Safety & Security Transport & Mobility IT & Communication Ambient Assisting Living & Health Care Energy Management & Harvesting Lighting Application E

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Michaela Kohl
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1 Multifunktionale Systeme - Technologie und Applikation Klaus-Dieter Lang

2 Safety & Security Transport & Mobility IT & Communication Ambient Assisting Living & Health Care Energy Management & Harvesting Lighting Application Environments Automation & Machine Construction M.J. Wolf, K.-D. Lang, H. Pötter (Fraunhofer IZM)

Harvesting Lighting Application Environments Automation &

3 Beispiel: Energiesektor Intelligente Nachfrage- und Netzsteuerung macht regenerative Energie erst konkurrenzfähig Online- Zustandsüberwachung und Leistungssteuerung des Windrades Online- Boden- und Umweltüberwachung beim Einsatz des Windrades über Sensorknotennetze Fälschungssicherer Führerschein ersetzt Schlüssel Echtzeit-Routenführung via Internet

Windrades Online- Boden- und Umweltüberwachung beim Einsatz des Windrades über

4 Challenges for System Integration Technologies Safety & Security Transport & Mobility IT & Communication Ambient Assisting Living & Health Care Energy Management & Harvesting Lighting Products driven by: Miniaturization & Formfactor Functionality & Performance Low Power Consumption Material and Energy Efficiency Manufacturing Cost Reduction Automation & Machine Construction M.J. Wolf, K.-D. Lang (Fraunhofer IZM)

driven by: Miniaturization & Formfactor Functionality & Performance Low Power Consumption Material and

5 Key Technology Platforms Source: Frost & Sullivan

6 Technologien für multifunktionale Systeme MEMS Passives 3D Integration III-V Polym. Keram Si IC Si Monolithisch höchste Integrationsdichte niedrigste Flexibilität geringe Funktionsbreite On Top Techn. Polym. Si hohe Integrationsdichte mittl. Flexibilität mittl. Funktionsbreite Prozessverträglichkeit mittl. Integrationsdichte höchste Flexibilität höchste Funktionsbreite unabh. von der Wafergr. Polymer-, Keramik-, III-V- und Siliziumtechnologien H. Reichl, K.-D. Lang, H. Pötter (Fraunhofer IZM)

Si hohe Integrationsdichte mittl. Flexibilität mittl. Funktionsbreite Prozessverträglichkeit mittl.

7 Waferlevel Packaging Technologies

8 Chip Stacking Trend Interconnects: 2015 Rewireing Layer Silicon Interposer SiP Silicon 3D Integration All Silicon System Integration Through Silicon Via - TSV Interconnects to PCB Interposer Fraunhofer IZM

All Silicon System Integration Through Silicon Via

9 3D All Silicon Integration - Silicon Interposer Trends 2010 / µm 1.6 µm RDL Cu pitch/thickness: 15 µm / 5µm 1µm / 2µm interposer Joiner 70 µm 15 µm BGA ball via density: 2500 via/mm² via/mm² 20 µm 3.3 µm Vias pro mm²

10 MST SmartSense X-Ray -CT Compression molded 6 -Wafer Development of multi-sensor module (e.g. pressure, acceleration, inertial) for consumer electronic, industrial electronic and traffic application Development of substrateless technology TMV for 3D Routing Molded Wafer Level Package with PCB-tech based redistribution Wafer molded 2-Chip Package with RCC (resin coated copper) based RDL

application Development of substrateless technology TMV for 3D Routing Molded Wafer Level

11 Technological Solutions: 3D System in Package Example of 3D SiP for fast Graphic Processing Package with Silicon Interposer (Cu- TSV & Cu- RDL) and flip chip assembled Graphic Processor and Memory M. J. Wolf, M. Töpper, O. Ehrmann, et al. (IZM)

Interposer (Cu- TSV & Cu- RDL) and flip chip assembled

12 Medical Application Wireless Neural Interface * Data from up to 100 electrodes: RF (e.g., 433 MHz or MHz) Power (~2.6 MHz coil; <100 mw) Configuration/control signals (<100 kbit/sec) Fraunhofer IZM ** *NIH/NINDS Neural Prosthesis Program Contract No.: HHSN C **DARPA Revolutionizing Prosthetics Award No: Flat array Slant array

