ZVEI-FV23 FGIV/4 Roadmap für Dickschicht- und LTCC Schaltungen
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1 ZVEI-FV23 FGIV/4 Roadmap für Dickschicht- und LTCC Schaltungen LTCC Schaltungen im Anwendungsbereich professioneller Industrieelektronik und industrieller Sensorik Franz Bechtold VIA electronic GmbH, Hermsdorf
2 Übersicht PIDEA Weißbuch: Anforderungen an die AVT F+E Aktivitäten VIA electronic Prozesse Materialien Zusam menfassung
3 Anforderungen: PIDEA Roadmap, ZVEI Roadmap PACKAGING AND INTERCONNECTION DEVELOPMENT FOR EUROPEAN APPLICATIONS. WHITE BOOK - PIDEA TECHNICAL PROGRAMME - A strategic EUREKA cluster programme for Interconnection and Packaging in Europe
4 Anforderungen: Halbleiterintegration Verbindungstechnik Alle Angaben in µm Wire-bonding ball Wire-bonding wedge Tape Automated Bonding (TAB) Flip Chip (area array) Flip Chip (peripheral) Technologie-Trend: Linienauflösungen (fine pitch) unter 50µm Fehlstellenfreiheit der Landeplätze (bondpads) Matching der Ausdehnungkoeffiziente für große Halbleiter an Si (TAK < 4ppm)
5 Anforderungen: Gehäusetechnik Trend: vom quadratischen Flachgehäuse (QFP) zu Flächenanschlüssen in Form von Ball Grid Arrays (BGA), Land Grid Arrays (LGA) und Chip Size Packages (CSP). Häusung auf Wafer-Ebene (Wafer-Level Packaging) Gehäuseform Pitch (mm)-minimum. QFP 0,5 0,4 0,4 BGA 0,625 0,625 0,5 CSP 0,4 0,4 0,3 Technologie-Trends: Matching des Ausdehnungskoeffizienten an die Leiterplatte (TAK > 15ppm) Hohe Ebenheit der Verdrahtungsträger, Gute Hochfrequenzeigenschaften Hohe Oberflächengüte und Matching der TAKs für Wafer-Level Packaging
6 Anforderungen: Syste m in package (SiP), Trend: Integration unterschiedlicher Systemfunktionen ins Gehäuse im W ettbewerb zur monolthischen Integration in Silizium Multichipmodul unterschiedlichen Halbleiter-Bauelementen in einem Gehäuse (controllerprocessor unitcp U) Verbindung auch in Z-Richtung: 3D Verbindungstechnik. Integration funktioneller Ele m ente ins Gehäuse Kühlstrukturen, Medienanschlüsse, Linsen, Medienführungen, biochemische Interfaces Integration passiver elektronischer Bauelemente Widerstände,Kondensatoren, Spulen, Filter, Antennen Herausforderungen: Entwicklung angepasster Basiswerkstoffe Entwicklung funktioneller Werkstoffe Entwicklung derintegrationstechnologien und Prozesse
7 Anforderungen: Bestückungstechnik Trend: Erhöhung der Bestückungsgeschwindigkeiten, Reduzierung der Rüstkosten, hochpoliger und kleiner Bauelemente, BGAs und CSPs, 0201 Großflächige Nutzensubstrate Hohe Maßhaltigkeit Hohe Ebenheit Geringe Durchbiegung/Welligkeit/Verwindung Bleifreie Verbindungstechnik Herausforderungen: Reduzierung losabhängiger Materialschwankungen Reduzierung prozessabhängiger Materialtoleranzen Reduzierung von mechanischer Fertigungstoleranzen Reduzierung von Prozesstoleranzen
8 Anforderungen: Optoelektronik und Mikrosystemtechnik Trend: Sonderlösungen für Mikro-Optoelektronisch/mechanische Bauelemente (MOEMs) Und Mikroelektronisch/mechanische Bauelemente (MEMs) Kombination optische Wellenleitung und elektrische Leitung Integration optischer Leitungen in die Substratebene Exakte Positionierung optischer Komponenten Störungsfreie Verbindung zwischen Sensor und Sensorelektronik Herausforderungen Maßhaltigkeit, Positioniergenauigkeit Hochtemperaturfähigkeit, Temperaturwechselstabilität
9 Anforderungen: Biotechnologie und chemische Sensorik Trend: Integration von Sensorik und Fluidik, Lab on Chip Lösungen, Integrierte Mikroreaktionstechnik Kombination von Fluidik, biochemischer und chemischer Mikroreaktionstechnik in Kombination mit mikrooptischen und mikrosystemtechnischen Komponenten der Sensorik und Aktorik Herausforderungen Chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien Biokompatibilität Elektrisch/biologische Interfaces Kein intrinsischer Kontaminationseintrag
10 Herausforderung Integrationstechnik: Micro-Via Technologie Stand der Technik Durchmesser Micro Via (µm) Linienauflösung (µm). 100/100 75/75 50/50 Fang Pad Durchmesser Anzahl Aufbaulagen pro Seite 1 2
