Neue Lösungen der Integrationstechnik mit niedrig sinternder Mehrlagenkeramik (LTCC) fanimat micromoldnet optonet Interdisziplinäres

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Marcus Schäfer
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1 Neue Lösungen der Integrationstechnik mit niedrig sinternder Mehrlagenkeramik (LTCC) fanimat micromoldnet optonet Interdisziplinäres Kooperationsforum

2 Das Unternehmen Gründung: Sitz: Industriepark Tridelta, Hermsdorf/TH Geschäftszweck: Entwicklung, Produktion und Vermarktung von LTCC Produkten Produkte: Mehrlagensubstrate, Multichip Module, 3-D Gehäuse, Bauelemente Kernkompetenz: kundenspezifische Problemlösungen in Mehrlagenkeramik LTCC

3 Dienstleistungen Entflechtung vom Schaltplan mit modernen CAD Anlagen Flexible Fertigungslinie, unterschiedlichste Losgrößen Fertigungskapazität von über 5 Mio Schaltungen p.a. Zuverlässige Prozessführung im Reinraum Hochwertige Prüftechnik Erfahrung mit verschiedenen Materialsystemen Entwicklungskapazität Material und Elektronik im Netzwerk

4 Produkte Keramische Multilayer Substrate Komplexe 3D Mehrlagengehäuse Multichip Module Substrate für die Dünnfilmtechnik Keramische Bauelemente HF Module

5 Übersicht Einleitung Multilayer Keramik vs. Multilayer Leiterplatte Anforderungen an die Gehäusetechnik Der Match-X Lösungsansatz Neue Match-X Module Kundenspezifische 3d (Mems) Gehäuse LTCC integrierte Funktionen Neuentwicklungen und Ausblick

6 Der LTCC Prozess Ungebrannte Keramikfolien (ceramic) werden mechanisch in Form gebracht Vertikale Leitungsstrukturen(Vias) werden als winzige Löcher gestanzt und anschließend mit Metallpaste gefüllt Die laterale Leitungsstruktur wird in Dickschichttechnik aufgebracht Die einzelnen Lagen werden exakt aufeinander positioniert und durch einen Warmpreßvorgang zu einem homogenen Paket miteinander verbunden Dieses Paket wird in einem einzigen Sinterprozeß (cofiring) bei niedrigen Temperaturen( low temperature) von ca. 900 C zum verdrahteten Substrat oder Gehäuse gebrannt

7 Mehrlagenkeramik vs Multilayerleiterplatte + Thermal conductivity + Reliability + Life time + Integration density + Passive integration + Insulation resistance - Costs - Lead times - Electrical conductivity - Line definition + RF stability

Spezifische Lösungen für hohe Stückzahlen im Automobil Modulare Lösungen für hohe Variantenvielfalt und kleine Stückzahlen im Maschinenbau Level 2

8 Spezifische Lösungen für hohe Stückzahlen im Automobil Modulare Lösungen für hohe Variantenvielfalt und kleine Stückzahlen im Maschinenbau Level 2 Package Pressure Sensor & Temperature Sensor A/D-Converter Microcontroller Program & Data Memeory Bus Interface Auxiliary Functions Plug (satisfies DIN 43650)

Der Match-X Ansatz der Semistandardisierung Match-X 3D Gehäuse Match-X Cover Land Grid Array 1 64 1 7 49 48 8 15

9 Der Match-X Ansatz der Semistandardisierung Match-X 3D Gehäuse Match-X Cover Land Grid Array Wire Bond Loop Die Bus Vias Ball Grid Array Match-X Carrier Int ernal Rew iring Layer 17 32

10 Match-X integrierte LTCC Gehäuse LTCC gehäuste Anwendungsbeispiele: µkontroller, Processor, Interface, Speicher

11 Neue Match-X Module: DSP - Baugruppe Zweiseitige Bestückung in der Kavität Wandhöhe: 3.2mm Produktentwicklung im Verbund DSP hohe Integrationsdichte Frame Can-Interface RAM RS232-Interface Quarz Cover with LGA SMD Bottom with BGA Gute Wärmeabfuhr stressarme BGA Verbindung durch Si angepassten TAK hohe Zuverlässigkeit in rauher Umgebung

Neue Match-X Module: BGA 63 Drucksensor Produktentwicklung im Verbund: Das LTCC Gehäusekonzept ist wesentlicher Teil des Modulansatzes: Absoluter Druck Relativer

12 Neue Match-X Module: BGA 63 Drucksensor Produktentwicklung im Verbund: Das LTCC Gehäusekonzept ist wesentlicher Teil des Modulansatzes: Absoluter Druck Relativer Druck Differenzdruck Verfügbar in unterschiedlichen Empfindlichkeiten (Chip Größen) µprozessor kann nahe am Sensor integriert werden Kompatibel zum Match-X-Baukasten

