SIPLACE SX: Ready für KI

„Die Serverboards für KI-Anwendungen sind deutlich größer und schwerer als herkömmliche Leiterplatten und weisen einen hohen Bestückungsgrad auf beiden Seiten auf. Die Prozessoren – ob GPU, TPU oder CPU – werden in Form hochintegrierter Multi-Die-Module typischerweise als Ball Grid Arrays (BGAs) direkt auf den Serverboards platziert. Dies stellt die SMT-Fertigung vor völlig neue Herausforderungen“, erläutert Petra Klein-Gunnewigk, Senior Product Manager Placement Solutions bei ASMPT SMT Solutions. „Aufgrund der hochpreisigen KI-Prozessoren muss der gesamte Bestückprozess zudem maximale Prozesssicherheit gewährleisten.“

Lückenlos aufeinander abgestimmte Technologien

Gehäuseabmessungen von bis zu 150 × 150 mm und Gewichten von über 500 Gramm sind dabei keine Ausnahme mehr. Noch größere und schwerer Bauelemente sind absehbar. Gleichzeitig wächst die Zahl der Anschlüsse kontinuierlich. Zusammen mit ICs, QFNs, Elektrolytkondensatoren und tausenden hochminiaturisierten passiven Bauelementen ergeben sich auf einer einzigen Leiterplatte weit über 20.000 Bestückpositionen. Hinzu kommt, dass die passiven Bauelemente nicht nur in sehr hoher Dichte, sondern häufig auch in unterschiedlichen Winkellagen präzise bestückt werden müssen. Für diese Anforderungen lässt sich die SIPLACE SX mit dem Collect-and-Place-Bestückkopf CP20 ausstatten. Er ermöglicht mit 20 unabhängig arbeitenden Segmenten Versatzkorrekturen und die hochpräzise Bestückung selbst dicht platzierter Bauelemente in beliebigen Winkellagen innerhalb eines einzigen Kopfzyklus. Für die Verarbeitung großer und schwerer Prozessor-BGAs steht der Bestückkopf TWIN VHF zur Verfügung. Er arbeitet mit speziell auf das jeweilige Bauelement abgestimmten Pipetten. Zusätzlich wird das Massenträgheitsverhalten jedes BGA ermittelt und bei der Programmerstellung berücksichtigt, sodass auch schwere Bauelemente sicher und präzise verarbeitet werden können. Die Programmierung erfolgt mit der WORKS Software Suite, in die sich auch BGA-Geometriedaten direkt importieren lassen. Auch das Leiterplattenhandling ist auf die besonderen Anforderungen ausgelegt. Ein Schwerlast-Transportsystem befördert Leiterplatten mit einem Gewicht von bis zu zehn Kilogramm sicher durch den Bestückprozess. SIPLACE Smart Pin Support positioniert die Support-Pins automatisch und überwacht sie kontinuierlich, um Durchbiegungen großer Leiterplatten zuverlässig zu vermeiden.

Maschinenintegrierte Qualitätskontrolle

Für die entscheidenden Kontrollschritte stehen bereits geeignete Vision-Systeme zur Verfügung. So werden alle Anschlüsse der BGAs mit hochauflösenden Kameras vor der Bestückung geprüft. Mit der Softwareoption „On-Board PCB Inspection“ lässt sich der Bestückbereich unmittelbar vor der BGA-Bestückung per 3D-Inspektion auf Fremdkörper prüfen. Ein weiterer entscheidender Qualitätsfaktor ist die Koplanarität großer BGAs. Nur wenn sämtliche Balls auf einer Ebene liegen, ist ein zuverlässiger Kontakt zur Lotpaste gewährleistet. Dafür kommt ein 3D-Koplanaritätsmesssystem auf Basis der Lasertriangulation zum Einsatz, das Höhenauflösungen von bis zu 0,5 µm erreicht.

„Die Anforderungen an die SMT-Fertigung von KI-Server-Boards steigen derzeit rapide. Entscheidend ist deshalb nicht eine einzelne Technologie, sondern das präzise Zusammenspiel aller Prozessschritte – von der Bauelementbeschreibung über das Leiterplattenhandling und die Materialzuführung bis hin zur In-Machine-Inspektion, der BGA-Bestückung und der Koplanaritätsprüfung. Die SIPLACE SX vereint diese Funktionen bereits heute in einer Plattform und bietet damit die Voraussetzungen für eine stabile und prozesssichere Fertigung hochkomplexer KI-Server-Boards“, resümiert Petra Klein-Gunnewigk.