Gegenbewegung gegen das Auswandern der Produktion nach Fernost
Mehrwert in der Leiterplatte

Die Miniaturisierung in der Baugruppenfertigung muss mit den Fortschritten bei den Mikrochips Schritt halten. Derzeit kündigt sich ein Technologiesprung an, der ebenso einschneidende Folgen haben dürfte wie der Übergang zur Oberflächenmontage Mitte der achtziger Jahre.

Leiterplatten dienen nicht nur als Bauelementeträger, sondern sie sind aufgrund ihrer Kostenvorteile nach wie vor das wichtigste Verbindungselement in der Elektronikfertigung. Doch die Fortschritte der Chipfertigung, wie sie Anfang der Woche auf der Semicon-Europe diskutiert wurden, haben Auswirkungen auf das Hight-Tech-Baulement Leiterplatte: Künftig werden nämlich Chips sogar in die Plattenlayer integriert.

Damit formiert sich eine Gegenbewegung gegen das Auswandern der Produktion nach Fernost. Wurden im Jahr 1998 noch 15 % des weltweiten Leiterplattenbedarfs in Europa produziert, so werden es nach Untersuchungen des VDMA-Fachbereiches Productronic 2005 nur noch 10 % sein. "Die USA fallen von 27 auf 16 %, während Asien einschließlich Japan seinen Anteil von ehemals 58 % auf 74 % steigern kann", stellt Jörg Winkler, Leiter des Fachbereichs, fest. Die Folgerung: "Wenn wir besser sein wollen als andere Regionen wie z.B. China, dann muss Mehrwert in die Leiterplatte integriert werden. Das bisher betriebene Outsourcing ist ungut für den Markt, durch die wachsende Komplexität ist jedoch die Nähe zum Systemintegrator wieder zwingender erforderlich", erläutert Wolfgang Scheel, Professor am Berliner Fraunhofer für Zuverlässigkeit-Institut in der Mikroelektronik (FhG-IZM).

Bauelemente in Leiterplatte integrieren

Wichtige Etappen in der Entwicklung waren 1950 durchkontaktierbare Leiterplatten, 1980 die Microvias (HDI High Density Interconnect) sowie ab 2000 die Leiterplatte mit eingebetteten Komponenten. Laut Scheel sind auf einer Leiterplatte durchschnittlich 90 % der zu bestückenden Bauelemente passiv, also Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten. Diese nehmen 40 % der Fläche ein. Es liegt also nahe, diese Bauelemente ganz oder teilweise in die Leiterplatte zu integrieren. Mit Hilfe neuer Pasten, Anlagen und Materialien lassen sich immer engere Fertigungstoleranzen erzielen. "Hier hat die Industrie Anleihen bei den bekannten Dick- und Dünnschichtschaltungen genommen, doch wir stehen hier erst am Anfang der Entwicklung, auch sind die computergestützten Entwurfshilfsmittel noch nicht ausgereift", so Scheel.

In der Entwicklung neuer Verbindungstechnologien sind auch deutsche Firmen führend. MOV der Karlsruher Inboard ist ein neues Konzept und steht für MehrschichtOberflächenVerdrahtung. Diese sogenannte Integrale Leiterplatte bietet nicht nur feinere Leiterbahnstrukturen und lasergebohrte Sacklöcher für die Kontaktierung der Leiterbahnen, auch die elektrischen Daten sind eindrucksvoll. Im Vergleich mit einer konventionellen Mehrlagenverdrahtung geht die Leitungslänge bei gleicher Funktion um 35 % zurück. Die Zahl der Durchkontaktierungen durch alle Lagen reduziert sich gar um 80 %, die Zahl der Signallagen in einem Referenzbeispiel von sechs auf nur noch zwei.

Auch die Integration der Optik zu optronischen Systemen ist einer der Wege, Mehrwert zu schaffen. Siemens integriert die durch Heißprägen hergestellten optischen Leiter in speziellen Leiterplattenlagen. Damit lassen sich passive optische Komponenten wie Verzweigungen realisieren, die eine optische Verdrahtung analog zur elektrischen Leiterplattentechnologie erlauben.

Zukunftstechnik Polymer-Elektronik

Fortschritte bringt auch die jetzt anwendungsreife Polymer-Elektronik. Hier werden ungehäuste Chips direkt in das Innere der Mehrlagen-Leiterplatte eingebettet und kontaktiert. "Da sich Systems-on-Chip wirtschaftlich nicht herstellen lassen, geht der Trend zu Systems-in-a-Package", stellt Prof. Herbert Reichl vom FhG-IZM fest. "Heterointegration, also die Zusammenführung unterschiedlicher Techniken auf einer Leiterplatte, ist hier die Technologie der Zukunft, denn es ist nicht realistisch, mit Silizium alle möglichen Funktionen realisieren zu können." Als Beispiele nennt er die Optronic mit Datenraten im Terabit-Bereich oder die direkte Kopplung von Kommunikationsnetzen mit Chips, Ausweise mit biometrischen Funktionen sowie die Einbettung der Mikroelektronik in Mechanik.

Ein weiterer Schritt Integrationsschritt ist das Wafer-Level-Packaging (WLP), hier werden per Siebdruck Zinnbälle von 300 Mikrometer Durchmesser als Kontakte auf die Siliziumscheibe aufgebracht und anschließend per Reflow-Löten fixiert. "Dieser Prozess ist bereits stabil und bringt eine Ausbeute von fast 100 %, von mehr als 43.000 solcher Kontakte waren nur drei fehlerhaft", meint Reichl.

Autor: as jdb

VDI Nr. 17 vom 23.04.2004 Seite 22

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