Krachtige micro-elektronica? Systeemintegratie door 3-D-wafers-level-verpakking

Krachtige micro-elektronica? Systeemintegratie door 3D-wafer-level-packaging

Steeds kleiner, steeds meer prestaties en vooral steeds meer functies, dat moeten micro-elektronische systemen in de toekomst bieden? Tegelijkertijd moeten ze energie-efficiënt en goedkoop te produceren zijn. Een methode om dit te bereiken is de 3D-systeemintegratie. In Dresden wordt vandaag het centrum »All Silicon System Integration Dresden ASSID« van het Fraunhofer-Instituut voor betrouwbaarheid en micro-integratie IZM geopend. Daar willen onderzoekers technologieën ontwikkelen voor een 3D-systeemintegratie van halfgeleidercomponenten en deze toepasbaar maken.

»Het centrum All Silicon System Integration Dresden ASSID van het IZM is wereldwijd een van de weinige centra die actief zijn op het hightech-gebied van de 3D-systeemintegratie op waferniveau«, zegt Fraunhofer-voorzitter Prof. Dr. Alfred Gossner bij de opening. »We zijn blij dat het Bundesministerium für Bildung und Forschung, de Vrijstaat Saksen en de Europese Unie deze veelbelovende technologie ondersteunen en hier concrete projecten stimuleren.«

De technologieën die ontwikkeld worden bij Fraunhofer IZM - ASSID worden ingezet om systemen te maken die meerdere elektronische componenten in een miniaturiseerde behuizing combineren en met behulp van gevestigde halfgeleiderfabricageprocessen vervaardigd worden. De technische term daarvoor is: »Wafer Level System in Packages – WL-SiP«. Deze kleine, uiterst complexe systemen worden toegepast als elektronische modules waar snelle signaalverwerking vereist is, bijvoorbeeld in beeldverwerking en -analyse in medische apparaten of in de beveiligingssector. Andere toepassingsgebieden zijn besturingen in machine- en installatiebouw, automatiseringstechniek en robotica, evenals bij alternatieve energiebronnen. In de auto-industrie worden dergelijke systemen bijvoorbeeld gebruikt voor energiezuinige voertuigbesturingen van elektrische auto’s of in rijhulpsystemen. Ze zijn overal denkbaar waar meerdere elektronische componenten zoals processors, ASICs, geheugen of sensoren in een compacte, krachtige en kleine elektronische totaaloplossing moeten worden samengebracht. Dankzij hun modulaire aanpak is het mogelijk om met behulp van 3D-systeemintegratie sneller en beter in te spelen op specifieke toepassingsbehoeften en klantwensen. Producten kunnen sneller worden gerealiseerd en kosteneffectiever op de markt gebracht.

De technische uitdagingen met betrekking tot integratie- en bedradingdichtheid zijn enorm. Hier komt de jarenlange expertise van het IZM van pas. Op het gebied van wafer-level packaging en 3D-systeemintegratie hebben de onderzoekers ook internationaal een vooraanstaande positie opgebouwd. Deze kennis wordt met het IZM - ASSID overgedragen en uitgebreid naar de 300 mm wafer-level packaging-technologie. De ingenieurs willen de prestaties van micro-elektronische systemen verhogen door de componenten niet alleen in één laag te plaatsen, maar in meerdere lagen op elkaar te stapelen en elektrisch te verbinden. De verbinding gebeurt via »Through Silicon Vias«, dat zijn kopermetalliseerde doorverbindingen door het siliciumwafer.

Om dergelijke 3D-systemen in een industriële productie te implementeren, moeten wetenschappers een groot aantal technologische afzonderlijke processen, innovatieve procedures en oplossingsrichtingen met nieuwe materialen ontwikkelen. »Ons doel is om op maat gemaakte oplossingen aan te bieden voor de meest diverse klanten uit industrie en onderzoek«, legt Dr. Klaus-Dieter Lang van het IZM uit.

Belangrijke industriële partners zoals GLOBALFOUNDRIES op de locatie Dresden, evenals de bedrijven Infineon Technologies en NXP Semiconductors Germany, hebben hun interesse in deze technologie al kenbaar gemaakt. Het Fraunhofer IZM - ASSID wordt stevig geïntegreerd in het institutionele onderzoeks- en industrienetwerk met de bedrijven van Silicon Saxony en de Fraunhofer-instituten in de Vrijstaat Saksen. Daarnaast zal het IZM - ASSID zich ook internationaal vestigen als een van de belangrijkste centra voor 3D-systeemintegratie in de micro-elektronica.

Afbeelding: 3D-systeemintegratie op 300 mm-wafers moet helpen om micro-elektronica kleiner, krachtiger en energiezuiniger te maken. (© Fraunhofer IZM)