Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2007

Dr. Ruth Houbertz-Krauß für Integration optischer Wellenleiter in Leiterplatten geehrt

11.10.2007 | Redakteur: Claudia Mallok

Optische Datenübertragung für die Handys von morgen: Dr. Ruth Houbertz-Krauß wurde für ihre Werkstoffentwicklung mit dem Fraunhofer-Preis 2007 geehrt

Der diesjährige Joseph-von-Fraunhofer-Preis ging an Dr. Ruth Houbertz-Krauß vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC. Die Physikerin fand eine praktikable Lösung, um Wellenleiter direkt an vormontierte Bauelemente anzukoppeln, die sich in den üblichen Leiterplattenfertigungsprozess integrieren lässt. Auftraggeber war die AT&S AG.

Ein großer Erfolg für die Materialforscher des Fraunhofer ISC und die AT&S AG: Am 11. Oktober 2007 wurde die Würzburger Physikerin Dr. Ruth Houbertz-Krauß in Bonn vor über 600 Gästen aus Industrie, Forschung und Politik mit dem Fraunhofer-Preis 2007 ausgezeichnet. Der begehrte Preis wird für ihre Arbeiten zur Integration optischer Wellenleiter in Leiterplatten verliehen.

Optische Datenübertragung hat viele Vorteile: Sie ist schnell, kaum störanfällig und die Leitungen bleiben auch bei hoher Leistung kühl. Was über lange Strecken mit der Glasfasertechik bereits etabliert ist, steckt bei den Geräten selbst noch in den Anfängen. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, optische Datenübertragung in Leiterplatten zu integrieren. Damit würden nicht nur Mobiltelefone oder PDA schneller in der Datenübertragung und zugleich handlicher werden.

Bisherige Verfahren sind für Massenfertigung ungeeignet

Die meisten bisher getesteten Verfahren sind allerdings aufwändig und für die Massenfertigung kaum geeignet. Dr. Ruth Houbertz-Krauß vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg kombinierte ein spezielles Material mit einer neuen Technologie. Damit fand sie eine praktikable Lösung, um Wellenleiter direkt an vormontierte Bauelemente zu schreiben und so in die Leiterplattenherstellung zu integrieren.

„Basis des Verfahrens sind ORMOCERe, eine Stoffklasse, die wir hier am Institut entwickelt haben“, erzählt Dr. Houbertz. „Sie können Licht hervorragend mit niedrigen Verlusten leiten.“ Damit sich aus dem zähflüssigen Ausgangsmaterial optische Wellenleiter auf einer Leiterplatte aufbauen lassen, passte Dr. Houbertz die Zusammensetzung spezieller ORMOCERe an ein neuartiges lasergestütztes Strukturierungsverfahren an. Mit der sogenannten Zwei-Photonen-Absorption, kurz TPA, können nun feine dreidimensionale Strukturen in das ORMOCER »geschrieben« werden.

Komplizierte Verbindungstechnik zwischen optischen und elektrischen Teilen auf der Leiterplatte entfällt

Ein wesentlicher Vorteil der TPA ist, dass sich die Wellenleiter beim Schreiben direkt an die vormontierten Bauelemente ankoppeln lassen. So fällt die bisher nötige komplizierte Verbindungstechnik zwischen den optischen und elektrischen Teilen auf der Leiterplatte weg. Darüber hinaus reduziert das neue Verfahren die Prozessschritte im Vergleich zu gängigen Techniken für den integrierten Aufbau optischer Wellenleiter erheblich.

„Auf die Leiterplatte kommt eine 0,3 mm dicke ORMORCER-Schicht. Um diese zu strukturieren, wird sie mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt“, erklärt Dr. Houbertz. „Die bestrahlte Struktur härtet aus und hat so die gewünschten optischen Eigenschaften. Die restliche Schicht bleibt zähflüssig, aber nach thermischer Behandlung fest genug, um die weiteren Aufbauschritte der Leiterplattenproduktion zu überstehen.“ Erst wenn alles montiert ist, kommt ein ganzer Stapel von vorbehandelten Leiterplatten in den Ofen und wird bei hohem Druck und 200°C insgesamt ausgehärtet. Dass auch bei diesem letzten Schritt die optischen Eigenschaften des strukturierten Materials erhalten bleiben, ist Voraussetzung für den Einsatz in der Leiterplattenfertigung.

Funktionsfähigkeit in Projekt unter Leiter von AT&S demonstriert

Die Funktionsfähigkeit konnte das ISC in einem Projekt unter Leitung von AT&S, Europas größtem Leiterplattenhersteller, zusammen mit weiteren Partnern wie der Joanneum Research GmbH, bereits demonstrieren. Als nächstens soll eine TPA-Anlage entwickelt werden, die für eine Prototypen-Produktion geeignet ist. Ziel ist es, in Leiterplatten mit einem kompakten integrierten optischen Verbindungssystem Übertragungsgeschwindigkeiten von 4 GBit/s und mehr zu erzielen.

Die Jury hob in ihrer Begründung hervor, dass AT&S mit diesem „weltweit einzigartigen Fertigungsverfahren einen deutlichen Entwicklungsvorsprung erzielt und sich eine Marktführerschaft in Hinblick auf Material, Technologie und Produktion sichern kann“.

Vielversprechender Schritt für optisches Datenübertragung im Handy von morgen

Heinz Moitzi, Technischer Vorstand der AT&S: „„Für AT&S ist das ein wichtiger und viel versprechender Schritt in Richtung optische Datenübertragung von morgen.“
Heinz Moitzi, Technischer Vorstand der AT&S: „„Für AT&S ist das ein wichtiger und viel versprechender Schritt in Richtung optische Datenübertragung von morgen.“

AT&S entwickelt seit mehreren Jahren in einem strategischen Forschungsprojekt ein innovatives Konzept zur Integration von optischen Verbindungen in der Leiterplatte. In diesem Projekt wird in einem dichten Kooperations-Netzwerk mit renommierten Forschungsinstituten wie Joanneum Research, Instituten der TU Graz und TU Wien sowie der Fraunhofer Gesellschaft zusammengearbeitet.

„Wir sind vor etwa 2 1/2 Jahren auf der Suche nach einem neuen Kooperationspartner zur Entwicklung von optischen

Materialien an das Fraunhofer Institut ISC in Würzburg herangetreten und die Idee wurde begeistert – und wie man sieht mit Erfolg – aufgegriffen“, erklärt Heinz Moitzi, Technischer Vorstand der AT&S. „Für AT&S ist das ein

wichtiger und viel versprechender Schritt in Richtung optische Datenübertragung von morgen.“

Seit 1978 verleiht die Fraunhofer-Gesellschaft alljährlich Preise für herausragende wissenschaftliche Leistungen ihrer Mitarbeiter, die anwendungsnahe Probleme lösen. Mehr als 200 Forscherinnen und Forscher haben diesen Preis inzwischen gewonnen. In diesem Jahr werden drei Preise mit jeweils 20.000 Euro vergeben.

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