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Senor-/Aktorsysteme

Integrationstechnologien für eine vernetzte Welt

15. November 2013, 6:28 Uhr | Von Harald Pötter, Klaus-Dieter Lang, Karl-Friedrich Becker, Maik Hampicke, Olaf Bochow-Neß und Georg Weigelt

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Fortsetzung des Artikels von Teil 7

Interposer mit Durchkontaktierungen

Silizium-Interposer mit Durchkontaktierungen (Through Silicon Vias, TSVs) finden insbesondere bei der Realisierung hochperformanter Systeme Anwendung. Haupttreiber für diesen Ansatz sind entsprechend internationaler Marktstudien [14] im Wesentlichen drei Produktgruppen:

- Performance-getriebene digitale Systeme (MPU, GPU, Speicher)

- Miniaturisierte Bildverarbeitungssysteme (Bildsensoren)

- Multi-Sensor-Systeme (MEMS, ASIC, Transceiver)

Bei diesen Produkten kommt es darauf an, anwendungsspezifische Komponenten mit unterschiedlichem Funktionsumfang, etwa Sensoren, Energieversorgung, Signalverarbeitung, Signalübertragung und Speicherung, auf engstem Raum zu integrieren. Der heterogene Integrationsansatz unter Nutzung der dritten Dimension bietet Vorteile wie kompakte Bauform, kurze Signalwege und verbesserte Energieeffizienz, die derartige Systeme zukünftig erfordern. Im Gegensatz zur Integration auf einem Baustein (System on Chip) können die entsprechenden Produkte schneller und kosteneffizienter realisiert und auf den Markt gebracht werden. Dem Trend zu immer kleineren Losgrößen bei höherer Kundenspezifität kann auch bei hohen Anforderungen an das Produkt entsprochen werden.

Die speziellen Vorteile der Silizium-Interposer liegen in der Entkopplung von Front-End- und Back-End-Prozessen. Während bei den verwendeten Halbleitern auf Komponenten aus Prozessen sehr hoher Stückzahlen zurückgegriffen werden kann, erfolgt mit den Silizium-Interposern die spezielle Anpassung an die Anforderungen individueller Produkte. Erste Produktbeispiele sind kundenspezifische Chipsätze, aufgebaut aus Standardkomponenten gleicher Herstellungstechnologie in einer Integrationsdichte, die monolithischer Integration nahe kommt.

Auch bei der Integration von Komponenten unterschiedlicher Herstellungstechnologien wird die heterogene Integration unter Verwendung von Silizium-Interposern in Zukunft deutlich mehr Verwendung finden, etwa bei der Integration von

- siliziumbasierten Treiber-ICs und Verbindungshalbleitern

- mikrooptischen Bauteilen in optoelektrische Schaltkreise

- Elektronik und MEMS

Der hohe Miniaturisierungsgrad, die guten elektrischen Eigenschaften und die vergleichsweise gut eingefahrenen Fertigungsprozesse lassen auch den vermehrten Einsatz bei der Realisierung von Schaltungsaufbauten für Höchstfrequenz-Anwendungen erwarten. Ein weiterer Vorteil sind die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Interposer, die vergleichbar gut wie bei den aktiven Komponenten sind.

Im Bereich der optischen Systemintegration kommen vermehrt Glassubstrate zum Einsatz. Die höhere Leistungsfähigkeit bei der optischen Übertragung der Daten, sei es „Chip to Chip“ oder „Module to Module“, ermöglicht es, der Forderung nach leistungsfähigeren Rechnern zu entsprechen. Aber auch bei der elektrischen Signalweiterleitung kommen Glassubstrate bei steigenden Taktraten infolge der geringen Leitungsverluste vermehrt zum Einsatz.