ATTI DEL CONVEGNO Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Vicenza, Fiera IMPAtec 06 Venerdì 13 Ottobre 2006 IN COLLABORAZIONE CON:
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Vicenza, 13 Ottobre 2006 In occasione della Fiera IMPAtec 06 A cura di Sportello Tecnologico Area Innovazione R&S Fondazione Giacomo Rumor Centro Produttività Veneto (CPV) Via E. Fermi, 134, 36100 Vicenza Tel. 0444 994725, Fax. 0444 994740 Email: areainnovazione@cpv.org www.cpv.org
La riproduzione totale o parziale della pubblicazione è vietata. Per la citazione di questo volume si raccomanda la seguente dizione: Fondazione Giacomo Rumor Centro Produttività Veneto (CPV) (a cura di) 2007. Atti del Convegno Microelectronic Packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto.
INDICE Foto convegno V Prefazione VII Relazioni Indirizzi di saluto pag. 11 Valentino Ziche Presidente della Fiera di Vicenza. Dino Menarin Presidente della Camera di Commercio IAA di Vicenza Introduzione ai lavori pag. 12 Franco Masello Componente di Giunta della Camera di Commercio IAA di Vicenza Dall idea alla produzione lavorare con il Fraunhofer IZM Nuove tecnologie per l integrazione e la miniaturizzazione dei sistemi microelettronici Esempi di applicazioni innovative pag. 13 Frank Ansorge Head of Department Micro-Mechatronic Systems of Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Microsistemi in silicio ricerca e sviluppo in collaborazione con ITC-IRST pag. 50 Mario Zen Direttore Centro per la ricerca scientifica e tecnologica (ITC IRST), Fondazione Bruno Kessler Microsistemi, packaging microelettronico, applicazioni industriali innovazione dei prodotti con OPTOI pag. 72 Alfredo Maglione Presidente Optoi Microelectronics Nuove soluzioni di prodotto con il microelectronic packaging pag. 87 Marco Gilioli DGTech Engineering Solutions Adolfo Deltodesco GS Generale Sistemi div. TagItalia Renè Razvan Synapto S.r.l Microelectronic packaging nuovi materiali compact design: il contributo del disegno industriale per la competitività dei prodotti pag. 119 Raimonda Riccini Vicedirettore Corso di Laurea Disegno Industriale Istituto Universitario di Architettura di Venezia (IUAV) III
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006 FOTO CONVEGNO V
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006. PREFAZIONE L integrazione di sistema e il packaging miniaturizzato dei prodotti elettronici si è trasformato sempre di piú in un fattore di successo economico nei settori elettronici, delle telecomunicazioni, dell ingegneria meccanica e automotive. La ricerca e lo sviluppo di prodotti elettronici sono in continua evoluzione. L adozione di componenti micro-elettronici, micro-meccanici e micro-optomeccanici, permette di costruire sistemi multifunzione altamente miniaturizzati. L utilizzo delle micro-tecnologie permette la produzione di prodotti di dimensioni sempre piú ridotte e sempre piú autonomi dal punto di vista funzionale ed energetico. Il packaging microelettronico gioca un ruolo fondamentale nella miniaturizzazione, con aumento delle funzionalità, riduzione dei costi e possibilità di realizzare forme di design compatibili con ambienti e modalità d uso impensabili alcuni anni fa. Si pensi ai cellulari, alle fotocamere dell ultima generazione, ai display integrati nei capi d abbigliamento, ai sistemi di riconoscimento (RFID compresi), ai microrobot impiegati in medicina, ai cruscotti delle nostre auto, ove viene concentrata una elevatissima quantità di elettronica in soluzioni di design sempre meno ingombranti e in continua evoluzione tecnologica. Nel corso della manifestazione fieristica IMPATEC, tenutasi a Vicenza a cura dell Ente Fiera di Vicenza il 13 Ottobre 2006 è stato organizzato il convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto per aprire una nuova finestra nel mondo del packaging, molto meno ampia di quella che guarda ai settori dell imballo per alimenti o ai contenitori speciali per l asporto dei rifiuti, ma altrettanto importante nel futuro sviluppo delle applicazioni industriali intelligenti, di cui si stanno dotando i prodotti delle PMI del Nordest. Il convegno ha inteso anche mettere in evidenza da un lato che le soluzioni di micropackaging sono a portata di mano delle PMI sia in Germania con il Fraunhofer Institut che in Italia con Aziende e Istituzioni di rilievo e dall altro che i designer e i progettisti non possono prescindere da tali soluzioni per conferire maggiore competitività a nuovi prodotti ( basti pensare alle miniaturizzazioni che il designer spesso richiede alle funzionalità elettroniche, che devono essere immerse e distribuite nei prodotti per conferire loro l intelligenza diffusa ). I lavori del convegno sono stati coordinati dall ing. Donato Bedin con la collaborazione dell ing. Cristina Tiziani e dello Staff dell Area Innovazione della Fondazione Giacomo Rumor Centro Produttività Veneto (CPV). Di seguito sono riportati, gli estratti degli interventi salienti dei numerosi e qualificati ospiti intervenuti.
