattenhersteller an. Ebenso wichtig ist aber auch die Bereitstellung von Koppelelementen zur Ein- und Ausleitung der optischen Signale in die Wellenleiter, die idealerweise ohne aktive Justage mit gängigen Bestückungsautomaten auf der Leiterplatte bestückt werden können. Das Verfahren beruht auf Standard-Multimode-Glasfasern, die in den Lagenaufbau einer Multilayer-Platine integriert werden. Dabei kommen ausschließlich Standardfertigungsschritte des Leiterplattenherstellers zum Einsatz. Neben der hohen Temperaturstabilität und der geringen optischen Dämpfung ist insbesondere die hohe mechanische Präzision der Glasfasern von entscheidender Bedeutung für das angewandte Koppelkonzept. Die optoelektronischen Komponenten werden mit Hilfe einer Justage-Struktur direkt am Wellenleiter ausgerichtet, so dass die aktive Chipfläche exakt vor der Fasereintrittsfläche positioniert wird. Die Konstruktion der Justage-Struktur ermöglicht zum einen das Aufsetzen des Koppelelements auf der Glasfaser mit einem Fangbereich von ca. 100 µm, zum anderen die passive Feinjustage mit einer Genauigkeit von etwa 5 mym, wodurch eine automatische Bestückung der Koppelelemente auf der Leiterplatte ermöglicht wird. Bei der von Heger gefertigten Leiterplatte handelt es sich um einen 4-Lagen-Multilayer, der aus FR4-Polymidfolie und dem integrierten Glasfaserkabel besteht. Die Polymidfolie wurde aufgepresst und toleranzlos mit 125µm breiten Schlitzen gelasert, um das Glasfaserkabel einlegen zu können. Anschließend wurde das Glasfaserkabel komplett eingepresst. Schließlich wurden durch Freifräsungen im Material die Anschlussstücke des Glasfaserkabels freigelegt. Beschichtet wird die Leiterplatte mit einer Nickel-Gold-Schicht mit 1mym Hartgold. Umgesetzt wurde das Projekt in 20 Arbeitstagen. Zu den größten Herausforderungen für den Leiterplattenhersteller gehörte die Anforderung, dass das Glasfaserkabel weder mechanisch noch chemisch belastet werden durfte. Auf HF-Messgeräte hat sich die Sequid GmbH spezialisiert. Die besondere Expertise des Unternehmens liegt dabei in der Kombination der Hochfrequenztechnik und der multivariaten Statistik für die Lebensmittelanalytik im industriellen Umfeld.
Frostfisch messen
Die Messgeräte basieren auf der dielektrischen Spektroskopie. Ein breitbandiger Messimpuls wird auf das zu untersuchende Material gesendet und die Reflexion wird mit Hilfe der multivariaten Statistik ausgewertet. Die Materialzustände, die sich durch unterschiedliche Dielektrizität auszeichen, werden charakterisiert und von dem System erkannt. Das Messsystem wird unter anderem eingesetzt, um die Qualität von Frostfisch zu prüfen. Innerhalb von nur drei Arbeitstagen hat man bei Heger eine Leiterplatte aus Teflonmaterial gefertigt, die über leitfähige und gepluggte Bohrungen verfügte. Die Leiterplatte wurde zudem hartvergoldet und mit einer Kantenmetallisierung versehen. Um all diese Anwendungen in kürzester Zeit realisieren zu können, bedarf es langjähriger Erfahrung, der richtigen Ausstattung - und dem Willen, sich Herausforderungen zu stellen. Sie sind gute Beispiele dafür, dass die Leiterplattenfertigung in Deutschland nicht nur konkurrenzfähig, sondern der Konkurrenz oft einen Schritt voraus ist.
