Leiterplatten der Zukunft
Bericht
- Automobil, Industrie und Erneuerbare Energien treiben Elektronik
- Neue Materialien, Technologien und Systemintegration für Innovationen
- 270 Experten in Nürnberg - Größtes Leiterplatten-Forum in Deutschland
Neue Markt- und Kundenanforderungen aus der Automobil- und der Industrieelektronik sowie der Energieversorgung sind Wachstumstreiber für die deutsche Elektronikindustrie. Anwendungen im Automobil umfassen erweiterte Sicherheits- und Komfortfunktionen oder die Elektrifizierung des Antriebsstranges für Elektromobilität. In der Industrieelektronik werden neue Funktionalitäten für Steuerung und Automatisierung gefordert. "Smart Grids" gewinnen an Bedeutung für die bedarfsgerechte Energieverteilung und zunehmende dezentrale Einspeisung Erneuerbarer Energien in elektrische Netze. Viele dieser Zielsetzungen erfordern hohe Ströme bzw. Spannungen und gleichzeitig die Integration von Logik für die Ansteuerung.
Dazu kommt der allgemeine Trend in der Elektronik, kleiner, schneller, leistungsfähiger, robuster und günstiger zu werden. Das spiegelt sich auch in den Anforderungen an die Leiterplatte als verbindendem Element der Elektronikbauteile wieder: größere Temperaturbeständigkeit bis 220 Grad Celsius, verbessertes Wärmemanagement für Leistungsbauteile, höhere Stromtragfähigkeit oder auch größere Zuverlässigkeit.
Bereits zum achten Mal fand das Kooperationsforum "Leiterplatten der Zukunft" am 24. Januar 2012 in Nürnberg statt, durchgeführt von der Bayern Innovativ GmbH. Diese sieht sich dabei „als Brückenbauer zwischen den Zulieferern aus dem Umfeld neuer Werkstofftechnologien, der Leiterplatten- und Elektronikindustrie sowie den verschiedenen Anwenderbranchen, die jeweils über bereits etablierte Cluster und Netzwerke erreicht werden", so Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer. Das Kooperationsforum wurde im Rahmen des Netzwerkes BAIKEM in enger Zusammenarbeit mit dem ZVEI Bayern, dem VDMA Bayern sowie dem Fachverband für Design, Leiterplatten- und Baugruppenfertigung FED e. V., Berlin, ausgerichtet. Mehr als 270 Experten aus Deutschland, Österreich und der Schweiz sowie 24 Aussteller kamen in Nürnberg zusammen, um zielgerichtet Innovationsansätze voranzutreiben.
Die Leiterplattenfertigung findet nur noch in beschränktem Maße in Bayern statt, aber sie ist essenziell für Produktinnovationen führender Unternehmen in Bayern aus dem Automobil- und Maschinenbau oder der Energietechnik. Die Diskussionen während des BAIKEM-Forums machten deutlich: Kommunikation über die gesamte Wertschöpfungskette ist essenziell, um weitere Innovationspotenziale zu heben. Das Forum "Leiterplatten der Zukunft" bildet dafür eine ideale Plattform und wird auch im kommenden Jahr fortgesetzt.
Die nachfolgenden Inhalte des Forums 2012 sind wie folgt gegliedert:
- Strategien der Leiterplattenindustrie
- Innovation bei Basismaterialien und Schutzschichten
- Beispiele für die Leiterplatte als System: Hochleistungs-LED-Beleuchtung, RFID- Integration für Rückverfolgbarkeit/Tracking
- 3D-MID Technologie als Alternative für begrenzte Bauräume
Strategien der Leiterplattenindustrie
Die in den genannten Anwendungsfeldern prognostizierten Stückzahlen für innovative Leiterplatten passen ideal auf die Kapazitäten der Leiterplattenindustrie in Deutschland, betonte Hans Joachim Friedrichkeit, PCB-Network, Maulburg. Hierin spiegelt sich auch die Strategie der europäischen Leiterplattenhersteller wider, sich mehr und mehr von Standardfertigungsaufgaben zu lösen - denn die Massenfertigung von Consumer-Elektronik wird nur noch in Fernost stattfinden.
Dr. Bechtloff, Geschäftsführer KSG-Leiterplatten GmbH, Gonsdorf, sieht sich als Kommunikator zwischen Prozessinnovatoren, z. B. aus den Bereichen Bauteile oder Fertigungstechnik, und den Produktherstellern der Anwenderbranchen. Ziel ist zum einen die Erweiterung der eigenen Lösungskompetenz, zum anderen die schnelle Umsetzung von Prozessinnovationen in neue Produkteigenschaften. Gleichzeitig entwickelt er gemeinsam mit Partnern Verfahren wie die Rolle-zu-Rolle-Fertigung für flexible Elektronik zur Serienreife, um zukunftsweisende Marktsegmente für sich zu gewinnen.
