Hochfrequenztechnik in Glas
In der Aufsicht des Packages sind Leiterbahnen, ASIC und Wellenleiterhalterung zu sehen
Um Elektroniksysteme für Hochfrequenzanwendungen zu realisieren, wurde in einem Verbundprojekt ein neuartiger Technologiebaukasten für das Sensor-Packaging geschaffen. Glasinterposer sollen dabei mehrere Chips zu einem multifunktionalen System-in-Package verbinden.
Um im Umfeld des Internets der Dinge wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen auch mittelständische Unternehmen der Industrie- und Prozessmesstechnik ihre Sensorschaltungen zunehmend in ASICs integrieren. Diesem Bedarf kommt die Halbleiterindustrie aktuell mit niedrigeren Kosten für Entwicklungsdurchläufe und abnehmenden Stückzahlhürden entgegen. Im Chip-Packaging findet dies nicht ausreichend statt. Dadurch könnten ASICs mit individuellen Packages an den Stückzahlhürden der vorwiegend asiatischen Package-Dienstleister scheitern. Eine Lösung bietet nun ein Konsortium aus sieben Partnern aus Industrie und Forschung. Dazu wurden im BMBF-geförderten Projekt ›Glasinterposer-Technologie zur Realisierung hochkompakter Elektroniksysteme für Hochfrequenzanwendungen‹ (GlaRA) Radarsensoren für die Industrie- und Prozessmesstechnik realisiert. Die gegenüber der Mobilfunktechnik höheren Frequenzen von über 100 GHz und die strengeren Umweltanforderungen schließen Standardpackages aus. Sie müssen an spezialisierte Sensor-ASICs anpassbar sein und sich zugleich zu wettbewerbsfähigen Kosten in mittleren Stückzahlen realisieren lassen.
Das Konsortium hat hierzu eine Interposer-Technologie auf Basis von Glas für breitbandige Millimeterwellenmodule mit Anwendungen in Sensorik und Kommunikation bei Frequenzen über 100 GHz als System-in-Package (SiP) aufgebaut und charakterisiert. Der demonstrierte Technologiebaukasten stellt eine Revolution für das Sensor-Packaging dar: Gegenüber dem Stand der Technik erhöht er die integrierbaren Funktionalitäten durch verschiedene Wellenleiterkonzepte, hochdichte Mikroverdrahtung sowie hermetische Verkapselung. Zudem ermöglicht er durch hohe Genauigkeiten und Materialgüten Anwendungen bis zu 300 GHz. Dies wird innerhalb eines einzigen Materialsystems (Glas) unter anderem durch exzellente Wellenleitungseigenschaften und hochpräzise Mikrobearbeitung realisiert.
Durch die Verwendung von Glasinterposern mit elektrischen Durchführungen (Vias) wurde ein hermetisches Packaging demonstriert, bei dem die Komponenten zwischen zwei Glasinterposern eingeschlossen werden (Bild 1). Die Herstellung der Packages erfolgt dabei auf Waferebene bis 300 mm Durchmesser. Dafür kommen angepasste Standardanlagen aus der Bearbeitung von Siliziumwafern zum Einsatz. Glas ist zudem auch in großen Panel- formaten verfügbar: Eine Skalierung zu großen Stückzahlen wird dadurch deutlich vereinfacht. Demonstriert wird dies anhand eines äußerst kompakten Radar-Frontends für Radarfüllstandsensoren bei einer Betriebsfrequenz von 160 GHz, das beim Maulburger Unternehmen Endress + Hauser aufgebaut wurde. [...]
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