Chips und passive Bauteile in die Leiterplatte einbetten »Systemgrenzen werden sich verschieben«

Heinz Moitzi, AT&S: »Wer miniaturisieren und modularisieren will, kommt am Chip Embedding nicht vorbei.«
Heinz Moitzi, AT&S: »Wer miniaturisieren und modularisieren will, kommt am Chip Embedding nicht vorbei.«

Chip-Embedding ist die Kür der Leiterplatten-Technologie und birgt im Zuge der Miniaturisierung und Vernetzung von Systemen und Geräten maßgebliche Vorteile. Führende europäische Leiterplattenhersteller wie AT&S, Schweizer Electronic und Würth Elektronik beschäftigen sich teils gemeinsam mit Partnern aus der Halbleiterindustrie bereits intensiv mit dem Thema.

»Megatrends wie Globalisierung, Urbanisierung, Mobilität, Gesundheit, wachsende Weltbevölkerung, Änderungen in der Arbeitswelt und Gesellschaftsstruktur – Stichwort „Silver Society“ – treiben die Branche voran«, sagt AT&S-Vorstand Heinz Moitzi. AT&S ist Europas größter Leiterplattenhersteller und nach eigenen Angaben Marktführer im Segment „Chip-Embedding“, das AT&S unter dem Namen ECP (Embedded Component Packaging) vermarktet. »Egal ob neue Mobilitätslösungen, innovative Produktionsverfahren in der Industrie oder völlig neue Anwendungen in der Medizintechnik – die zunehmende Vernetzung durch das Internet der Dinge ist der Schlüssel für neue Anwendungen.« AT&S konzentriert sich vor allem auf Wearable-Anwendungen sowohl für den Consumer- als auch den professionellen Bereich, vernetzte Lösungen im Automotive-Bereich, Industrie-4.0.-Anwendungen wie Maschine-zu-Maschine Kommunikation und Systeme in der Medizintechnik wie Online-Patientenüberwachung.

Dafür dass die neuen Anforderungen in Technologie umgesetzt werden, sorgen bei AT&S derzeit weltweit rund 400 Mitarbeiter, die in der Forschung und Entwicklung beschäftigt sind. 57,9 Millionen Euro – das entspricht 8,7 Prozent des Umsatzes – gab AT&S im Geschäftsjahr 2014/15 für F&E aus. Aktuell kommt AT&S auf 114 Patentfamilien, die in 174 Schutzrechten resultieren. In 15 bis 20 Forschungs-Projekten ist AT&S Mitglied oder Konsortiumsführer.

AT&S ist Partner von EmPower

So auch beim Projekt EmPower: Das Project EmPower beschäftigt sich mit der Entwicklung und Industrialisierung neuer Packaging-Technologien für die erforderliche Elektronik in der Antriebstechnik von Elektrofahrzeugen. EmPower ist Teil des Programms „Mobilität der Zukunft“, verfügt über ein Gesamtprojektvolumen in Höhe von 5 Millionen Euro und erhält umfangreiche Unterstützung im Rahmen des europäischen Förderprogramms Catrene. Ziel dabei ist es, die Kosten der Elektro-Antriebe zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen – und das bei weniger Platzbedarf. Erreicht werden soll dies unter anderem, indem die Elektronik direkt auf dem Motor platziert wird und damit quasi eine Einheit entsteht. Der innovative Charakter dieses Packaging-Konzeptes liegt in der Idee, die Leistungselektronik (IGBTs, MOSFETs, Dioden) als dünne Chips in ein Leiterplattenmaterial einzubetten. Gleichzeitig wird eine großflächige Vernetzungsstruktur angelegt, um die elektrische Impedanz niedrig zu halten und die Wärme aus dem System bestmöglich abzuleiten.

Dem Konsortium gehören neben AT&S folgende Mitglieder an: Continental, STMicroelectronics, TU Wien, TU Berlin, Atotech und Ilfa. Begleitet wird das Projekt außerdem durch Fundico, einem Management-Beratungsdienstleister. EmPower ist das Nachfolgeprojekt des Hermes-Framework-7-Projekts mit der Zielsetzung, Forschung, Entwicklung und Industrialisierung im Bereich des Leistungshalbleiter-Packaging der nächsten Generation in Europa weiter zusammenzubringen und den Austausch zu fördern. Hermes hatte die Aufgabe, die Chip-Embedding-Technologie voranzutreiben und zu industrialisieren. Inzwischen sind große OEMs auf die Möglichkeiten des Chip Embedding aufmerksam geworden. »Wer miniaturisieren und modularisieren will, kommt am Chip Embedding nicht vorbei«, unterstreicht Moitzi. Ein Beispiel dafür sind die DC/DC-Wandler, die AT&S gemeinsam mit Texas Instruments entwickelt hat und produziert: »Solche DC/DC Converter haben ein breites Anwendungsspektrum, denn sie werden bei allen IoT-„Dingen“ benötigt«, erläutert Moitzi. Sehr einfach einzubetten sind Widerstände und Kondensatoren. Komplexer wird es bei ASICs, MOSFETs und Mid IO ICs. Das Embedding ist zwar erst einmal teurer als die Fertigung einer klassischen Leiterplatte, birgt aber im Hinblick auf die Gesamtkosten Einsparpotenzial, weil durch die Modularisierung weniger Platz benötigt wird und eine hohe Performance erzielt werden kann.