Eine Lösung zur heterogenen 3D Integration von Bauelementen
Der gedruckte Interposer

Hintergrund

Mit der zunehmenden Bedeutung der mobilen Elektronik, verlieren herkömmliche Leiterplatten mit den darauf zweidimensional angebrachten aktiven oder passiven Bauteilen, wie Halbleiterchips an Bedeutung. Die elektrischen oder elektronischen Bauteile werden dreidimensional gestapelt.

Durch einen sogenannten Si-Interposer lassen sich diverse Problemstellungen dadurch lösen, dass auf einem dünnen Wafer auf beiden Seiten Leiterbahnen lithographisch im Maskenverfahren aufgebracht werden und sich somit Kontakte relativ flexibel versetzen lassen. Dieser Si-Interposer ist sehr aufwendig und benötigt sehr teuere Lithographie- Masken. Ausschuss und Kosten pro funktionierendem Halbleitermodul steigen extrem in die Höhe.

 

Lösung

Die patentierte Lösung des gedruckten Interposers verzichtet völlig auf lithographische Verfahren und basiert auf Grundlage des 3D Druckens. Es werden mittels additivem Verfahren durch Aerosoldruck, Leiterbahnen durch neuentwickelte Nanotinten (z.B. Silbernanotinten) direkt auf den Wafer oder auf das einzelne Bauteil, auch als - Die - bezeichnet aufgedruckt. Ebenso werden die notwendigen isolierenden Schichten drucktechnisch aufgebracht. Die bedruckten Strukturen werden parallel mittels UV-Licht ausgehärtet. Das Drucken von elektrischen Leitungen ist nicht neu und wird bereits vielfach angewendet. Die Alleinstellung liegt jedoch in der Verfahrenskombination und dem Anwendungsbereich. So ist die Druckkombination von leitender und nichtleitender Schichten und das Drucken von räumlichen komplexen Strukturen mittels Nanotinte auf Siliziumwafer neuartig. Den Verfahrensablauf zeigen die Abbildung 2 und Abbildung 3.

Wesentliche Vorteile sind neben höchster Flexibilität, die Möglichkeit auf Waferebene als auch auf Die-Ebene zu verschalten und der Verzicht auf den langwierigen und sehr teueren Lithographieprozesss. Darüber hinaus sind beliebige heterogene Bauteilkombinationen herstellbar und es können prinzipiell auch zukünftig passive Bauelemente aus z.B. Oxidkeramiken im Arbeitsgang gedruckt werden.

Abbildung 1:
Abbildung 1
Si-Interposer mit TSV-Prozess im 3D-Stapel

 

Abbildung 2:Abbildung 2
Schematischer Ablauf vom Ausgangswafer zur komplexen 3D Baugruppe mittels gedrucktem Interposer

 

Abbildung 3:Abbildung 3
Illustration des Druckablaufs - gelbe Flächen = nichtleitende Flächen / orange Flächen = Leiterbahnen mit roten Flächen = Kontaktpunkte (Bumps)