Arbeitsgruppe - Einbettung und Substrate

Embedding und Substrat-Technologien für elektronische Module mit hoher Integrationsdichte auf großflächigen Substraten

Feinstrukturierung für IC-Substrate, Embedded Power, Embedded HF, Medizinische Elektronik, Robuste Embedded SMD-Bauteile

Elektronische Module mit höchster Integrationsdichte werden mittels Technologien der Leiterplatten- und Substratfertigung am Fraunhofer IZM anwendungsspezifisch entwickelt und erprobt. Dabei werden die leistungsfähigsten kommerziellen Materialien in industrienahen oder neu entwickelten Prozessabläufen verarbeitet. Schwerpunkte sind:

  • IC-Substrates (Fine Line), Link
  • Embedded HF-Module,
  • Embedded Power-Module, Link
  • Hochminiaturisierte Medizinelektronik,
  • Hochrobuste und SMD Embedded-Elektronik, Link.

Die gesamte Lieferkette der Elektronik-Produktion wird am Fraunhofer IZM aus einer Hand geboten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit übergreifende Prozessvariationen zu testen, wie sie bei den hochspezialisierten Zulieferern der Elektronikindustrie im Allgemeinen nicht möglich sind.

Neben einer durchgängigen, modernen Fertigungslinie für Leiterplatten mit groben bis mittleren Strukturgrößen und Anlagen in Reinraum-Umgebung (ISO 4 and 5) für ultra-feine Strukturen bis zu 2 µm l/s, stehen eine Linie zur Komponentenbestückung, die Ausrüstung für Zuverlässigkeitsuntersuchungen und nicht zuletzt ein breites Spektrum an Analysegeräten zur Verfügung.

Bare Die Embedding von Si, SiC, GaAs

Si-, SiC-, GaAs-Chip Embedding
© Fraunhofer IZM

Das Fraunhofer IZM ist Vorreiter in der Erforschung und Entwicklung von Verfahren zur Einbettung (Embedding) elektronischer Bauelemente in Leiterplatten. Das Embedding von Halbleiterchips in die Aufbaulage einer Leiterplatte trägt gegenüber dem konventionellen Drahtbonden zu einer deutlichen Verbesserung der Performance bei.

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SMD Embedding

SMD-Embedded Modul
Beispiel für ein SMD-Embedded Modul mit angeschliffenen Seiten. Gut sichtbar sind der eingebettete µ-Controller, eine Spule, und ein Kondensator.

Mit der SMD-Embedding Technologie sehr hoch integrierte und robuste Elektronische Module hergestellt werden. Die elektronischen Komponenten werden dabei in ein oder mehrere Aufbaulagen der Leiterplatte eingebettet.

Dabei wird zunächst ein Mehrlagiger Leiterplattenkern aufgebaut.

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Ultra-feine Leiterbahnstrukturen und vertikale Kontakte

Das „semi-additiv Processing“ (SAP) ist die in der Industrie übliche Prozesstechnologie um ultrafeine Kupferstrukturen und (gestapelte oder versetzte) vertikale Kontakte zu erzeugen: Dabei wird auf eine sehr dünne (gesputterte) Metallschicht ein Lack appliziert und strukturiert, nun wird galvanisch Kupfer in die geöffneten Bereiche des Lacks abgeschieden, schließlich wird der Lack entfernt und die dünne Metallschickt selektiv geätzt.

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Power Electronics Build-up

Die Embedding-Technologie eignet sich insbesondere um Leitungselektronische Baugruppen kleiner, leichter und robuster herzustellen. Da sich durch die Einbettung der Komponenten auch die elektrischen Verbindungen innerhalb des Aufbaus optimieren lassen, sind aufgrund der kürzeren Leiterzüge Induktivitäten deutlich kleiner als in konventionellen Aufbauten – somit sind höhere Schaltfrequenzen und insgesamt eine bessere Performance erreichbar.

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Embedding-Technologie: Systementwicklung und Prototypenfertigung für zukunftsweisende Elektronik

System Development

Für die Fertigung miniaturisierter elektronischer Module für vielfältige Anwendungen bieten wir die Konzeptionierung, Schaltungsdesign, Layout und Fertigung von Prototypen für Funktionstests an. Je nach Komplexität der Schaltung wird zunächst ein Testboard in konventioneller Weise aufgebaut, das nach erwiesener Funktionalität in einen Embedded-Aufbau überführt wird.

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Hochdichte 3D-Integration von Komponenten: SMD-Embedding-Technologie für Sensorplattformen

Sensor Platforms

SMD-Embedded Modul, das einen freiliegenden Sensor in einer Kavität und eine austauschbare Batterie enthält. Sowie Röntgenaufnahme des Modules die die enthaltenen Komponenten wie µ-Controller, Quarz, und die Helixantenne erkennen lässt.

Durch das Erschließen immer neuer Anwendungsfelder steigt der Bedarf an Sensoren und Sensorknoten kontinuierlich an. Für Hersteller von elektronischen Geräten eröffnen sich neue Möglichkeiten – sei es die Datenerfassung und -auswertung für medizinische Zwecke oder für die Steuerung und Überwachung des Verkehrs und von Industrieanlagen.

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Einbettung von Hochfrequenzkomponenten

Die Zukunft der Signalübertragung

Einbettung-von-Hf-Komponenten
Designansicht eines Embedded-Modules für Hochfrequenzanwendungen.

Datenübertragungsraten von und zu mobilen Endgeräten nehmen beständig zu. Die Konzeption und Entwicklungen für die nächste und übernächste Generationen von Übertragungsgeräten sind bereits in vollem Gange. In verschiedenen Projekten werden derzeit die Potentiale der Embedding Technologie untersucht. Durch Einbettung ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Optimierung der Verdrahtungsarchitekur in Hochfrequenzmodulen.

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Laborausstattung

Fine line structuring in clean room environment ISO 4-6

  • Laserdrill BLADE
  • Panel level sputtering
  • Reactive Ion Etching RIE
  • Mirrorarray Direct Imaging MDI
  • Circuit board probers
  • Automated optical inspection (AOI)