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10. Kooperationsforum mit Fachausstellung

Die Leiterplatte wird multifunktional

Packaging, Hochfrequenztechnik. Harsh Environments, Traceability

Maritim Hotel, Nürnberg
27. Januar 2014

Bericht

Leiterplattentechnologie erzeugt unverändert großes Interesse

Auf dem 10. Kooperationsforum Leiterplattentechnologie trafen sich am 28.01.2014 in Nürnberg mehr als 270 Teilnehmer um aktuelle Entwicklungen zu diskutieren. Einen ausgewählten Teil der Inhalte haben wir ihnen in den beiden folgenden Berichten zusammengestellt.

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Ihr BAIKEM Team

Embedding verändert Produkte und Wertschöpfungsketten

Auch wenn immer wieder neue Fertigungstechnologien auf den Markt kommen hat sich die Hauptaufgabe der Leiterplatte seit dem ersten Produkt im Jahr 1936 nicht verändert. Sie ist weiterhin Träger und elektrisch verbindendes Element von Bauteilen. Dies gilt auch für das sogenannte Embedding, bei dem die Bauelemente in den Innenlagen einer Leiterplatte verbaut werden. Mit dieser Methode gewinnt man entweder Platz für weitere Bauteile auf der Oberfläche oder die Leiterplatte kann bei gleicher Funktion wesentlich kleiner werden. Getrieben wird diese Technologie vor allem durch mobile Endgeräte.

Beim Embedding unterscheidet man zum einen die Integration von passiven Bauelementen, wie Widerstände, Kondensatoren oder Spulen, zum anderen die von aktiven Komponenten, bei der ungehäuste Siliciumchips (Dies) direkt kontaktiert werden. Für den zweiten Fall geht der Trend zur Kontaktierung über sogenannte Microvias, wobei der gedünnte Chip vorher face up z. B. mit Sinterverfahren in einem Hohlraum einer Innenlage fixiert wird. Dies ermöglicht extrem niederinduktive Aufbauten und eine gute Entwärmung. Die Wärmeabfuhr wird z. B. über Dickkupfer oder Inlaytechniken auf der Leiterplattenrückseite erreicht.

Mit diesem Verfahren lassen sich Funktionen auf kleinstem Raum realisieren. Beispiele sind  eine 5 Megapixelkamera mit Energieversorgung und Auswertelektronik in einer Baugröße von 16 mm x 16 mm x 3 mm oder ein DC/DC Konverter für Handys mit Abmessungen von 2,3 mm x 2,9 mm x 1 mm. Diese Produkte machen deutlich, dass diese Technologie eine rasch zunehmende Marktbedeutung hat. 2013 gab es die ersten Massenprodukte mit Embedding Technologien auf dem Markt, für 2020 werden bereits 6 Mrd Einheiten prognostiziert (Yole 2012).

Das Embedding ersetzt dabei das Packaging der Siliziumchips in Standardgehäuse, d. h. es verlagern sich Wertschöpfungsanteile vom Halbleiterhersteller zum Leiterplattenhersteller. Gleichzeitig steigen die Reinraumanforderungen für die Leiterplattenfertigung. Andererseits versuchen auch die großen Chiphersteller diese Technologie einzusetzen, um die Wertschöpfung auf ihrer Seite zu halten. Infineon hat 2013 die ersten integrierten Leistungsmodule wie DrBlade auf den Markt gebracht. Hier wird mit Leiterplattentechnologien ein DC/DC-Treiber mit einer MOSFET Leistungsstufe in ein Modul integriert.

Embedding ist auf den ersten Blick sehr vielversprechend, doch sollte man das Leiterplattendesign aus Kosten- und Qualitätsgründen genau hinterfragen. Die Anbindung eingebetteter Bauteile ist nicht reparabel, so dass Funktionstests möglichst schon vor der Bestückung der Leiterplatte ausgeführt werden sollten. Zudem verlangt Embedding Sondertechnologien, die die Kosten nach oben treiben. Viele der neuesten Chips brauchen Strukturgrößen von < 50 µm, eine Genauigkeit, die auf der restlichen Leiterplatte aber nicht gebraucht wird. Gleiches gilt für Temperaturanforderungen für eingebettete Leistungselektronik, wo der Trend zu Betriebstemperaturen bis 200 C geht. Die bisher am Markt erfolgreichen Produkte mit Embedding Technologie enthalten deshalb oft Leiterplatten in kleiner Baugröße, die dann mit den anderen Komponenten verbunden werden.

