Modullösungen auf Substratbasis
Sehr kleine Abmessungen und extrem niedrige Bauhöhen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Modulbauweise ermöglicht Miniaturisierungsfortschritte
In den SESUB-Modulen können mehrere Halbleiterbauelemente Seite an Seite eingebettet und zusätzlich erforderliche, diskrete passive als auch aktive Bauelemente von oben auf das Substrat hinzugefügt werden. Um die Integrationsdichte noch weiter zu erhöhen, sollen im nächsten Innovationsschritt zudem auch dünne passive Bauelemente in das Substrat integriert werden können.
Gutes thermisches und elektrisches Verhalten
Ein weiterer Vorteil der neuen Module ist ihr thermisches Verhalten: Weil das IC vollständig eingebettet und auf allen Seiten vom Substrat umgeben ist, wird die Abwärme des Halbleiters über die gesamte Oberfläche abgeführt. Die Substratlagen selbst wiederum beinhalten mikro-strukturierte Leitungswege aus Kupfer, die die Abwärme homogen und effizient verteilen. Mit diesem guten thermischen Verhalten bieten sich die Module insbesondere für das Energiemanagement, bei Sende- und Empfangseinheiten, bei Prozessoren oder als Leistungsverstärkern an. Im direkten Vergleich zwischen einer diskret aufgebauten Lösung und einem SESUB-Modul, in welches die gleichen ICs eingebettet wurden, ergibt sich eine um rund 7 K geringere Oberflächentemperatur des Halbleiters.
Dank der abgesenkten Oberflächentemperatur kann man beim Design und in der Fertigung des Halbleiters bisweilen auf preiswerte Verfahren zurückgreifen. Auch auf das EMV-Verhalten wirkt sich das Einbetten der Chips positiv aus, da die metallischen Verbindungswege innerhalb des Substrats wie eine Abschirmung wirken. Der kompakte Aufbau des neuen Moduls sowie die kürzeren elektrischen Verbindungswege innerhalb des Substrats führen auch zu einer verbesserten Unterdrückung von Störeffekten und erhöhen damit die Betriebssicherheit des Gesamtsystems.
Zusätzliche Umverdrahtungslagen werden überflüssig
Beständig entwickelt die Halbleiterindustrie neue Technologien, um die Prozessgeometrien weiter zu verfeinern. Lag die Strukturbreite von Hochfrequenzschaltungen gerade noch bei 65 nm, so werden künftig eher 40 nm üblich sein. Prozessoren verwenden bereits Strukturen mit 28 nm. Als Folge dieses Trends zu kleineren Strukturbreiten werden auch die Lötpunkte der Chips immer kleiner (Pad-Rastermaße von 80 oder 50 µm).
Um diese filigranen Lötpunkt-Raster für das wesentlich gröbere Rastermaß der Leiterplatten – beispielsweise in Smartphones (350 bis 500 µm) – umzuverdrahten, werden in den Chips standardmäßig mehrere kostspielige Umverdrahtungslagen (Redistribution Layers, RDLs) verwendet. Die neue Substrattechnologie kann mit seinen hauchdünnen Substratlagen, den mikro-strukturierten Leiterbahnen und seinen Vias die Aufgabe des Umverdrahtens übernehmen. ICs können dann ohne eigene RDLs entwickelt werden, wodurch sich die Größe der ICs auch weiter verringern lässt. Die neue Technologie ermöglicht damit Module und SiPs mit deutlich reduzierten Abmessungen: Allen voran die Bauhöhe lässt sich um rund 35 Prozent verringern, beispielsweise von 1,55 mm auf nicht mehr als 1 mm.
Eine vielseitig einsetzbare Integrationsplattform
Das erste in SESUB-Technologie realisierte Modul übernimmt das komplette Energiemanagement für Mobiltelefone und andere kompakte elektronische Geräte (Bild). Das Herz dieses miniaturisierten PMU-Moduls (Power Management Unit) bilden zwei eingebettete ICs, welche alle Energiefunktionen eines Smartphones steuern. Mit einer Fläche von 11 × 11 mm² benötigt das kompakte Modul 60 Prozent weniger Platinenfläche als eine vergleichbare, diskret aufgebaute Lösung. Trotz der geringen Einbauhöhe von 1,63 mm ist die Schirmung bereits enthalten. Das für den Einsatz in Smartphones optimierte Modul verfügt über folgende Einheiten:
– Fünf Schaltregler mit einer Schaltfrequenz von 4,4 MHz
– Schalt-Laderegler mit Strom-Bypass-Modus bis 4 A
– Rückwärts-geregelter Aufwärtswandler für die Blitz-LED der Kamera (bis zu 2 A) und zur Unterstützung der USB-on-the-go-Funktionalität
– 23 rauscharme Spannungsregler, jeweils mit geringen Aussetzfehlern bei gleichzeitig geringem Versorgungsspannungsdurchgriff und damit hohem PSRR (Power Supply Rejection Ratio)
– Echtzeituhr (RTC/Real-Time Clock) mit 32 kHz Quarz
– 19,2 MHz/26,0 MHz Taktgenerator mit fünf Ausgängen
Jobangebote+ passend zum Thema
- Sehr kleine Abmessungen und extrem niedrige Bauhöhen
- Modulbauweise ermöglicht Miniaturisierungsfortschritte
- Eine vielseitig einsetzbare Integrationsplattform
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Passive Bauelemente
Epcos: Einer geht, zwei kommen dazu...
Zwei anstelle von einem
Neue Mitglieder im Epcos-Vorstand
