Statt Funktionen auf einem einzigen großen Die unterzubringen, werden mehrere Dies oder Wafer übereinandergestapelt und über Through-Silicon Vias (TSVs) oder Hybrid Bonding elektrisch verbunden. Das verkürzt Signalwege drastisch und erlaubt die Kombination unterschiedlicher Technologien (Logik, Speicher) in einem Package. HBM-Speicher ist das bekannteste Beispiel dieser Technik.
Wie funktioniert ein MEMS-Sensor?
Mikroelektromechanische Systeme kombinieren winzige mechanische Strukturen – Membranen, Balken, Kammelektroden – mit elektronischer Auswertung auf einem Chip. Physikalische Größen wie Beschleunigung oder Druck verformen die mechanische Struktur minimal, was sich als Kapazitäts- oder Widerstandsänderung elektrisch messen lässt. Hergestellt werden sie mit angepassten Halbleiterprozessen wie Oberflächen- oder Bulk-Mikromechanik.
Wie funktioniert Wire Bonding?
Beim Wire Bonding verbindet ein dünner Gold- oder Aluminiumdraht die Kontaktflächen (Pads) des Chips mit den Anschlüssen des Gehäuses. Eine Kombination aus Druck, Ultraschall und teils Wärme verschweißt den Draht stoffschlüssig mit dem Pad, ohne es zu schmelzen. Es ist bis heute das am weitesten verbreitete Verfahren zur elektrischen Kontaktierung in der Chipmontage.
Warum werden Chips immer kleiner (Moore's Law kurz erklärt)?
Gordon Moore beobachtete 1965, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppelt – durch immer feinere Lithografie und dichtere Bauelemente wie FinFETs. Kleinere Transistoren schalten schneller, verbrauchen pro Schaltvorgang weniger Energie und senken die Kosten pro Funktion. In den letzten Jahren verlangsamt sich diese Skalierung zunehmend, weshalb Advanced Packaging und Chiplets als Ergänzung an Bedeutung gewinnen.
Wie funktioniert Flip-Chip-Montage?
Beim Flip-Chip wird der Chip umgedreht (daher der Name) und über kleine Lotkugeln direkt und flächig mit dem Substrat verbunden, statt wie beim Wire Bonding über Drähte am Rand. Das ermöglicht deutlich mehr und kürzere elektrische Verbindungen sowie eine bessere elektrische und thermische Leistung. Die Lotkugeln werden durch kurzes Aufschmelzen (Reflow) gleichzeitig mechanisch und elektrisch mit den Kontaktflächen verbunden.
Wie funktioniert ein TSV (Through-Silicon Via)?
Ein TSV ist ein senkrechtes, metallgefülltes Loch, das komplett durch einen gedünnten Silicium-Die geätzt oder gebohrt wird, um darüber und darunter liegende Chips elektrisch zu verbinden. Vor der Metallfüllung isoliert eine dünne Oxidschicht das Via vom umgebenden Silicium, um Kurzschlüsse zu vermeiden. TSVs bilden das Rückgrat des 3D-Chip-Stacking und ermöglichen wesentlich kürzere Signalwege als seitliche Verdrahtung.
Wie funktionieren Chiplets?
Statt einen großen Chip als einzelnes monolithisches Die zu fertigen, wird die Funktion auf mehrere kleinere Dies (Chiplets) aufgeteilt, die erst im Package über schnelle Verbindungen zusammengeschaltet werden. Das erlaubt es, jedes Chiplet im jeweils günstigsten Fertigungsprozess herzustellen und defekte Dies einzeln auszusortieren statt den ganzen Chip zu verwerfen. Verbunden werden Chiplets meist über Advanced-Packaging-Techniken wie Interposer, Hybrid Bonding oder TSVs.