Mit Multi Chip-Modulen zum „System on Chip“ oder Embedded System

MCM – Miniaturisierung für Klein- und Großserie

Hochintegrierte Chipmodule waren bislang nur für hochvolumige Produkte für Branchen wie Consumer oder Automotive wirtschaftlich einsetzbar. Jetzt eröffnen neue Bauteiletechnologien und Verfahren auch für Anwendungen aus der Industrieelektronik oder Medizintechnik hochinteressante Lösungen. Damit lassen sich Teilsysteme oder gar komplette Systeme auf ein Modul integrieren. Der Kundenvorteil: enorme Vereinfachungen und hohes Kostenoptimierungspotenzial.


QFP-Gehäuse im Pitch 0,5 mm mit µController, Treiber und Speicher mit Dice in Wirebond-Technik

QFP-Gehäuse im Pitch 0,5 mm mit µController, Treiber und Speicher mit Dice in Wirebond-Technik

Es gibt zahlreiche Gründe dafür, Elektronik in höherintegrierte Schaltungsmodule zu verpacken:

  • Miniaturisierung: Verkleinern der Logik, in der Regel um 100 bis 500 Prozent
  • Modularisierung: Verpacken der höherintegrierten Elektronik in ein Modul
  • Bessere EMV-Eigenschaften
  • Bessere Signalübertragung bei Highspeed-Signalen
  • Ersatz für alte, nicht mehr verfügbare Bauteile – zum Beispiel auch bei ROHS- Umstellung
  • Kombination von Prozessor und Speicher
  • Umsetzung von einer Bauform zur anderen – als so genannter Interposer
  • „Entschärfung“ der Basisleiterplatte
  • Signalaufbereitung in Sensoren
  • Kombination von Logik und Leistungselektronik, auch als Powermodul

High Performance-Laminate als Substrate und Träger

Chip-Modul mit 4 Dice auf Polyimid-Flexsubstrat und Kupferplatte als Heatsink

Chip-Modul mit 4 Dice auf Polyimid-Flexsubstrat und Kupferplatte als Heatsink

Als Substrat oder Träger stehen verschiedene High Performance-Laminate zur Verfügung. Die Module werden auf Leiterplatten in Feinstleiter und Microviatechnik aufgebaut, mit Leiterstrukturen 150 µm bis zu 30 µm und Microbohrungen von bis zu 50 µm. Die verwendeten Laminate sind hochwertiger als bei der konventionellen Leiterplatte. Auch Flexsubstrate wie Polyimid können aufgrund ihrer guten dielektrischen Eigenschaften eingesetzt werden. Mit den unterschiedlichen Aufbauten lassen sich impedanzdefinierte Multilayer realisieren, auch mit integrierten Widerstands- und Kondensatorlayern. Damit sind Signalübertragungen von bis zu 10 Gbit möglich.


Dank Signalintegritätssimulation lassen sich unerwünschte Effekte wie Übersprechen (Crosstalk) oder Laufzeitverzögerungen aufspüren und optimieren. Auch eine thermische Simulation ist möglich.


Anschlüsse und Housing

Anschlüsse und das so genannte Housing sind für praktisch alle Standardgehäuseformen lieferbar. Dabei kommen Gehäuse mit geöffneten Gehäusen zum Einsatz. In diese wird die bestückte Leiterplatte eingesetzt und mit den Anschlüssen des Gehäuses verbunden. Danach wird die Einheit vergossen. Eine andere Lösung ist der Einsatz von Kontaktstreifen für SOIC- und QFP-Bauformen. Sie lassen sich auf das Modul auflöten und – nach dem Test – vergießen.

  • Gehäuseformen: DIP, SO, TSSOP, QFN, BGA, QFN

Bauteile mit sehr kleinen Bauformen

Chip-Modul mit einem BGA-Gehäuse in Wirebond-Technik

Chip-Modul mit einem BGA-Gehäuse in Wirebond-Technik

Neben den ungehäusten Dice, die oft nur für große Stückzahlen zu beschaffen sind, stehen heute Bauteile mit sehr kleinen Bauformen zur Verfügung – wie Flipchip, MLF, QFN oder µBGA. Sie sind ebenfalls sehr gut auf einem Modul einsetzbar und nicht viel größer als das nackte gebondete Silizium Die. Auch die µSMD-Gehäuse in Verbindung mit 0201- oder 01005-Bauteilen bieten hier interessante Lösungen für die Modularisierung von Analogtechnik. Sie eignen sich ideal unter anderem für Sensorik-Anwendungen. Der Nutzen liegt auf der Hand: Hochfeine Anschlusstechniken wie µBGA oder 0201 können auf das Modul verlagert werden. Die eigentliche Leiterplatte wird entlastet. Die feinen Strukturen sind auf das Modul reduziert: Die Leiterplattenfläche selbst wird einfacher und damit preisgünstiger.


Embedded Systeme

Embedded System auf Basis des Mega8 µControllers – Größe 15 x 20 mm

Embedded System auf Basis des Mega8 µControllers – Größe 15 x 20 mm

Interessant ist dieser Lösungsansatz auch, um so genannte „Embedded Systeme“ zu realisieren. Heute stehen moderne und sehr preisgünstige µController zur Verfügung. In diese sind sowohl Analog- und Digitalblöcke als auch Speicher bereits integriert. Damit lassen sich kleine „Embedded Systeme“ realisieren – zum Beispiel, um sie direkt in einen Sensor zu integrieren oder die ganze Funktionalität einfach mit in das Steckergehäuse zu packen.

Mit den neuen, extrem kleinen Bauteileformen lassen sich auch sehr einfach Module realisieren, wie hier mit Flip Chip, µBGA, QFN und 0201-Bauteilen.


Der GED Service für Chipmodule

  • Beratung und Kostenbetrachtung
  • Schaltungsentwicklung und Designservice
  • Entwicklung kundenspezifischer µC-Module
  • Evaluierung der Bauteile und Dice
  • Packaging
  • Simulation
  • Prototyping
  • Prozess- und Testentwicklung
  • Sourcing und Serienfertigung

Bild links: Elektronik im Stecker integriert.
Bild Mitte: Die QFN-Gehäuseform ist prädestiniert für Powermodulgehäuse. Auf der Unterseite des Gehäuses ist ein Heatsink integriert. Dieser ermöglicht eine thermische Anbindung an die Leiterplatte, über die die Wärme abgeführt werden kann.
Bild rechts, von links nach rechts: Powermodule mit integriertem oder aufgesetztem Kühlkörper. Mit Dickdraht gebondete Dice auf Basis von Hochstromleiterplatten

Ihr direkter Kontakt zu uns

Telefon: +49 (0) 2247 9219-0

Oder senden Sie eine Nachricht.