Modul-Miniaturisierung für Smart Watches

Modul-Miniaturisierung für Smart Watches

3D-System in Package ist eine relativ neue Entwicklung im Machine-to-Machine-Bereich. 3D bedeutet dabei, dass die Komponenten auf dem Toplayer des Stacks platziert werden (auf der x- und y-Achse) und passive Bauelemente auch auf anderen Layern (auf der z-Achse). Dies ermöglicht eine Minimierung der Modulgröße und damit auch die Realisierung neuer Lösungen wie GPS-fähiger intelligenter, vernetzter Armbanduhren, so genannter Smart Watches.
Die Fertigung von Leiterplatten-Stacks (PCB) ist nichts Neues. In herkömmlichen 2D-Architekturen werden Komponenten nur auf dem Toplayer angebracht, die anderen Layer werden für die Verbindungsleitungen verwendet. Dies wird durch Durchkontaktierungs-Bohrungen oder Drilling Vias realisiert, die eine vertikale elektrische Verbindung zwischen den Leiterebenen der Leiterplatte herstellen. Die einzelnen Layer werden dabei durch eine Verkupferung der Bohrlöcher verbunden. Die gleichen oder ähnliche Verbindungsmöglichkeiten können auch bei System in Package-Lösungen (3D-SiP) genutzt werden. Der Fertigungsprozess des Herstellers Telit hingegen kommt ohne diese Verfahren aus und gestaltet sich daher effizienter und umweltverträglicher, da die Verwendung toxischer Chemikalien und von Wasser sowie der Energieverbrauch reduziert werden.

Schnellere Datentransfers und eine bessere Wärmeleitung

Die zentralen Vorteile der 3D-SiP-Architektur gegenüber herkömmlichen Modullösungen sind neben der möglichen Miniaturisierung komplexer Systeme schnellere Datentransfers, ein verringertes Übersprechen oder Crosstalk, eine bessere Wärmeleitung und ein vereinfachter Herstellungsprozess. Da sie klein und leicht sind, sind 3D-Module auch weniger anfällig gegenüber mechanischer Vibrationen. Welche Möglichkeiten die 3D-SiP-Technologie bei der Realisierung kleinster Module mit hohem Funktionsumfang bietet, zeigt das 3D-SiP-Modul SE880 von Telit. Dabei handelt es sich um eine GPS-Lösung, die im Land Grid Array-Formfaktor (LGA) gefertigt ist und sich durch geringe Abmessungen von nur 4,7×4,7mm auszeichnet. Mit dieser Größe ist das Modul geeignet für den Einsatz in kleinen GPS-fähigen Konsum-Produkten wie Smartwatches. Das Modul bietet u.a. eine optimierte GPS-Performance auf Basis eines aktuellen RF-Frontends und aktueller Verfahren zur räumlichen Kalibrierung.

Weniger Störeinflüsse durch WiFi-Hotspots oder Bluetooth

Durch die 3D-Architektur können die mit traditionellen 2D-Designs verbundenen Probleme nachhaltig beseitigt werden. Das gilt zum Beispiel bei der Impedanzkontrolle oder der Minimierung der Störeinflüsse durch Radiofrequenzen, die zum Beispiel von WiFi-Hotspots oder Bluetooth-Systemen ausgehen und die die GPS-Performance negativ beeinflussen. Die verbesserte Empfindlichkeit führt zu einer deutlich geringeren Time-To-First-Fix 8TTFF) unter Standard-Bedingungen: die erste Positionsbestimmung nach dem Kaltstart erfolgt wesentlich schneller als bei herkömmlichen GPS-Lösungen. Außerdem wird es durch die optimierte Empfindlichkeit auch möglich, auf traditionelle GPS-Antennenlösungen zu verzichten. So nutzt Telit zum Beispiel beim SE880 gedruckte Antennen auf der Leiterplatte. Dadurch können generell deutlich kleinere GPS-Receiver realisiert werden. 3D-SiP im M2M-Bereich leitet damit eine neue Ära im Hinblick auf Performance und Miniaturisierung ein, bietet damit Leistungsmerkmale, die gerade bei der Realisierung neuer portabler elektronischer Geräte wie Sportuhren, Kameras oder Tablets von entscheidender Bedeutung sind.

Telit Communications SpA
www.telit.com

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