TECHNOLOGIEN


Für die Herstellung von 3D-Elektronik wurden sechs treibende Technologiefelder identifiziert und mit kompetenten Partnern besetzt:


 

 

 

 

Die Technologiefelder im Detail:


MID

Die MID-Technologie (Mechatronic Integrated Devices) ermöglicht die Integration von mechanischen, elektronischen, thermischen, fluidischen und optischen Funktionen auf einem räumlichen Schaltungsträger.

 

Die derzeit dafür einsetzbaren Substratmaterialien reichen von Thermoplasten, Duroplasten, Glas und Keramiken bis hin zu speziell beschichteten Metallen. Für die Herstellung der Schaltungsträger kommt hauptsächlich das Spritzgießverfahren zum Einsatz. Der 3D-Druck gewinnt allerdings zunehmend an Bedeutung. Die damit einhergehenden Vorteile resultieren in einem erhöhten Miniaturisierungsgrad, in der Umsetzung neuer Funktionen und Anwendungen sowie in der Verkürzung der Prozesskette. Außerdem können beliebige Formen gestaltet werden.

 

Durch die Einsparung mechanischer Bauteile wird die Montage vereinfacht und dadurch die Zuverlässigkeit erhöht. Zudem können wirtschaftliche Vorteile durch einen geringeren Materialverbrauch und eine reduzierte Anzahl an Montageschritten erzielt werden.

 

 

 

 

3D-gedruckte Elektronik

Bei der Kombination von 3D-Druck mit Elektronik wird das 3D-gedruckte Bauteil erst gedruckt und anschließend mit der Elektronik funktionalisiert. Im Bereich der generativen Verfahren stehen eine Vielzahl von Herstellungsverfahren zur Verfügung: selektives Lasersintern, Strangablegeverfahren, Stereolithografie etc.

 

Mithilfe neuartiger 3D-Drucker können nicht nur komplexe Objekte produziert werden, sondern auch Schaltkreise mit leitfähigen Materialien aufgedruckt werden. Hierbei sorgt ein Laser dafür, dass die leitende Schicht fest auf dem Bauteil haftet, ohne dieses selbst zu beschädigen. Der 3D-Druck ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion kleiner Bauteilserien und bietet die Möglichkeit nahezu freier konstruktiver Gestaltung.

 

Produktzyklen können verkürzt werden, da kurzfristige Anpassungen möglich sind und Produkte individuell auf Kundenwünsche angepasst werden können.

 

 

 

 


3D-Chip Scale Packaging

Ein Chip Scale Package (CSP) ist ein Chipgehäuse von integrierten Schaltungen, bei dem das Gehäuse maximal 20 % mehr Fläche als der Chip besitzt. 3D-CSP ermöglicht es, mehrere integrierte Schaltungen und weitere Mikrokomponenten auf kleinstem Raum mittels zusätzlicher Off-Chip Metallisierungsebenen zusammenzuschalten.

 

Bei 3D-CSP können die einzelnen Bauteile nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander angeordnet werden. Bei den bisherigen Technologien finden sich die Kontaktflächen fast immer am Rand des Chips. Die Größe ist minimal 60 µm x 60 µm. Mit 3D-CSP können kleinere On-Chip Verbindungsflächen (ca. 20 µm x 20 µm) verwendet und beliebig auf dem Chip angeordnet werden.

 

Dies führt zu einer Reduzierung der Chipfläche, kürzeren Leitungslängen und zu einer geringeren kapazitiven Belastung der Schaltungen. Dadurch wird die gegenseitige Beeinflussung parallel verlaufender Leitungen verringert.

 

 

 

 

Embedded Printed Circuit Board (PCB)

Während beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten zuerst die Leiterplatte hergestellt und anschließend mit elektronischen Bauteilen bestückt wird, werden die elektronischen Bauteile beim Embedded PCB in die Leiterplatte integriert.

 

Aktive und passive Bauelemente werden mithilfe eines Einbettverfahrens in die Leiterplatte gebracht, sodass diese komplett in den Aufbau integriert sind. Dabei werden die Leiterplatten in verschiedenen Einzelschritten erstellt, Bauteile aufgebracht und die innen bestückten Lagengruppen anschließend miteinander zu der endgültigen Leiterplatte verpresst.

 

Durch die Einbettung kann das Volumen reduziert werden. Gleichzeitig besteht das Potential, bei komplexen Produkten die Herstellungskosten zu reduzieren. Bei Hochfrequenz-Schaltungen können kapazitive und induktive parasitäre Effekte durch eine Verkürzung der Verkabelungslänge minimiert werden.

 

 

 

 


Flexible und starrflexible Leiterplatten

Alternativ zu starren Leiterplatten finden auch dünne Flexleiterplatten, z. B. auf Basis von Polyimid-Folien, Verwendung. Die damit aufgebauten Flexschaltungen sind zwar teurer, können jedoch platzsparend durch Falten in engsten Strukturen (z. B. Fotoapparaten, Smartphones) eingesetzt werden.

 

Durch Kombination von flexiblen und starren Schichten beim Verpressen erhält man eine starrflexible Leiterplatte. Eine starrflexible Leiterplatte kann diverse starre Leiterplatten ersetzen, die ansonsten mit Kabeln verbunden werden müssten.

 

Durch den Einsatz flexibler und starrflexibler Leiterplatten reduziert sich oft die Einbauzeit, es können Komponenten wie Stecker oder Kabel eingespart und ein höherer Grad der Miniaturisierung erreicht werden.

 

 

 

 

Hybrid-Elektronik

Der Bereich Hybrid-Elektronik umfasst die Kombination einer oder mehrerer der vorgestellten Technologiefelder mit Hochleistungswerkstoffen. Ein Beispiel hierfür sind Multilagenkeramik-Substrate, in die verschiedene elektrische Durchführungen integriert sind. Multilagenkeramiken werden mithilfe von „high- bzw. low temperature cofired ceramics“ (HTCC und LTCC) hergestellt.

 

Beim Herstellungsprozess werden die individuellen, quasi zweidimensionalen Lagen verbunden und somit eine dreidimensionale Struktur mit hermetischen, elektrischen Durchführungen geformt.

 

Mit der LTCC-Technologie lassen sich beispielsweise sehr gute Hochfrequenzeigenschaften durch geringe dielektrische Verluste sowie eine hohe Leitfähigkeit der Metallisierungen erreichen.