Integration von Funktionalitäten in die Leiterplatte
Die vertikale Integration offenbart neue Horizonte im Design elektronischer Module. Verdrahtungsträger mit eingebetteten elektronischen Komponenten können mehr, als nur die Bauelemente zu fixieren und deren Anschlüsse miteinander leitfähig zu verbinden. Die Entkrampfung platzkritischer Layouts, eine verbesserte Wärmeabfuhr, günstigere HF-Eigenschaften oder die Möglichkeit einer Systemintegration sind nur einige Benefits, die mit Device Embedded Substrates erreicht werden können.
Die KSG Leiterplatten GmbH (KSG) stellt sich den Anforderungen Ihrer Kunden hinsichtlich neuer funktioneller Einheiten durch Nutzung verschiedener Einbett-Techniken und untersucht in mehreren F&E-Projekten die technologischen Grundlagen verschiedener Embedding-Ansätze und bringt sich in der diesbezüglichen DKE-Arbeitsgruppe bei der Erstellung der entsprechenden Normen ein.
Derzeit fokussiert die KSG Ihre Aktivitäten auf den Aufbau bzw. die Integration passiver elektronischer Bauelemente [embedded Components], auf die Implementierung von Identifikationsträgern [embedded RFID] sowie auf die Realisierung ultraflacher Anzeigeelemente [embedded Display] unter Nutzung verschiedenster Einbett-Techniken. Anhand ausgewählter Beispiele soll nachfolgend die praktische Umsetzung beschrieben werden.
Überaus wichtig ist dabei ein Austausch zwischen dem Designer und dem Leiterplattenhersteller zum frühestmöglichen Zeitpunkt des Produktentstehungsprozesses. Lassen Sie uns gemeinsam die Vorteile dieser Aufbau-, Verbindungs- und Kapselungstechnik in Ihren Produktideen umsetzen!
Embedded RFID
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Ein Forschungsschwerpunkt konzentriert sich bei der KSG auf die Integration von Identifikationsträgern. Berührungslos können die auf dem Chip abgelegten Informationen ausgelesen und durch weitere Daten ergänzt werden. Rückverfolgbarkeit und Plagiatschutz sind 2 mögliche Gründe, warum RFIDTags nicht auf der Leiterplattenoberfläche platziert, sondern in das Innere eines mehrlagigen Schaltungsträgers eingebettet werden. Für die Implementierung des Tags ist es notwendig, auch aktive elektronische Komponenten in den Lagenaufbau einzubeziehen. |
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| IC und Antenne sind für den UHF-Bereich (868 MHz) konzipiert. Die Antennengröße und ihr Design richtet sich nach der jeweiligen Applikation. Bereits mit einer minimalen Tag-Fläche von ca. 1cm² lässt sich ein Leseabstand von mehr als 1cm bei moderater Sendeleistung des Readers erzielen. Die Antenne kann im Leiterbild von Innen- oder Außenlage berücksichtigt werden. Eine vollständige Freistellung der spulen- oder dipolförmigen Antennenstrukturen von tangierenden Leiterbildbereichen in gleicher Ebene bzw. ober- oder unterhalb ist oftmals nicht notwendig. Für den RFIDChip muss vor dem Verpressen eine Kavität vorgehalten werden. |
Fertigungspanel mit implementierten RFID-Tags |
Embedded Components
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Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten können heute als diskrete Bauelemente in das Leiterplatteninnere integriert werden. Durch konventionelle Aufbau- und Verbindungstechnologien wie Löten bzw. Leitkleben werden diese auf einer Innenlage kontaktiert oder in Kavitäten fixiert und direkt über Vias angebunden. Abbildung 1 zeigt einen „vergrabenen“ SMD-Widerstand. Im Leiterplattenverbund eingebettete Kondensatoren weisen nicht zu unterschätzende Vorteile auf. |
Leiterplattenausschnitt mit integriertem Widerstand |
Im Vergleich zu ihren oberflächenmontierbaren Pendants sind die parasitären Induktivitäten deutlich geringer, die Kondensatoren können räumlich näher an die IC-Anschlüsse gebracht und teilweise ist es möglich, mehrere diskrete kapazitive Bauelemente durch einen einzelnen integrierten Kondensator zu substituieren.
Alternativ lassen sich passive Bauelemente auch additiv auf Innenlagen aufbauen und ggf. durch konventionelle Subtraktivtechniken strukturieren. Der Schichtaufbau kann mittels Sieb- oder Tintenstrahldruck oder aber durch Einbeziehung weiterer spezifischer Funktionslagen wie Dünnlaminate in den Schichtstapel erfolgen. Für ausgewählte elektronische Komponenten - wie beispielsweise Planarspulen - ist unter Umständen lediglich ein selektiver Abtrag erforderlich.
In mehreren F&E-Projekten wurden und werden Technologien zum Aufbau bzw. zur Einbettung passiver elektronischer Komponenten untersucht. Dabei arbeitet(e) die KSG namhaften Partnern aus Industrie und Forschung zusammen.
Embedded Display
Seit mehreren Jahren liegt ein F&E-Schwerpunkt der KSG auf dem Schaltungsträgerdesign für Leuchtmodule. Das Board dient hierbei zur Kontaktierung und Entflechtung einzelner bzw. matrixförmig angeordneter Pixel von organischen Leuchtdioden (OLED) oder (Dickschicht-)Elektrolumineszenz- Anordnungen (EL). Grundlegende Untersuchungen zu möglichen Aufbauvarianten erfolgten im Verbundprojekt „LEUCHTKRAFT“ [finanzieller Support durch die Europäische Union (EFRE) und den Freistaat Sachsen].
| Auf der Außenlage eines Schaltungsträgers für EL befindet sich der üblicherweise weniger als 100μm dicke, lichtemittierende Schichtstapel für Piktogramm- oder Flächenstrahlanwendungen. Die Strukturierung lässt sich vorteilhaft über die metallischen Anschlussflächen der Leiterplatte verwirklichen. Dies kann einerseits über die spezifische geometrische Form des betreffenden Pads oder über eine Matrix gleichartiger Quadrate erfolgen. Zwei ausgewählte Beispiele sind in den Abbildungen wiedergegeben. Diese stehen stellvertretend für die Design-Vielfalt der mit einfachen Mitteln realisierbaren EL-Anzeigelemente. |  EL-Labormusters mit leuchtenden Symbolen |
| Die Integration von Flächenstrahlquellen in bewährte Schaltungsträger der Elektronik ermöglicht extrem flach ausgeführte Baugruppen für Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen. |
Leuchtende Visitenkarte auf EL-Basis |