13 New Match-X Module: MORES Sensor Produktentwicklung im Verbund Sensor-Oberseite mit Rückseitigen Kontakten MATCH-X kompatibel 12.5mm/BGA 63 Gehäuse Optisches Signal Optisch funktionelles Glas sensor chip Verschiedene Sensor Anwendungen Dünnfilm Kontakte Lötkontakte vias MATCH-X- BGA 63 Umverdrahtung

14 Kundenspezifische Integrationslösungen 80mm,thermal vias Integrated gas channel 6mm sidewalls DSP: lid and package Feed trough insulator 3d TO package Integrated resistors

15 Kundenspezifische Integrationslösungen L/C Bandpass Leistungsumformer Integrierte Fluidik Integrierte Optische Bauelemente LC phasenschieber Integrierte Widerstände

16 Verfügbare Neuentwicklungen im Verbund Si angepasstes Matched LTCC für anodisches bonden auf Wafer Ebene AuSn löten von Lead frames, Rahmen und Wärmesenken Hochleistungs LTCC Technologie zur Integration optische Bauelemente Ferritisches LTCC für Flachspulen und Leistungstransformer Fine pitch Technologie für Hohe Frequenzen Direkte Dünnfilmbeschichtung auf LTCC

17 Laufende Neuentwicklungen im Verbund Integrierte Mikroprägetechnik für hohe Leistungsdichte Integrierte Mikroreaktoren 0- Schrumpfungstechnologie für höchste Präzision Monolithische Integration von R-C-L Komponenten Integrierte Brennstoffzelle Integration von Sensoren in Dickschicht und Dünnfilmtechnik

18 Beispiel: 0-Schrumpfung Selbst unterstütztes Sintern Drucklos unterstütztes Sintern Basismaterial: Heralock 2000 Basismaterial: Ceramtape GC

19 Beispiel: 0-Schrumpfung Prozessentwicklung im Verbund: Druck unterstütztes Sintern Basismaterial DuPont 951 Cavities, postfire gelasert Sacklöcher, postfire gelasert Vias 90µm Anbindung in Dünnfilmtechnik

20 Beispiel: Anodisch bondbare LTCC Materialentwicklung im regionalen Verbund: FANIMAT. TAK angepasst an Si Chemismus für anodischen Bondprozess entwickelt Oberfläche geläppt und poliert

21 Beispiel: Hochpermeable ferritische Folien Materialentwicklung im regionalen Verbund: FANIMAT SMT Hochleistungsinduktivitäten 16 Lagen, Metallisierung: Au, AgPd Induktivitäten: 0,2 bis 2 mh

22 Beispiel: Ferritfolien Teststrukturen für den Einsatz von Ferritfolien Werkstoff: Heraeus Metallisierung: AgPd Viadurchmesser: 100µm Leiterbahnbreite: 200µm Leiterbahnabstand: 70µm

23 Beispiel: monolithisch Integrierte Kondensatoren Teststrukturen für den Einsatz in HF Anwendungen Basistape: DuPont 951 Metallisierung: Au Hoch K Tape ESL K=100 Leiterbahnbreite: 125 µm Leiterbahnabstand: 70µm

24 Beispiel: monolithisch integrierte Kondensatoren Teststrukturen für den Einsatz in HF Anwendungen Basiswerkstoff: Low K Tape ESL Integriert: Hoch K Tape ESL Metallisierung: Au

25 Beispiel: integrierte Fluidik und Medienführung Fluidkanal 0,1 x 0,1 mm Fluidkanal 0,2 x 0,2 mm Fluidkanal 0,4 x 0,6 mm Sensorgehäuse mit integrierter Medienführung

26 Beispiel: integrierte Fluidik und Medienführung Fluidik Chip mit integrierten Hochspannungsleitungen Bio-Sensor Modul mit integrierter Fluidik Medienanschluß mit 100µm Kanal

27 Perspektive und Ausblick Überlegene Zuverlässigkeitseigenschaften Hohe Integrationsfähigkeit mit neuen Funktionen Neue Eigenschaften mit nanotechnologischem Ansatz Hohes Innovationspotenzial für neue Lösungen Hohe Innovationsgeschwindigkeit im regionalen Netzwerk Nachhaltiges Wachstumspotenzial

28 Ende Teile der präsentierten Arbeiten wurden im Rahmen der Verbundprojekte Optabasis, HMIC, Alma, Match-Druck, AHRMS, Fluidik,20GHz+, Imodas und Emsig vom TMFK, vom BMBF und von der EU gefördert.

29 Dieses Dokument wurde mit Win2PDF, erhaeltlich unter Die unregistrierte Version von Win2PDF darf nur zu nicht-kommerziellen Zwecken und zur Evaluation eingesetzt werden.

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