Leiterplatten mit optischen Verbindungen

"Future Packaging Trends - System Integration on Board" ist das Hauptthema des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) auf der Productronica vom 6. bis 9.11.2001 in München. Besonderes Augenmerk gilt der Leiterplattenentwicklung der fünften Generation mit optischen Interconnects.

Leiterplatten müssen sich in ihrer Aufbaustruktur zwingend der sich kontinuierlich verändernden Funktionalität von Bauelementen und den neuen Entwicklungen im Packaging anpassen. Daher entwickelte sich die Leiterplatte von der einseitigen über die doppelseitig durchkontaktierte und der Mehrlagenschaltung zur HDI-Leiterplatte der ersten bis vierten Generation. Letztere steht gegenwärtig im Mittelpunkt von Forschung und Entwicklung, da die HDI-Verdrahtung in Kombination mit Mikrovias Bestandteil aller zukünftigen Leiterplatten sein wird. Neue Materialien und Fertigungsprozesse sowie die vertikale Integration aktiver und passiver Bauelemente stehen dabei im Vordergrund. Mit steigenden Anforderungen bezüglich der zu übertragenden Datenmengen zeichnet sich jedoch mit der optischen Signalübertragung auf der Platine ein Paradigmenwechsel in der Leiterplattenarchitektur ab.

Aus physikalischen und technologischen Gründen ist die Signalübertragung in elektrischen Schaltungen auf ein Daten-Längen-Produkt von 2,5 GBit pro Sekunde und Meter begrenzt. Da innerhalb der nächsten Dekade Datenmengen auf Boards von 10 GBit/s und mehr zu erwarten sind, ist es zwingend erforderlich, den optischen Übertragungspfad zu integrieren. Mit der optischen Übertragung entfällt auch die elektromagnetische Abstrahlung und damit eine gegenseitige Beeinflussung elektrischer Ströme.

Für die Integration optischer Wellenleiter auf Polymer- oder Glasbasis gibt es mehrere Aufbaukonzepte: Overlay, Inlay, Wellenleiter in Kupfer und Multiwire. Über alle Technologie-Varianten wird derzeit nachgedacht. Intensive Vorarbeiten erfolgen zur Zeit mit der Inlay-Technologie, weil diese Aufbauweise sehr gut in die gegenwärtige Leiterplattenfertigung zu integrieren ist. Leiterplatten mit optischer Signalübertragung kennzeichnen die fünfte Leiterplattengeneration und werden als Elektrisch-Optische Leiterplatte (EOCB) bezeichnet.

Diese Leiterplattengeneration ist der Übergang zur sechsten Generation, dem multifunktionalen Board - es ist vorerst das letzte Glied in der Evolutionskette der Leiterplatte. Sie ist als ein "System in Board" (SIB) aufzufassen.

Weitere Aspekte thematisiert das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration auf der Productronica in Halle B6, Stand 355: HF-Modellierung, Optical Interconnection Technology, Advanced Dicing and Thinning Technology for Ultra Thin Ics, Thin Chip Manufacturing, Chip in Polymer, Direct Copper Plating sowie CSPs für die Leiterplattenmontage. (fkh)