Heterogeneous Integration Technologies

FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE

• Multiphysikalische und Co-Simulation von 3-D-integrierten Systemen („More than Moore“), um beispielsweise Querempfindlichkeiten zu reduzieren; Ermittlung von kritischen Faktoren zur Leistungsoptimierung.
• Packaging-Forschung für Sensoren und MEMS umfasst die Optimierung von anwendungsspezifischen mechanischen und elektrischen Schnittstellen, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen.
• Packaging und Integration für intelligente Systeme befasst sich mit der spezifischen Integration miniaturisierter Sensoren in bestehende Produkte zur Umsetzung eines intelligenten Systems.
• Forschung auf dem Gebiet von Inkjet- und 3-D-Druckverfahren mit dem Ziel eines maskenfreien und anpassbaren Auftrags auf der Ebene von Wafers, Chips und Packages und des Drucks von Rapid Prototyping Packages.

FORSCHUNGSKOMPETENZEN

Das Team des Bereichs Heterogeneous Integration Technologies (HIT) verfügt über interdisziplinäres Know-how auf den Gebieten der Materialwissenschaft, Mikrosystemtechnik, Physik sowie Mechatronik und umfasst auch Experten auf dem Gebiet der strömungsmechanischen und strukturellen FEM-Simulation. Die multidisziplinären Herausforderungen auf dem Gebiet des Packaging und der Integration verlangen nach einem Team, das mit dem relevanten fachlichen Know-how überzeugt. Der Bereich HIT verfügt am Standort über einen 100 m² großen Reinraum der ISO-Klasse 8, der mit modernsten Packaging-Systemen ausgestattet ist, die ständig ergänzt werden, um den Bedarf verschiedener Projekte zu decken. Darüber hinaus stehen neuartige Inkjet-Druckverfahren und photonische Curing-Systeme für die Erforschung additiver Fertigungsverfahren im Kontext von Packaging und Assembly zur Verfügung.

• Aufbau- und Verbindungstechniken und µ- Assembly
  • Die-Bonden (Adhäsives Bonden, TLP-Bonden, Nanopartikel-Sinterbonden, Flip-Chip-Bonden)
  • Draht-Bonden (Keil/Keil (Al, Au, Pt, Ag))
• Multiphysikalische Simulation (Co-Simulation): Thermomechanische Simulation, Magnetische Simulation, CFD-Simulation
• Additive Fertigungsverfahren (3-D- und Inkjetdruck): Druck von Polymer-Package-Prototypen, Inkjetdruck von Dielektrika und Metallisierung
• Charakterisierung und Test: Umweltprüfung, Bond-Charakterisierung, MSA-Charakterisierung

ANWENDUNGEN

FEM-Simulation eines 3-D-integrierten Leistungs-Package

Mithilfe der multiphysikalischen FEM-Simulation kann die kontinuierliche Miniaturisierung elektronischer Systeme vorangetrieben und evaluiert werden. Neuartige 3-D-integrierte Package-Konzepte zeichnen sich durch eine sehr hohe funktionale Dichte aus, was zu thermischen Belastungen innerhalb der Struktur führt. Diese Ergebnisse haben zu wichtigen Anhaltspunkten für Prozessvarianten geführt und bei der Auswahl von Metallen zum Aufbau der 3 D-Struktur geholfen. In diesem Beispiel, welches im Rahmen des EPPL-Projekts entstanden ist, wurde ein 3D-Leistungs-Package auf Wärmeabfuhr und mögliche Hitzestaus innerhalb der Struktur untersucht. 

Befestigung eines LiNbO3-Chips mit eutektischem Au-Ge-Lot

Der Packaging-Prozess von Chips ist für die Lebensdauer unter den jeweiligen Betriebsbedingungen von entscheidender Bedeutung. Dies trifft in verstärktem Maße auf Hochtemperaturumgebungen zu. Chip-Packages müssen hohen Betriebstemperaturen standhalten, doch um eine Degradation des Chips zu verhindern, muss auch die Bond-Temperatur so niedrig wie möglich gehalten werden. Im gezeigten Beispiel beträgt die Betriebstemperatur zwar bis zu 300 °C, aber aufgrund der zunehmenden Schädigung des Chips sollte die Verarbeitungstemperatur möglichst unter 450 °C liegen. Als Lösung bot sich die Verwendung einer eutektischen Lotlegierung an. Schmilzt die Au-12Ge-Legierung in Kontakt mit der Au-Metallisierung, liegt der Schmelzpunkt der so entstandenen Verbindung zwischen Chip und Trägersubstrat aufgrund der Diffusion des Goldes in die Verbindungsschicht höher als der eutektische Punkt. Die höhere Wiederaufschmelztemperatur der Verbindung bewirkt die beabsichtigte Stabilität bei hohen Betriebstemperaturen.