Leiterplatten verlassen die Ebene mit 2.5D®
Von elektronischen Geräten wird erwartet, dass sie auf kleinstem Raum mehr Leistung als je zuvor erbringen. Das führt zu einer wachsenden Nachfrage nach leistungsfähigen, kleinen und energieeffizienten Elektronikbauteilen und erhöht gleichzeitig den Druck auf das Leiterplattendesign und das Packaging.
Die 2.5D®-Technologie von AT&S begegnet dieser Herausforderung, indem sie präzise Hohlräume innerhalb der Schichten einer Leiterplatte schafft. Bauteile können dadurch in die Leiterplatte eingebettet werden, anstatt nur auf der Oberfläche montiert zu werden, wodurch dünnere, kompaktere und effizientere Designs entstehen.
Mit der 2.5D®-Technologie unterstützt AT&S seine Kunden bei der Entwicklung leistungsstarker elektronischer Systeme für anspruchsvolle Anwendungen – von KI-Hardware und Hochleistungsrechnern bis hin zu Smartphones, Sensoren für die Automobilindustrie und optischen Transceivern.
Mit den 2.5D® Cavity Leiterplatten hat AT&S die Möglichkeit, gezielt Teile einer Leiterplatte zu entfernen, um Komponenten tieferlegen zu können. Damit lassen sich extrem dünne Leiterplatten realisieren. Werden Teile von mittleren Lagen entfernt, wird die Leiterplatte flexibel.
Vorteile der 2.5D® Technologie
Vorteile der 2.5D® Technologie
Verbesserte Leistung und Wärmemanagement
Die 2.5D®-Technologie ermöglicht im Vergleich zur 3D-Stapelung eine effektivere Wärmeverteilung. Durch die Reduzierung von Hotspots kann sie die allgemeine Zuverlässigkeit verbessern und dazu beitragen, eine stabile Leistung in kompakten, leistungsstarken elektronischen Systemen aufrechtzuerhalten.
Hohe Bandbreite und geringe Latenz
Kürzere Verbindungen zwischen den Chips ermöglichen eine schnellere Datenübertragung und geringere Latenzzeiten. Dadurch ist die 2.5D®-Technologie besonders wertvoll für Hochleistungsrechner, KI-Anwendungen und andere Systeme, die auf einen schnellen und zuverlässigen Datentransfer angewiesen sind.
Verbesserte Integration
Die 2.5D®-Technologie ermöglicht die heterogene Integration mehrerer Chips auf einem einzigen Interposer oder einem Substrat. Logik-, Speicher- und Analogkomponenten lassen sich in einem Gehäuse kombinieren, was kompakte Designs mit höherer Funktionsdichte ermöglicht.
Größere Designflexibilität
Durch das Entfernen ausgewählter innerer Schichten kann die 2.5D®-Technologie Leiterplatten semiflexibel machen und die Integration verschiedener Technologien innerhalb eines Designs unterstützen. Dies gibt Ingenieuren mehr Freiheit bei der Entwicklung kompakter Systeme für anspruchsvolle mechanische Umgebungen.
Wie funktioniert 2.5D®?
Bei der 2.5D®-Technologie werden Komponenten in Hohlräume der Leiterplattenebene eingebracht, anstatt sie vollständig einzubetten oder zu laminieren.
AT&S erzeugt diese Strukturen, indem bestimmte Bereiche der Leiterplattenlagen durch hochpräzise Laserstrukturierung entfernt werden. Dies ermöglicht dünnere, kompaktere und effizientere Designs und verbessert gleichzeitig die Nutzung des verfügbaren Platzes auf der Leiterplatte.
2.5D®-Cavity-Leiterplatten ermöglichen es Ingenieuren, präzise Aussparungen, sogenannte Kavitäten, innerhalb der Schichten einer Leiterplatte zu schaffen.
