Im Rahmen der europäischen Pilotlinie APECS hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS eine Methode entwickelt, mit der sich verschiedene Chip-Bausteine nahezu nahtlos zu einer Einheit verbinden lassen. Durch das präzise Einbetten kleiner Chiplets in spezielle Silizium-Taschen (Pockets) konnten erstmals die Vorteile eines kompakten Einzelchips mit der Flexibilität modularer Systeme verbunden werden. Dieser Erfolg belegt die Machbarkeit der sogenannten quasi-monolithischen Integration (QMI) und schließt die Lücke zwischen klassischem Chip-Packaging und modernster Halbleiterfertigung.
„Grundlage der QMI sind Silizium-Wafer mit strukturierten Aussparungen (Pockets). In diese sogenannten Pocket-Wafer wurden erstmals Dummy-Chiplets eingebracht und die Oberfläche für die nachfolgende Backend-of-Line-Verdrahtung mit einer Passivierungsschicht geebnet“, erklärt Dr. Lukas Lorenz, Gruppenleiter am Fraunhofer IPMS. „Damit entsteht eine nahezu monolithische Systemarchitektur, die höchste Integrationsdichte mit modularer Erweiterbarkeit vereint.“ Dieser Erfolg ebnet den Weg für die industrielle Reife der gesamten Prozesskette für künftige Anwendungen.
Die QMI-Technologie bietet signifikante Vorteile gegenüber herkömmlichen Packaging-Verfahren. Die Basis hierfür ist die Anordnung der Chiplets auf einem aktiven oder passiven Wafer-Substrat mit einem gemeinsamen Interconnect-Stack. Da die Kontaktierung anschließend innerhalb der Frontend-Linie erfolgt, lassen sich weitaus höhere Verbindungsdichten realisieren als bei klassischen Verfahren. Dies führt zu folgenden Mehrwerten:
- Höhere Leistungsfähigkeit: Verkürzte Signalwege reduzieren Verluste und Latenzen und erhöhen die Verarbeitungsgeschwindigkeit auf Systemebene.
- Zuverlässigkeit: Die Reduzierung mechanischer Schnittstellen erhöht Robustheit und Lebensdauer der Systeme.
- Kompaktheit: QMI spart erheblich Platz, da die Elemente nahezu monolithisch integriert sind.
- Kosteneffizienz: Die Kombination modularer Chiplet-Ansätze ermöglicht eine wirtschaftliche Höchstintegration bei gleichzeitig kurzen Innovationszyklen und hoher Skalierbarkeit.
Dr. Lukas Lorenz betont: „Obwohl der aktuelle Demonstrator auf Dummy-Strukturen basiert, ist die Prozesskette auf reale Kundenanwendungen übertragbar. Damit wird eine skalierbare Integrationsarchitektur für zukünftige heterogene Systemlösungen möglich.“ (jr)