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto RELAZIONI
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006. INDIRIZZI DI SALUTO A cura di Valentino Ziche - Presidente della Fiera di Vicenza A cura di Dino Menarin Presidente della Camera di Commercio IAA di Vicenza e della Fondazione Giacomo Rumor - Centro Produttività Veneto (CPV) Valentino Ziche Per accompagnare le imprese bisogna fare molta ricerca, bisogna trovare mestieri nuovi e anche Vicenza, che è la vetrina del mondo produttivo, si deve adoperare per accompagnare non soltanto l esposizione dei prodotti ma indirizzare la ricerca. Mi è doveroso ringraziare il Fraunhofer Institute IZM, di Berlino e l IRST di Trento per la loro disponibilità a partecipare al convegno e il CPV che ha organizzato l evento. Questo incontro ha un significato molto importante perché vuol dire affiancare il mondo della ricerca a quello del lavoro, generare idee e portare innovazione e quindi dare una grossa mano al nostro mondo produttivo. Non mi rimane che augurarvi buon convegno e passare la parola al presidente Menarin. Dino Menarin Desidero salutarvi brevemente perché credo che la giornata debba essere dedicata soprattutto a quelli che sono i temi che più direttamente interessano le aziende. Sono presidente non solo della CCIAA di Vicenza ma anche del CPV che è nato negli anni 50 per applicare le nuove azioni organizzative provenienti dagli USA dove era necessario procedere con una ricostruzione e dare nuovo slancio alle attività produttive. Oggi siamo in una condizione diversa, ma per certi versi simile a quella in cui ci siamo trovati alla fine della seconda guerra mondiale. Siamo di fronte alla necessità di un miglioramento. In questa provincia l export, fino a qualche anno fa pari al 74%, è rappresentato da produzioni a basso valore aggiunto, per così dire tradizionali, manifatturiere. E assolutamente evidente che bisogna contare certamente su quella che è una generazione imprenditoriale che è straordinaria, ma anche sulla necessità di procedere ad una trasformazione che può trovare soprattutto nei temi della ricerca e dell innovazione a 360 quelle che sono le motivazioni di quest evoluzione. Il trasferimento di conoscenze per le piccole aziende deve essere facilitato: ecco la funzione del CPV. Ringrazio i relatori, in particolare il Fraunhofer Institute, con il quale abbiamo avuto una collaborazione ancora un paio d anni fa. Sentiamo la necessità di incrementare ed implementare questa collaborazione, visto il lavoro che il Fraunhofer svolge soprattutto in Germania, è assolutamente importante. Dobbiamo imparare, inoltre, a trasferire questa conoscenza sul nostro territorio. Un ringraziamento anche all istituto ITC-IRST di Trento per la sua partecipazione al convegno e allo IUAV di Venezia perché, dicevo prima, l innovazione non è un innovazione che dobbiamo percepire solo in termini tecnologici; l innovazione deve essere un innovazione a 360 e spetta alle aziende individuare quello che più specificatamente riguarda il loro business. Può essere un innovazione organizzativa, un innovazione tecnologica, può essere un innovazione di marketing, può essere un innovazione di presenza sui mercati internazionali e può essere, e lo vedremo oggi, un innovazione anche in termini di comunicazione e di design. Ecco l importanza di questa giornata: un altra tappa nell aumento del valore aggiunto delle nostre imprese, come lo è stata anche la giornata di ieri con il convegno sull importanza della brevettazione. Auguro a tutti buon lavoro.