6 MHz coil; <100 mw) Configuration/control signals (<100 kbit/sec) Fraunhofer IZM **

13 TSV- Application & Market

14 Boardlevel Packaging Technologies

15 Chip in Polymer - Standardization QFN Package Test Vehicle size 10x10 mm² thickness.140 µm 84 I/Os, 400 µm pitch chip size 5x5 mm chip pitch 100 µm test vehicle for advanced developments new materials alternative interconnects defect mechanism study realisation in lab environment panel size 350x250 mm² 600 QFN per panel version A version B

advanced developments new materials alternative interconnects defect mechanism study

16 QFN Package Realisation and Test first panels realised with 30 µm vias total QFN thickness 150 µm

17 Dual-Chip System in Package PoP memory analog chip baseband chip top RCC 2 top RCC 1 top chip adhesive adhesive bottom chip bottom RCC 1 System in Package BGA Module 2 embedded chips 5 Cu routing layers stacked micro vias total thickness 450 µm JEDEC Level 2A passed 1000 cycles -55 / C passed 1000 h 85 C / 85 % r. h. passed cross-section of dual chip SiP bottom RCC 2 cross-section of complete SiP x-ray image

stacked micro vias total thickness 450 µm JEDEC Level 2A passed 1000 cycles -55 / + 125 C passed 1000 h

18 Smart Label mittels iboard-technologie Einlaminierengeklebter Interposer Treiber RFID Controller C. Kallmayer, J. Hefer, et al. (Fraunhofer IZM)

19 Application - 77 GHz Automotive Rader System Status: Embedded device achieved excellent performance at 77 GHz, superior to coventional inter- connection technologies. Cost estimations show a 30 % cost reduction. images of embedded RF chip KF. Becker, A. Ostmann, T. Braun, L. Böttcher, M. Koch, R. Kahle (Fraunhofer IZM)

technologies. Cost estimations show a 30 % cost reduction.

20 Embedded Pacemaker Module realisation of a cardiac pacemaker module with embedded microcontroller assembly of SMD components on top µ-controller embedded in PCB microcontroller embedded in a PCB

21 Test layout 4 FC/interposer layers ca. 170µm thickness ultrathin FC stack Chip Patent pending A B A-B Void 170µm Julian Haberland

22 Process-eGrains: Miniaturisierte Funksensorik im Industrieumfeld Gesteigerte Robustheit durch Angepasste Systemsoftware Miniaturisierung über Einbetttechnologien Industrie kompatibles Gehäuse V=2cm³; f=868mhz; S=a, T, L Integrationstechnologie FR4 mit SMD-Einbetttechnik zur ersten Inbetriebnahme ( Engineering-Samples unter Verwendung der AML-Technologie der Fa. Hofman- Leiterplatten) Modulkonzept über Core-Substrat mit Basis- Architektur sowie Sensor-Boards mit Randkontakten Umsetzung mit Chip in Polymer -Technologie sowie Mehrchiplösung M. Niedermayer, V. Großer, St. Guttowski, et al. (Fraunhofer IZM)

23 3D Product Roadmap µp Modules Logistic, Communication Automotive Security Source: Yole

24 SMT-Kongresstag Embedding-Technologien und ihre Wertschöpfungskette bei elektronischen Baugruppen Vormittag Embedding-Technologien als Steigerung der Wertschöpfung in der Leiterplatte Nachmittag Anwenderanforderungen und Erfahrungen zum Einsatz von Embedding-Verfahren 1. J. Stahr (AT&S): Embedding-Technologien ein Überblick zu Entwicklungsstand, Märkten Anwendungen 2. A. Ostmann (Fraunhofer IZM): Zukünftige Entwicklungen zum Embedding in Polymersubstraten 3. L. Pietrzak (Koenen): Hochwertige Schablonentechnik für die Integration höhenverteilter Komponenten in die Leiterplatte 4. T. Gottwald (Schweizer Elektronik): Chip-Einbettung in Multilayer Substrate 5. H. Kostner (Datacon): Dünnchip-Montage für Embedding und 1. T. Hoffmann, B. Schuch (Continental): Anwendung von Embedding-Technologien aus Sicht eines Herstellers von Automobilelektronik 2. O. Hellmund (Infineon): Einbett-Technologie in der Power-Elektronik 3. F. Betschon (Vario-Optics): Integration planarer Polymerwellenleiter 4. M. Sachs (db-electronic): Heatsinkleiterplatten für Power- LED-Anwendungen 5. M. Gossler (MSE): Assembly und Packaging von Elektronikmodulen für medizinische Implantate ein Überblick 6. J. Kostelnik (Würth): Die funktionelle Integration von aktiven und passiven Komponenten in die Leiterplatte im industriellen Umfeld 6. M. Riester (Maris Techcon): Anwendungstrends und Marktfelder der Einbetttechnologien im Vergleich zur Standard HDI-Technik

