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10/15/2013

Höhere Akku-Laufzeit bei Handys durch Miniaturisierung

Der Weg zu längerer Akkulaufzeit in Smartphones und anderen mobilen Geräten könnte auch über die zunehmende Miniaturisierung der Technik dahinter stattfinden.

von Michael Leitner

Smartphones sind in den vergangenen Jahren immer schneller und größer geworden, doch die Akkulaufzeit blieb dabei stets auf der Strecke. Kaum ein Smartphone-Akku schafft es heute länger als einen Tag im Alltag zu bestehen. Große Verbesserungen der Akku-Technologien sind in naher Zukunft wohl nicht zu erwarten, doch der österreichische Leiterplatten-Hersteller AT&S sieht an anderer Stelle Potenzial für Verbesserungen.

Die Embedding-Technologie, bei der einzelne Komponenten in der Leiterplatte selbst untergebracht werden und so wertvollen Platz spart, soll mehr Platz für Akkus liefern. Doch nicht nur größere Akkus, auch neue Komponenten werden im frei werdenden Platz Einzug halten. Wie beim Auto dürfte die Miniaturisierung der Bauteile nicht zu einer allgemeinen Verkleinerung der Geräte führen, sondern dazu, dass mehr Funktionen auf dem gleichen Platz untergebracht werden.

Schrumpfende Leiterplatten

Waren früher in Geräten wie dem ersten iPhone oder BlackBerrys noch große Leiterplatten verbaut, die sich über die volle Länge und Breite des Gehäuses erstreckten, wird heute mit anderen Formen gearbeitet. Mit deutlich kleineren Leiterplatten in L- oder J-Form wird den Akkus und Displays bereits jetzt deutlich mehr Platz eingeräumt. Doch auch hier gibt es noch Einsparungspotenzial, wie einige AT&S-Manager auf dem diesjährigen Technologieforum in Graz betonten. Aus den Leiterplatten sollen lediglich einzelne, miteinander verbundene Module werden, die einen Bruchteil des Platzes heutiger Lösungen einnehmen.

Ein modulares Smartphone, wie es mit dem

Phoneblok-Konzept
angedacht war, ist aber auch damitein unmögliches Unterfangen. Doch “Shy Tech” wie Google Glass oder Smartwatches wird von diesem Prozess profitieren, da hier moderne Technologie möglichst unbemerkt mit Alltagsgegenständen verbunden werden soll.

Erfolgskonzept

Als Vorzeigeprodukt für die Embedding-Technologie wird stets der für Texas Instruments gefertigte Gleichspannungswandler angeführt, der dank seiner kompakten Maße derzeit vor allem in kleinen Geräten wie Smartphones zum Einsatz kommt. Bislang wurden mehr als 100 Millionen dieser Gleichspannungswandler von AT&S gefertigt, eine der höchsten Stückzahlen für ein mit Hilfe der Embedding-Technologie gefertigtes Bauteil.

Aber auch andere Komponenten, wie beispielsweise ein mobiler TV-Tuner, ließen sich durch Embedding deutlich verkleinern. Dieser wurde auf die Hälfte der Fläche reduziert. Zudem bestand der TV Tuner davor aus fünf verschiedenen Bauteilen, mit Embedding konnten diese alle auf einer Leiterplatte vereint werden.

Problem Hitze

Mittlerweile ist auch die Konkurrenz in den stark wachsenden Embedding-Markt eingestiegen, die Zahl der Patent-Anträge, vor allem aus Asien, ist seit 2005 sprunghaft angestiegen. Über das Potential des Embedding-Marktes ist man sich derzeit noch uneinig, auch wenn Prognosen von einem nahezu exponentiellen Wachstum ausgehen, das durch die letzten Zahlen auch bestätigt wurde. “Der Markt wird auf jeden Fall wachsen, es ist nur fraglich, wie stark”, meint Andreas Ostmann vom Fraunhofer Institut. Dieser sieht derzeit auch an anderen Stellen Forschungsbedarf.

Derzeit gebe es lediglich Module, die Leistung im Watt-Bereich verarbeiten können, es herrsche jedoch auch Nachfrage für den Kilo- und Megawatt-Bereich. Daran forsche das Fraunhofer-Institut derzeit, kämpfe aber derzeit noch mit der resultierenden Verlustwärme. “Die Grundlagen der Physik gelten immer noch, die Wärme muss man irgendwie rauskriegen”, gibt Ostmann zu bedenken. Dennoch sei Embedding die logische Entwicklung nach Flip Chips, die einfach auf der Leiterplatte angebracht werden und immer noch Industrie-Standard sind.

Einsatz in Autos und Smartwatches

Einsparungen sollen auch flexible Leiterplatten bringen, für die derzeit an neuen Verfahren gearbeitet wird, die aufwändigere Bauweisen erlauben. Schon jetzt wäre die Anbindung von Kamera- oder USB-Modul nahezu unmöglich ohne flexible Leiterplatten, die aufgrund ihrer geringen Impedanz gerne als Ersatz für Verkabelungen eingesetzt werden. Wichtig werden diese nun bei Technologien wie Smartwatches, bei der sich selbst im Armband Leiterplatten befinden, oder aber beispielsweise Hörgeräten oder tragbaren Insulinpumpen.

“Was in diesen Geräten verbaut wird, ist enorm”, zeigt sich Voker Hofmann, Product Manager für Flex-Lösungen bei AT&S, beeindruckt. Auch lasse sich mit Hilfe dieser Lösungen vorhandener Raum besser ausnutzen, beispielsweise bei einer für Wetterballons entwickelten Sensorik-Lösung. “Das ist ein besonders schönes Produkt für uns, weil sie nur einmal eingesetzt werden kann”, bemerkt Hofmann scherzhaft.

Der Trend zur Miniaturisierung ist allerdings nicht nur mobilen Geräten vorbehalten. Auch im Automotive-Bereich profitieren die Hersteller von schrumpfenden Bauteilen. So werden beispielsweise für High Performance-LED-Scheinwerfer von BMW- und Mercedes-Limousinen flexible Leiterplatten produziert. Diese werden mit den LEDs auf Aluminiumpanels laminiert und ermöglichen so platzsparendere und deutlich einfachere Bauweisen.

Um derartige Lösungen zu konzipieren, bedarf es laut AT&S aber auch Kooperation zwischen den Unternehmen. Einen recht eindeutigen Appell richtete Heinz Moitzi, CTO von AT&S, bereits zu Beginn der Vorträge an die angereisten Kunden und Partner von AT&S: “Der Schlüssel zur Zukunft liegt darin, rechtzeitig über die Anforderungen zu sprechen.” Es sei nur dann möglich, Fortschritt zu erzielen, wenn alle Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette miteinander kooperieren würden.