Virtual FED-Forum: 3D-Elektronik-Design auf der Höhe der Zeit?

Die moderne 3D-Elektronik bietet in ihren vielfältigen Ausprägungen starke Vorteile. Offen ist aber, ob die aktuellen CAD-Werkzeuge bereits die hohen Anforderungen erfüllen, welche die unterschiedlichen 3D-Techniken an die Designtools stellen. Mit dieser Frage beschäftigt sich am 29. April 2021 um 15 Uhr ein virtuelles Forum des Fachverbands für Design, Leiterplatten- und Elektronikfertigung (FED). Die EDA-Hersteller der Top-5-eCAD-Systeme präsentieren in einer Kurzvorstellung ihre neuen 3D-Funktionen und -Highlights. Der FED-Arbeitskreis 3D-Elektronik moderiert die Diskussion zwischen den Teilnehmern. Im Anschluss können die Gäste Fragen an die Unternehmen stellen.

(Bild: FED)

Der FED diskutiert auf dem Forum mit führenden EDA-Herstellern (EDA, Electronic Design Automation) über den aktuellen Stand der CAD-Tools und über folgende Fragen: Wie sieht es mit den Entwurfswerkzeugen und den erforderlichen Datenformaten aus? Was bieten aktuell die Elektronik-CAD-Werkzeuge an echter 3D-Entwurfsunterstützung? Ermöglichen sie es, die großen Vorteile der neuen Technologien voll auszuschöpfen?

Dreidimensionale Elektronikkonzepte haben in den letzten zehn Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Leistungssteigerung, Miniaturisierung, funktionale Integration oder ergonomische Gerätekonzepte sowie eine einfachere Produktion lassen sich mit 3D-Elektronik optimal realisieren. Weiteres Potenzial bieten neue Materialien und Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck, Embedding oder Kunststoffelektronik, die heute serientauglich sind. In mehreren Branchen haben sich in den letzten Jahren die 3D-Elektronik-Technologien im Serieneinsatz etabliert. Getrieben vom Bedarf an mehr Leistung auf kleinem Bauraum, steigenden Frequenzen, höherer Zuverlässigkeit und ergonomischen Gerätekonzepten wird auch der Einsatz in moderner Industrieelektronik immer wichtiger.

Der Hauptvorteil der 3D-Elektronik besteht darin, dass anstelle der starren Leiterplatten, elektronische Bauteile und Verbindungen auch auf der gewölbten Oberfläche eines Gehäuses montiert oder im Substrat, bzw. Gehäuse eingebettet werden können. Das Ersetzen von einzelnen Leiterplatten mit Kabeln und Drähten durch eine integrierte Funktionalität bietet somit viele Vorteile wie reduzierte Formfaktorbeschränkungen (kleinere Bauform), Verbesserung der elektrischen Performance durch Reduktion parasitärer Verluste oder auch einfachere Montage von Elektronik, Beleuchtung, Sensoren, SMD-Komponenten.

Der Begriff der 3D-Elektronik steht für die unterschiedlichen mehrdimensionalen Aufbau- und Verbindungslösungen, die mit unterschiedlichen Material- und Fertigungsverfahren umgesetzt werden können. Neben den klassischen Flex- und Starrflex-Leiterplatten, wie sie bereits seit 50 Jahren zur mehrdimensionalen Integration verwendet werden, sind in den letzten Jahren eine ganze Reihe von neuen Aufbau- und Verbindungslösungen entstanden wie IME (In Mould Elektronik), MID – Spritzguss mit Leiterstrukturen (Mechatronic Interconnection Device), Embedded PCB (Leiterplatten mit integrierten Bauteilen) oder auch 3D-Hybrid-Druck, Aerosol-Druck und Jet-Printing.

Besonders interessant sind die sogenannten generativen Herstellungsverfahren, weil sie keine Werkzeuge benötigen und die Elektronik praktisch direkt aus dem CAD-System gefertigt werden kann. Mit dem 3D-Drucker lassen sich sehr einfach Änderungen ohne neue Werkzeuge oder Variantenproduktion mit Seriengröße 1 Stück herstellen. Hybride 3D-Drucker bieten die Möglichkeit, die elektrischen Materialien (Kunststoff, Keramik) und leitfähige Materialien in einem Gerät und einem Durchlauf herzustellen. In Kombination mit SMD-Bauteilen oder Silizium Dies lassen sich komplexe Mehrschichtaufbauten realisieren (Embedded Components).

Viele Leiterplatten-CAD-Tools bieten heute Unterstützung für das Leiterplattendesign von Starrflex-Leiterplatten. Einige unterstützen auch bereits das Einbetteten von Bauteilen (Embedding) oder sogenannte 2,5D-Technologien. Für den 3D-Druck oder Mechatronic Interconnection Device (MID) werden jedoch echte, vollumfängliche 3D-Funktionalitäten von Mechanik und Elektronik benötigt. Bauteile müssen in allen Rotationen platziert und die Anschlüsse mit Leiterbahnen verbunden werden können.

Anmeldung unter:https://www.fed.de/veranstaltungen/termin/eda-virtual-round-table-2021-ist-das-3d-elektronik-design-auf-der-hoehe-der-zeit/

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