Der Stoffaustausch über Elastomerstempel erfolgt industriell

Die Herstellung integrierter Schaltkreise auf Halbleiterwafern revolutionierte die Elektronikindustrie. Die nächste Revolution könnte mit der Hochdurchsatzübertragung und Integration mehrerer Mikrogeräte auf anderen Substraten mit einer Technologie einhergehen, die einem Stempel ähnelt.

Integrierte Schaltkreise oder „Chips“ ersetzten die diskreten Komponenten und Lötverbindungen der herkömmlichen Elektronik durch viele Schaltkreiselemente auf einem Halbleiterwafer. Dies ermöglichte eine immer größere Funktionalität und höhere Leistung, deutlich kleinere Größen und Gewichte sowie einen geringeren Energieverbrauch. Es reduzierte auch die Produktions- und Testkosten sowie den Ausschuss. Integrierte photonische Schaltkreise leisten dasselbe für optische Geräte und Optoelektronik. Da die Leistungsanforderungen weiter steigen, erfordert das Erreichen der Geräteskalierung und Kostenreduzierung eine neue Vorgehensweise. Heterogene Integration vereint unterschiedliche und separat hergestellte Komponenten auf einer gemeinsamen Plattform in einem sogenannten System-in-Package. Das EU-finanzierte Projekt MICROPRINCE hat eine Gießerei-Pilotlinie für heterogene Integration basierend auf einer der vielversprechendsten Techniken, die in den letzten 15 Jahren entwickelt wurden, etabliert. Ein vielfältiges Portfolio an Demonstratoren ebnet Innovatoren den Weg, die Produktionsreife ihrer bahnbrechenden Geräte in multidisziplinären Bereichen zu beschleunigen.

Mit zunehmender Komponenten- und Produktkomplexität steigt die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen, wodurch sich der Ausschuss und die Kosten erhöhen und die Ausbeute sinkt. Die Integration mehrerer „Chiplets“ oder Subsysteme ist praktischer und wirtschaftlicher als die Herstellung monolithischer Systeme. Einer der vielversprechendsten Ansätze ist der Mikrotransferdruck (μTP), auch Massentransfer genannt. μTP verwendet einen Elastomerstempel, um bis zu Tausende von Chiplets oder Wafer-gefertigten Mikrogeräten gleichzeitig von einem Substrat zum anderen zu bewegen, so wie Tinte in einem Stempelkissen auf Papier übertragen wird. Bisher wurde die Technik hauptsächlich in Laboren für wissenschaftliche Forschung eingesetzt.

MICROPRINCE richtete eine μTP-Pilotlinie im Reinraum der X-FAB MEMS Foundry ein und brachte vier High-Tech-Produkte auf den Markt. Dabei handelte es sich um Galliumarsenid-Hall-Platten für Stromsensoren der nächsten Generation, Filter für die Reaktion auf das menschliche Auge für Umgebungslichtsensoren, Galliumnitrid-LEDs für Umgebungsbeleuchtungsmodule für Autos und Indiumphosphid-Fotodioden in photonischen Schaltkreisen aus Silizium. Diese Produkte wurden in Funktionsdemonstratoren von Umgebungslichtsensoren, Treibern/Paketen für die Umgebungsbeleuchtung von Autos und integrierten photonischen Infrarotspektrometern aus Silizium verwendet. Laut Sebastian Wicht, MICROPRINCE-Koordinator und Programmmanager für Transferdruck bei X-FAB MEMS Foundry, „zusätzlich zu Die Erstellung einer µTP-Pilotlinie und generische Prozessentwicklungen unterstützten das hervorragende Potenzial von µTP für die 3D-Integration mit hoher Ausbeute, Durchsatz und Ausrichtungsgenauigkeit. Wir haben eine Druck- oder Transferausbeute von bis zu 99 % bei Fehlausrichtungen unter 1,0 µm nachgewiesen. Geräte mit einer Größe von nur 100 µm x 100 µm x 5 µm wurden effektiv auf komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Target-Chips übertragen und gestapelt.“

µTP ermöglicht die Übertragung Tausender Mikrogeräte in einem einzigen Schritt mit hervorragender Genauigkeit für sehr hohen Durchsatz bei vergleichsweise geringen Kosten. Es übertrifft modernste Technologien bei der Minimierung der Paketgröße und eliminiert nahezu die Verschwendung teurer Materialien und Elemente. Wicht kommt zu dem Schluss: „MICROPRINCE hat den Weg zur industriellen Implementierung von µTP für 3D- und heterogene Integration geebnet. Es wird die Entwicklung innovativer Produkte mit überlegener Leistung, kleineren Packungsgrößen oder sogar neuen Funktionalitäten in Bereichen von Industrie- und Verbraucherprodukten bis hin zur Biomedizin unterstützen.“ Interessierte Kunden werden gebeten, sich an X-FAB MEMS Foundry zu wenden, um ihre Ideen für neue Anwendungen in den Produktionsbereich einzubringen.

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