Unsere Forschungsgruppe entwickelt kompakte, multifunktionale Mikrosysteme mit verbesserter Leistungsfähigkeit und erweitertem Funktionsumfang. Dabei bündeln wir Kompetenzen in den Bereichen Materialien und Bauelemente, multiphysikalische FEM-Modellierung und -Simulation, Halbleiterprozessierung sowie Aufbau- und Verbindungstechnologien.
Unser Ziel ist die Entwicklung neuartiger Komponenten und Technologiemodule mit besonderem Fokus auf Millimeterwellen- und Sub-THz-Anwendungen. Im Rahmen von Projekten, die vom BMFTR, der DFG und der EU gefördert werden, treiben wir am IHP die Forschung zu Advanced Packaging und heterogener Integration voran.
Die HDT-Gruppe betreibt eine 200-mm-Pilotlinie für temporäres und permanentes Wafer-Bonding – Schlüsseltechnologien für Advanced Packaging und heterogene Integration. Zu den verfügbaren Verfahren gehören das Handling von Trägerwafern, Niedertemperatur-SiO₂–SiO₂-Fusionsbonden, Al–Al-Thermokompressionsbonden, Waferdünnung sowie zugehörige Messtechniken.
Forschungsrelevanz und Anwendungsbereiche
Advanced Packaging und heterogene Integration gewinnen zunehmend an Bedeutung, da die konventionelle Skalierung von Halbleitern an die Grenzen des Moore’schen Gesetzes stößt. Diese Technologien sind für Anwendungen von High-Performance Computing und Kommunikation bis hin zu Automobil- und Medizinsystemen von zentraler Bedeutung.
Hochfrequenz-Packaging ist insbesondere für neu entstehende Millimeterwellen- und Sub-THz-Anwendungen entscheidend, darunter breitbandige 6G-Kommunikation, Radar und Bildgebung. Während sich die Leistungsfähigkeit von Halbleitern kontinuierlich verbessert, wird die Gesamtleistung von Systemen zunehmend durch die Integration begrenzt. Um diese Einschränkungen zu überwinden, sind neuartige Hochfrequenz-Packaging-Komponenten und -Technologien erforderlich.
Zentrale Forschungsziele
Hochfrequenz-Packaging
- Advanced-Packaging-Lösungen für die 2,5D-/3D-Integration von SiGe BiCMOS
- Hochleistungsfähige Fine-Pitch-Verbindungstechnologien für Hochfrequenzanwendungen
- Passive und aktive multifunktionale Silizium-Interposer-Technologien
Heterogene Integration
- Kombination von SiGe BiCMOS mit skalierten CMOS- und III-V-Technologien
- Wafer-to-Wafer- und Chip-to-Wafer-Integrationstechniken
- Heterogene Integration als Alternative zu monolithischen Integrationstechniken
Hochfrequenz-Komponenten
- Implementierung passiver Hochfrequenz-Komponenten in Packaging-Technologien
- Antenna-in-Package-Integration für Einzelantennen und Antennenarrays
- Hochfrequenz-Verbindungen für Advanced Packaging und heterogene Integration
Forschungsbereiche
Hochfrequenz-Packaging
Der Forschungsbereich Hochfrequenz-Packaging befasst sich mit der Entwicklung fortschrittlicher Packaging-Technologien und -Lösungen für die 2,5D-/3D-Integration für Millimeterwellen- und Sub-THz-Anwendungen. Fan-in- und Fan-out-Wafer-Level-Packaging-Technologien sind als Integrationsplattformen für Chiplets besonders gefragt. Passive und aktive Silizium-Interposer-Technologien spielen eine wichtige Rolle für die fortschrittlichen BiCMOS-Wafer-Level-Packaging-Plattformen des IHP. Fortschrittliche Verbindungstechnologien, darunter Al–Al-Bonding und Through-Silicon Vias (TSVs), ermöglichen die Integration der SiGe-BiCMOS-Technologien des IHP für Anwendungen bei Frequenzen von 300 GHz und darüber. Darüber hinaus entwickelt die Gruppe gemeinsam mit externen Forschungspartnern verschiedene Integrationsplattformen.
Heterogene Integration
Advanced-Packaging-Technologien ermöglichen die heterogene Integration unterschiedlicher Technologien und Funktionalitäten. Die dabei eingesetzten Integrations- und Verbindungsmethoden lassen sich grundsätzlich in Wafer-to-Wafer- und Chip-to-Wafer-Ansätze unterteilen. Beispiele hierfür sind die Kombination der SiGe-BiCMOS-Technologie des IHP mit III-V-Technologien wie InP und InGaAs sowie die Kombination von SiGe BiCMOS mit skaliertem CMOS. Darüber hinaus untersuchen wir neuartige hybride Integrationsansätze zur Kombination von SiGe BiCMOS mit Technologien photonischer integrierter Schaltungen.
Passive Komponenten
Millimeterwellen- und Sub-THz-Anwendungen erfordern häufig spezielle passive Hochfrequenz-Komponenten wie HF-Übertragungsleitungen, Übergänge, Filter, Koppler, Antennen und Antennenarrays. In diesem Forschungsbereich befassen wir uns mit dem Design und der Integration dieser Komponenten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Integration von Antennen auf Basis von Antenna-in-Package-(AiP)-Integrationstechnologien. Ein Beispiel ist ein Silizium-Interposer mit eingebetteten dielektrischen Resonatorantennen für den D- und H-Band-Betrieb, der skalierbare, leistungsfähige Antennenarrays für Beam-Steering-Anwendungen ermöglicht.
