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Forschung

3D-Integration: Elektronik in der dritten Dimension

Um leistungsfähigere und kostengünstigere Elektronikprodukte herstellen zu können, eröffnet die Kombination mehrerer Chips zu einem 3D-Gesamtsystem neue Möglichkeiten.

Eine Optimierung und Verbesserung herkömmlicher Silizium-Chips wird alleine nicht ausreichen, um künftig noch leistungsfähigere und kostengünstigere Elektronikprodukte herzustellen. Ein innovativer Weg eröffnet sich mit der Erschließung der dritten Dimension (3D): Dazu kombiniert man mehrere Chips zu einem dreidimensionalen Gesamtsystem. Man spricht dann von der 3D-Systemintegration. Auf diesem Feld nimmt Deutschland bereits heute eine im internationalen Vergleich ausgezeichnete Wettbewerbsposition ein.

Bei einer dreidimensionalen Kombination mehrerer Chips sind zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen: So gilt es etwa, eine enorme Zahl an elektrischen Kontakten zu handhaben; zudem müssen häufig Komponenten zusammengefügt werden, die auf unterschiedliche Weise hergestellt wurden. Immer lautet das Ziel, die Laufzeit aller Signale zu minimieren. Dies erfordert neue technologische Ansätze bei der Aufbau- und Verbindungstechnik, die sich in jüngster Zeit zu einer komplexen Systemintegrationstechnologie entwickelt hat. Das Resultat sind neue System-in-Package (SiP) Lösungen: Dabei werden mehrere, in sich bereits hochkomplexe Siliziumchips in einem Chipgehäuse, dem so genannten Package, zu maßgeschneiderten Elektroniksystemen zusammengesetzt. Die Chips sind im Chipgehäuse dreidimensional angeordnet und mit neuartigen Prozesstechnologien wie Umverdrahtungslagen (Redistribution Layer, RDL) und Durchkontaktierungen (Through Silicon Vias, TSV) zu einem System verbunden. Der bisher dominierende, jedoch gleichermaßen fehleranfällige, leistungsmindernde und teure Aufbau mehrerer Chip-Gehäuse nebeneinander kann so entfallen.

Diese 3D-Systemintegration wird zur Schlüsseltechnologie, wenn es um Anwendungen in den Bereichen Information und Kommunikation, Transport, Sicherheit und Mobilität, Energie und Umwelt sowie Gesundheit geht. Beispiele dafür sind elektronische Systeme wie Kamera- und Sensormodule, ultra-kleine Sensorknoten, Prozessor und Speichersysteme mit hoher Kapazität und Leistungsfähigkeit sowie Systeme mit Parallelprozessor-Architektur.
Mit dem durch das BMBF geförderten Fraunhofer Zentrum ASSID (All Silicon System Integration Dresden) wurde 2009 am Mikro- und Nanotechnologiestandort Dresden ein in dieser Form international einzigartiges Forschungszentrum der 3D-Silizium-Systemintegration geschaffen. Ziel ist, die 3D-Integration wissenschaftlich voranzubringen, in praxisrelevante Technologien zu überführen und zeitnah zur Produktionsreife zu führen.

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(URL: http://www.bmbf.de/publikationen/)

 

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