Wie klein darf’s sein? Mehr Funktionen durch Miniaturisierung

AVT-Testboard mit dem Binder seine internen Prozesse für 01005, FlipChip und PoP qualifizierte.
AVT-Testboard mit dem Binder seine internen Prozesse für 01005, FlipChip und PoP qualifizierte.

Die Anforderungen an den Funktionsumfang von Elektronik steigen. Auch industrielle Baugruppen sollen immer mehr leisten, ohne dabei mehr Raum zu beanspruchen. Um diese Verdichtung von Funktionen sicher zu beherrschen, muss die gesamte Wertschöpfungskette angepasst sein.

Es gibt verschiedene Gründe, warum Elektronikentwickler die Integrationsdichte einer Baugruppe erhöhen wollen. Es soll Fläche, Raum oder Gewicht gespart werden, z.B. weil ein Gehäuse kleiner und handlicher werden muss. Ein anderer Grund können funktionale Vorteile sein, verkürzte Signalwege, größere räumliche Abstände zwischen störenden Schaltungsteilen oder Vergleichbares. Einer der wohl häufigsten Beweggründe ist die Erhöhung der Funktionsanzahl. Auch im Umfeld industrieller oder medizinischer Anwendungen erwarten Kunden mittlerweile immer mehr Features; der Einsatz von Smart Devices verändert die Art, wie wir Technik sehen und nutzen.

Im Grunde lassen sich diese Entwicklungen gemeinsam unter dem Begriff „Miniaturisierung“ zusammenfassen. Interessant ist, dass viele Firmen im ersten Moment vor dem Begriff zurückschrecken. »Ist für uns kein Thema«, heißt es dann oft. Dabei ist die Erkenntnis wichtig, dass Miniaturisierung nicht zwingend Mikro und Nano bedeutet. Wer auf einer Europakarte (160 x 100 mm²) durch mehr Funktionen 30% mehr Bauteile unterbringen muss, betreibt definitiv Miniaturisierung.

Mit der Miniaturisierung steigen auch die Anforderungen an die Prozesse. Das beginnt in der Entwicklungsphase: Das Leiterplattenlayout bestimmt nicht nur die Integrationsdichte, es beeinflusst auch maßgeblich die späteren Fertigungsprozesse. In der Herstellung wird eine stabile Prozessführung absolut unverzichtbar. Und nicht zuletzt muss die Fertigung auch technisch in der Lage sein, einen hohen Grad der Miniaturisierung umsetzen zu können.

Der EMS-Dienstleister Binder Elektronik beschäftigt sich seit vielen Jahren intensiv mit dem Thema Miniaturisierung. So verfügt Binder Elektronik entlang der gesamten Wertschöpfungskette über die Fähigkeiten und das Know-how um anwendungsgerechte Lösungen sicherzustellen.

Entwicklung stellt die Weichen

In der Entwicklungsphase wird gemeinsam mit dem Kunden entschieden, welche Anforderungen an das Produkt bestehen. Daraus können dann die möglichen bzw. notwendigen Technologien abgeleitet werden.

Zweipolige Bauteile bis zur Baugröße 01005, ICs in Wafer-Level-CSP-Bauform mit Pitch 0,3 mm, Flip-Chips oder Package-on-Package (PoP) sind technologische Lösungen für höchste Miniaturisierung bei Binder Elektronik. Damit lassen sich selbst extreme Anforderungen wie im bmb+f-Projekt „Mikroaug, Entwicklung eines aktiven Augenimplantats“ realisieren.

Ganz entscheidend ist an dieser Stelle aber auch eine intelligente Abschätzung der Sinnhaftigkeit einzelner Maßnahmen, getreu dem KISS-Prinzip (keep it simple stupid). Jede Entscheidung über Bauform oder Bestückungstechnologie wird bei Binder Elektronik genau auf ihre Auswirkung auf den Gesamt-Miniaturisierungsgrad untersucht. Ein typisches Beispiel ist die Baugröße der zweipoligen Bauteile. Meist wird die Fläche einer Baugruppe weitestgehend von großen Bauteilen wie Mikrocontrollern, Speichern, Funkmodulen oder der Spannungsversorgung bestimmt. In so einem Fall kann häufig eine größere Bauform bei zweipoligen Chip-Bauteilen gewählt werden, als ursprünglich geplant, da die kleineren Bauformen keinen Vorteil in der Gesamtfläche bringen. Die größere Bauform ist dafür einfacher in der Verarbeitung und bietet Vorteile in der Rework-Fähigkeit.

Ebenso kann der Verzicht auf kleinste BGA-Kugel-Abstände, wie sie bei WLCSP vorkommen können, durchaus zwei Signallagen der Leiterplatte weniger bedeuten und so deutlich Kosten sparen. Daher sollten Maßnahmen zur Miniaturisierung stets mit Bedacht eingesetzt werden.