Fazit: Embedding eröffnet viele neue Möglichkeiten, die Umsetzung ist aber mit dem Kunden genau abzustimmen, um eine best cost Lösung zu erhalten.

Brauchen wir noch Leiterplatten-Produktion in Europa?

Auf den ersten Blick schauen die Zahlen für die Leiterplattenproduktion in Europa bedrohlich aus. Die Anzahl der europäischen Leiterplattenhersteller ist von 1450 Unternehmen im Jahr 1985 auf jetzt 262 Unternehmen gesunken und der Konzentrationsprozess ist noch nicht zu Ende. Auch mit Blick auf die weltweiten Umsätze findet sich das erste europäische Unternehmen auf Platz 22 der Herstellerliste. Die Massenproduktion findet im Wesentlichen in Billiglohnländern in Fernost statt.

Andererseits werden aber noch viele Produkte in Europa entwickelt und produziert, deren Funktion immer mehr durch Elektronik und Embedded Software bestimmt wird. Der größte Markt für Leiterplatten in Deutschland ist immer noch die Industrieelektronik, dicht gefolgt von der Automobilindustrie (Quelle ZVEI 2103). Im Bereich Produktion wird das Wachstum u. a. durch das Thema Industrie 4.0 angeschoben, während im Automobil zunehmende Komfortfunktionen, Fahrerassistenzsysteme und die Elektromobilität als Treiber gesehen werden. Doch auch andere Märkte befinden sich im Umbruch. Als Beispiele seien Smart Grid, Smart Home, intelligente Kleidung oder auch die mobile Patientendiagnose genannt.

Während auf den Massenmärkten um jeden zehntel Cent pro Leiterplatte gefeilscht wird, verlangen viele der genannten Anwendungen komplexe Sonderlösungen aus der Leiterplattentechnologie. Hier treibt die Anwendung sozusagen die Entwicklung bei den Leiterplattenherstellern. Die europäischen Leiterplattenhersteller bieten sich durch ihre hohen Entwicklungskompetenz als Projektpartner an. Zudem ist die räumliche Nähe der Entwicklungspartner für eine schnelle Produkteinführung oder Variantenmanagement besonders wichtig. Aus Kostengründen wird dann aber letztendlich die Produktion von Großserien oft an Partner in Fernost übergeben.

Diesem Trend begegnet die FELA Leiterplatten GmbH mit einer eigenen Strategie. Sie hat sich in den letzten Jahren neben der klassischen Leiterplattenfertigung mit eigenen Entwicklungen ein zweites Standbein aufgebaut. In den neuen Bereichen Felam Glasline (kapazitive Bedienelemente auf Glas) und Felam Thermoline (Wärmemanagement mit IMS-Leiterplatten z. B. für LED-Beleuchtung) werden Produkte mit hohem eigenen Wertschöpfungsanteil erzeugt. FELA tritt hier quasi als Systemanbieter auf. Die Strategie bewährt sich. Die Wachstumsraten in diesen Geschäftsfeldern liegen im zweistelligen Bereich.

Das Interesse der deutschen Industrie an komplexen Leiterplattenlösungen belegt auch die Resonanz auf das Kooperationsforum Leiterplatten, das dieses Jahr zum zehnten Male ausgetragen wurde. Jedes Jahr im Januar treffen sich in Nürnberg die Elektronik- und Geräteentwickler aus den unterschiedlichsten Branchen mit den Experten der Leiterplattenindustrie. Mit regelmäßig über 250 Teilnehmern hat sich das Forum zu einer der wichtigsten europäischen Plattformen zur Anbahnung neuer Entwicklungskooperationen entwickelt.

Fazit: Nur mit einer hochentwickelten Leiterplattenindustrie werden wir auch die Produktion von High-tech Produkten in Europa halten können.