Mehrere vorherrschende Trends prägen die heutigen Anwendungsbereiche von Leiterplatten maßgeblich. Wir haben Chris Nuttall, Chief Operating Officer der NCAB Group, zu diesen Entwicklungen und ihren möglichen Auswirkungen auf die Leiterplattenbranche befragt.

Welche neuen Technologien bestimmen die Leiterplattenwelt aktuell?

„Es sind eigentlich keine bestimmten Technologien, welche die Leiterplattenwelt von heute prägen. Es sind vielmehr die Entwicklungstendenzen einiger wichtiger Technologietrends, welche die Elektronikbranche und die entsprechenden Anwendungen selbst maßgeblich bestimmen. Nehmen wir zum Beispiel die fünfte Generation des Mobilfunks, 5G. Das ist heute ein allgegenwärtiges Thema. Daneben gibt es weitere aufkeimende Trends, die in gewissem Maße von der Entwicklung der 5G-Systeme abhängen. Diese Trends lassen sich in nutzerzentrierte Trends und „Smart Spaces“ (intelligente Räume) unterteilen. Die nutzerzentrierten Trends beziehen sich auf die Art und Weise, wie die Technik uns beeinflusst, während die intelligenten Räume Trends umfassen, welche die Wohn- und Arbeitsumgebung beeinflussen.

“Es sind eigentlich keine bestimmten Technologien, welche die Leiterplattenwelt von heute prägen. Es sind vielmehr die Entwicklungstendenzen einiger wichtiger Trends, welche die Elektronikbranche und die entsprechenden Anwendungen selbst maßgeblich bestimmen.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

IoT, KI und 5G sind einige der technischen Trends, die wir sehen

Wir alle haben vom Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und künstlicher Intelligenz (KI) gehört, was in Verbindung mit den gesteigerten Datenraten der 5G-Technologie eine ganz neue Ebene von Konnektivität und Kommunikation zwischen Geräten eröffnen kann. Dies ermöglicht zum Beispiel neue Entwicklungen im Bereich smarter Produkte wie der intelligenten Produktion und der Hyperautomatisierung, moderner Robotik, die Entwicklung von Anwendungen für die öffentliche Sicherheit zur Unterstützung von Smart Citys und den zunehmenden Einsatz autonomer Geräte. Diese Trends gehen Hand in Hand mit der Möglichkeit, innerhalb kürzester Zeit und ohne Probleme mit der Latenz riesige Datenmengen zu übertragen, zu verwalten und zu verarbeiten – entscheidende Grundlagen für das Edge-Computing.

Und schließlich gibt es den Trend zur Verbesserung menschlicher Fähigkeiten durch Human Augmentation, bei dem wie in der Prothetik menschliche Fähigkeiten ersetzt werden, jedoch stärker mit dem Ziel, Fähigkeiten zu erweitern oder neue Fähigkeiten zu erschließen. Ich bin noch nicht sicher, wie viel davon wir schon jetzt sehen, aber innerhalb der nächsten fünf Jahre werden wir definitiv eine Steigerung erleben.

„Einige dieser technischen Trends werden sich meines Erachtens in absehbarer Zukunft am stärksten auf die Leiterplattentechnik auswirken. Diese allgemeinen Trends werden natürlich andere technische Trends nach sich ziehen und ihrerseits bestimmte Anwendungen in verschiedenen Branchen vorantreiben.

Einige der aufgezeigten Trends bilden die Grundlage für die Entwicklung von autonomen Autos

So bilden einige der erwähnten Trends beispielsweise in der Automobilbranche die Grundlage für die Entwicklung autonomer Fahrzeuge, und in der Medizin sind sie in entscheidenden Funktionen wie der Datenverarbeitung und der Echtzeitkommunikation von Experten zu finden, die auf weltweiter Ebene agieren. Ähnliche Trends treten auch bei militärischen Anwendungen hervor, welche die Entwicklungen in bestimmten Märkten vorantreiben.

