Wysoka wydajność mikroelektroniki? Integracja systemów poprzez 3-D-Wafer-Level-Packaging

Wydajne mikroelektronika? Integracja systemów poprzez 3-D pakowanie na poziomie wafla

Zawsze mniejsze, coraz więcej wydajności i przede wszystkim coraz więcej funkcji, to musi oferować przyszłe mikroelektroniczne systemy ? jednocześnie mają być energooszczędne i tanie w produkcji. Jedną z metod osiągnięcia tego jest integracja systemów 3D. W Dreźnie dziś otwarte zostanie centrum »All Silicon System Integration Dresden ASSID« Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Tam naukowcy chcą opracować technologie do integracji systemów 3D z elementami półprzewodnikowymi i uczynić je gotowymi do zastosowania.

»Centrum All Silicon System Integration Dresden ASSID IZM jest na świecie jednym z nielicznych centrów aktywnych w dziedzinie wysokich technologii integracji systemów 3D na poziomie wafli«, mówi członek zarządu Fraunhofer, prof. dr Alfred Gossner podczas otwarcia. »Cieszymy się, że Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań, Wolne Państwo Saksonia oraz Unia Europejska wspierają tę przyszłościową technologię i promują konkretne projekty«.

Technologie opracowane w Fraunhofer IZM - ASSID będą wykorzystywane do tworzenia systemów, które łączą w miniaturowej formie kilka elementów elektronicznych i produkowane są za pomocą ustalonych metod wytwarzania półprzewodników. Fachowe określenie tego to: »Wafer Level System in Packages – WL-SiP«. Te małe, niezwykle złożone systemy znajdują zastosowanie tam, gdzie potrzebna jest szybka przetwarzanie sygnałów, na przykład w przetwarzaniu i analizie obrazów w urządzeniach medycznych lub w dziedzinie bezpieczeństwa. Inne obszary zastosowań to sterowanie maszynami i urządzeniami, automatyka przemysłowa, robotyka oraz odnawialne źródła energii. W przemyśle motoryzacyjnym takie systemy są potrzebne na przykład do energooszczędnego sterowania pojazdami elektrycznymi lub w systemach wspomagania kierowcy. Mogą być wszędzie tam, gdzie kilka elementów elektronicznych, takich jak procesory, ASIC-y, pamięci czy czujniki, ma zostać zintegrowanych w kompaktowy, wydajny i mały system elektroniczny. Dzięki modularnemu podejściu możliwe jest, przy pomocy integracji 3D, szybsze i lepsze dostosowanie do specyficznych potrzeb i indywidualnych wymagań klientów. Produkty można realizować szybciej i w bardziej konkurencyjnych cenach na rynek.

Wyzwania techniczne związane z gęstością integracji i okablowania są ogromne. Tu z pomocą przychodzi wieloletnia ekspertyza IZM. W dziedzinie pakowania na poziomie wafli i integracji 3D naukowcy wypracowali sobie również znaczącą pozycję na arenie międzynarodowej. Zamierzeniem jest przeniesienie tej wiedzy na technologię pakowania na poziomie wafli 300 mm i jej rozwijanie. Inżynierowie chcą zwiększyć wydajność mikroelektronicznych systemów, nie tylko poprzez układanie elementów na jednej warstwie, ale także przez ich układanie w wielu warstwach i elektryczne łączenie. Połączenia będą realizowane za pomocą »Through Silicon Vias«, czyli miedzianych przezłączeń w silikonowym waflu.

Aby wprowadzić takie systemy 3D do przemysłowej produkcji, naukowcy muszą opracować szereg procesów technologicznych, innowacyjnych metod i rozwiązań z użyciem nowych materiałów. »Naszym celem jest oferowanie dostosowanych rozwiązań dla różnych klientów z przemysłu i badań«, wyjaśnia dr Klaus-Dieter Lang z IZM.

Bardzo ważni partnerzy przemysłowi, tacy jak GLOBALFOUNDRIES z siedzibą w Dreźnie oraz firmy Infineon Technologies i NXP Semiconductors Germany, już wyrazili zainteresowanie tą technologią. Fraunhofer IZM - ASSID będzie ściśle współpracować z siecią instytucji badawczych i przemysłowych, obejmującą firmy z Silicon Saxony oraz instytuty Fraunhofer w Wolnym Państwie Saksonia. Ponadto, IZM - ASSID zamierza się ugruntować jako jedno z najważniejszych centrów integracji 3D w mikroelektronice na arenie międzynarodowej.

Obraz: Integracja systemów 3D na waflach 300 mm ma pomóc w uczynieniu mikroelektroniki mniejszą, bardziej wydajną i energooszczędną. (© Fraunhofer IZM)