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LIDE-Technologie von LPKF

Chipgehäuse aus Glas in der Volumenfertigung

07. Juli 2021, 08:56 Uhr   |  Heinz Arnold

Chipgehäuse aus Glas in der Volumenfertigung
© LPKF

In der LIDE-Fab von LPKF wird Dünnglas für Anwendungen in der Heterogenen Integration, im Wafer Level Packaging, in der Mikrofluidik oder für die Displayproduktion bearbeitet und Qualitätsprüfungen unterzogen.

Weil Chipgehäuse aus Glas zahlreiche Vorteile bringen, steigen jetzt IC-Hersteller in die Volumenfertigung auf Basis der Laser-basierte LIDE-Technik von LPKF ein.

Die Laser-basierte LIDE-Technik (Laser Induced Deep Etching) von LPKF setzt sich in der Stückzahlfertigung durch: Jetzt hat LPKF hat einen Folgeauftrag aus der Halbleiterbranche erhalten. Ein weltweit führender Chiphersteller hatte Anfang 2020 ein erstes LIDE-System installiert und es nach einer Qualifizierungsphase zunächst für die eigene Produktentwicklung genutzt. Um in die Volumenproduktion von elektronischen Bauteilen mit Chipgehäusen aus Glas einzusteigen, hat der IC-Hersteller jetzt weitere LIDE-Systeme bestellt. Über Details wurde Stillschweigen vereinbart.

Mit dem von LPKF entwickelten LIDE-Verfahren (Laser Induced Deep Etching) ist es möglich, dünnes Glas schnell, präzise und ohne Beschädigungen wie Mikrorisse oder Oberflächendefekte zu bearbeiten. Damit ist das LIDE-Verfahren eine Grundlagentechnologie für viele Bereiche der Mikrosystemtechnik, beispielsweise für die Fertigung von Mikrochips, Displays, Sensoren und MEMS.

Ein mit Hilfe der LIDE-Technik von LPKF formiertes MEMS-Package – bisher unvorstellbare Designs werden möglich.
© LPKF

Ein mit Hilfe der LIDE-Technik von LPKF formiertes MEMS-Package – bisher unvorstellbare Designs werden möglich.

So funktioniert LIDE

Mit LIDE lassen sich tiefe Strukturen in Dünnglas mit einem hohen Öffnungsverhältnis (aspect ratio) im Bereich von >1:10 bei einer bisher nicht gekannten hochwirtschaftlichen Bearbeitungsgeschwindigkeit erzeugen. Dabei entstehen Strukturen mit einer Größe von unter 5 μm. Im ersten Schritt wird das Glas durch Laserpulse entsprechend dem gewünschten Layout lokal modifiziert. Im zweiten Prozessschritt, dem nasschemischen Ätzen, werden die modifizierten Bereiche des Glases wesentlich schneller abgetragen als das nichtmodifizierte Material. So entstehen Mikrostrukturen in hoher Präzision und Beständigkeit. Auch durch die hohe Geschwindigkeit ist das Verfahren für die Großserienproduktion geeignet.

Signalwirkung auf weitere Chiphersteller

Dr. Roman Ostholt, Leiter der Business Unit Electronics bei LPKF, freut sich, dass der Chiphersteller durch den Einsatz der LIDE-Technologie in kurzer Zeit ein wichtiges Innovationsziel erreichen konnte: »Ab dem nächsten Jahr wird unser Kunde mit seinen neuartigen Produkten seinen Wettbewerbern einen großen Schritt voraus sein.«

Besonders freut er sich drüber, dass von dem Auftrag eine Signalwirkung ausgehen wird: »LIDE kann jetzt nachweislich die ausgesprochen hohen Standards der Halbleiterbranche erfüllen. Damit qualifiziert sich die Technologie auch für die Massenfertigung in anderen relevanten Branchen.«

Am Hauptsitz des Unternehmens in Garbsen betreibt LPKF unter der Marke Vitrion eine eigene LIDE-Fertigung von Glaskomponenten unter Reinraumbedingungen. Von hier aus beliefert das Unternehmen Kunden aus aller Welt mit hochpräzisen Bauteilen aus Glas für eine Vielzahl von Anwendungen.

Die Vitrion-Lasermaschine führt Laser-Modifikation von Dünnglas durch.
© LPKF

Die Vitrion-Lasermaschine führt Laser-Modifikation von Dünnglas durch.

LIDE senkt die Fertigungskosten

Über Glas lassen sich die Kosten für die Interposer, im Advanced und Heterogeneous Packaging Einsatz finden, deutlich senken. Die Technik bietet die Möglichkeit, Through Silicon Vias (TSV) sehr kosteneffektiv zu fertigen. Außerdem können passive Bauelemente integriert werden und Strukturen für die spätere Vereinzelung der Chips aus dem Waferverbund realisiert werden.  

Warpage verliert seinen Schrecken

Ebenfalls steht interessant: Bestehen die Panels für das Fan-Out-Wafer-Level-Packaging aus Glas statt aus Kunststoff, verträgt sich der Wärmeausdehnungskoeffizient diese Galssubstrats besser mit dem der Silizium-Dies, so dass die gefürchtete Warpage der Kunstwafer bzw. Kunstpanels weniger ins Gewicht fällt.  

Für HF-Packaging besonders geeignet

Außerdem sind die HF-Eigenschaften von Glas besser als die der herkömmlichen Packaging-Materialien. Deshalb bildet die LIDE-Technik ein wesentliches Element im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts »Glasinterposer-Technologie zur Realisierung hochkompakter Elektroniksysteme für Hochfrequenzanwendungen« (GlaRA).

Das Konsortium hat als Demonstrator ein kompaktes Radar-Frontend für künftige Radarfüllstandsensoren entwickelt, das bei einer Betriebsfrequenz von 160 GHz arbeitet. Das mit Hilfe der LIDE-Technik gefertigte Wafer-Level-Glas-Package misst nur 5,9 mm x 4,4 mm x 0,8 mm und enthält einen Radar-ASIC in SiGe-Technologie, sämtliche elektrische Verbindungen zur Anbindung an externe Elektronik, Teststrukturen zur Charakterisierung sowie einen Wellenleiteranschluss, der auch als integrierter Primärstrahler für eine Linsenantenne verwendet werden kann. Solche künftigen Füllstandsensoren zeichnen sich durch hohe Entfernungsauflösung, Messgenauigkeit und Strahlbündelung bei sehr kompakten Abmessungen aus. Sie sind deshalb für die immer kleiner und modularer werdenden Anlagen smarter Prozessmesstechnik interessant.

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