Wie in einer früheren Ausgabe von InFocus bereits erwähnt, schreitet der 5G-Ausbau nun in immer stärkerem Maße voran. Allein in China wird bereits 2025 eine Nutzerbasis von 500 Millionen Mobiltelefonen und ähnlichen Geräten erwartet. In Europa und den USA gehen die Dinge langsamer voran als in Asien, aber auch hier ist der Trend deutlich zu erkennen.“

In welcher Weise haben sich diese Umbruchsszenarien auf das Design und die Herstellung von Leiterplatten ausgewirkt?

„Der bereits bestehende Trend setzt sich weiter fort: Leiterplatten müssen eine größere Anzahl von Lagen enthalten und der Leiterbahnabstand und die Bohrungen müssen kleiner werden, um eine immer höhere Funktionsdichte zu ermöglichen. Früher galten Leiterplatten mit mehreren Lagen und einem HDI-Aufbau des Typs 1 als bahnbrechend. Heutzutage sind zehnlagige HDI-Strukturen nichts Besonderes mehr. Mittlerweile gibt es Lösungen, die mit einem Abstand der Leiterbahnen auf den Leiterplatten von unter 30 Mikron realisierbar sind. Es hat viel Zeit gekostet, von 100 auf 75 Mikron und noch weiter auf 60 Mikron zu kommen, was einige der Fabriken von NCAB bereits heute unterstützen. Einige unserer Fabriken richten gerade neue Anlagen einschließlich der Prozesssteuerung ein und sammeln das Knowhow, um noch höhere Dichten zu ermöglichen. Und wenn wir über unsere Fabriken hinausblicken, dann produzieren diejenigen, die an vorderster Front der Technik stehen, bereits Leiterplatten mit weniger als 30 Mikron.

“Mittlerweile gibt es Lösungen, die mit einem Abstand der Leiterbahnen auf den Leiterplatten von unter 30 Mikron realisierbar sind.“

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

„Während Bauteile wie Halbleiter gleichermaßen komplexer und alltäglicher werden, beobachten wir auch ein immer stärkeres Wachstum bei IC-Substraten, die als Verbindung dienen. Diese kann man sich wie eine Leiterplatte mit hoher Dichte vorstellen, die zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte sitzt. Diese Substrate verfügen über eine sehr hohe Dichte und dienen der Strom- und Signalverteilung und in geringerem Maße auch der Wärmeableitung. Sie ermöglichen sehr geringe Leiterbahnbreiten und Isolationsabstände sowie sehr geringe Bohrungsdurchmesser. Heute werden IC-Substrate bereits bei hochwertigen Leiterplatten eingesetzt, und sie werden immer üblicher.“

Und wo stehen die Fabriken von NCAB Ihrer Ansicht nach im Hinblick auf modernste Technologien?

„Es ist Bestandteil unserer Strategie für die Zusammenarbeit mit den Fabriken, dass diese uns über ihre Ausrichtung und ihre Vorstellungen für die nächsten fünf Jahre informieren. Unsere Fabriken mit höherer technischer Kompetenz beschäftigen sich bereits mit deutlich komplexeren Strukturen, einige liefern bereits IC-Substrate, und andere haben schon fast die Massenfertigung erreicht, wenn es um Leiterbahnabstände von 30 µm geht. Das ist weniger als die Hälfte dessen, wofür die Fertigung in diesen Fabriken momentan zertifiziert ist. Die Forderung nach höherer Dichte und Komplexität wird in Zukunft nur noch weiter zunehmen.“

Der Bedarf an komplexeren Leiterplatten wird zunehmen

„Da immer mehr Produkte in technischen Trendbereichen entwickelt werden, wird der Bedarf an Leiterplatten mit höherer Komplexität immer weiter steigen. Die hohe Geschwindigkeit der Veränderungen wird dafür sorgen, dass Technologie, die heute als hochmodern gilt, schon morgen Standard ist. Deshalb beschleunigen unsere technisch weiter entwickelten Fabriken die Erneuerung, um sicherzustellen, dass sie für die höhere Komplexität und größere Strukturen gerüstet sind, zum Beispiel Any-Layer-Designs, feinerer Pitch und von Zeit zu Zeit abweichende Materialien. Dies schafft Bedarf an neuen Anlagen, neuen Ausgangsmaterialien und Fertigungslinien, die auf die nächste Ebene gehoben werden müssen. So werden zum Beispiel herkömmliche Belichtungsprozesse im Verhältnis zu Direct-Imaging-Lösungen immer mehr an Bedeutung verlieren.“

