AT&S »Leiterplatten- und Halbleiter-Technologien wachsen zusammen«

Experten diskutierten beim PCB-Hersteller AT&S neue Lösungsansätze für weitere Miniaturisierung, höhere Leistungsdichten, High-Speed-Kommunikation mit 5G und Elektromobilität

Wo sonst leistungsstarke Rennboliden am Red Bull Ring ihre Runden drehen präsentierte AT&S auf dem 15. Technologieforum aktuelle Trends, Herausforderungen und Lösungsansätze für Leiterplatten und Verbindungslösungen. Der Veranstaltungsort im Umfeld der Formel 1-Rennstrecke lieferte dafür viele Parallelen zu den diskutierten Technologien – hier wie dort sind höchste Geschwindigkeit, hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und innovative Spitzentechnologie gefordert, um erfolgreich zu sein. Zahlreiche internationale Kunden und Partner informierten sich über die neuesten Entwicklungen in der Elektronik- und Leiterplattenindustrie für Bereiche wie Mobile Devices, Automotive, Industrie-, Kommunikations- und Medizintechnik. Im Fokus der Experten-Vorträge standen globale Trends wie 5G-Mobilfunk, autonomes Fahren und Elektromobilität sowie die fortschreitende Miniaturisierung mit ihren vielfältigen Herausforderungen.

Technologie-Trends und Innovationen im Fokus

Neben den allgemeinen Trends rund um die Miniaturisierung und einem Statusbericht über aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte standen folgende Kernthemen im Fokus: Innovative Packaging-Konzepte für High-Power-Anwendungen; „coole“ Lösungen für eine effiziente Wärmeabfuhr auf immer komplexeren Leiterplatten; grundlegende Technologien als Basis für die Umsetzung der 5G-Mobilfunk-Kommunikation; Einsatz leistungsfähiger Simulation für das virtuelle Testen von bestückten Leiterplatten und ECPs (Embedded Component Packages) sowie neue Technologien für die Fertigung großflächiger Panels bis 27 Zoll und Leiterplatten mit mehr als 50 Lagen.

„Die weitere Miniaturisierung mit höherer Integration und Performance auf immer kleineren Boardflächen kann nur durch immer höhere Packungsdichten der elektronischen Komponenten erreicht werden, wobei Leiterplatten- und Halbleiter-Technologien zusammenwachsen,“ betonte Walter Moser, CSO der Business Unit Automotive, Industrial und Medical von AT&S. „Dafür kombiniert AT&S bewährte mit neuen Technologien, die ideal aufeinander abgestimmt sind. Ein Lösungsansatz sind beispielsweise substrat-ähnliche Leiterplatten, was miniaturisierte und präzise Aufbauten ermöglicht.“

Die Einführung der neuen 5G-Mobilfunkgeneration ist ein aktuelles Beispiel für die steigenden Anforderungen in Bezug auf die Datenraten und die Signalintegrität. Ähnliches gilt für autonomes Fahren und Elektromobilität. Die größten Herausforderungen für die Realisierung von 5G-Hardware sind neben der höheren Integrationsdichte die Verringerung der Verluste sowie das Hochfrequenz- (HF) und Thermo-Management. AT&S sieht folgende Technologien als Schlüssel für die Umsetzung von 5G: Substrat-ähnliche Leiterplatten, so genannte mSAP- modified Semi-Additive-Prozesse, ermöglichen eine höhere funktionale Integration in der Z-Achse für geringere Bauhöhen, bessere Signalintegrität und besseres thermisches Management. Die Einbettung von HF-Komponenten wie Filter oder Antennen reduziert die Kosten und verbessert das HF-Verhalten. Die Embedding-Technologie bringt auch Vorteile bei der weiteren Modul-Integration, beispielsweise mit Thermomanagement-Bauelementen wie Kupfer-Platten, Heat-Pipes, etc.

Auch bei der Miniaturisierung und fortschreitenden Integration kommt dem Wärmemanagement eine immer wichtigere Bedeutung zu. Generell gilt es den thermischen Widerstand zu senken, der wiederum von der Transferfläche (je größer desto besser), der Leitfähigkeit (je höher desto besser) und dem Transferpfad (je kürzer desto besser) abhängt. Dabei dürfen auch die Interfaces mit ihren thermischen Kontaktstellen nicht außer Acht gelassen werden. AT&S adressiert die Herausforderungen des Thermomanagements mit klassischen Lösungen wie Laservias oder IMS (Insulated Metall Substrate), aber auch mit der Integration von Kupfer-Inlays oder 2.5D-Technologie mit Kavitäten. Künftig ist auch die Einbettung von PCM (Phase Change Material) nahe an den Hot Spots geplant, der Einsatz von Heat-Pipes wird ebenfalls evaluiert.

Mit innovativen Packaging-Konzepten für High-Power-Anwendungen bietet AT&S interessante Lösungsansätze für die Herausforderung, immer mehr Funktionen auf immer kleinerem Einbauraum unterbringen zu müssen. Das gilt insbesondere für die ständig steigende Leistungsdichte. Dabei gilt es für heterogene Packages Fertigungsmethoden und Materialien zu evaluieren, um die Performance und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Denn manche Designs zeigen beispielsweise Probleme durch Kupfer-Migration, was durch verschiedene Faktoren bedingt sein kann. AT&S hat daher ein produktunabhängiges Leakage-Testwerkzeug (LTV) entwickelt, mit dem eine zeitraubende Einzelanalyse und Korrelation vermieden werden kann. Damit können entsprechende Fehleranalysen, Leckage-Trends und Materialuntersuchungen durchgeführt werden. Mit leistungsfähigen Simulationswerkzeugen lassen sich zudem andere potenzielle Fehler, etwa die Verwölbungen der Leiterplatte, die Einbringung von Kavitäten oder die thermischen Effekte von Passivierungs-Layern im Vorfeld evaluieren.