Heterogeneous Integration Technologies

Wafer Level Packaging

SAL entwickelt Innovationen im Bereich des Wafer Level Packaging und verfügt über Fachwissen in den Bereichen Wafer Bonding, Wafer Level Hermetic Packaging, Wafer Stacking und hochmoderne Lösungen für das Wafer Level Packaging im Chipmaßstab. Hier werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu verschiedenen Wafer-Bonding-Technologien (z. B. anodisches, adhäsives, Fusions- und Hybrid-, Glasfritten- und Thermokompressions-Bonding) durchgeführt und verschiedene Methoden für 2,5D- und 3D-Integrationen verfolgt.

3 ausgewählte Publikationen:

• Efficient Xe Filling of MEMS Vapor Cells Empowered by Customized Triple Stack Wafer Bond Processing
• 3D Integration via D2D Bump-Less Cu Bonding with Protruded and Recessed Topographies 
• Glass Frit Jetting for Advanced Wafer-Level Hermetic Packaging

Multiphysics Simulations from chip to package

Zu unseren Kompetenzen gehören nicht nur hochpräzise dreidimensionale Einzeldomänensimulationen in den Bereichen Strömungsdynamik, Thermodynamik, Mechanik und Elektromagnetismus, sondern auch deren Kopplung, um die in realen Anwendungen stattfindenden wechselseitigen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen physikalischen Domänen korrekt zu erfassen. Die Modelle werden sowohl auf Komponentenebene mit dreidimensionalen Einzelberechnungen und gekoppelten instationären und stationären Berechnungen als auch auf Systemebene entwickelt, wo verschiedene Modelle reduzierter Ordnung, die verschiedene physikalische Phänomene wiedergeben, miteinander verbunden werden, um ein digitales Abbild des untersuchten Systems zu erzeugen.

Anwendungen: Entwurfsoptimierung, Verarbeitungs- und Fertigungsoptimierung, Zuverlässigkeitsstudien, virtuelle Sensorik.

3 ausgewählte Publikationen:

• Comparison of the parasitic impedances from thedrain-source path of power transistor packages atup to 2 GHz
• Multiphysics Reduced Order Modelling of a Packaged Laser Diode
• Design and Multiphysics Simulation of a PCB-Embedded-Package Enclosing a Gallium Nitride System on Chip Grown on a Novel Substrate

Photonic Packaging

Mit dem steigenden Bedarf an photonischen Geräten im Alltag werden hochpräzise Integration und robustes Packaging von elektro-optischen Systemen immer wichtiger. SAL hat über Jahrzehnte hinweg eine immense Expertise auf dem Gebiet der Photonik und der Packaging-Technologien entwickelt. Seit einigen Jahren ist das Photonic Packaging einer der Bereiche, der sich in der Heterogeneous Integration Technologies Unit rasant entwickelt. 

Das Packaging von photonischen Elementen erfordert die Montage von optischen Komponenten nicht nur in 2D, sondern auch in 3D. Dies wird durch eine hochpräzise Bestückung mit einer Auflösung im Submikrometerbereich und die Möglichkeit des Post-Placement-Bonding erreicht. Hierfür haben wir einen hochmodernen 3D-Mikromontageautomaten (CL 1500) von unserem Partner FICONTEC GmbH erworben. Darüber hinaus ermöglicht ein Zwei-Photonen-Lithographiesystem (Quantum X Align) mit Submikron-Ausrichtungsgenauigkeit von Nanoscribe GmBH die Möglichkeit des In-Package-Drucks mit hoher Genauigkeit.   

Mit der Verfügbarkeit von hochmodernen Werkzeugen und Prozessen bieten wir neuartige und zuverlässige Lösungen und Prozesse für das Packaging von photonischen integrierten Schaltungen und elektro-optischen Systemen von der Kleinserie bis zur Skalierbarkeit für die Großserienproduktion, wie z.B.:

• Aufnahme und Platzierung mikrooptischer Komponenten/Dies
• Submikron-Ausrichtungsgenauigkeit mit sechs Freiheitsgraden (< 200 nm für x, y und z)
• Bonding-Technologien: Drahtbinden, Flip-Chip-Bonden
• In-Package-Druck von mikrooptischen Komponenten (z. B. Linsen, diffraktive Elemente) mittels Zwei-Photonen-Lithographie.
• Optisch-mechanische Halterungen 
• Strukturierte optische Komponenten

