Erőteljes mikroelektronika ? Rendszerintegráció 3D-eltávolításos csomagolással

Hatékony mikroelektronika? Rendszerintegráció 3D-öntapadási szinten

Mindig kisebb, egyre nagyobb teljesítmény és különösen egyre több funkció, ezt kell majd a mikroelektronikus rendszereknek kínálniuk a jövőben? Egyidejűleg energiahatékonyaknak és olcsónak kell lenniük a gyártásuknak. Ennek elérésére egyik módszer a 3D-s rendszerintegráció. Drezdában ma megnyílik a Fraunhofer Intézet „All Silicon System Integration Dresden ASSID” központja, amely az IZM – a Megbízhatóság és Mikrointegráció Szövetség – része. Ott a kutatók olyan technológiákat fejlesztenek, amelyek a félvezető alkatrészek 3D-s rendszerintegrációját teszik lehetővé, és alkalmazásra készítik azokat.

„Az IZM All Silicon System Integration Dresden ASSID központja világszerte az egyik kevés olyan központ, amely a 3D-s rendszerintegráció magas technológiai színvonalán, a szilíciumlapkán szinten aktív”, mondta Prof. Dr. Alfred Gossner, a Fraunhofer igazgatója az megnyitón. „Örülünk, hogy a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium, Szászország Szövetségi Állama és az Európai Unió támogatják ezt az előremutató technológiát, és konkrét projekteket finanszíroznak itt.”

Az IZM – ASSID-nél kifejlesztett technológiákat olyan rendszerek gyártására használják, amelyek több elektronikus alkatrészt egy miniaturizált szerkezetben egyesítenek, és a hagyományos félvezetőgyártási eljárásokkal készülnek. Ennek a szakmai kifejezése: „Wafer Level System in Packages – WL-SiP”. Ezek az apró, rendkívül összetett rendszerek olyan elektronikus modulokként alkalmazhatók, ahol gyors jelfeldolgozás szükséges, például orvosi berendezések képalkotásában és értékelésében vagy biztonsági rendszerekben. További alkalmazási területek közé tartoznak a gép- és üzemépítés irányításai, az automatizálási technika, a robotrendszerek, valamint a megújuló energiaforrások. Az autóiparban ilyen rendszerek például az energiahatékony elektromos autók vezérléséhez vagy a vezetősegítő rendszerekhez szükségesek. Elképzelhetők mindenhol, ahol több elektronikus alkatrész, például processzorok, ASIC-ek, memória vagy szenzorok egy kompakt, nagy teljesítményű, kicsi elektronikus összegzett rendszerbe kerülnek. Modularitásuk révén a 3D-s rendszerintegráció lehetővé teszi, hogy gyorsabban és jobban alkalmazkodva a speciális felhasználói igényekhez és egyedi ügyfélspecifikációkhoz, termékeket fejlesszenek ki, gyorsabban és költséghatékonyabban a piacra kerüljenek.

A technikai kihívások az integrációs és vezetékesítési sűrűség terén óriásiak. Itt jön képbe az IZM hosszú évek óta megszerzett szakértelme. A Wafer-Level-Packaging és a 3D-s rendszerintegráció területén a kutatók nemzetközi szinten is kiemelkedő pozíciót építettek ki. Ezt az IZM - ASSID át kívánja vinni a 300 mm-es szilíciumlapka szintű csomagolási technológiára és tovább kívánja fejleszteni. A mérnökök a mikroelektronikus rendszerek teljesítőképességét kívánják növelni azáltal, hogy az alkatrészeket nemcsak egy szinten, hanem több rétegben egymásra helyezve és elektromosan összekötve alakítják ki. Az összekötés „Through Silicon Vias” (TSV) segítségével történik, amelyek rézbevonatú keresztmetszetek a szilíciumlapkában.

Az ilyen 3D-s rendszerek ipari gyártásba való átültetéséhez a tudósoknak számos technológiai egyedi folyamatot, innovatív eljárást és megoldási megközelítést kell kifejleszteniük új anyagok felhasználásával. „Célunk, hogy az ipar és a kutatás különböző ügyfeleinek személyre szabott megoldásokat kínáljunk”, magyarázta Dr. Klaus-Dieter Lang az IZM-ből.

A jelentős ipari partnerek, mint például a GLOBALFOUNDRIES Drezdában, valamint az Infineon Technologies és NXP Semiconductors Germany már jelezték érdeklődésüket e technológia iránt. Az IZM - ASSID szilárdan beépül a kutatási és ipari hálózatba, amely magában foglalja a Silicon Saxony cégeit és a Szövetségi Állambeli Fraunhofer Intézeteket. Emellett az IZM - ASSID nemzetközileg is az egyik legfontosabb központ lesz a mikroelektronika 3D-s rendszerintegrációjában.

Kép: A 300 mm-es lapkákon történő 3D rendszerintegráció segíthet abban, hogy a mikroelektronika kisebb, erősebb és energiahatékonyabb legyen. (© Fraunhofer IZM)