Das Ergebnis ist eine Leiterplattenarchitektur, die viele Vorteile bringt:
- Miniaturisierung und Flexibilität durch dünnere und halbflexible Leiterplatten
- Optimierte Bauteilplatzierung
- Verbesserte thermische und elektromagnetische Leistung
- Effektives Management elektromagnetischer Störungen (EMI)
2.5D®-Cavity- und semiflexible Leiterplatten können unter Verwendung von Standardmaterialien wie FR4 hergestellt werden. Das bedeutet, dass bei der Fertigung relativ wenige zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind. Leiterplatten für Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und LiDAR-Sensorsysteme in selbstfahrenden Fahrzeugen können so konzipiert werden, dass sie sich beim Einbau falten oder biegen lassen. Dadurch lässt sich der benötigte Einbauraum auf ein Minimum reduzieren, was in der Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung ist.
Mit der 2.5D® Cavity Technologie wird der verfügbare Platz für eine Schaltung bestmöglich ausgenutzt.
AT&S entwickelt seine 2.5D®-Technologie kontinuierlich weiter, um die Leistung der Leiterplatten noch weiter zu steigern. Ein Beispiel hierfür ist die Veröffentlichung „Air-filled Cavity Backed 28GHz Antenna Array Implemented by 2.5D PCB Process and Network Analysis“, die aufzeigt, wie luftgefüllte Hohlräume in einer mehrschichtigen Leiterplatte hocheffiziente Millimeterwellen-Antennen ermöglichen können. Der nachgewiesene Antennenwirkungsgrad von 93,5 Prozent unterstreicht das Potenzial der 2.5D®-Technologie für Hochleistungssysteme der nächsten Generation in der Automobil-, Konsumgüter- und Kommunikationsindustrie.
2.5D® Praktische Anwendungen
Cavity-Leiterplatten
Cavity-Leiterplatten nutzen präzise strukturierte Aussparungen innerhalb der Schichten einer Leiterplatte. Diese Kavitäten ermöglichen es, Bauteile in die Leiterplatte einzubetten, anstatt sie nur auf der Oberfläche zu montieren.
Dieser Ansatz trägt dazu bei, die Bauhöhe zu reduzieren, die Bauteilplatzierung zu optimieren und kompaktere Designs zu schaffen. Durch den Einsatz hochpräziser Laserstrukturierung ermöglicht AT&S Cavity-PCB-Architekturen, die Miniaturisierung, ein verbessertes thermisches Verhalten und eine zuverlässige Hochleistungsintegration unterstützen.
Semiflexible Leiterplatten
Halbflexible Leiterplatten eignen sich für elektronische Designs, die sowohl stabile Leiterplattenbereiche als auch kontrollierte Biegezonen erfordern. Dies kann dazu beitragen, Elektronik in kompakte oder komplexe Produktdesigns zu integrieren.
Für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot bieten halbflexible Leiterplatten zusätzliche Gestaltungsfreiheit und können dazu beitragen, den Bedarf an zusätzlichen Steckverbindern oder separaten Verbindungselementen zu reduzieren.
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Die kontinuierlich steigende Leistungsfähigkeit von Consumer-Electronics-Produkten gepaart mit der Miniaturisierung elektronischer Geräte macht immer neue Technologien notwendig, um die wachsenden Anforderungen der Systeme zu erfüllen. Mit den innovativen Produkten von AT&S inspirieren wir Entwickler, Geräte auf den Markt zu bringen, die immer kleiner und leistungsfähiger werden und die Anforderungen der fortschrittlichen Anwendungen von morgen erfüllen.
Optimaler Preis
2.5D® Cavity Leiterplatten können mit Standardmaterialien hergestellt werden und benötigen daher weniger Prozessschritte in der Herstellung. Die Bestückung von Komponenten in den Kavitäten ist zudem oft effizienter als an der Oberfläche oder komplett innerhalb einer Leiterplatte. So lassen sich unter anderem Leiterplatten für Fahrassistenz- und Kamerasysteme für selbstfahrende Autos designen, die für die Installation gefaltet oder gebogen werden können und den Platzbedarf so gering halten. SSD-Speicher, die zum Beispiel in Computerfestplatten oder USB-Sticks eingesetzt werden, bekommen durch eine semiflexible Ausführung mehr Oberfläche bei vergleichbarem Volumen und können daher mehr Daten speichern. Die 2.5D® Technologie erlaubt auch eine Kombination von Kavitäten und semiflexiblen Bereichen auf einer Leiterplatte.
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