Wafer-Level-Systemintegration auf 300mm – Kernkompetenz des Fraunhofer IZM-ASSID

Seit mehr als 10 Jahren betreibt das Zentrum „All Silicon System Integration Dresden – ASSID“ eine hochmoderne, industrietaugliche 200/300mm 3D-Wafer-Level-Prozesslinie mit Modulen für TSV-Bildung, Vormontage (Ausdünnen, Vereinzeln), Wafer-Level-Montage und Stapelbildung. Das ASSID ist Teil des Fraunhofer IZM. Und seine Philosophie ist es, seinen Kunden Prüfmuster innerhalb eines Jahres zu liefern. 

Seit 2022 leitet Dr. Manuela Junghähnel den Standort in Dresden-Moritzburg. Sie hat langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der Wafer-Level-Systemintegration. Im Interview mit RealIZM erläutert sie, welche Themen von morgen, Forschungsfelder und Kernkompetenzen rund um das Thema Packaging-Technologien auf 300mm-Wafern unter ihrer Leitung im Fokus stehen werden.

Was ist Ihnen besonders wichtig für die nächsten zehn Jahre des Fraunhofer IZM-ASSID?

Dr. Manuela Junghähnel: Die gegenwärtigen Entwicklungen und Aktivitäten in der Mikroelektronik sind hoch relevant für das Fraunhofer IZM-ASSID. Die Sicherung des Elektronikstandorts Europa und die Steigerung der Chip-Produktion hier, auch mit einem Blick auf Sachsen als Hotspot: Das sind Themen, die wir aktiv mitgestalten.

Seit der Gründung unseres Institutsteils vor 12 Jahren wurde am Standort viel investiert. Aber in der Halbleiterbranche sind die Zyklen, in denen das Equipment up-to-date ist, deutlich kürzer als in anderen Branchen. Das heißt, wir sind immer davon getrieben, dass wir analog zur Forderung nach neuesten Technologien und Entwicklungen auch über die entsprechende Ausstattung und Infrastruktur verfügen.

Ich möchte das IZM-ASSID für die Zukunft bestmöglich aufstellen – zum Beispiel entsprechend des Trends zur hochdichten Integration, höherer Präzision, neuen Materialien, neuen Anwendungsbereichen wie High Performance oder Quantencomputing. Es geht also um Innovationen und Technologien für das Packaging der Zukunft.

Das Zentrum „All Silicon System Integration Dresden – ASSID“ des Fraunhofer IZM betreibt eine hochmoderne, industrietaugliche 200/300-mm-3D-Wafer-Level-Prozesslinie mit Modulen für TSV-Bildung, Vormontage (Ausdünnen, Vereinzeln), Wafer-Level-Montage und Stapelbildung.

ASSID konzentriert sich auf Prozessentwicklung, Material- und Anlagenevaluierung sowie F&E-Dienstleistungen und Prototyping.

Hochmoderne 300-mm-Wafer-Prozesslinie:
– Hochdichte Verdrahtungtechnologie (RDL)
– Kupfer-TSV-Technologie
– Waferdünnen und Technologien für das Handling von dünnen Wafern
– Wafer-Level Bumpingtechnologien (ECD)
– Wafer-Level Assembly und Chip-Stacking

Die International Certification Group (ICG) hat der Abteilung „Wafer Level System Integration“ (WLSI) des Fraunhofer IZM 2018 ein Qualitätsmanagementsystem in Übereinstimmung mit dem Standard DIN EN ISO 9001:2015 bescheinigt und für den Geltungsbereich „Forschung, Entwicklung und Dienstleistung im Bereich Electronic Packaging“ zertifiziert.

Welche strategischen Ziele haben Sie sich für den Standort gesetzt?

Dr. Manuela Junghähnel:  Wachsen ist auf jeden Fall Zukunft. Im Juni 2022 habe ich gemeinsam mit Dr. Wenke Weinreich, Standortleiterin des Fraunhofer IPMS-CNT sowie stellvertretende Institutsleiterin des IPMS, die neuen Reinräume des Centers Nanoelectronic Technologies (CNT) und das 300mm Center for Advanced CMOS & Heterointegration in Dresden-Moritzburg eröffnet.

