Erschwingliches 2.5D-Packaging

LPKF-Prozess spart 30 Prozent Kosten

19. November 2020, 10:39 Uhr | Heinz Arnold

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Integrierte Antennen für 5G und „beyond 5G“

Sehr interessant ist AMP auch für die Integration von HF-ICs für 5G-Geräte. So lässt sich die Antennenstruktur direkt über die Dies setzen und verbinden. Doch Florian Roick denkt schon über 5G hinaus: »Derzeit wird bereits viel über „6G“ oder „beyond 5G“ gesprochen. Insbesondere geht es um die Kommunikation zwischen Robotern, wobei Frequenzen zwischen 120 und 170 GHz genutzt werden sollen.« Auf diesem Gebiet eignet sich die AMP-Technik für den Aufbau von mmWave-Antennen als Antenna-in/on-Package-Module (AiP/ AoP), die in den ISM-Bändern bei 24 GHz, 61 GHz und 121 GHz arbeiten, sowie als KFZ-Radarmodule, die zwischen 76 GHz und 81 GHz arbeiten. Auch in 5G-Verstärkern findet die Technik Einsatz.

Kostengünstige EMI-Abschirmung

Zudem lässt sich mithilfe von AMP auch die gesamte Oberfläche eines Chips aktivieren, um dann komplett mit einer Metallisierungsschicht versehen zu werden, die den Chip effektiv gegenüber elektromagnetischer Strahlung abschirmt. Bisher mussten dazu metallische Pasten aufgerakelt oder über einen PVD-Prozess Metallschichten aufgesputtert werden. Das ist aufwändig und teilweise wenig effektiv. »Mithilfe von AMP geht das sehr einfach. Auch die Seiten der Gehäuse lassen sich ohne Probleme mit einer Metallisierung versehen, sodass eine EMI-Abschirmung rund um die Komponenten realisiert werden kann«, erklärt Roick.

Effektive Kühlung über thermische Vias

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, thermische Vias zu strukturieren, komplett mit Kupfer zu füllen, zu metallisieren und sie beispielsweise einfach mit einem Kühlkörper zu verlöten. Auch hier fallen gegenüber der Methode mit Masken und Lithografie viele teure Prozessschritte weg. Im Fall eines in das EMC eingebetteten Kupferkühlkörpers führt das gegenüber wärmeleitenden Epoxy Mold Compounds zu einer um den Faktor 10 höheren Wärmeableitung. »Gerade vor dem Hintergrund der Elektromobilität mit den benötigten Hochleistungs-ICs werden durch AMP komplett neue Leistungsbereiche erschlossen«, so Roick.

Voraussetzung für all dies ist allerdings, dass sich das EMC überhaupt über Laser aktivieren lässt, sodass auf den aktivierten Stellen eine Kupferschicht galvanisch abgeschieden werden kann. Dazu wird dem EMC ein spezieller Zusatz beigegeben. Ist er durch den Laser aktiviert, lagern sich die Kupferionen in einer ersten außen stromlosen Metallisierung an den aktivierten Stellen an. Durch anschließende chemische Verkupferung lassen sich Schichtdicken von mehreren Dutzend Mikrometern herstellen. Seitenverhältnisse von bis zu 1:10 sind möglich. Für den Laser-Direktstrukturierungs-Prozess hat LPKF in enger Zusammenarbeit mit namhaften EMC-Herstellern und deren Endanwendern deshalb eine neue Klasse von Epoxidharzmassen entwickelt. Sie ist mittlerweile in Granulat- sowie Tablettenform von diesen Anbietern erhältlich. LPKF hat bereits demonstriert, dass die Materialien den gesamten Metallisierungsprozess einwandfrei durchlaufen.

In der Halbleiterindustrie geht es heute mehr denn je um Innovationen rund um die Aufbau- und Verbindungstechnik. Denn es reicht nicht mehr aus, die mithilfe der neusten Front-End-Prozesse hergestellten Sub-10-nm-ICs oder die neusten HF-ICs auf der Leiterplatte in relativ großen Abständen einfach nebeneinander zu setzen. Sie können ihre inhärente Leistungsfähigkeit nur ausspielen, wenn sie möglichst eng neben- und übereinander gepackt werden. – „Advanced Packaging“ ist der Oberbegriff, unter dem alle Verfahren subsummiert werden, die gegenüber konventionellen Verfahren eine höhere Packungsdichte erlauben. Zudem eignet sich das Advanced Packaging, um MEMS und optische Komponenten in ihre häufig speziellen Gehäuse zu setzen sowie weitere Strukturen wie Antennen zu integrieren und die Kühlung der Baugruppen zu verbessern. »Mit der AMP-Technik steht nun ein kostengünstiger Prozess zur Verfügung, mit dessen Hilfe sich die 2.5D-Packaging-Techniken für ein breites Spektrum von Anwendungen nutzen lassen«, sagt Roick.

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