Integration elektronischer Systeme

Systemintegration

Es existieren verschiedene technologische Varianten von der Platzierung mehrerer Chips als ein System-In-Package bis hin zur 3D-Integration. Durch kurze Leitungswege im System lassen sich die Performance steigern und der Energieverbrauch senken. Die Chipstapelung ermöglicht zudem die Integration unterschiedlichster Baugruppen wie Prozessoren, Sensoren und Funkschnittstellen in einem Baustein. Der Weg von der planaren integrierten Schaltung in die dritte Dimension wird weltweit von führenden Herstellern verfolgt, um die ambitionierten Ziele entsprechend „More-than-Moore“ hinsichtlich Funktionsumfang, Packungsdichte und Kosten zu erreichen.

Besondere Herausforderungen beim Entwurf sind dabei die Beherrschung der Komplexität, die optimale Ausnutzung der zusätzlichen Freiheitsgrade und die Berücksichtigung der engen thermischen, mechanischen und elektrischen Kopplung im gestapelten System.

Wir entwickeln dafür Tools, Modelle, Simulationsmethoden und Optimierungsverfahren, mit denen wir innovative Lösungen umsetzen. Dazu verknüpfen wir State-of-the-Art-Tools zur In-the-Loop-Optimierung über mehrere physikalische Domänen und in allen 3 Dimensionen und verbinden die Detailtreue von FEM-Modellen mit der Simulationsgeschwindigkeit von Kompaktmodellen.

Technologische Varianten für die Integration mehrerer IC in einem Gehäuse

System-In-Package

  • Kombination verschiedener IC auf dem Gehäusesubstrat
  • Bond oder Flipchiptechnologie
  • Integration passiver Bauelemente

Interposerbasierte Integration

  • Kompaktere Integration mit gedünntem Silizium-Interposer
  • Verdrahtung zwischen Dies in Metalllagen des Interposers, Durchkontaktierung mit Through-Silicon Vias

Stapeln von IC ohne Interposer

  • Höchste Integrationsdichte, extrem kurze Signalwege
  • Abgestimmter Entwurf von Einzel-IC und Stapel

Unsere Angebote

Reifendrucksensor
© Foto Infineon Technologies AG

Reifendrucksensor

Wir begleiten und unterstützen Sie bei Ihren Projekten zu modernen Packagingtechnologien von der Konzipierung bis zum Prototyp. Wir bieten Ihnen:

  • Auswahl der anwendunsgspezifischen Integrationstechnologie
  • Unterstützung beim Entwurf vom Konzept bis zur Implementierung
  • Studien zur Abschätzung von Kosten und Performance
  • Interposerdesign
  • 3D-Floorplanning
  • Modellierung multiphysikalischer Effekte (z.B. Wärmeableitung)
  • Planung und Organisation der Prototypfertigung bei unseren Partnern

Projektbeispiel: Memory³

Forscher des Fraunhofer IIS/EAS arbeiten im Projekt Memory³ an einem 3D-Mikrochipaufbau für leistungsfähige 4K-Profi-Videokameras. Dafür ordnen sie im selben Gehäuse einen Prozessor und einen Wide-I/O-Speicher auf einer Trägerschicht (Interposer) an.

Verglichen mit einem konventionellen Chipaufbau hat diese Lösung mehrere Vorteile durch eine hohe Miniaturisierung, kurze Leitungswege und eine effektive Wärmeabführung. So soll eine Bandbreite bei der Datenübertragung von bis zu 400 Gbit/s erreicht werden.

Memory³-Chipaufbau für sehr hohe Bandbreite bei der Datenübertragung

Memory³-Chipaufbau für sehr hohe Bandbreite bei der Datenübertragung

Wärmeabführung im Memory³-Chip

Wärmeabführung im Memory³-Chip

Drahtloser EKG-Sensor in SiP-Technologie

Das Video zeigt die Animation eines drahtlosen EKG-Sensors im Größenvergleich, der mit unserer Hilfe entwickelt wurde.

Der Nutzen für unsere Kunden

System-in-Package-Chipaufbau

System-in-Package-Chipaufbau

  • Höhere Performance und Reduktion des Energieverbrauchs
  • Größen- und Kostenvorteile bei gesteigerter Funktionalität
  • Geringeres Risiko bei der Einführung von 3D-Integrationstechniken durch die mehr als 10-jährige Erfahrung des Fraunhofer-Teams
  • Zentraler Ansprechpartner von der Systemkonzipierung, über den Entwurf bis zur Prototypfertigung bei unseren Partnern

Referenzen

Wir haben unser Know-how unter anderem in folgenden Forschungsprojekten erarbeitet:

  • ESiMED: Das Projekt will die Vorteile der System-in-Package-Technologie für die Medizintechnik eröffnen.
  • Memory³: Im Forschungsprojekt arbeiten die Partner an einem besonders kleinen und energiesparenden Mikrochipaufbau für kostengünstige und leistungsfähige 4K-Profikameras
  • 3DIM3 (abgeschlossenes Projekt): Die europäischen Partner haben neuartige Methoden für den Produktentwurf mit 3D TSV entwickelt und durch neue Entwurfstools und Lösungen für Systemarchitekturen ergänzt.
  • eBrains (abgeschlossenes Projekt): Es wurden herausragende und zukunftsweisende Anwendungen auf Nanosensorbasis entwickelt u.a. mithilfe von 3D-Integrationstechniken
  • NEEDS (abgeschlossenes Projekt): Die Partner von NEEDS haben neue Entwurfsverfahren entwickelt, um 3D-Chips schon vor der Produktion im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit und Kosten zu optimieren.