Výkonná mikroelektronika? Systémová integrace pomocí 3D balení na úrovni waferu

Výkonná mikroelektronika ? systémová integrace pomocí 3D balení na úrovni waferu

Vždy menší, stále více výkonu a především stále více funkcí, to musí mikroelektronické systémy v budoucnu nabízet ? současně by měly být energeticky efektivní a levné na výrobu. Jednou z metod, jak toho dosáhnout, je 3D systémová integrace. V Drážďanech se dnes otevírá centrum »All Silicon System Integration Dresden ASSID« Fraunhoferova institutu pro spolehlivost a mikrointegraci IZM. Tam chtějí vědci vyvíjet technologie pro 3D systémovou integraci polovodičových součástek a uvést je do praxe.

»Centrum All Silicon System Integration Dresden ASSID IZM je na celém světě jedním z mála center, která jsou aktivní v oblasti high-tech 3D systémové integrace na úrovni waferu«, říká předseda Fraunhoferova výkonného výboru Prof. Dr. Alfred Gossner při slavnostním otevření. »Těší nás, že tuto průkopnickou technologii podporují Spolkové ministerstvo školství a výzkumu, Svobodný stát Sasko a Evropská unie a že zde financují konkrétní projekty.«

Technologie vyvinuté v Fraunhofer IZM - ASSID budou využívány k výrobě systémů, které spojují několik elektronických komponent v miniaturizované konstrukci a jsou vyráběny pomocí zavedených postupů výroby polovodičů. Odborný termín pro to je: »Wafer Level System in Packages – WL-SiP«. Tyto malé, extrémně složité systémy nacházejí uplatnění jako elektronické moduly tam, kde je potřeba rychlé zpracování signálu, například při zpracování a vyhodnocování obrazu v lékařských přístrojích nebo v bezpečnostních systémech. Další oblasti použití jsou řízení v strojírenském a zařízení průmyslu, v automatizační technice a robotických systémech, stejně jako v oblasti alternativních energií. V automobilovém průmyslu jsou takové systémy například potřeba pro energeticky efektivní řízení elektromobilů nebo v asistenčních systémech řidiče. Jsou představitelné všude tam, kde je třeba spojit několik elektronických komponent, jako jsou procesory, ASICy, paměti nebo senzory, do kompaktního, výkonného a malého elektronického celku. Díky modulárnímu přístupu je možné s pomocí 3D systémové integrace rychleji a lépe reagovat na specifické požadavky na použití a individuální přání zákazníků. Produkty lze rychleji uvést na trh a snížit jejich náklady.«

Technické výzvy týkající se hustoty integrace a propojení jsou obrovské. Zde přichází na řadu dlouholetá expertíza IZM. V oblasti balení na úrovni waferu a 3D systémové integrace si vědci vybudovali v mezinárodním měřítku vynikající postavení. To chce IZM - ASSID přenést a rozšířit na technologii balení na úrovni waferu 300 mm. Inženýři chtějí zvýšit výkon mikroelektronických systémů tím, že nebudou součástky uspořádány pouze v jedné rovině, ale budou vrstveny na sebe a elektricky propojeny. Propojení se provádí pomocí »Through Silicon Vias«, což jsou měděné průchodky v křemíkovém waferu, které jsou pokovené mědí.«

Aby bylo možné takové 3D systémy začlenit do průmyslové výroby, musejí vědci vyvinout řadu technologických jednotlivých procesů, inovativních metod a řešení s novými materiály. »Naším cílem je nabízet na míru přizpůsobená řešení pro různé zákazníky z průmyslu i výzkumu«, vysvětluje Dr. Klaus-Dieter Lang z IZM.

Běžní průmysloví partneři, jako například GLOBALFOUNDRIES v Drážďanech, stejně jako firmy Infineon Technologies a NXP Semiconductors Germany již projevili zájem o tuto technologii. Fraunhofer IZM - ASSID bude pevně začleněno do institucionálního výzkumného a průmyslového sítě s firmami ze Silicon Saxony a Fraunhoferovými institucemi ve Svobodném státě Sasko. Navíc se IZM - ASSID chce etablovat i na mezinárodní úrovni jako jedno z nejvýznamnějších center pro 3D systémovou integraci v mikroelektronice.

Obrázek: 3D systémová integrace na 300mm waferech má pomoci zmenšit mikroelektroniku, zvýšit její výkon a energetickou účinnost. (© Fraunhofer IZM)