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Fraunhofer IZM-ASSID – 10 Jahre Wafer Level: Ausgabe 10/2020, 25.06.2020

Systemintegration auf Weltniveau

Am 31. Mai 2020 beging das Fraunhofer IZM-ASSID in Dresden sein zehnjähriges Jubiläum. Innerhalb dieser Dekade hat sich das IZM-ASSID mit seinen Leistungen über die Grenzen Deutschlands hinaus auf dem Gebiet der Wafer Level Systemintegration, insbesondere der 3D Integration, etabliert und ist ein weltweit anerkannter F&E Partner.

Mit der Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie des Freistaats Sachsen wurde 2010 in Dresden erstmalig eine Forschungs- und Entwicklungspilotlinie für das Wafer Level Packaging und die 3D Integration (8"/12") realisiert und seither stetig weiterentwickelt.

Weltweite Bedeutung erlangt
Durch die weltweite Kooperation mit Systemanwendern, Anlagen- und Materialherstellern hat sich das IZM-ASSID zu einem der führenden Anbieter im Bereich der heterogenen Wafer Level System Integration entwickelt, das von der Entwicklungsphase bis zum qualifizierten Low Volume Manufacturing reicht. Mit Blick nach vorne wird eine klare Ansage gemacht: «Auch in Zukunft werden wir diesen Weg gemeinsam mit dem Fraunhofer IZM weitergehen, um erfolgreich herausragende wissenschaftlich-technische Lösungen für die Herausforderungen einer digitalisierten Gesellschaft im Umfeld von IoT, AI und HPC zu entwickeln und umzusetzen.»

60 Wissenschaftler am Tüfteln
Die Abteilung «Wafer Level System Integration» (WLSI) entwickelt Advanced-Packaging- und Systemintegrations-Technologien und bietet kundenspezifische Lösungen für mikroelektronische Produkte im Gesamtumfeld der Smart Systems. Zirka 60 WissenschaftlerInnen arbeiten verteilt auf zwei Standorte: Berlin und Dresden (ASSID: All Silicon System Integration Dresden). WLSI kooperiert weltweit mit Herstellern und Anwendern von MikroelektronikProdukten, Anlagenherstellern sowie Materialentwicklern aus der chemischen Industrie.

Einige Tätigkeitsfelder
■ 3D-Integration – Die dreidimensionale Systemintegration ist ein Kernthema der heutigen elektronischen Aufbau- und Verbindungstechnik. Basierend auf der vertikalen Anordnung der Systemkomponenten bietet das Konzept spezifische Vorteile bezüglich der heterogenen Integration unterschiedlicher Bauteile wie Sensoren, Prozessoren, Speicher oder Antennenkomponenten. Durch die Erschliessung der dritten Raumdimension ergeben sich neben kompakteren Bauformen durch Volumenreduzierung auch kürzere elektrische Verbindungswege, die erheblich zur Steigerung der Systemleistung, wie zum Beispiel der Erhöhung von Übertragungsbandbreiten beitragen können. Im Fokus aktueller Projekte stehen derzeit Systeme, bei denen sowohl Logik- und Speicherchips sowie Logik- und Sensorchips als auch Transceiver- und Antennenstrukturen über vertikale Durchkontaktierungen miteinander verbunden werden sollen.
■ Hermetic MEMS & Sensor Packaging – Die Kombination von aktiven und passiven TSV-Silizium-Interposer-Wafern mit Kappen unter Verwendung von Wafer-zuWafer-Bonding-Technologien bietet neue Möglichkeiten für das hermetische WaferLevel-Packaging von MEMS-Komponenten. Mit den an seinen Standorten zur Verfügung stehenden den 200/300mm-kompatiblen Wafer-Level-Packaging-Prozesslinien kann das Fraunhofer IZM solche neuen hermetischen Wafer-Level-Packaging-Konzepte anwenden beziehungsweise weiterentwickeln.
■ High-Density Assembly – Aufbau- und Verbindungstechnologien müssen den unterschiedlichsten Erfordernissen von  mikroelektronischen Systemen, MEMS, Photonics, RF und Leistungselektronik gerecht werden und entsprechend mit Si, SiC, GaN, GaAs, InP, Ge und anderen Halbleitermaterialien umgehen können. Reflow-Lö
ten, Transient-Liquid-Phase-Löten (TLPB), Thermocompression-Bonden und Thermosonic-Bonden sind die bevorzugten Verbindungsmethoden für das Flip-Chip-Bonden.
■ Sensor-Entwicklung und -Integration – Mechanische Mikrosensoren gewinnen insbesondere aufgrund ihres geringen Formfaktors, des geringen Gewichtes und geringer Herstellungskosten in Anwendungsgebieten wie Automotive, Entertainment und Industrie zunehmend an Bedeutung. Fraunhofer IZM bietet eine komplette Sensorentwicklung – vom Lastenheft, Konzept und Herstellung von Sensorelementen bis hin zu Packaging und zum Test. Für die Realisierung der mechanischen Mikrosensoren werden verschiedene physikalische Halbleitereffekte genutzt, um eine genügend hohe Empfindlichkeit und eine zufriedenstellende Linearität zu erzielen.
■ Hybrid Photonic Integration – Die Photonik spielt eine zentrale Rolle für moderne, effiziente Beleuchtung, ultraschnelle Datenkommunikation und -verarbeitung sowie für moderne Sensoren in den Bereichen Umwelt, Verkehr, Industrie und Medizin. Die Expertise liegt im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechniken für photonische und optoelektronische Systeme, insbesondere bei der Integration von Optoelektronik, CMOS und MEMS, der Miniaturisierung  sowie der Zuverlässigkeit für verschiedene Anwendungsfelder.

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