Die Schweizer Elektronik AG, Schramberg, sieht ihre Zukunft u. a. als Anbieter für integrierte Lösungen. Christian Rössle und Thomas Gottwald stellten in ihrem gemeinsamen Vortrag Weiterentwicklungen aus dem gesamten Leiterplattenportfolio vor, wie die Integration von Chips mit Pitchabständen von 50 μm durch Embedding oder die Erweiterung der Stromtragfähigkeit bis zu 600 A Dauerstrom. Die Prozesse werden dabei so ausgelegt, dass eine all-in-one Leiterplatte gefertigt werden kann, die unterschiedlichste Aufbauvarianten und Funktionen in sich vereint. Ziel ist eine Best Cost Lösung für den Kunden, die den gesamten Fertigungsprozess des Endproduktes berücksichtigt.
Innovation bei Basismaterialien und Schutzschichten
Auch die weitere Entwicklung der Basismaterialien für Leiterplatten orientiert sich an den oben beschriebenen Zukunftsmärkten, wie Dr. Manfred Cygon, Isola GmbH, Düren, betonte. Neue Anforderungen reichen von höherer Thermostabilität bis über 200 ºC Betriebstemperatur, über Dickkupfer mit Schichtdicken größer 400 μm für Leistungselektronik bis hin zu einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit für effizientes Wärmemanagement. Weitere Innovationen liegen in modifizierten Glasgeweben für verbesserte Signalintegrität oder der Entwicklung ultradünner Substrate von 25 - 50 μm Schichtdicke.
In ähnliche Richtungen werden auch Chemikalien für die Elektronikfertigung wie Lötstopplacke oder Vergußmassen weiter entwickelt, so Dieter Link, Huntsman Advanced Materials, Basel. Ziel ist auch hier eine verbesserte Langzeitstabilität bei Temperaturen über 200 ºC. Als Beispiel zeigte er die Entwicklung von weißem Lötstopplack für LED-Platinen mit gesteigertem Reflexionsverhalten und erhöhter Farbstabilität unter UV-Bestrahlung bzw. hohen Umgebungstemperaturen.
Beispiele für die Leiterplatte als System: Hochleistungs-LED Beleuchtung, RFID-Integration für Rückverfolgbarkeit
Speziell für die Anwendung von Hochleistungs-LED-Lampen, stellte Norbert Krütt, Geschäftsführer FELA Leiterplattentechnik, Villingen-Schwenningen, effiziente Kühlungsmöglichkeiten über sogenannte IMS-Leiterplatten (Insulated Metallic Substrate) vor. Die Kühlung erfolgt über eine isoliert aufgebrachte bis zu 4 mm dicke Aluminiumplatte. Hierfür wurde eine eigene Basismaterialfertigung aufgebaut. Anwendung findet diese Technologie u. a. in der Einzelplatzbeleuchtung im neuen Airbus A 380. Eine weitere Herausforderung ist der Umgang mit der Strahlungscharakteristik der LED-Lampen. Um z. B. bei Straßenlampen eine optimale Ausleuchtung zu erzielen, müssen die LEDs in verschiedenen Winkeln angebracht werden. Über Simulation werden die Parameter der Lampe ermittelt, die direkt in die Fertigung mit CNC-Fräsen und -Biegen eingehen. Die Fertigung ist so ausgelegt, dass auch eine Losgröße 1 kosteneffizient hergestellt werden kann.
Für die Rückverfolgbarkeit in der Elektronikfertigung setzt Würth Elektronik, Schopfheim, auf die Integration von RFID-Chips in die Innenlagen der Leiterplatte. Hierfür werden mit einem Laser feinste Tiefenfräsungen durchgeführt. In diese sogenannten Lasercavities werden die blanken Silizium RFID-Chips eingesetzt und kontaktiert, wie Roland Schönholz erläuterte. Der Vorteil ist, dass bereits die Leiterplatte selbst eindeutig gekennzeichnet ist und in den späteren Stufen der Wertschöpfung, wie z.B. beim Löten der Bauteile, weitere Information ergänzt werden kann.
3D-MID Technologie als Alternative für begrenzte Bauräume
Auch für die Elektronikintegration in begrenzte Bauräume bieten sich neue serienreife Lösungen an. Nouhad Bachnak, Cicorel S.A., Boudry, Schweiz, stellte die 3D-MID-Technologie vor, bei der spritzgegossene Bauteile als Träger für Leiterbahnen und Bauteile dienen. Etablierte Verfahren sind zum einen der Zwei-Komponenten-Spritzguss - eine der Komponenten besteht aus leitfähigem Kunststoff und bildet die Leiterbahnen, zum anderen die „Laser-Direkt-Strukturierung". Bei dem zweiten Verfahren werden Teile der Kunststoffoberflächen mit dem Laser aktiviert. Anschließend werden diese Bereiche direkt metallisiert. Es sind Strukturgrößen bis zu 150 μm möglich. Mit 3D-MID kann z. B. die Innenseite eines Gehäuses direkt als "Leiterplatte" verwendet werden. Herr Bachnak betonte aber, dass hier nicht bestehende Leiterplattenlösungen einfach eins zu eins ersetzt werden können, sondern dass Konzepte grundsätzlich zu überdenken sind, um die Vorteile der
3D-MID-Technologie voll nutzen zu können.
Ausblick
Die Teilnehmer bekundeten bereits großes Interesse an dem nächsten Forum am 29. Januar 2013 wieder in Nürnberg.
Ansprechpartner
→Dr. Rupert Tkotz
→Jürgen Frickinger
→Dr. Andreas Böhm
