Leistungsoptimierte und miniaturisierte IC-Packages und Module

IoT-Anwendungen der nächsten Generation müssen schrumpfen

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Prognosen aus der Branche haben früh IoT-Anwendungen wie das intelligente Heim, Wearables, die Smart City, das vernetzte Auto und andere vorhergesagt. Die nächste Generation wird die reale mit der virtuellen Welt verschmelzen und die Synergien der allgegenwärtigen Vernetzung, des Cloud-Computing und Big Data nutzen. In den Anfängen des IoT wurde das Wachstum durch Einzelne vorangetrieben. Die nächste Stufe der IoT-Evolution wird der Wegbereiter für die nächste Stufe der industriellen Revolution sein – die Industrie 4.0.

Matt Burns, Manager Produktmarketing, Samtec

Um die Innovationsstufe zu erreichen, die die Industrie 4.0 erfordert, müssen neue Ansätze für bekannte Herausforderungen gefunden werden. Die Vernetzung und Automation aller Unternehmensbereiche sind das oberste Gebot. Disparate Systeme müssen integriert, proprietäre Schnittstellen und Prozesse müssen standardisiert werden. Neue Technologien verlangen nach Forschung, Entwicklung und Kommerzialisierung. Neue Partner und Anbieter erfordern strenge Überprüfungen und Kontrollen.

Es gibt immer mehr Beispiele von eingefahrenen Branchen, die sich jetzt neue Ansätze zu eigen machen. In den letzten Jahren hat Lufthansa Technik zusammen mit der Wissenschaft, mit Startups und mit eigenen Spezialisten daran gearbeitet, Industrie-4.0-Konzepte auf ihre Abteilungen Fahrwerk, Triebwerke und Instandhaltung anzuwenden. Aus dieser Zusammenarbeit sind verschiedene Ansätze hervorgegangen, die von der Anzeige von Fernmessdaten auf Mobilgeräten bis zur effektiven Verlinkung unterschiedlicher IT-Systeme reichen.

Verringerung des Platzbedarfs

Die Revolution durch Industrie 4.0 und die Ausbreitung des IoT erfordern hoch entwickelte Innovationsverfahren für die Mikroelektronik. Modernste Anwendungen brauchen eine kundenspezifische sowie robuste oder präzise Aufbau- und Verbindungstechnik für die Mikroelektronik. Originalhersteller aus vielen Branchen streben unablässig danach, den Platzbedarf ihrer Hardware auf der Platine zu verringern. Moderne Lösungen verlangen nach mehr Funktionalität und Integration. Bei einigen Produkten gehen all diese Anforderungen nahtlos ineinander über.

Die technologischen Trends hinter der Industrie 4.0 und dem IoT zwingen die traditionellen OEM-Anbieter zur Anpassung. Samtec, globaler Hersteller einer großen Produktlinie an elektronischen Verbindungslösungen, hat ein wachsendes Portfolio an hoch entwickelten mikroelektronischen Fähigkeiten entwickelt. Samtec Microelectronics vereint komplexe Aufbau- und Verbindungstechnik, die überlegenen Eigenschaften von Glassubstraten und das HF-Design mit höchster Signalintegrität auf Systemebene, um so die nächste Generation an mikroelektronischen Lösungen zu entwickeln.

Die innovativen Produkte und Technologien sind auf Leistung, Dichte und Kosten in den verschiedensten Industrie-4.0-Anwendungen hin optimiert. Zu den Fähigkeiten des Unternehmens zählen eine hochmoderne Aufbau- und Verbindungstechnik, Glass Core Technology, nMode-Module sowie Services in den Bereichen Bauelemente und mikroelektronisches Design.

Hochmoderne Aufbau- und Verbindungstechnik

Das Unternehmen ist ein Anbieter von Aufbau- und Verbindungstechnik höchster Güte und arbeitet mit OEMs aus den Bereichen Medizin und Industrie sowie mit anderen Entwicklern von IoT-Anwendungen auf der ganzen Welt zusammen, deren Lösungen nicht nur ein Mehr an Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfordern, sondern auch eine robuste Anbindung und Vernetzung.

Zu den Kernkompetenzen des Unternehmens in der Aufbau- und Verbindungstechnik gehören höchstdichte Flip Chip- und Underfill-Techniken, hochgenaue Chip-Platzierung und -Montage, flaches Drahtbonden in kleinsten Rastermaßen und verschiedene Vergusstechniken wie das Verfahren Dam and Encapsulation (Fill). Die Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Designfähigkeiten des Unternehmens in jedem Kompetenzbereich.

Über die grundlegenden Prozesse in der Aufbau- und Verbindungstechnik hinaus stellt das Unternehmen Designsupport für hoch entwickelte aufbau- und verbindungstechnische Anwendungen zur Verfügung.

Einige dieser Designservices umfassen Design und Analyse des Package, Integrität der Stromversorgung, Übergangsstrukturen zur Leiterplatte, komplexe Auslegung von Packaging und Substrat und eigene Expertise in Sachen Optik. Über die Abteilung Teraspeed Consulting werden auch Entwicklungspartnerschaften und umfassenden Programmsupport für den gesamten Produktlebenszyklus von der Konzeption über die Designphase bis hin zu kleinen Prototyp-Losgrößen und schließlich zur Serienproduktion angeboten. Diese Zusammenarbeit offeriert einen so noch nicht dagewesenen Support für hochmodernes mikroelektronisches AvT-Design und Simulations- und Analyseexpertise, und ermöglicht so die Optimierung der IC-Applikation.