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006. INTRODUZIONE AI LAVORI A cura di Franco Masello Componente di Giunta della Camera di Commercio IAA di Vicenza Ringrazio i presenti per la partecipazione a questo convegno dagli elevati contenuti innovativi e spesso poco familiari alla piccola e media impresa, in quanto sovente le PMI ritengono che la miniaturizzazione elettronica sia figlia solo delle grandi imprese e di produzioni di massa. Se questo è in parte vero, è altrettanto vero che le Istituzioni che sono funzionali allo sviluppo delle imprese e che io rappresento hanno il dovere di guardare in anticipo a nuove opportunità di sviluppo industriale anche se gli spazi appaiono stretti e per pochi specialisti. La realtà sta cambiando e di microelettronica si parla nei laboratori delle Università, nei Centri di Ricerca, e ora anche in aziende vere e proprie, che assistono le PMI a fare circuiti piccoli, miniaturizzati ed integrati con funzioni eterogenee rispetto all elettronica, come ad esempio azionamenti micro meccanici. Mi diceva una delle aziende presenti a questo convegno che oggi loro svolgono spesso e volentieri commesse di qualche migliaio di euro per sviluppare progetti di micropackaging in favore di medie imprese. Questo è sicuramente un segnale molto incoraggiante, ma ritengo ancora molto tenue ed isolato. Dobbiamo perciò fare molta attenzione a non perdere, come spesso avviene, l autobus dell innovazione. Tra la microelettronica ed il micropackaging ed il mondo delle applicazioni si stanno oggi sviluppando dei ponti di collegamento, su cui si basano le strategie vincenti di molte aziende eccellenti, più all estero che in Italia, oserei dire. Spesso non tutte le PMI vedono questi nuovi ponti, che per molte risultano invisibili, cosa che fortunatamente non è avvenuta per alcune aziende innovative che oggi gentilmente ci propongono significativi casi aziendali durante questo convegno. Noi vogliamo rendere visibili questi ponti e se possibile contribuire anche a costruirli. Il mio non vuole essere solo un messaggio di speranza, ma un contributo reale al mondo Vicentino su quest attraente tema, che inizia con quest incontro internazionale dal forte contenuto tecnologico e a cui cercherò, attraverso il CPV, di far seguire ulteriori sviluppi nel breve termine. Grazie a tutti e buon lavoro 12
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006. Intervento dal titolo Dall idea alla produzione lavorare con il Fraunhofer IZM Nuove tecnologie per l integrazione e la miniaturizzazione dei sistemi microelettronici Esempi di applicazioni innovative A cura di Frank Ansorge Head of Department Micro-Mechatronic Systems of Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM)
Atti del Convegno Microelectronic packaging per applicazioni intelligenti e nuove evoluzioni nel design di prodotto Fiera IMPAtec 06, Vicenza, 13 ottobre 2006. DALL IDEA ALLA PRODUZIONE LAVORARE CON IL FRAUNHOFER IZM NUOVE TECNOLOGIE PER L INTEGRAZIONE E LA MINIATURIZZAZIONE DEI SISTEMI MICROELETTRONICI ESEMPI DI APPLICAZIONI INNOVATIVE A cura di Frank Ansorge & Harald Pötter - Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM (www.izm.fhg.de) Working with Fraunhofer IZM The Fraunhofer Gesellschaft is leading in applied research for industry in Germany. 58 Institutes are researching for today s market success in 12 topics: Internet of things, smart production and environment, micro power engineering, adaptronics, simulated reality, human machine interaction, grid computing, integrated lightweight construction systems, white biotechnology, tailored light, polytronics, security. The Fraunhofer IZM is part of these activities, with the task to bridge the gap between chip (Nano/Micro- Structures) and application (automotive, consumer ). The focus of IZM activities is Wafer Level integration, Smart system integration, Materials & reliability and System design & sustainable development. 43% (contract research) of IZM s income is funded by industry. 