„Wir leben in faszinierenden Zeiten. Wenn man die Hauptbestandteile der Fertigungsanlagen betrachtet, die heutzutage verfügbar sind, ist das einfach erstaunlich. Noch vor wenigen Jahren hätte jeder geglaubt, dass diese Geräte fern jeglicher technischen Realisierung lägen, und doch sind sie jetzt hier. Das Mooresche Gesetz, welches eine Verdoppelung der Dichte von Mikrochips alle zwei Jahre vorhersagt, wird immer wieder aufs Neue bestätigt.“

Welche Herausforderungen hält die Welt der Leiterplattenfertigung abseits der Technik bereit?

„Eine wichtige Aufgabe der Fabriken besteht darin, ihr Wissen zum Design und ihre Erfahrung mit der Fertigung in gleichem Maße zu erweitern, wie neue Anlagen, neue Ausgangsmaterialien und neue Lösungen verfügbar werden. Die Fabriken stehen unter dem Zwang, sich dieses Wissen anzueignen und gleichzeitig diesen Lernprozess mit ihrem Kerngeschäft in Einklang zu bringen, damit sie hier und jetzt mit ihrer Produktion Umsätze generieren und eine hohe Ausbeute erzielen. Die Forschungs- und Entwicklungsteams werden schneller arbeiten müssen. Aus diesem Grund besteht ein wichtiger Teil des Evaluierungsprozesses von NCAB darin, die Entwicklungspläne der Fabriken im Zeitraum von zwei bis fünf Jahren genau zu verfolgen.“

“Eine wichtige Aufgabe der Fabriken besteht darin, ihr Wissen zum Design und ihre Erfahrung mit der Fertigung in gleichem Maße zu erweitern, wie neue Anlagen, neue Ausgangsmaterialien und neue Lösungen verfügbar werden.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Kleinere und komplexere Komponenten

„Da in der Bauteilbranche ein ähnlicher Trend zu geringerer Bauteilgröße und feinerem Pitch herrscht, müssen Leiterplattenzulieferer in der Lage sein, die sich ändernden Anforderungen zu erfüllen. Fabriken müssen in Anlagen, Ausgangsmaterialien und den Aufbau von Knowhow investieren, um die Bedürfnisse ihrer Kunden zu erfüllen. Das betrifft sämtliche Bereiche –Belichtung, Lötstopplack, galvanisches Aufkupfern, Vorbehandlung, Oberflächenverdelung und so weiter. Es reicht nicht aus, nur über die richtige Ausstattung zu verfügen. Man braucht auch die richtigen Ausgangsmaterialien und die richtigen Prozesse sowie das passende Knowhow, damit die Anlagen gut arbeiten und man am Ende des Tages ein zuverlässiges Produkt erhält.

NCAB verfolgt hier einen klaren Ansatz: Wir streben nicht danach, die jeweils modernste Technologie einzusetzen. Wir genehmigen solche Technologien erst dann, wenn wir sicher sind, dass die Prozesse stabil sind und ein gutes Endprodukt hervorbringen, welches die Anforderungen unserer Kunden erfüllt. Trotzdem müssen wir natürlich wissen, wo die gegenwärtige technische Grenze verläuft und wie nah unsere Fabriken dieser Grenze sind.“