25 Future Packaging Technologien, Produkte, Visionen Fertigungslinie SMT/HYBRID/PACKAGING 2010 Medizinelektronik - Technologische und logistische Herausforderungen in der Baugruppenfertigung H. Pötter, E. Jung, et al. (Fraunhofer IZM)

26 Substrate Line Equipment, Technologies & Applications Equipment from PCB manufacturing to assembly and test Technologies: from high density structuring to stretchable substrates Applications: from power to wearables and medical

27 Fertigungslinie SMT 2010 Medizinelektronik - Technologische und logistische Herausforderungen in der Baugruppenfertigung Board 2010 Fraunhofer IZM

28 Fertigungslinie SMT 2010 Medizinelektronik - Anforderungen an die Baugruppe Anforderung Miniaturisierung bei höherer Funktionsvielfalt Kleine Seriengrößen mit hoher Wertschöpfung Einzelprodukt statt Fertigungslos-bezogene Qualitätssicherung. Außerordentlich hohe Lebensdaueranforderungen (z.b. bei Implantaten) Rückverfolgbarkeit Board SMT 2010 Fine-pitch, CoB, Ein-betten und Dünn-chiptechnologie zur Miniaturisierung Dickdrahtbonden für mehr Funktionalität Laserbearbeitung, Jetting, Lotpastendispensing für mehr Flexibilität Barcode und Linerecorder für Rückverfolgbarkeit AOI oder Inline X-ray -Inspektion zur Qualitätssicherung

29 Rommel (Verkettung, Prozesslogistik) Brady (Labeling) DEK Printing Machines (Drucken von Lotpaste) (Nordson ASYMTEK (Pastendispenser) Linienteilnehmer IBL Löttechnik GmbH (Dampfphasenlöten) ViTECHNOLOGY (Bauteil-AOI) ATEcare Service (Pasten-AOI) F&K Delvotec (Drahtbonden) Siemens Electronics Assembly Systems (Pick & Place Bestücker) Nordson YESTECH (Inline X-Ray) Werner Wirth Systems/ PVA (Selektives Schutzbeschichten und Dispensen) LPKF Laser& Electronics AG (Laser-Nutzentrenner) Handke Industriesoftware (Tracing) Fraunhofer IZM (Technologie)

30 AUSSTELLER und Sponsoren Mitaussteller Sponsoren der Linie Applikationszentrum Smart System Integration ATEcare Service GmbH & Co. KG Ersa GmbH Fraunhofer IKTS Fraunhofer ISIT Fraunhofer IZM (MMZ) globalpoint ICS GmbH HARTING AG Mitronics Pac Tech Packaging Technologies GmbH Promatrix GmbH syscom electronic GmbH Universität Erlangen - FAPS Wagenbrett GmbH Zierick/ Werner Wirth Murata Elektronik GmbH (01005-Bauteile) RAFI GmbH & Co. KG (Schalter/ Taster) Würth Elektronik GmbH & Co. KG (Leiterplatte) Ziereck/ Werner Wirth (Batteriekontakte)

31 Wir freuen uns auf Ihren Besuch in Halle 6, Stand 430 Halle 7 Technik Lager Fertigungslinie

32 Wir freuen uns auf Ihren Besuch in Halle 6, Stand 430zur Halle 7 Technik Lager Fertigungslinie

33 Ich wünsche gute und erfolgreiche Gespräche auf der Messe, auf dem Kongress und an der Fertigungslinie. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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