34% is funded by industry & public for cooperative contracts (e.g. EU Funding). Novel technologies for the further integration and miniaturization of microelectronic systems with increasing breadth of function The development trends moves from micro system technology to smart system integration. In order to do this the research priorities are: Reliability-modeling-simulationdesign, wafer level integration, substrate level integration, 1st level interconnects, assembly packaging, 2nd level packages and interconnects testing & quality. The trends for integration on wafer have the focus of Bumping, redistribution, integration of passive components, on chip assembly and Wafer level Molding, integration of functional layers and finally building up functional systems blocks. The trends for substrate level integration have the focus of redistribution of signal / power layers, integration of 2 dimensional systems, the 3 dimensional stackable systems and the polymeric functional blocks. Due to this for the interconnection embedded active devices, optical interconnects, high k & low k dielectrics, heat dissipation mechanisms for the assembly of sensors, actuators, chips and stacking of chips are investigated. Packaging by transfermolding, injection molding as well as rapid prototyping is crucial for proper product evaluation. A future vision of smart plastics is the reel to reel production of large area electronics. Examples of innovative applications In the automotive area examples are intelligent pixel reflector, intelligent ball bearing, integration of acceleration sensors on 3dimensional substrates, power- electronic packaging, leadframe/substrate combination for power packages (200W). The focus of the logistic area research is in autarkic sensor networks, self sufficient wireless sensor nodes and thin, flexible and extreme reliable customized packages. Lifestyle applications have lower reliability requirements but demand for new interconnection technology like wearable electronics, textile bus structures washable and cleanable electronics for smart jackets or EKG T-Shirts. Medical products range form peace makers, eye implants, fluidic systems for analysis and intelligent caps. Contatti: Dr. Ing. Frank Ansorge Phone: +49-8153-9097-500 email: frank.ansorge@mmz.izm.fraunhofer.de Dipl. Ing. Harald Pötter Phone: +49 30 46403-136 email: poetter@izm.fhg.de Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Herbert Reichl - Director Fraunhofer IZM 14
Excellence in Microelectronic Packaging Working with Fraunhofer IZM Working with Fraunhofer IZM From idea to production Presentation at the seminar Microelectronic packaging for intelligent applications and new design shapes by Frank Ansorge, Harald Pötter Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration e-mail: frank.ansorge@mmz.izm.fraunhofer.de, poetter@izm.fraunhofer.de Excellence in Microelectronic Packaging Fraunhofer Gesellschaft Leading in Applied Research for Industry Bremen Itzehoe Hannover Berlin Braunschweig Golm Oberhausen Magdeburg Duisburg Dortmund Aachen Schmallenberg Dresden St. Augustin Euskirchen Jena Chemnitz Darmstadt Würzburg Kaiserslautern Erlangen St. Ingbert Saarbrücken Karlsruhe Pfinztal Freiburg Stuttgart Rostock Freising München Holzkirchen 58 Institutes app. 12.500 Employees app. 1.300 Mio. Turn Over app. 65% Contract Research Information Technology Micro Electronics Surface Engineering/ Photonics Materials Production Technologies Life Science Source: IAP 15
Excellence in Microelectronic Packaging Signposts to Tomorrow s Markets Researching with Fraunhofer Today for Market Success Tomorrow 1. Internet of things Parcels that deliver themselves 2. Smart products and environments Invisible helpers at the ready 3. Micro power engineering Mobile power supplies 4. Adaptronics Self-regulating structures 5. Simulated reality: Materials, products, processes Future worlds inside a computer 6. Human-machine interaction An end to button-pushing 7. Grid Computing Link up wherever you like 8. Integrated lightweight construction systems Weight-loss diet for four-wheel patients 9. White biotechnology Nature's own chemical plant 10. Tailored Light Using light as a tool 11. Polytronics Printed circuits luminescent wallpaper 12. Security The reassuring face of high tech ZV-A2/ Sept 05 Excellence in in Microelectronic Applied Research Packaging Structure of the Fraunhofer-Gesellschaft Presidential Council Executive Board (4) Alliance Spokesmen (6) Production 8 Institutes Materials 12 Institutes Surface Technology, Photonics 6 Institutes Microelectronics 10 Institutes Life Sciences 4 Institutes Information/ Communication 17 Institutes Defense & Security 5 Institutes 58 Fraunhofer Institutes 16
