Connecting the World

Von „einseitig“ bis „embedding“ – die Hauptaufgabe der Leiterplatte ist und bleibt Träger und elektrisches Verbindungselement für elektronische Bauteile zu sein. Allerdings haben internationale Standards dafür gesorgt, dass auf dem gesamten Erdenrund die gleichen Anforderung hinsichtlich in Entwicklung, Fertigung, Bestückung und Testen von Leiterplatten gelten. Im Laufe der Jahre wurden etliche Standards für Leiterplatten vorgeschlagen und eingeführt. Diese wurden vom IEC und vom IPC entwickelt, die eine reibungslose Kommunikation zwischen Leiterplattenhersteller und -nutzer sicherzustellen suchen.

Internationaler Erfahrungsaustausch

Die Einführung solcher international gültigen Regelwerke war nötig, denn die Bauteiltechnologien entwickelten sich gerade in den sechziger und siebziger Jahre sehr schnell. Das hatte auch einen Einfluss auf die Packungsdichte, die Herstellverfahren und die Materialien die zur Herstellung von Leiterplatten. Bereits in den siebziger Jahren wurde eine Notwendigkeit zu einem internationalen Erfahrungsaustaus erkannt. Maßgebliche Impulse kamen vor allem aus den USA und Europa, so dass in den siebziger Jahren die dortigen Fachverbände den Leiterplattenmarkt dominierten. Diese gewichtigen Fachverbände gründeten daher die Leiterplattenweltkonferenz als wichtigen Eckpfeiler für eine gezielte technologische Weiterentwicklung auf dem Leiterplattensektor. Die erste Konferenz fand in London im Jahr 1978 statt. Anfang der achtziger Jahre wurde schließlich das World Electronic Circuit Council (WECC) gegründet.

Hierbei handelt es sich um ein Council der global vernetzten acht weltweit aktiven Leiterplattenfachverbände. Diese übernahmen dann auch die Patenschaft für die Leiterplattenweltkonferenz, die jeweils im Olympia-Jahr, also im dreijährigen Turnus stattfindet. Um der Internationalität mehr Geltung zu verschaffen, wurde die Leiterplatten-Weltkonferenz im Jahr 1987 in die „Electronic Circuit World Convention“ (ECWC) umbenannt. Der Hauptgrund war der Trend von der Leiterplatte hin zur Baugruppenfertigung. Heute werden auf der ECWC aktuelle Verfahren und Prozesse der gesamten Elektronik-Lieferkette behandelt.

In diesem Jahr findet die Leiterplattenweltausstellung zum 13. Mal statt. Der Veranstaltungsort und der Zeitpunkt wurden bewusst zur Messe SMT Hybrid Packaging 2014 gelegt, so dass beide Veranstaltungen fast zeitgleich stattfinden: an zwei Tagen gibt es eine Überschneidung. Die Gründe für diese Entscheidung waren eine Vielzahl von Synergien in den Bereichen Bestückung, des Testen, des Designs, Materialwirtschaft und Investment in neuartige Technologien. Die Konferenzteilnehmer haben die Möglichkeit, sich über die neuesten Technologien, Verfahren und Materialien rundum die Leiterplattenherstellung und -bearbeitung zu informieren und zudem Zugang zur Messe. Gleichwohl können die Messebesucher an ausgewählten Vortragsreihen auf dem Kongress teilnehmen: Die ECWC13 gibt darüber Auskunft wie sich der Leiterplattenmarkt in den letzten Jahren verändert hat und wie die Leiterplattentechnologie der Zukunft aussehen wird.

Embedding ganz groß

Auf der Konferenz werden Vorträge und Diskussionen über die Einbetttechnik von aktiven und passiven Bauteilen Leiterplatten stattfinden. Die Fragen die hier geklärt werden können, beziehen sich auf die Machbarkeit von Problemlösungen in herkömmlicher Technologie (in-kind-technology) oder mit andersartigen technischen Lösungen den so genannten „not in-kind-Technologien“. Längst ist die Leiterplatte zu einem multifunktionalen Element innerhalb eines elektronischen Systems avanciert. Immer mehr in den Vordergrund treten neuartige Packaging-Technologien, die das Einbetten von Halbleitern und weiteren elektronischen Bauelementen in die Leiterplatte erst möglich machen. 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.

Die Embedding-Technologie schafft nicht nur eine effiziente Miniaturisierung bei gleichzeitiger Leistungserhöhung, sondern verringert den Einsatz von Kupfer und anderen Materialien signifikant. Gleichzeitig steigt die Zuverlässigkeit, schon allein durch die verringerte Anzahl an Lötverbidungen. Bei gedünnten Chips, die zuvor face up zum Beispiel mit Sinterverfahren in einem Hohlraum einer Innenlage fixiert werden, erfolgt Kontaktierung über Microvias. Dadurch punktet die Embedding-Technologie mit sehr guten elektrischen Eigenschaften, die sich wiederum positiv auf das Wärmemanagement auswirken. Die Wärmeabfuhr wird beispielsweise über Dickkupfer oder Inlaytechniken auf der Leiterplattenrückseite erreicht. Beim Chip-Embedding lässt sich praktischerweise auch die Oberfläche der Leiterplatte bestücken: Weil Bauelemente ins Innere verlegt werden, schafft dies mehr Platz auf der Platinen-Oberfläche. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die zu integrierenden Bauelemente und Halbleiter mit gängigen Bestückprozessen in die Leiterplatte aufbringen lassen. Obwohl diese Technologie die Leiterplattenhersteller noch vor einigen Herausforderungen stellen wird, steigt die vor allem durch mobile Endgeräte getriebene Nachfrage kontinuierlich an. Geht es nach dem Marktforschungsunternehmen Yole Developpement, dann werden bis zum Jahr 2020 bereits 6 Mrd. Einheiten weltweit prognostiziert.