11 Herausforderung Integrationstechnik: Siebdruck Stand der Technik Via Durchmesser (µm <80 Via Abstand (µm) <200 Leiterbahnbreite (µm) <100 Leiterbahnabstand (µm) <100
12 Prozesstechnik: Fodel und Ätztechnik Photolithographische Dickschicht(FODEL) Leiterbahnbreite und Abstand < 50µm Einsatz: F+E, Kleinserien Basissubstrat:DuPont 951,cofired Fine line Siebdruck, 60 µm Breite geätzte Dickschicht, 60µm Breite Einsatz: F+E Basissubstrat:DuPont 951, postfired
13 Prozesstechnik: Dünnfilmtechnik Fine Pitch CSP Anschlüsse Raster 100µm HF Dünnfilmstrukturen mit geringen Verlusten Dünnfilmanbindung auf 90µm Via, 50µm Linienbreite, 50µm Abstand
14 Herausforderung Prozesstechnik: 0-Schrumpfung Selbst unterstütztes Sintern Drucklos unterstütztes Sintern Basismaterial: Heralock 2000 Basismaterial: Ceramtape GC
15 Herausforderung Materialentwicklung: Wafer Level Packaging Materialentwicklung im regionalen Verbund: FANIM AT. TAK angepasst an Si Chemismusfür anodischen Bondprozess entwickelt Oberfläche geläppt und poliert
16 Herausforderung Materialentwicklung: ferritische Werkstoffe Materialentwicklung im regionalen Verbund: FANIM AT SMT Hochleistungsinduktivitäten 16 Lagen,Metallisierung: Au, AgPd Induktivitäten: 0,2 bis 2 mh
17 Herausforderung neue Materialien : hoch K Tape Teststrukturen für den Einsatz in HF Anwendungen Basistape:DuPont 951 Metallisierung: Au Hoch K Tape ESL K=100 Leiterbahnbreite: 125 µm Leiterbahnabstand: 70µ m
18 Prozesstechnik: integrierte Fluidik und Medienführung Fluidik Chip mitintegrierten Hochspannungsleitungen Bio-Sensor Modulmit integrierter Fluidik Medienanschluß mit 100µm Kanal
19 Zusammenfassung Verbesserung der Prozesstechnik zur Erhöhung der Miniaturisierung Siebdruck bis 50µ m, Photostrukturierbare Dickschichtfür Strukturen unter 50µ m Dünnfilm fürstrukturen bis 20µm Micro Via Technologie für Vias unter 50µ m Verbesserung der Prozesstechnik zur Erhöhung Zuverlässigkeit Galvanisierung zur Verbesserung derbond- und Lötfähigkeit 0Schrumpfungsprozesse zur Verbesserung der Via A nbindung Dünnfilm und Fodel zur Verbesserung der HF Eigenschaften
20 Zusammenfassung Neue Materialien und Prozesse zur Erhöhung der Funktionalität Sensorschichten in Dickschicht und Dünnfilmtechnik Monolithische Integration von hoch K- und low K Werkstoffen Monolithische Integration von ferritischen Werkstoffen Monolithische Integration von Widerständen Hermetische Integration von Fluidikstrukturen
21 Zusammenfassung Neue Materialien und Prozesse zur Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten Chemisch resistente Systeme zum besseren Einsatz in der Dünnfilmtechnik TCE angepasste Werkstoffefür Leiterplatte und große Halbleiter Geeignete Systeme für WaferLevel Packaging Geeignete Systeme für neuartige Komponente und passive Integration Geeignete Metallisierungen für moderne Anschlüsse µbgas, BGAs Geeignete Systeme für Vorprozesse Lapping, Polieren
22 Technologie Road map für LTCC Schaltungen Prozesse 0-Shrinkage sintering technology Screen printing: < 80µm Lines and spaces Photolithographic thickfilm: < 60µm lines and spaces Thinfilm: < 30µm lines and spaces
23 Technologie Road map für LTCC Schaltungen Passive Integration Integrierte Widerstände Integrierte Kondensatoren Integrierte Induktivitäten
24 Technologie Road map für LTCC Schaltungen 3-d Integration Vertikale Schirmung B usverbindung BGA and LGA Pin-out µ BGA
25 Technologie Road map für LTCC Schaltungen Hermetisierung Brazingtechnik für W ärmesenken Ringframes Leadframes Optische Bauelemente
26 Technologie Road map für LTCC Schaltungen Zusammenfassung Hartlöten großer Bauelemente bei nicht angepaßtem Ausdehnungsverhalten: LTCC mit Stahlgehäuse
27 Technologie Road map für LTCC Schaltungen Zusammenfassung
28 Herausforderung Prozesstechnik: 0-Schrumpfung Druck unterstütztes Sintern Basismaterial DuPont 951 Cavities, postfire gelasert Sacklöcher, postfire gelasert Vias 90µm Anbindung in Dünnfilmtechnik
29 Prozesstechnik: integrierte Fluidik und Medienführung Fluidkanal 0,1 x 0,1 m m Fluidkanal 0,2 x 0,2 m m Fluidkanal 0,4 x 0,6 m m Sensorgehäuse mitintegrierter Medienführung
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