Excellence in in Microelectronic Applied Research Packaging Growth of Fraunhofer-Gesellschaft Development of the Fraunhofer Institutes since 1949 60 50 40 8 GMD Institutes Institutes of the eastern German Länder 30 20 10 0 Contract Research with own Institutes without own Institutes Establishment of the Fraunhofer Model appr. 12 500 employees 1949 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2005 Excellence in in Microelectronic Applied Research Packaging Microelectronics Alliance Fraunhofer IZM is a member of the Fraunhofer Microelectronics Alliance, founded in 1996 Chairman of the Board of Directors: Prof. Dr.-Ing. Heinz Gerhäuser Currently 10 Fraunhofer Institutes with about 1 600 employees cooperate in the Fraunhofer μe Alliance They offer services in the areas of Networks Miniaturized appliances Service and content Components and technologies 17
Excellence in Microelectronic Packaging Excellence in Electronic Packaging Excellence in Microelectronic Packaging Our Task nm Nanostructures Electronic Packaging: Bridging the Gap between Chip and Application m Application 18
Excellence in Microelectronic Packaging Partners (selection) Consumer Communication Automotive Equipment Manufacturers Material Suppliers Excellence in Microelectronic Packaging Fraunhofer IZM Focus of Activities Materials & Reliability Polymeric Materials & Composites Micro Materials Analysis & Test of Integrated Systems Wafer Level Integration Micro Devices & Equipment Vertical System Integration Wafer Level Packaging System Design & Sustainable Development System Integration Technologies Chip Interconnection Technologies Board Interconnection Technologies & Module Integration Micro-Mechatronic Systems Polytronic Systems Advanced System Engineering System Design & Integration Environmental Engineering Micromechanics, Actuators & Fluidics Material characterisation Process evaluation Reliability testing Failure analysis Sample production Training courses 19
Excellence in Microelectronic Packaging Fraunhofer IZM Facts Figures 30 Mio. turn over 80 % contract research 230 employees Director Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Herbert Reichl Your Contact Partner Locations Berlin Dr.-Ing. Dr. sc. tech. K.-D. Lang Munich Dr.-Ing. Karlheinz Bock Chemnitz Prof. Dr. Dr. Prof. h.c. mult. T. Geßner Frank Ansorge Head Micro Mechatronics Harald Pötter Head Marketing, PR Material characterisation Process evaluation Reliability testing Failure analysis Sample production Training courses Excellence in Microelectronic Packaging Fraunhofer IZM Our Income 43% by bilateral contracts, funded by industry 34% by cooperative contracts, cofunded by industry & public Industrial Contract Research (e.g. R&D-projects world-wide, feasibility studies, technology & process development) Services for Industry (e.g. demonstrators, prototypes, technology service, equipment, personnel) Technology Transfer (technologies and processes) Strategic Alliances (e.g. Packaging Manufacturing Lines) Cooperative Projects (funded jointly by public & industrial sources e.g. Federal Ministry for Education & Research, State, EU) Common Basic Research (with institutes and universities world-wide) 20
Excellence in Microelectronic Packaging Novel Technologies from Fraunhofer IZM Novel technologies for the further integration and miniaturization of microelectronic systems with increasing breadth of function Presentation at the seminar Microelectronic packaging for intelligent applications and new design shapes by Frank Ansorge, Harald Pötter Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration e-mail: frank.ansorge@izm.fraunhofer.de, poetter@izm.fraunhofer.de Excellence in Microelectronic Packaging Trend 1: From focus microsystem technology... Independent system as component Example: rotation rate sensor and acceleration sensor Source: Bosch 21
