Wie IC-Substrate die Elektronik revolutioniert haben

My (μ) ist vermutlich eine der wichtigsten Währungen in der Leiterplattenindustrie, denn die Leiterplatte wird – als Nervenzentrum elektronischer Geräte – von einem engmaschigen Netzwerk dünnster Leitungen durchzogen, an die Prozessoren, Transistoren, Sensoren etc. angeschlossen werden. Hier kommt es auf jeden Tausendstelmillimeter an, denn je dünner das Netz, desto komplexer können auch die Geräte werden; ob Smartphone, Herzschrittmacher, Industrieroboter oder Satellitenbauteil.

Der Trend, dass Geräte immer kleiner werden bzw. auf gleichem Raum mehr Funktionen integriert werden müssen, stellt eine gewisse Herausforderung dar. Durch die wachsende Zahl der Transistoren von Mikrochips ist es nämlich schwieriger geworden, Verbindungen zu den Leiterbahnen auf den Platinen herzustellen. „Die Strukturen der Halbleiter liegen nämlich im Nanometerbereich und müssen über eine Verbindung auf die mikrometergroßen Kontakte der Leiterplatte umgelenkt werden“, erklärt Hannes Voraberger, Director R&D bei AT&S. IC-Substrate (Integrated Circuit) sind hier die Lösung, die die Elektronik revolutioniert haben, da es diese Technologie möglich macht, auch in kleineren Gehäusen Prozessoren unterzubringen.

In den Anfangszeiten der Leiterplatte wurden die Kontakte der Chips mittels dünner Drähte über ein gestanztes Blech aus einer Blei-Zinn-Legierung mit den Leiterbahnen verbunden. Auch heute noch wird gestanzt, gebohrt, geätzt und gefräst – diese Arbeit haben aber Maschinen übernommen, da nur sie so schnell – 1500 Bohrungen pro Sekunde – und im μ -Bereich arbeiten können. Es dauert fünf bis zehn Tage und zwischen 126 bis 250 Arbeitsschritte sind notwendig, bis aus einem mit hauchdünner Kupferfolie beschichteten und mit Epoxidharz getränkten Glasfaservlies, eine Hightech-Leiterplatte entsteht. Bei modernen Prozessoren übernimmt die Aufgabe der Leiterplatte ein sogenanntes ein IC-Substrat, „das ist eine kleine, vielschichtige Leiterplatte aus je nach Anwendung variierenden Materialien“, so Hannes Voraberger. „Die verbindet dann die unterschiedlich dimensionierten Anschlüsse auf engstem Raum. Je nach Anwendungsgebiet gibt es verschiedenste Substrat-Technologien mit unterschiedlichen Aufbauten und Leistungsanforderungen.“

IC-Substrate stellen die Verbindungsplattform zwischen Halbleiter (Chips) und Leiterplatten dar, sie “übersetzen” die Nano-Strukturen des Chips auf die Leiterplatte. Im Gegensatz zu Leiterplatten haben IC-Substrate wesentlich feinere Strukturen (ca. 40 Mikrometer vs. ca. 9 Mikrometer) und es werden andere Basismaterialien und Herstellungsprozesse eingesetzt. IC-Substrate, die hochautomatisiert, kontaktfrei und vollständig in einer Reinraumumgebung hergestellt werden, machen es etwa möglich, dass auf einer Leiterplatte von der Größe eines After-Eight-Mints zwei Chips mit je fast 15.000 Anschlusspunkten gebaut werden können. Solche Leiterplatten finden sich nicht nur in Mikroprozessoren von Notebooks, sondern auch in Smartwatches oder Virtual Reality Brillen.

Mobilität, Energieeffizienz, höhere Lebenserwartung und neue Produktionssysteme – das sind die großen Trends der Gesellschaft und damit auch die technologischen Treiber. Da digitale Systeme, ob im Internet of Things, für Künstliche Intelligenz-Anwendungen, Robotik sowie autonomes Fahren immer stärker miteinander vernetzt werden, immer größere Datenmengen immer schneller verarbeitet werden müssen, bedarf es neuer Technologien. Mit denen muss zum einen die Rechenleistung erhöht, zum anderen aber auch den Energieverbrauch reduziert werden. In Zukunft wird es nämlich unzählige neue „Geräte“ geben, in denen starke Prozessoren gefragt sind – das beginnt bei Elektrofahrzeugen, wo wir erst am Anfang stehen, geht über verschiedenste Systeme des Ambient Assisted Living (altersgerechte Assistenzsysteme für ein umgebungsunterstütztes und gesundes Leben) und endet in der Industrie 4.0. Rasant steigende Rechenleistung bei gleichzeitig sinkendem Energieverbrauch wird eine Kombination sein, die in allen Branchen gefragt ist, und diese notwendige Performance künftiger Hochleistungsrechner-Module schafft man nur mit IC-Substraten.

Etwa 20 Unternehmen weltweit stellen derzeit IC-Substrate her, der Markt ist gegenwärtig etwa 7 Milliarden Dollar schwer. AT&S war eines jener Unternehmen, die erkannt haben, dass die Anforderungen an die Prozessoren in den Geräten der Zukunft nur mit IC-Substraten gelöst werden können. „Wir haben schon von jeher in unserer Strategie verankert, dass wir einer der technologisch führenden Leiterplattenhersteller sein wollen“, erklärt Hannes Voraberger. Gemeinsam mit renommierten Partnern aus der Technologiebranche hat man diesen Geschäftszweig aufgebaut. „Denn für uns als Produzent von High-End Leiterplatten war es in unserer Technologieentwicklung ein logischer Schritt, in das IC Substrate Geschäft einzusteigen, um auch in Zukunft an vorderster Front zu stehen.“