3 ausgewählte Publikationen:

• Vacuum-assisted selective adhesive imprinting for heterogeneous system integration of MOEMS devices : Automated assembly of miniaturized PM sensor
• Inkjet printed adhesives for advanced M(O)EMS packaging
• Nano-porous aluminum oxide membrane as filtration interface for optical gas sensor packaging

Chip-package characterization & analysis

Unser multidisziplinäres Team analysiert und optimiert die mechanische, thermische und elektrische Charakterisierung neuartiger Packaging-Materialien und Substrate mit einer breiten Palette von Methoden und Geräten. Im Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt: 

1. Wafer-Bond-Analyse mittels akustischer Oberflächenmikroskopie, Maszara-Test, IR-Mikroskopie, Schertest, Querschnittsanalyse. 
2. Analyse des Verzugs des Packaging: Mit einer Kombination aus hochpräzisen Messungen und genauen dreidimensionalen thermomechanischen Simulationen können die Herstellungs- oder Arbeitsbedingungen elektronischer Bauteile genau dargestellt werden, um die Entwicklung von Verzug und Rissen in den Bauteilen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe zu erkennen. Es werden Vorschläge zur Verbesserung des Designs und der Verarbeitungsbedingungen gemacht, um die identifizierten kritischen Bedingungen zu vermeiden.
3. Analyse der Stanzgitterbefestigung mittels Hochtemperatur-Scherprüfung und akustischer Oberflächenmikroskopie.
4. Nanoindentation zur Ermittlung der Materialeigenschaften von Filmen.
5. Fehleranalyse mittels SEM, FIB, EDX und optischer/IR-Mikroskopie.

3 ausgewählte Publikationen:

• A novel interferometric characterization technique for 3D analyses at high pressures and temperatures 
• Cu Pumping Analysis During Cu/SiO2 Hybrid Bonding Using In-Situ SPM Imaging 
• Stress-warping relation in thin film coated wafers

Flexible Hybrid Electronics

Flexible Hybridelektronik (FHE) ist derzeit die Hauptströmung für E-Textilien, flexible Geräte und Wearables, da chiplose Systeme keine leistungsstarken und vielseitigen Produkte hervorgebracht haben. In diesem Forschungsbereich entwickelt SAL neue Konzepte für die Integration von unbedruckten Chips auf flexiblen und dehnbaren Substraten unter Verwendung von Flip-Chip-, Embedding- und Chip-on-Board-Technologien. Die Verarbeitung der unbedruckten Chips (Metallisierung, Ausdünnung auf wenige Mikrometer, Bumping) und die Verarbeitung der Substrate (gedruckte Verbindungen durch elektrohydrodynamisches Drucken, Tintenstrahldruck, Dispensieren, PVD, Aerosol usw.) werden ebenfalls untersucht und entwickelt. FHE nutzt die Vorteile der kostengünstigen Herstellung von gedruckter Elektronik mit leistungsstarken Siliziumtechnologien.

3 ausgewählte Publikationen:

• Flip chip bonding on stretchable printed substrates; the effects of stretchable material and chip encapsulation 
• Direct flip-chip bonding of bare dies to polypropylene-coated paper substrates without adhesives or solders
• Flip Chip integration of ultra-thinned dies in low-cost flexible printed electronics; the effects of die thickness, encapsulation and conductive adhesives

Interconnects & Packaging materials

SAL führt in Zusammenarbeit mit Industriepartnern neue Gehäusematerialien und -technologien für höhere Temperaturen, höhere Leistungsdichte und verbesserte Robustheit ein, wie z. B. Oberseitenverbindungen auf der Basis von Drucktechnologien (Sinterconnect ™), Cu-Sinterpasten-Die-Attach, Transient Liquid Phase Die-Attach, Clip-Bonds, All-Cu-Verbindungen und vieles mehr. Auch die Analyse neuartiger Klebematerialien (ACP, NCP, ICP), thermischer Schnittstellen und Verkapselungsmaterialien ist Teil dieser Aktivitäten.

3 ausgewählte Publikationen:

• Evaluating Cu Printed Interconnects “Sinterconnects” versus Wire Bonds for Switching Converters 
• Sinterconnects: All-Copper Top-Side Interconnects Based on Copper Sinter Paste for Power Module Packaging 
• Thermosonic direct Cu pillar bonding for 3D die stacking