Excellence in Microelectronic Packaging.. towards Smart System Integration Integration into the application system Excellence in Microelectronic Packaging On that way Packaging is one bottle neck Application Environments Application Integration Technology Macro Systems System Integration Heterogenous Integration Requirements Multi Chip Integration Single Chip Integration SoC More Moore Nanoelectronics Microelectronics Micro Systems More than Moore (Nano) Electronics + Sensors & Actuators (e.g. Opto-/ Biotechnology) 22
Excellence in Microelectronic Packaging Technological Trends Wafer Level System Integration System in Package Multifunctional Boards Application specific technologies 20xx Nano Technologies ltint, sass, NMat, NAna chip-chip optical interconnect Excellence in Microelectronic Packaging MF-PCB μe-grain Large Area Electronics WL-Systemintegration SIP MEMS- Integration 2006-2003 2005 <2003 23
Excellence in Microelectronic Packaging Research Priorities μm nm Reliability, modelling, simulation, design, 2nd Level Package Priorities Wafer level integration Substrate level integration 1st Level Interconnects, assembly, packaging Testing and quality management Generic technologies modularization, zero defects, environment 2nd Level Package with interconnects Excellence in Microelectronic Packaging 1. System Integration on Wafer Level 24
Excellence in Microelectronic Packaging Wafer Level Integration Technology Interface to BEOL for the 65/45/22 nm node - Adaption of the first level interconnect to the BEOL - Wafer level rewiring and interconnect metallization - Planarization processes (polymers on wafer) - Low k dielectric interface Energy source MEMS System integration on wafer level - Embedded devices (devices/ passives by layer deposition, thin devices in cavity/ in polymer layers) - Integration of III/V components, antennas - Bio interface and micro fluidics - Integration of batteries, energy scavenger, photonic components, MEMS - Encapsulation technologies Stacking/ 3D Integration ASIC + memories Embedded passives Excellence in Microelectronic Packaging Wafer Level Packaging Conventional Package Wafer Dicing Packaged IC Wafer Level Package Wafer Packaging Packaged IC 25
Excellence in Microelectronic Packaging System Integration on Wafer Level RF and Passives Integration MEMS and Bio Integration Environmental Smart Devices (Energy Integration) Functional System Blocks Redistribution Bumping Passive Integration Separation On Chip Assembly and WL-Molding Functional Layer Integration 2003 2006 2009 2012 Excellence in Microelectronic Packaging 2. System Integration on Substrate Level 26
Excellence in Microelectronic Packaging Substrate Level Integration Technology Multifunctional Board and Substrate Technologies R IC s stacking IC s Power dissipation, mechanical-electromagnetic shieldings L isolation By micro-nano bumpings, wiring, soldering, gluing big passives C C discretes D Mems/sensors Ultra thin IC batteries Embedded IC Power via balling distribution Excellence in Microelectronic Packaging Chip In Polymer Embedding of thin chips into build-up layers of printed circuit boards via to substrate via to chip chip RCC core substrate adhesive 27
Excellence in Microelectronic Packaging Folded Flex Version 10 mm flip chip CC 1000 RF-Chip 4 metal layers 5 μm 3 polymer layers10 μm Size: 9,8 mm x 31,2 mm x 35 μm Technische Universität Berlin Research Center of Microperipheric Technologies Excellence in Microelectronic Packaging Thermo-mechanics Simulation Model with 333,000 nodes Switching material properties in selected regions allows to model different configurations Visco-elastic data for RCC Loading: thermal cycle - 40 C / 120 C 28
Excellence in Microelectronic Packaging Thermo-mechanics Simulation Large copper area on top Small Cu lines on top Deformation scale factor: 50 Copper on top stressed plastic deformation? Excellence in Microelectronic Packaging Chip In Polymer chip FR4 300 μm total cross-section after Jedec level 3 test RCC thickness x-section of embedded chip on thin core FR4 no delamination after 3rd reflow interconnection to chip intact 18 x 24 panel including 12 test vehicle substrates 29
