Optische Datenübertragung ist schnell, kaum störanfällig und die Leitungen zeigen auch bei hoher Leistung nur geringe Verluste. Um diese Vorteile auch für kurze Distanzen zu nutzen ist eine optische Datenübertragung in Leiterplatten gefragt. Die meisten Konzepte sind aufwändig, teuer und kaum für die Massenfertigung geeignet. Eine praktikable Lösung fand nun Dr. Ruth Houbertz-Krauß vom Fraunhofer ISC.

Basis der innovativen Lösung, mit der Wellenleiter direkt an vormontierte Bauelemente angekoppelt werden können und die sich in den üblichen Leiterplattenfertigungsprozess integrieren lässt, sind ORMOCER(r)e. Diese vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelte Stoffklasse kann Licht hervorragend mit niedrigen Verlustwerten führen und lässt sich auch für Leiterplattenprozesse einsetzen. Damit aus dem zähflüssigen Ausgangsmaterial optische Wellenleiter auf einer Leiterplatte entstehen, passte Dr. Houbertz die Zusammensetzung spezieller ORMOCERe an das TPA-Verfahren (Zwei-Photonen-Absorption) an, mit dem dreidimensionale Strukturen direkt in das Material geschrieben werden können.

Dazu wird eine Leiterplatte, auf der bereits die opto-elektronischen Bauteile montiert sind, mit einer 0,3 Millimeter dicken ORMOCER-Schicht versehen. Um die optische Schicht zu strukturieren, wird sie mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt. Die bestrahlte Struktur weist einen höheren Brechungsindex auf als das Umgebungsmaterial. Sie fungiert damit als Kern des Wellenleiters und verbindet die beiden Bauteile miteinander. Die restliche Schicht bleibt unbelichtet, wird aber durch thermische Nachbehandlung stabilisiert, sodass sie auch die weiteren Aufbau-Schritte der Leiterplattenproduktion übersteht.

Das neue Verfahren reduziert die Prozessschritte deutlich, der eigentliche Vorteil liegt aber in der vollständigen Integration der optischen Verbindung in der optischen Schicht. Auch die komplizierte Verbindungstechnik zwischen den optischen und elektrischen Teilen auf der Leiterplatte fällt weg, da sich die Wellenleiter direkt an die vormontierten Bauelemente "schreiben" lassen.

Gemeinsam mit seinen Forschungspartnern, dem österreichischen Leiterplatten-Hersteller AT&S Austria Technologie & Systemtechnik, der Joanneum Research GmbH und weiteren Partnern, hat das ISC die Funktionalität bereits demonstriert. Als nächstes soll eine TPA-Anlage entwickelt werden, die für eine Prototypen-Produktion geeignet ist. Ziel ist es, opto-elektronische Leiterplatten mit Datenübertragungsraten von über 4 Gbit/s zu realisieren.

Für ihre Entwicklung wurde Dr. Ruth Houbertz-Krauß mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2007 ausgezeichnet.