Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 08/2016, 19.08.2016

Additive Fertigung schafft Platz auf Schaltungsträgern

Anfang 2016 wurde für das Mooresche Gesetz mehrfach das «Aus» postuliert. Die Begründung der Experten: Die Strukturen auf den Prozessoren sind bereits in Grössenordnungen von wenigen Nanometern vorgedrungen. Eine weitere Verkleinerung sei technisch kaum noch machbar. Diese Annahme war falsch: Die Beta Layout GmbH entwickelt Prototypen neuer Schaltungsträger mit mehr Platz. Möglich macht dies die additive Fertigung.

(msc) Das Mooresche Gesetz postuliert, dass die Leistung von Computerchips sich alle zwei Jahre verdoppelt. Das Ende dieser Gesetzmässigkeit schien vor Monaten nahe, was die Computerindustrie natürlich nicht einfach so hinnahm.

Heute arbeiten die Chip-Hersteller an Architekturen, die mehrere Strukturschichten übereinander stapeln. Bei den Schaltungsträgern, die neben den Chips weitere elektronische Bauelemente aufnehmen, ist dies bereits etabliert. Für die Herstellung und den Test von Prototypen dieser neuartigen Träger setzt die Beta Layout GmbH auf die Technologie von EOS, Hersteller von Anlagen zur additiven Fertigung (AF).

Dabei heisst die Devise: Miniaturisieren, denn in neuen Geräten steht immer weniger Bauraum für Leiterplatten zur Verfügung. Das liegt auch daran, dass Komponenten wie Bildschirme und Akkus immer mehr Platz beanspruchen.

Wenn herkömmliche ebene Leiterplatten nicht mehr genug Möglichkeiten bieten, alle Bauelemente unterzubringen, sind dreidimensionale Schaltungsträger die Lösung. Hier sind jedoch die immer kürzeren Lebenszyklen vieler Geräte die nächste Herausforderung: Für die Herstellung von Prototypen ist der Spritzguss viel zu teuer. Deshalb suchte man bei Beta Layout eine kostengünstige, leistungsstarke Alternative für die Herstellung der Mehrschichtarchitektur und wurde in der additiven Fertigung fündig.

Die eigentliche Innovation erfolgt dabei nach dem Druck: Die Modelle erhalten nach der Erstellung einen speziellen Lack, der mit einem Additiv versehen ist. Das folgende, sogenannte Laser-Direktstrukturieren (LDS) erzeugt Anordnungen, die sich durch Aktivierung des Lacks zu Leiterbahnen ausbauen lassen.

Der Laser löst eine physikalisch-chemische Reaktion aus, die metallische Keime erzeugt und gleichzeitig die Oberfläche aufraut. Nach der Laser-Direktstrukturierung wandern die Modelle in ein stromloses Kupferbad. Dort setzen sich an den zuvor aktivierten Bereichen Kupferpartikel ab und erzeugen so Leiterbahnen. Diese können galvanisch weiter aufgekupfert oder direkt mit einer Endoberfläche versehen werden. Die Baugruppe wird im Anschluss mit Bauteilen versehen. Die fertigen Werkstücke dienen als Prototypen, mit denen sich Funktionen testen und Layouts überprüfen lassen.

«Wir bieten die Herstellung von 3D-MID – Mechatronic Integrated Devices – als Prototyp für verschiedene Unternehmen an», erklärt Manuel Martin, Product Manager 3D-MID bei der Beta Layout. «Durch die Arbeit mit der AF-Anlage Formiga P 110 von EOS sind wir in der Lage, unseren Kunden sehr schnell qualitativ hochwertige Produkte zu liefern. Mit der additiven Fertigung konnten wir unser Geschäftsmodell erfolgreich ausbauen.»

So kann jeder Interessierte, vom einzelnen Entwickler bis hin zum Grossunternehmen, massgeschneiderte Schaltungsträger für die Prototypen neuer elektronischer Geräte verwenden. Die Kunststoffteile lassen sich schnell und günstig herstellen, und das Verfahren bietet die erforderliche Genauigkeit, um die Grundkörper bereits in seriennaher Güte zu produzieren – was gerade bei Testläufen ein wichtiger Aspekt ist.

Die EOS-Technologie ermöglicht Beta Layout ein hohes Mass an Flexibilität, denn die Maschine verarbeitet so unterschiedliche Materialien wie das mit Glasperlen gefüllte PA 3200 GF, das aluminiumgefüllte Polyamid Alumide oder Hochleistungspolymere wie PEEK, aber auch Metalle.

Die additive Fertigung bietet noch einen weiteren Pluspunkt: «Im Endeffekt erleben wir hier eine Demokratisierung von Hochtechnologie. Ohne Innovationen wie diese könnten wir 3D-MID gar nicht als Service anbieten», fasst Manuel Martin zusammen. «Das würde bedeuten, dass viele kleine Unternehmen und Entwicklerbüros keine Chance auf solche Prototypen hätten. Der Bereich Forschung und Entwicklung wäre weniger dynamisch.» Die additive Fertigung ist damit ein Katalysator für weitere Innovationen – und damit vielleicht schon bald Ausgangspunkt für eine Neuauflage des Mooreschen Gesetzes.

Beta Layout GmbH DE-65326 Aarbergen, Tel. +49 6120 907010 info@pcb-pool.com


EOS: Springmann SA
2008 Neuchâtel, Tel. 032 729 11 22
neuchatel@springmann.ch

Bestückter und damit funktionsfähiger Schaltungsträger, der mittels additiver Fertigung aus PA 3200 GF hergestellt wurde.


Herstellungsschritte von Mechatronic Integrated Devices (MID) per Laser-Direktstrukturierung. (Bilder: Beta Layout)