Excellence in Microelectronic Packaging Systemintegration SMD Test Module embedded chips test module with SMD s on top of embedded chips Contact: Erik Jung, erju@izm.fraunhofer.de Excellence in Microelectronic Packaging System Integration on Organic Substrate Level Signal/Power Redistribution -fine line -CTE match with Si -high Tg -bare die assembly -low cost bumping 2D System Integration -embedded passives -ultra fine line -compatible molding proc. ASIC Memory CPU DSP 3D System Integration -functional layer concept -embedded active IC s -optical interconnects -high k and low k dielectrics -heat dissipation -micro bumping -sensor interfaces Polymer multi functional block -autonoumous system -thin film wiring -ultra thin interconnects -reactive contacts -self assembly -plastic electronics integr. -energy storage 2003 2006 2009 2012 30
Excellence in Microelectronic Packaging 3. Interconnects, Assembly and Packaging Excellence in Microelectronic Packaging Interconnects, Assembly and Packaging Interconnects - Low cost reliable microbumps (for high current density, high temperature) - Low temperature interconnects - Printable interconnects Assembly - Package stacking - Low cost high speed assembly - High precision assembly of optical components (self alignment/ alignment support) - Die stacking (higher alignment accuracy, thin die (10μm) handling) Packaging - Mechatronic packaging - Advanced cooling concepts 31
Excellence in Microelectronic Packaging Ultra thin interconnect ACA - interconnect Si-chip 40μm Ni-bump 1.5μm SnCu-solder 1.8μm Cu-line 6μm PI-flex 25μm Excellence in Microelectronic Packaging Introduction of Nano Interconnects Technologies in Nano Hetero System Integration 32
UV exposure Excellence in Microelectronic Packaging... in Reel to Reel Production Application center for flexible electronics mask alignment despooler spooler Sheet and continous substrate (Roll-to-Roll) fabrication processes for electronics systems integration Excellence in Microelectronic Packaging Working with Fraunhofer IZM Examples of innovative applications Presentation at the seminar Microelectronic packaging for intelligent applications and new design shapes by Frank Ansorge, Harald Pötter Fraunhofer Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration e-mail: frank.ansorge@mmz.izm.fraunhofer.de, poetter@izm.fraunhofer.de 34
Excellence in Microelectronic Packaging Trends in Electronic Applications Today Tomorrow Logitech Fraunhofer IZM Casio Infineon Philips Research Excellence in Microelectronic Packaging Fraunhofer IZM - Vision 2002-2003 Fraunhofer IZM Vision Time 2003-2004 2005-2007 2007 Miniaturization - Enabling technology for advanced product concepts and new applications 35
Excellence in Microelectronic Packaging Future Packaging Development Hetero System Integration System Volume a.u 10E6 Through-Hole Wave 10E5 10E4 Moore s Law Surface-Mount Wave Area Array Wave HDI - Wave 1000 100 10 1 1970 1980 1990 2000 2010 Packaging Gap e-grain 2020 Cubic Integration e-grain/e-cubes Polytronics Reel to Reel Reactive Contacts Nanomaterials Nanotechnologies System Packaging Wave Excellence in Microelectronic Packaging Where Packaging Technologies are good for? Technology at Work: Applications 36
Excellence in Microelectronic Packaging Bridging the Gap between Electronics and Application Automotive Excellence in Microelectronic Packaging Tasks and Requirements: Automotive Electronics Tasks - Motor-/ Power Train Management - Vehicle Management - Safety - Communication and Information - Comfort Technical Requirements - Harsh environments, esp. - High temperature - Vibrations/ humidity/ fluids -EMC - Integration of non-microelectronic functions - Sensors - MEMS/ Mechatronics - Power electronics - Optical functions - Cost sensitive solutions for mass production - Assured reliability - Spare part supply over 20 years - Conformity with EU directives 37