Enpirion meldet Durchbruch Wafer mit integrierten Magnetspulen

Um eine Schicht der Magnetlegierung FCA schlängeln sich die Windungen der Kupferspule
Um eine Schicht der Magnetlegierung FCA schlängeln sich die Windungen der Kupferspule.

Mithilfe einer neuen Legierung kann Enpirion nun sehr kleine passive magnetische Komponenten herstellen und mit Standard-Waferprozessen auf CMOS-Substrate aufbringen. Ziel ist es, damit monolithische Power-System-on-Chips zu realisieren.

Statt wie bisher magnetische Komponenten in drei Dimensionen zu fertigen, kann Enpirion mit der WLM-Technik  (Wafer Level Magnetics) praktisch zweidimensionale, planare Dünnfilm-Magnetkomponenten realisieren. Sie kann die Grundlage zur Herstellung von Power-SoCs (System on Chip) mit direkt auf Wafern aufgebrachten Magnetkomponenten bilden. Darüber hinaus lässt sich die WLM-Technologie auf einfache Weise auf andere mikromagnetische Anwendungen übertragen. Dies sind zum Beispiel Mikrotransformatoren zur galvanischen Trennung von Signalen, Mikroelektromagnete für die Biowissenschaft, integrierte Magnetsensoren für die Navigation sowie PMICs für portable Consumer-Geräte.

»Eine Erhöhung der Schaltfrequenz erlaubt den Einsatz von Induktivitäten mit kleineren Werten. Diese lassen sich mit WLM-Materialien im Anschluss an die CMOS-Produktion auf Wafer aufbringen. Wir haben eine amorphe FeCo-basierte Legierung, genannt FCA, entwickelt, die bei Frequenzen von über 20 MHz bei minimaler Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden kann«, erklärt Dr. Trifon Liakopoulos, Director of MEMS Technology und Enpirions Mitgründer. »Mit Wafer-Produktionsmethoden ist es möglich, für die Fotolithografie geeignete FCA-Magnetkerne kosteneffizient auf Silizium-Wafer aufzubringen.«

Die FCA-Legierung hat einen hohen Widerstandswert sowie eine niedrige Koerzitivkraft und behält bei Frequenzen über 20 MHz ihre hohe Permeabilität. Aufgrund ihrer hohen magnetischen Sättigung eignet sich die FCA-Legierung für Leistungsschaltkreise mit einem oder mehreren Schichten. FCA ist kompatibel zu Flip-Chip- und Wire-Bonding-Gehäusen und eignet sich für Reflow-Lötprozesse.

Enpirion hat ein sofort einsatzbereites Prozessmodul entwickelt, das mit preiswert zu betreibendem Equipment die Beschichtung mit FCA auf 6-Zoll- oder 8-Zoll-Wafern ermöglichen soll. Die Technologie wurde Anfang des Jahres erfolgreich in die Wafer-Produktion übernommen und in die Prozesse eingebunden. Enpirion produziert in dieser Fab die weltweit preiswertesten POL DC/DC-Wandler mit geringer Rauschempfindlichkeit und niedrigem Energieverbrauch - die Modelle »EL711« (1 A) und »EL712« (1,5 A). Dies sind die laut Hersteller industrieweit ersten Power-SoCs mit direkt auf dem Silizium aufgebrachten Magnetkomponenten.