Präsenz auch in Taiwan

„Mit der Übernahme der Bare Board Group haben wir die Basis unserer Operationen und damit auch die geografische Ausdehnung unserer Leiterplattenherstellung erweitert. Neun Prozent unserer Ausgaben für Leiterplatten entfallen nun auf Taiwan. Obwohl wir gerade erst begonnen haben, die Fabriken wirklich kennenzulernen, deutet doch schon alles darauf hin, dass die Fähigkeiten der dortigen Fabriken das technologische Niveau, das wir innerhalb unseres Produktportfolios anbieten konnten, noch erhöhen. Während wir unsere definierten Qualifikations- und Genehmigungsprozesse noch durchlaufen, gibt es einige ermutigende Anzeichen dafür, dass solche Fabriken NCAB zukünftig durchaus in die Lage versetzen könnten, unseren Kunden sowohl auf technologieorientierter als auch auf Lieferkettenebene mehr Lösungen anzubieten.“

Wie wirkt sich die Entwicklung in geografischer Hinsicht auf die Leiterplattenbranche aus?

„Wenn man die Branchenprognosen betrachtet, die natürlich aus der Zeit vor der Covid-19-Pandemie stammen, so wird der Umfang des Leiterplattenmarkts in diesem Jahr auf 67 Milliarden Dollar gegenüber 64 Milliarden Dollar im Jahr 2019 geschätzt. 2023 soll dieser Wert bei 70–75 Milliarden Dollar liegen. Etwas mehr als die Hälfte davon, etwa 52–53 Prozent, werden auf China entfallen. Die Prognose besagt, dass das technische Niveau steigen und der Anteil der einzelnen Regionen an der Gesamtproduktion trotzdem ungefähr gleich bleiben wird, zumindest in den nächsten vier bis fünf Jahren.“

Die Dinge entwickeln sich in China immer schneller

„Wir beobachten, dass neue Technologien, die auf anderen Märkten in Asien, Europa oder den USA entwickelt wurden, in immer kürzerer Zeitdauer in China übernommen werden. Viele der größeren Hersteller unserer Branche betreiben F&E-Einrichtungen oder besitzen eine kleinere Fabrik in Europa oder in den USA, während sie gleichzeitig in China über eine große Fabrik zur Massenfertigung verfügen. Dies ist ein wichtiger Faktor für den beschleunigten Technologietransfer. Ich denke, dass bald eine Zeit kommen wird, in der Technologie- und Produktentwicklungen zeitlich parallel erfolgen, da die Zeit bis zur Markteinführung weiterhin immer wichtiger wird. China bewegt sich immer schneller und die Regierung legt großes Augenmerk auf die Weiterentwicklung der heimischen Industriebranchen, damit diese immer näher zur vordersten Front der technischen Entwicklung aufschließen.“

 Die Fabriken werden mit den komplexeren Technologien immer mehr vertraut

„Im Vergleich zu anderen Fertigungsmärkten im asiatischen Raum, bietet China erhebliche Vorteile, trotz steigender Kosten. Die chinesische Leiterplattenbranche hat heute den Vorteil, dass alle benötigten Zutaten direkt vor Ort verfügbar sind – Wissen, Erfahrung, Infrastruktur, Ausgangsmaterialien, Anlagen und so weiter. Dadurch ist China in der Lage, den technischen Vorsprung gegenüber anderen Ländern mit geringeren Kosten aufrechtzuerhalten, und dies ist ein entscheidender Aspekt für die chinesischen Aussichten in unmittelbarer Zukunft. Das zweite treibende Element für diesen Trend ist der Umstand, dass die Fabriken mit zunehmender Beherrschung höherer Technologien ihr technisches Angebot erweitern und ihren Umsatz steigern können, sodass sie Mittel für weitere Investitionen und Entwicklungen bereitstellen und den Kreislauf der Weiterentwicklung in Gang halten können. Mitbewerber, die aufholen wollen, gehen schwierigen Zeiten entgegen, und große technische Sprünge sind nicht nur schwer zu erreichen, sondern auch mit hohen Kosten verbunden.“

“Die chinesische Leiterplattenbranche hat heute den Vorteil, dass alle benötigten Zutaten direkt vor Ort verfügbar sind – Wissen, Erfahrung, Infrastruktur, Ausgangsmaterialien, Anlagen und so weiter.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Nischenhersteller von Leiterplatten in weiteren Ländern

