Bahnbrechender Mikrotransferdruck ermöglicht breite Plattformkompatibilität
Die Weiterentwicklung intelligenter Systeme beruht auf einer Kombination aus technologischen Fortschritten wie zum Beispiel verbesserter Funktionalität und Miniaturisierung, und erfordert die Integration weiterer Komponenten. Idealerweise werden diese vernetzten Elemente durch präzise Aufbringung auf ein Substrat (Plattform) gebildet, obgleich dies eine Reihe von Herausforderungen darstellt. Das neue Verfahren mit der Bezeichnung Micro-Transfer-Printing (μTP, micro-TP) stellt einen Fortschritt dar, da es die wesentlichen Materialien oder Elemente, die an ihren Substraten befestigt sind, trennt, und per „pick and place“ (aufheben und ablegen) mit sehr hoher Präzision auf ein neues Substrat aufträgt. Diese Elemente sind nur wenige Mikrometer (ein millionstel Meter) dick. Das Projekt TOP HIT wurde ins Leben gerufen, um die micro-TP-Technik unter Verwendung von integrierten photonischen Schaltungen (Photonic Integrated Circuits, PICs) auf Siliziumsubstraten für die Kommunikationsindustrie zu entwickeln und zu validieren. Dies gab Aufschluss über den Wert der Technologie für Systemdesigner und für die kostengünstige Fertigung. Das Projekt demonstrierte überdies die Integration sehr kompakter elektronischer Schaltungen auf siliziumfreien Substraten, wobei bisherige Hindernisse bezüglich der Inkompatibilität zwischen verschiedenen technologischen Plattformen überwunden wurden. Die Submikrometer-Integration erreichen Intelligente Systeme sind von Grund auf darauf ausgelegt, viele verschiedene Funktionalitäten zu integrieren, zum Beispiel Sensorik, Fortbewegung, Modulation und Signalisierung. Diese Integration stellt für Designer allerdings eine Herausforderung dar, da sie von elektrischen, optischen, thermischen und mechanischen Erwägungen abhängt. Optische Verbindungen sind besonders herausfordernd, da die Wellenleiter mit Submikrometerpräzision aneinander ausgerichtet werden müssen, um die beste Leistung zu erzielen. Durch Übertragung äußerst dünner Elemente von einer Wafer-Ausgangsplattform auf eine Wafer-Zielplattform unter Verwendung des micro-TP-Verfahrens können die Elemente mithilfe von metallischen Umverteilungsschritten vernetzt werden. Da die Methode den erforderlichen Abstand zwischen Komponenten auf dem Ausgangssubstrat im Vergleich zum Zielsubstrat minimiert, wird die effiziente Nutzung der kostspieligen Ausgangsmaterialien und -elemente erheblich verbessert. Projektkoordinator Brian Corbett sagt hierzu: „Die Technik kann auf eine Vielzahl von Elementen angepasst werden und funktioniert am besten mit Komponenten, die ein Seitenmaß von weniger als 500 Mikrometern haben – ein System, mit dem andere Methoden zu kämpfen haben. Das wichtigste Erfordernis ist, dass die aufnehmenden Stellen lokal eben sind, was unter Verwendung einer Adhäsionsschicht mit Submikrometerdicke erreicht werden kann.“ Effiziente Elektroniksubsysteme bieten eine Reihe von Möglichkeiten Die Technik ist insbesondere für die Datenkommunikation aussichtsreich, die eine hohe Bandbreite und eine hohe Dichte vernetzter Komponenten erforderlich macht. Es wird davon ausgegangen, dass die Marktaufnahme zuerst in Datenzentren und anschließend in Netzwerken (Fibre-to-the-Home) stattfindet, sodass hochleistungsfähige Empfänger zu geringen Kosten ermöglicht werden. Die Möglichkeit der Technik zur Kombination angepasster Lichtquellen, Detektoren und Elektronik in Miniatur-Untersystemen eröffnet zudem die Chance zur Anwendung im Bereich von medizinischer Diagnostik (zum Beispiel für endoskopische Anwendungen), Umweltsensorik und Displays. Im Hinblick auf die Erweiterung der Möglichkeiten für den Verbrauchermarkt sagt Corbett: „Nach vielen Jahren Arbeit im Photonik-Bereich bin ich mir der Stärke von Lasern für die Informationsübermittlung bewusst, insbesondere was das Internet anbelangt. Die Technologie hatte jedoch bislang nicht die gleichen Auswirkungen auf Verbraucheranwendungen. Leistungsstarke Photonikelemente, die Untersysteme zu Verbraucherpreisen beinhalten, werden dies ändern.“ Bislang wurden die Demonstrationen der micro-TP-Technik von TOP HIT mit geringem Volumen durchgeführt. Derzeit ist eine quelloffene Pilotlinie für die Integration micro-TP-fähiger intelligenter Systeme in eine Fertigungsumgebung für die Halbleiterproduktion über das microprince.eu (Microprince-Projekt) unter dem ECSEL-Programm in Planung. Dies wird zu einer Reihe individueller Anwendungen für die Weiterentwicklung führen. Im Rahmen zukünftiger Arbeit ist es zudem erforderlich, Fertigungsstandards mit Entwurfsregeln (zum Beispiel Prozessdesignkits) für die beste Schnittstellenverbindung mit Fertigungsanlagentechnologie zu entwickeln.
Schlüsselbegriffe
TOP HIT, gedruckte Elektronik, Mikrometer, μ, intelligente Systeme, miniaturisierte Elektronik, Photonikkomponenten, Silizium, integrierte Schaltungen, optische Verbindungen, Datenkommunikation
