EU-Projekt HERMES: Eingebettete Halbleiter in Serie
Chip-Embedding: Europa hat aufgeholt!
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Komplette europäische Supply Chain vom Chip bis zur Fertigung
Mit dem EU geförderten HERMES-Projekt ist es gelungen, eine komplette Chip-Embedding-Supply Chain vom Chip bis zur Fertigung aufzustellen: neben AT&S brachten Infineon, RoodMicrotec, Thales, ASM Assembly Systems, Atotech Bosch, Circuit Foil Luxemburg, Fundico, Thales das Fraunhofer IZM und das IMEC ihre Kernkompetenzen in das Projekt ein. »Im Juli 2010 haben wir mit der Volumenproduktion der ersten Produkte begonnen. Heute haben wir eine eigene Business Unit Advanced Packaging«, freut sich Stahr über die schnellen Fortschritte.
Die Vorteile des Chip-Embeddings liegen auf der Hand: Klassische Packages können beispielsweise keine zweite Bestückungsebene aufbauen: Beim Chip Embedding kann auch die Oberfläche der Leiterplatte bestückt werden. Das, so Stahr, führe dazu, dass man bis zu 50 Prozent Platz einsparen kann, was besonders in Mikro-Anwendungen für die Medizintechnik, beispielsweise neue Generationen von Hörgeräten oder Herzschittmachern zu Gute kommen könnte. Aber auch bei Audio- und Kameramodule, Mini-Mikrophonen für Smart Phones und MEMS-Sensoren seien laut Stahr aufgrund der Ansprüche an die Miniaturisierung geradezu prädestiniert für das Chip Embedding.
Derzeit wird das Chip-Embedding vor allem durch die Smart Phone Industrie forciert, weil die Geräte dadurch noch einmal deutlich dünner gebaut werden können, wie ein aktuelles Projekt von AT&S zeigt, das die Partner im Rahmen von HERMES entwickelt haben: Ab Sommer wird ein DC/DC-Wandler für Smart Phones als eingebettetes Chip-Modul bei AT&S in Serie vom Band laufen. Dieses Package ist mit nur sechs Anschlüssen allerdings noch recht einfach. Deutlich komplexer wird es im Bereich der Sensorik – hier gibt es bereits Prototypen mit etwa um die hundert Anschlüsse. Neben dem serienreifen DC/DC Wandler hat das HERMES-Konsortium noch eine ganze Reihe an Demonstratoren entwickelt, die die Partner zum Projektabschluss präsentiert haben: darunter zum Beispiel ein Motor Control SiP (System-in-Package), bei dem die Entwickler den Formfaktor um 75 Prozent gegenüber einem Standard BGA reduzieren konnten.
Vorgestellt haben die Partner auch einen Demonstrator für die Leistungselektronik: Hier lag der Platzgewinn gegenüber einer diskreten Version immerhin bei 50 Prozent. »Durch die Miniaturisierung lassen sich die Wärmewiderstände reduzieren und das wiederum führt dazu, dass sich die Temperaturen verringern«, schildert Stahr einen weiteren Vorteil der Embedding Technologie, der besonders bei der Leistungselektronik zum Tragen kommt. Die Embedding Technik kontaktiert über breite Leitungen und Flächen, die dann über Microvias den Halbleiter kontaktieren. Dadurch punktet die Embedding Technologie mit sehr guten elektrischen Eigenschaften, die sich wiederum positiv auf das Wärmemanagement auswirken.
Gibt es auch Nachteile beim Chip-Embedding? Kritiker bemängeln die fehlende Reparaturfähigkeit, denn durch das Einbetten sind die Module nicht mehr »zugänglich«. – Das sieht Stahr allerdings nicht als Minus für die Embedding-Technologie an, denn schließlich baue man keine ganze Leiterplatten in dieser Technologie, sondern das Embedding konzentriere sich auf kleine Einheiten und diese Einheiten sind dann so zu sehen wie ein Bauelement: »Das Reparaturproblem hätte man in einem Package also genauso.«
Produktion »Made in Austria«
Produziert werden die eingebetteten Packages und Module bei AT&S in Österreich. Im Rahmen des Hermes Projektes hat der Leiterplattenhersteller eine neue Fabrik in Hinterberg gebaut, die ausschließlich der ECP-Technologie, wie AT&S sein Chip Embedding nennt, vorbehalten ist. Anders als bei der »normalen« Leiterplatten- und Baugruppenfertigung fordert das Chip Embedding Reinraum-Bedingungen, ähnlich wie die Halbleiter-Produktion. »Die Anlagen müssen einen extrem hohen Yield fahren können, der deutlich über 99 Prozent liegt«, erklärt Stahr. Das ist deutlich mehr, als in der klassischen Leiterplattenfertigung »Standard« ist. Wie geht es nun weiter? Mit dem »Fast Forward Award« wurde AT&S für die ECP-Technologie bereits ausgezeichnet. Und »fast forward« soll es auch in den nächsten Jahren gehen. »Die Komplexität in und auf den Modulen wird sich weiterentwickeln und mit Hilfe der 3D-Fähigkeit der Embedding-Technologie die nächste Generation der mobilen elektronischen Geräte ankündigen«, resümiert Stahr.
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