Glass Core Technology

Hoch entwickelte und für spezielle Anwendungen maßgeschneiderte AVT-Techniken bleiben eine Option für OEMs, die Neuerungen mit dem Ziel optimierter Eigenschaften einführen wollen. Zahlreiche kommende Industrie-4.0– und IoT-Anwendungen warten mit reduzierten Abmessungen in ihren Spezifikationen auf. Die Auswahl des Materials bzw. Werkstoffs auf IC- und Substratebene kann sich auf die Leistungsfähigkeit und die Größe dieser Lösungen auswirken. Glas bietet im Vergleich zu herkömmlichen organischen und Silizium-Substraten viele Vorteile und bietet eine solide Processing-Infrastruktur für AVT-Anwendungen.

Zu den Vorteilen von Glas gehören:

  • TK auf den von Glas abgestimmt
  • Mehr Zuverlässigkeit bei Dies mit hoher I/O-Zahl und geringen Abständen
  • Geringe Verwindungsneigung
  • Hermetische Vias auf Kupferbasis
  • Weniger Waferbruch
  • Temperaturwechselbeständigkeit
  • Wärmeleitfähigere Vias für Logik-, Stromversorgungs- und andere Anwendungen

Die Glass Core Technology (GCT) ist ein proprietärer Prozess, der die vorteilhaften Eigenschaften von Glas nutzt und so Through-Glass Vias (TGVs) mit kleinen Durchmessern, geringen Abständen, hochdichter Metallisierung und hermetischer Abdichtung möglich macht. Zu den Vorteilen von TGVs gehören:

  • Hermetische / hoch leitfähige Vias
  • Miniaturisierung
  • Abstand 100 µm, mit Ziel 40 µm
  • Durchmesser 40 µm, mit Ziel 10 µm
  • Lasergeformte Löcher
  • 200+ µm dickes Glas
  • Optimierte Koplanarität (20 µm Waferbeugung)

Das Unternehmen bietet TGVs in drei Ausführungen, abhängig von den Anforderungen, an: konisch, tailliert und gerade. TGVs ermöglichen TGV-Wafer zur Integration von Glas und Metall in denselben Wafer und Interposer-Dies zur Realisierung effizienter Verbindungen und Taktzeiten.
Die hermetisch abgedichteten Wafer sind sowohl aus hochwertigem Borosilikat- als auch Quarzglas gefertigt. Die TGVs werden mithilfe eines Redistribution-Layer(RDL)-Prozesses in Dünnschichttechnik miteinander verbunden. Diese Technik ermöglicht die Schaltungsstrukturierung über die Ober- und Unterseite von Glassubstraten.

Das Ergebnis ist ein leistungsoptimiertes und stark miniaturisiertes Substrat, das perfekt für die nächste AVT-Generation geeignet ist. GCT erreicht im Vergleich zu herkömmlichen AVT-Substraten bei IC-Packages, Modulen und Bauelementen auf Glasbasis höchste Funktionalität bei erheblich reduziertem Platzbedarf, ermöglicht kürzere Zykluszeiten und eine Funktionsprüfung (KGD, Known Good Die) auf höherer Integrationsebene. Es setzen sich mehr und mehr neue und spannende Anwendungen durch, die die Vorteile von GCT nutzen.

nMode-Module und -Komponenten

Durch die Kombination von AVT und Glassubstraten mit dem Design auf Systemebene entsteht die ideale Plattform für die Entwickler von IoT-Applikationen, um sich die Vorteile der Next-Generation-Produkte zunutze zu machen. Eine der Lösungen, die sämtliche dieser Fähigkeiten in sich vereint, ist das nMode Wireless Sensor Module, welches die Fernerfassung und -messung von Trägheits-, Umwelt- und Akustikparametern ermöglicht. Die vorgefertigten Module mit serienmäßig verbauten ICs sind mit Funk-, Mikrocontroller- und Sensorkomponenten bzw. -bauelementen bestückt, die den Branchenstandards entsprechen und vollständig geprüft und zugelassen sind. Die geringe Größe und die leistungsfähige Auslegung machen das Sensor Module als eigenständiger Knoten nicht nur zur idealen Wahl für Produkte wie Wearables und Gaming-Zubehör, sondern auch für Smart Home- und eine unbegrenzte Anzahl an IoT-Anwendungen. Der modulare Aufbau ermöglicht die unkomplizierte funktionelle Anpassung in den Entwurfs- und Entwicklungsphasen und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung für die Fertigung erheblich.

Samtec erforscht weiter neue Anwendungen auf Modul- und Bauelementebene, wozu auch die Verwendung von Glassubstraten in der AVT für Module und andere leistungsfähige Komponenten und Bauelemente gehört. Dieser revolutionäre Prozess macht leistungsoptimierte und stark miniaturisierte IC-Packages und Module möglich. Neben funkgestützten Sensormodulen scheinen auch diskrete Bauelemente wie Filter, Drosseln und Antennen machbar.

Fazit

Die nächste Stufe der IoT-Revolution ist bereits eingeläutet. Die Entwickler des IoT der nächsten Generation müssen bei der Entwicklung von Produkten und Lösungen alternative Ansätze in Betracht ziehen. Als ein aufstrebender Anbieter von IoT-Lösungen bündelt Samtec Microelectronics für die Entwicklung der mikroelektronischen Lösungen der nächsten Generation seine Fähigkeiten in der komplexen Aufbau- und Verbindungstechnik, die überlegenen Eigenschaften von Glassubstraten und das HF-Design mit Signalintegrität auf Systemebene. Samtecs innovative Produkte und Technologien von Weltklasse sind auf Leistung, Dichte und Kosten in den verschiedensten IoT-Anwendungen hin optimiert.

www.samtec.com

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