Packaging Winzige Taktmodule reduzieren Energieverbrauch von Mikrosystemen

Bild: Fraunhofer IZM
Bild: Fraunhofer IZM

Durch einen neuartigen miniaturisierten Aufbau sollen Taktmodule künftig nur noch weit über ein Zehntel ihrer bislang benötigten Energie verbrauchen. Möglich macht das ein EU-weites Projekt, an dem u.a. das Fraunhofer IZM und die Komponenten-Hersteller STMicroelectronics und Micro Crystal beteiligt sind.

Ziel des Projekts Go4Time ist es, miniaturisierte Taktmodule auf industrieller Ebene zu realisieren, die ICs mit Resonatoren in einer einzelnen Baueinheit kombinieren. Die frequenzeinstellbaren, hybriden Mikrosysteme sollen einen Energieverbrauch im Bereich von einigen Mikrowatt aufweisen und damit herkömmlichen Quarz-basierten Lösungen weit überlegen sein. Diese Taktgeber sollen laut Angaben des Fraunhofer IZM über eine scharfe Frequenzstabilität verfügen und in der Lage sein, Temperaturschwankungen zu kompensieren. Daher kommen sie für ein breites Einsatzspektrum, etwa für industrielle Anwendungen in Wireless-Kommunikationssystemen (GSM, Bluetooth, WSN) oder in Massenkonsumgütern der Unterhaltungs- und Haushaltselektronik - z. B. MP3-Playern oder mobilen DVD-Playern in Frage.

Im Rahmen des Projektes bringt das Fraunhofer IZM seine Expertise in der Prozessentwicklung und Fertigungstechnik bzw. Industrialisierungsfähigkeit auf Prototypebene, vom Wafer-Design bis zur Montage von mikroelektronischen Systemen ein. Am Fraunhofer IZM werden diese mit der TSV-Technologie (TSV: Through Silicon Via), also der  elektrischen Verbindung aus Metall durch ein Silizium-Substrat, Verbindungen mit sehr hohen Aspekt-Verhältnissen realisiert. Hierdurch lassen sich die Bestandteile der Taktmodule dreidimensional übereinander stapeln und damit extrem miniaturisieren. Die Forscher des Fraunhofer IZM kombinieren diese Technologie außerdem mit einem Wafer-Dünnungsverfahren, um die Dimensionen weiter zu reduzieren.

Darüber hinaus ist das Fraunhofer IZM für das Wafer Level Packaging der im Projekt entwickelten Silizium-basierten MEMS verantwortlich. Das unter Vakuum am Fraunhofer IZM durchgeführte Wafer-to-Wafer-Packaging soll schließlich die Verkapselung der Hybrid-Resonatoren mit hohem Q-Faktor durch Lotringe erfolgen und dementsprechend eine höhere Prozesseffizienz gewährleisten. Das Projekt Go4Time (GlObal, Flexible, On demand and Resourceful Timing IC & MEMS Encapsulated System) wird von der Europäischen Kommission gefördert und läuft über eine Zeitspanne von drei Jahren. Das Projektkonsortium besteht aus sieben Partnern aus fünf verschiedenen europäischen Ländern.