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Integration keramischer Komponenten in Leiterplatten

Die Leiterplattenindustrie sieht sich mit einem enormen Kostendruck aus dem asiatischen Raum konfrontiert. Um die Zukunft der heimischen Produktionsstätten sichern zu können, müssen Österreich und Europa in Hochtechnologiemärkten wettbewerbsfähig sein. Eine Möglichkeit der Wertsteigerung ist die direkte Integration von Funktionen durch Einbettung funktionaler Komponenten in Leiterplatten. Ein im Rahmen dieses Projekts entwickeltes FE-Modell zur Beschreibung des Einbettungsprozesses leistete einen wichtigen Beitrag zur Einführung der ECP-Technologie (ECP = Embedded Component Packaging) bei AT&S und der Eröffnung von neuen auf diesem Konzept basierenden Produktionsstätten für die Großserienfertigung.

Die neuen Trends in Richtung Miniaturisierung und Integration von funktionalen Komponenten sind für Unternehmen aus der Elektronikbranche eine zentrale Herausforderung, um am Markt bestehen zu können. Ein tieferes Verständnis des Einbettungsprozesses ermöglicht die Ableitung von Designparametern und -regeln für die Herstellung von noch zuverlässigen Leiterplatten.

Die Einbettung von Komponenten (z.B. keramische Kondensatoren, Silizium-Halbleiter) im Inneren von Leiterplatten spart Platz an der Oberfläche und verkürzt die Signalwege. Dieser neue Ansatz erhöht die Funktionalität des Systems und macht die Leiterplatte zu einem Hightech-System. Die Integration von Komponenten spielt eine zentrale Rolle in der weiteren Miniaturisierung elektronischer Geräte.

Die Beschreibung des Einbettungsprozesses (Verformungen und Spannungen während des Warmpressens der Bauteile und des Abkühlens der Leiterplatte) ermöglicht die Ableitung von Designparametern und -regeln für die Herstellung von noch robusteren Leiterplatten (d.h. alle Komponenten überstehen den Einbettungspozess unbeschadet). Das Hauptaugenmerk des Projekts lag auf der Entwicklung eines Finite-Elemente-Modells zur Beschreibung des Einbettungsprozesses und auf der Festigkeitsbestimmung der eingesetzten miniaturisierten Komponenten.

Die wissenschaftliche Leistung bestand in der Abklärung der Schadensmechanismen, die zu einem Versagen der miniaturisierten spröden Komponenten während des Einbettens führen können. Erreicht wurde dies durch die Kombination von FEModellierung und mikroanalytischen Methoden (d.h. Focused Ion Beam, REM). Die Entwicklung von Prüfmethoden zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der Komponenten auf einer Längenskala von wenigen Millimetern stellte eine weitere Herausforderung dar. Vom technologischen Standpunkt hat die Generierung eines parametrischen 2D FE-Modells zur Beschreibung der Verformungen und Spannungen in der Leiterplatte während der Einbettung (d.h. Pressen und Abkühlen) die Unternehmenspartner (insbesondere AT&S) bei der industriellen Einführung der ECPTechnologie unterstützt.

Die neue Einbettungstechnologie verspricht ein enormes Potenzial für die Anwendung in elektronischen Systemen, wo Integration und Miniaturisierung einen deutlichen Mehrwert für das Endprodukt bedeuten. Das Projekt wurde zusammen mit den Unternehmen AT&S (Leoben- Hinterberg) und THALES (Paris, Frankreich) sowie dem Institut für Struktur- und Funktionskeramik Montanuniversität Leoben abgewickelt.