„More than Moore“ und neue „Packaging“-Verfahren
Intelligente Sensoren: Trends und Technologien #####
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Intelligente Sensoren: Trends und Technologien
Smart System Integration
Die „Smart System Integration“ setzt beim Anwendungssystem und dessen funktionalen Anforderungen an. Sie nutzt eine Vielzahl von Prozessen zur physikalischen Integration von Subsystemen in eine Anwendungsumgebung und ist nicht auf bestimmte Abmessungen beschränkt. Als Subsysteme kommen sowohl einfache Komponenten als auch „More than Moore“- oder SiP-Bausteine zur Anwendung. Diese können z.B. in flächige Umgebungen (System distributed in a foil) integriert werden. Eine weitere Möglichkeit dieses „Large Area Electronics“ genannten Ansatzes ist die Herstellung vollständig polymerer Systeme. Flexible Displays mit integrierter Sensorik und Solar-Zellen zur Energieversorgung sind hier denkbar. Aufgrund der künftig möglichen kostengünstigen Fertigungsprozesse sind auch Anwendungen für die Einweg-Diagnostik möglich.
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Integration intelligenter Sensorik
Für die Integration stehen mit dem „Wafer Level Packaging“, der „Modul Integration“ und der „Board Level Integration“ mehrere Verfahren unterschiedlicher Komplexität zur Verfügung.
Wafer Level Packaging
Mit dem „Wafer Level Packaging“ lassen sich bei heterogenen Aufbauten höchste Integrationsdichten erreichen. Dabei werden alle Prozessschritte auf Wafer-Ebene durchgeführt, allerdings nach Abschluss der eigentlichen Halbleiterprozesse. Ausgangspunkt für dieses Verfahren war die Herstellung von „Chip Size Packages“ (CSP), bei denen die lateralen Abmessungen des Gehäuses mit den Chip-Abmessungen nahezu identisch sind. Die dafür notwendige Umverdrahtungsebene zur Herstellung der I/O-Pads mit einem größeren Rastermaß (Pitch) erlaubt dann in einem zweiten Entwicklungsschritt das Einbringen weiterer aktiver und passiver Komponenten. So lassen sich mit Dünnschicht-Prozessen passive Komponenten wie Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten auf dem IC integrieren. Mit dem „Bumping“-Verfahren wird zudem ein Standard-Bestückungsprozess möglich (Kleben, Löten), so dass sich die Komponenten in nachfolgende Standard-Prozesse einfügen lassen.
Modul Integration
Eine verstärkte Nachfrage nach leistungsfähigen und dennoch preiswerten Systemen führt dazu, dass auf der Basis etablierter Technologien auch auf der Package- oder Modul-Ebene mehr Funktionen realisiert werden. Dazu stehen zwei Wege offen: So können mehrere Komponenten in ein Gehäuse (System in Package – SiP) integriert werden, oder es lassen sich mehrere Packages (Package on Package) dreidimensional stapeln. Hintergrund dieser Vorgehensweise ist die Integration eines oder mehrerer ICs mit Sensoren und weiteren Komponenten in einem gemeinsamen Package. Die Komponenten können vertikal (Die Stacking) oder horizontal sowie auf keramischen, polymeren oder metallischen Substraten platziert und anschließend vergossen werden. Neben den in der Regel verwendeten Standard-Packages werden auch anwendungsspezifische Packages eingesetzt. Die anwendungsspezifischen SiP-Technologien ergeben sich vor allem bei Sensor- und Mikrosystemen mit vorwiegend nichtelektrischen Parametern, etwa bei mikrooptischen Systemen und bei besonderen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Bauraum oder bei speziellen Umgebungsbedingungen.
Board Level Integration
Die „Board Level Integration“ bietet eine ganze Reihe von Verfahren zur Integration intelligenter Sensoren. Hier werden zwei Verfahren mit unterschiedlicher Integrationsdichte vorgestellt: die Einbett-Technik und die 3D-Stapel-Technik. Bei der Einbett-Technik werden digitale und nichtdigitale Funktionen in das Substrat integriert. Dabei können sowohl passive (z.B. Filter, Antennen) als auch aktive Komponenten (gedünnte ICs, Sensor-Schichten etc.) realisiert werden. Dieses Verfahren verspricht neben höheren Integrationsdichten zusätzlich verbesserte HF-Eigenschaften und eine höhere Zuverlässigkeit. In Abhängigkeit vom speziellen Aufbau und der Wertschöpfungskette kann so günstiger gefertigt werden.
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- Mikrooptische Verfahren
- Integration optischer Messverfahren
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