Mit der Erweiterung am zweiten Standort beim Fraunhofer IPMS-CNT gehen wir eine institutsübergreifende Zusammenarbeit an. Wir bündeln also Kompetenzen und Synergien in Bezug auf 300mm-Wafertechnologien, um unseren Kund*innen ein breiteres Portfolio an FuE-Services anzubieten.

An diesem Standort gibt es 900 Quadratmeter Reinraumfläche. Wir haben bereits ein Konzept für Investitionen, die wir zwingend tätigen müssen, um den gegenwärtigen und zukünftigen Anforderungen besser gerecht zu werden. Nur so können wir unseren Kund*innen adäquaten R&D-Service in einer Pilotlinie anbieten und strategisch wichtige Themen, wie das High-Performance- oder das Quanten-Computing, mit Technologielösungen hinsichtlich der 300mm-Wafer-Level-Systemintegration bedienen.

In diesem Sinne verstehe ich auch Fraunhofer: Für die Industrie entwickeln, erproben, optimieren, und in Kleinserie fertigen. Das werden wir mit der Erweiterung des IZM-ASSID besser umsetzen können. Hochpräzise Bondtools, aber auch Equipment für die Lithographie und PVD, sowie die Möglichkeiten der Erprobung neuer Materialien spielen dabei beispielsweise eine wichtige Rolle. Dass wir Packaging-Technologien auf 300mm-Wafern entwickeln, sehe ich auch innerhalb von Fraunhofer als ein Alleinstellungsmerkmal des IZM-ASSID.

Das Center Nanoelectronic Technologies (CNT) ist ein Geschäftsbereich des Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS.

– angewandte Forschung auf 300-mm-Wafern für Mikrochip-Produzenten, Zulieferer, Gerätehersteller und F&E-Partner
– 4.000 m² Reinraumfläche der Klasse 6 und 3 (nach ISO 14644-1) und Laborflächen für über 80 Prozessierungs- und Analytiktools
– Abscheide- und Ätzanlagen sowie Inspektions- und Analysegeräte zum Bestimmen von Defekten und dem Messen von Schichteigenschaften

Die Eröffnung des Centers for Advanced CMOS & Heterointegration Saxony war ein Highlight. Wie wird das Fraunhofer IZM-ASSID hier teilhaben und davon profitieren?

Dr. Manuela Junghähnel:  Die beiden Partner*innen haben unterschiedliche Kompetenzen: Wir am IZM-ASSID sind die 300mm-Spezialist*innen im Bereich Backend-Prozessierung von Wafer-Systemintegration, Assembly, Bonden, 3D-Intergration wie TSVs bis hin zu Interconnects Formation. Aber es gibt auch andere vorgelagerte Prozesse, auf die das Fraunhofer IPMS-CNT hochspezialisiert ist: z.B. aktive Bauelemente, energieeffiziente oder nichtflüchtige Speicher und vieles mehr. Fraunhofer IZM-ASSID und IPMS-CNT – beide sind bundesweit einzigartige FuE-Einrichtungen auf dem Gebiet der Mikroelektronik.

Mit dem Center bündeln wir unsere FuE-Aktivitäten auf Basis von 300mm-Wafer-Industrie-Standardequipment und die Kompetenzen für Frontend-, Backend-Technologien sowie Wafer-Level-Systemintegration und vervollständigen damit die Wertschöpfungskette. Beide Institutsteile arbeiten bereits seit vielen Jahren in Projekten zusammen. Damit sind die Eröffnung und die Zusammenarbeit im Center nicht nur der nächste, sondern auch ein konsequenter richtiger Schritt.

Wir danken vielmals fürs Gespräch und freuen uns auf viele weitere spannende Forschungsergebnisse aus Dresden.

Das Interview führte Susann Thoma

Bilder: Silvia Wolf, Fraunhofer IZM-ASSID und Fraunhofer IZM/ Christian Schneider-Broecker

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