Asien dominiert auch weiterhin

Asien stellt heute über 90 Prozent der weltweit benötigten Leiterplatten her. Die asiatischen Länder haben einen hohen Eigenbedarf an Leiterplatten. Besonders im Bereich der Konsumgüterelektronik werden Leiterplatten aus asiatischen Fertigungen wegen der günstigeren Fertigungskosten überwiegend eingesetzt. Bei qualitativ hochwertigen Produkten ist diese Technologie oft nicht ausreichend. Das könnte sich aber in den nächsten Jahren ändern. Die asiatischen Leiterplattenfertigungen rüsten mit neuester Technik auf. Die kostengünstigen Leiterplattenhersteller werden in Zukunft auch hochwertige Produkte herstellen können. Diesen Trend sehen wir heute bereits bei den Smartphones, den Tablett Computer, den Play Station und anderer mobiler Elektronik. Die asiatischen Leiterplatten-Hersteller sind in diesen Marktsegmenten die wichtigsten Platinen-Lieferanten.

Dieser Trend spiegelt sich auch auf der Leiterplattenkonferenz wieder: Von den 121 Fachvorträgen, die auf der ECWC13 gehalten werden, kommen über 54 Prozent der aus Asien. Europa folgt mit 35 Prozent und Amerika steuert 11 Prozent an Vorträgen bei. Aus dieser Verteilung kann man sehen, dass die asiatischen Leiterplattenhersteller Europa als einen wichtigen Markt ansehen. Europa selbst liefert Technologie zur Herstellung von hochwertigen Leiterplatten nach Asien. Hierbei sind Verarbeitungsmaschinen wie Bohr- und Fräsmaschinen, Laser-Direktbelichter, Metallisierungsanlagen, Inkjet-Drucker  und chemische Prozesse neben vielen anderen Produkten, wichtige Exportartikel in die asiatischen Märkte.

China ist als Land mit den größten Leiterplattenherstellern. Viele Leiterplatten, zum Beispiel für Smartphones und Tabletts, sind hochkomplex. Diese werden in chinesischen Fertigungen hergestellt die nur für diese Leiterplattentypen aufgerüstet wurden. Das hierfür erforderlichen Investitionen haben Größenordnungen erreicht, die man in Europa oder in den USA heute nicht mehr antrifft. Da es sich bei diesen Leiterplatten um große Stückzahlen gepaart mit hochkomplexen Prozess- und Materialkombinationen handelt, wurden Experten aus der ganzen Welt aufgeboten, um diese Leiterplattenfertigungen aufzubauen und die chinesischen Mitarbeiter entsprechend zu trainieren. Zur Vermeidung von Fehlern wurde ebenfalls ein hoher Automatisierungsgrad eingeführt. Die heute gefertigten Produkte geben ein beredtes Zeugnis darüber, dass die Ziele vollkommen erreicht wurden Leiterbahnbreiten und Abstände kleiner 50 µm und Umsteigerlöcher kleiner 80 µm sind hier Stand der Technik.

Europa: Standort der kleinen Zahl

Die Stückzahlen und Technologien die heute in Europa benötigt werden, können solcherlei Fertigungsanlagen jedoch nicht auslasten. Die Stückzahlen, die im Automobilbereich oder in der Industrieelektronik benötigt werden, sind vergleichbar so gering, wodurch der Automatisierungsgrad hierfür nur hinderlich wäre. Daher etabliert sich Europa als Standort der „kleinen Zahl“ – also ab Losgröße 1. Bei innovativen Leiterplatten, die viel Fachwissen voraussetzen, wie das zum Beispiel bei der Verwendung von in die Leiterplatte eingebetteten aktiven und passiven Bauteilen erforderlich ist, hat Europa heute noch einen deutlichen Wissensvorsprung und Wettbewerbsvorteil. Im Bereich der Leiterplattenverfahrens-Entwicklungsarbeit und bei Prototypen hat Europa ebenfalls noch eine gute Leistungsbilanz.

Hier nimmt aber der Druck aus Asien weiter zu. Das Internet hat entscheidend dazu beigetragen, dass große Datenmengen schnell andere Teile der Erde geschickt werden können. Bei einfachen Leiterplatten lässt sich das realistisch durchführen während bei komplexen Leiterplatten die Kommunikation vom Deutschen ins Englische und dann ins Chinesische oder in eine andere asiatische Sprache häufig zu Schwierigkeiten führt.

(mrc)