„Für Nischenhersteller von Leiterplatten in anderen Ländern wird weiter Raum bleiben. Fabriken in Ländern wie Südkorea, Taiwan und Japan können nicht nur ihre lokalen Märkte ausgezeichnet bedienen, sondern zeichnen sich auch durch einen hohen Grad an Spezialisierung, hohe technische Standards und in einigen Fällen kürzere Durchlaufzeiten aus. Gleichzeitig können technisch weniger anspruchsvolle Leiterplatten zu wettbewerbsfähigen Kosten in Ländern wie Indien, Thailand und Malaysia hergestellt werden.“

„Wenn wir überlegen, was uns die Geschichte in China gelehrt hat, stellen wir fest, dass der Übergang von einem niedrigen zu einem hohen technologischen Stand relativ schnell ablaufen kann. Daher müssen wir die Vorgänge in anderen Ländern im Blick behalten und dürfen das Wachstumspotenzial dieser Länder im Hinblick auf Technologie und Wettbewerbsfähigkeit nicht unterschätzen. Angesichts der schnellen Entwicklung, die ich beschrieben habe, und mit immer komplexeren Leiterplatten und höheren Anforderungen der Kunden besteht jedoch die Gefahr, dass der Rückstand immer schwieriger zu überbrücken sein wird. Für Länder mit weniger fortgeschrittener Fertigung ist es nicht einfach, in ihrer Industrie schnell große technische Veränderungen zu realisieren. Daher denke ich, dass der technologische Rückstand noch einige Zeit bestehen bleiben wird.“

Hat die Covid-19-Pandemie Ihrer Ansicht nach langfristige Auswirkungen auf die Leiterplattenherstellung?

„Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, dass die Pandemie die technische Seite beeinträchtigt hat. Sie hat vielleicht die technische Unterstützung vor Ort abgebremst, aber sie hat ganz sicher nicht die Entwicklung gestoppt. Wenn überhaupt hat sie zu einer Intensivierung geführt, da die Zeit bis zur Markteinführung jetzt sogar noch wichtiger geworden ist. Wenn wir die Fabriken betrachten, so haben wir eine Phase durchlaufen, in der die Aktivitäten der Fabriken in bestimmten Bereichen, Sektoren und Kundensegmenten etwas abgenommen haben. In China und Taiwan haben die umfassenden Investitionen in Verbindung mit der Einführung von 5G diesen Rückgang jedoch nahezu ausgeglichen.“

Fabriken, welche bereits vor der Krise gut liefen, konnten die Geschäfte mit ihren bestehenden Kunden ausweiten

„Weltweit konnten wir beobachten, dass Kunden bestrebt waren, ihre Lieferketten zu konsolidieren. Daher glaube ich nicht, dass die Fabriken von NCAB aufgrund der temporären Shutdowns in China, Europa und den USA größere Einbrüche erlebt haben. Die Fabriken, welche bereits vor der Krise gut liefen, konnten die Geschäfte mit ihren bestehenden Kunden ausweiten. Andere, kleinere Fabriken, die technisch einfachere oder billige Leiterplatten herstellen, bekamen hingegen Probleme, als die Durchlaufzeiten verkürzt wurden und sie den Betrieb trotz der Rückgänge in der Produktion aufrechterhalten mussten.“

„Die Pandemie hat die Fabriken in Europa dahingehend beeinflusst, dass sie die Herausforderungen der Einhaltung der Abstandsregeln und weiterer Vorschriften zur Eindämmung der Verbreitung von Covid-19 meistern mussten.

Unabhängig davon, über welchen Teil der Welt wir sprechen, gilt Eines ganz allgemein: Die Fabriken, welche schon vor der Krise über solide Finanzen und effiziente Betriebsabläufe verfügten, haben die Krise am besten bewältigt. Diese Fabriken werden umso stärker sein, wenn die Krise vorbei ist.“