ECSEL-Projekt APPLAUSE: kostengünstigere Packaging Verfahren

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Anhand von sechs Demonstratoren, etwa Wärmebildsensoren für die Bereiche Automotive und Sicherheit, adressiert das Vorhaben viele der aktuell wichtigsten Herausforderungen der Aufbau- und Verbindungstechniken.
Anhand von sechs Demonstratoren, etwa Wärmebildsensoren für die Bereiche Automotive und Sicherheit, adressiert das Vorhaben viele der aktuell wichtigsten Herausforderungen der Aufbau- und Verbindungstechniken. (Bild: IDEAS)

Die Ziele von APPLAUSE sind die Entwicklung neuer Werkzeuge, Methoden und Prozesse zur automatisierten Serienfertigung und fortschrittlichen Packages für die Halbleiter-, Optik- und Photonik-Branche. So soll der globale Marktanteil als auch die Wettbewerbs­fähigkeit der Halbleiterindustrie in Europa gesteigert werden.

Europa und vor allem Deutschland besitzen in der Mikroelektronik besondere Stärken in der Automobil-, Energie-, Sicherheits- und Industrieelektronik. Um die Mikroelektronikkompetenz im Hinblick auf eine breite Digitalisierung zu stärken, fördert die Europäische Kommission gemeinsam mit Mitgliedsstaaten in der Initiative Electronics Components and Systems for European Leadership (ECSEL) Forschungsvorhaben und Pilotlinien. Deutsche Schwerpunkte liegen dabei auf multifunktionalen Elektroniksystemen, energiesparender Leistungselektronik, Design komplexer Systeme sowie Produktionstechnologien.

Ziel des Projektes APPLAUSE (Advanced Packaging for Photonics, Optics and Electronics for Low Cost Manufacturing in Europe) ist es, neue Aufbau- und Verbindungstechniken (AVT) zu entwickeln, um hochintegrierte mikro- und optoelektronische Systeme wirtschaftlich konkurrenzfähig in Europa fertigen zu können. Entlang von sechs Demonstratoren, etwa für Automobilanwendungen, die Telekommunikation, die Produktionsautomatisierung und die Medizintechnik, adressiert das Vorhaben viele der aktuell wichtigsten Herausforderungen der AVT. Begleitend werden fortschrittliche Analyse- und Messverfahren sowie entsprechende Anlagenentwicklungen vorangetrieben.

Durch die Entwicklung neuartiger Verfahren der Handhabung sehr dünner Wafer, der 3D-Integration, hermetischer Wafer-Level-Packages für optische Anwendungen, der Handhabung flexibler Substrate oder der direkten Einbindung optischer Komponenten könnten künftig komplexe optoelektronische Systeme konkurrenzfähig in Europa gefertigt werden. Die Innovationen des Vorhabens bieten gute Chancen, Teile der Wertschöpfungskette wieder zurück nach Deutschland oder in die Europäische Union zu bringen.

Konsortium aus Industrie und Forschung

APPLAUSE wird von ICOS Division, der KLA-Tencor Unternehmensgruppe aus Belgien, koordiniert und hat Partner aus 11 Ländern, darunter 10 Großunternehmen, 11 Klein- und Mittelstandsunternehmen (KMU) sowie 10 Forschungs- und Technologiegesellschaften aus den Bereichen Packaging für Elektronik, Test sowie Optik und Photonik. Das Gesamtbudget von 34 Mio. € für das dreijährige Projekt wird von der EU durch das Programm Horizon 2020 sowie durch die nationalen Fördereinrichtungen und die Industrie als Teil von ECSEL kofinanziert.

Rood-microtec fungiert als Leiter des Arbeitspakets 6 (Testing, Reliability, Failure Analysis & Metrology) für alle sechs industriellen Pilotanwendungen, ist nationaler Verbundkoordinator für die neun deutschen Partner und auch Hauptansprechpartner für den deutschen Projektträger. Insgesamt erhält RoodMicrotec in den nächsten drei Jahren rund 750.000 € Fördermittel von der EU und dem BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung).

„APPLAUSE ist eine großartige Gelegenheit, neue Technologien für die nächste Generation fortschrittlicher Packages der innovativen Photonik-Industrie in Bezug auf Test und Qualifikation zu entwickeln. Dadurch werden wir unsere zukünftige Marktposition stärken“, sagt Martin Sallenhag, CEO von RoodMicrotec.

Auch Würth Elektronik aus Niederhall beteiligt sich an dem Projekt und bringt sich mit den Technologien TWINflex, TWINflex-Stretch und Wire-Bonding im Bereich der leiterplattenbasierten Systeme ein. „Neben der Erreichung der Gesamtziele von APPLAUSE legt Würth Elektronik den Schwerpunkt auf Weiterentwicklungen in den Bereichen Elektronik Packaging und individuelle Sensorsysteme“, erklärt Dr. Jan Kostelnik, Leiter von Forschung und Entwicklung bei Würth Elektronik Circuit Board Technology (CBT).

Die sechs Pilotanwendungen werden jeweils von einem Industriepartner geleitet und umfassen:

  • einen wesentlich verkleinerten, 3D-integrierten Umgebungslichtsensor für mobile Anwendungen und Wearables (ams, Österreich),
  • einen leistungsstarken, kostengünstigen und ungekühlten IR-Bildsensor für Automobil- und Überwachungsanwendungen (IDEAS, Norwegen),
  • Transceiver für höchste Datenraten mit reduzierten Herstellungskosten (DustPhotonics, Israel),
  • ein flexibles smartes Pflaster zur Herzüberwachung (Precordior, Finnland),
  • miniaturisierte Herzimplantate mit erweiterten Überwachungsmöglichkeiten (Cardiaccs, Norwegen),
  • und ein optisches Gas-Messmodul mit kostengünstigem Packaging der Komponenten (Vaisala, FinIand).

Herzüberwachung mit dehnbarem Pflaster-Sensor

Der Use Case „Herzüberwachungssysteme in Form eines dehnbaren Pflasters“ adressiert mehrere technische Herausforderungen im Zusammenhang mit flexibler Elektronik, dehnbaren Zuleitungen und kostengünstigem Packaging von Einweg-Multiparametersensoren. Aktuell gibt es verschiedene Pflaster und andere tragbare Geräte zur Herzüberwachung, jedoch sind diese Geräte oft unflexible und sperrig. Eine komfortable Nutzung über einen längeren Zeitraum ist nicht möglich. APPLAUSE wird ein flexibles und elastisches Pflaster zur multimodalen Messung der Herzaktivität entwickeln. Es wird erwartet, dass die mobile Patientenüberwachung die Pflegepraxis erheblich verbessert wird. Im Idealfall wird jeder Patient beim Eintritt in das Krankenhaus mit einem einfachen, tragbaren Einweggerät ausgestattet. Das Messsystem begleitet den Patienten während des gesamten Krankenhausaufenthaltes und wird nach der Entlassung entsorgt. Diese Art von Sensor würde erhebliche Vorteile im Arbeitsablauf in Zusammenhang mit der Infektionskontrolle (immer ein hygienischer Sensor), der Verwaltung von Krankenhausbeständen (keine Verwaltung und Verfolgung der teuren stationären Geräte) und der Patientenversorgung (verbesserte Patientenmobilität, reduzierte Kabel) bieten.

Förderung der europäischen Halbleiterindustrie

Zu den erwarteten Auswirkungen des Projekts kann eine Umsatzsteigerung für die Projektpartner von über 300 Millionen Euro bis 2025 gehören. Die im Projekt entwickelten neuen Technologien haben das Potenzial für einen erhöhten Marktanteil und einen zusätzlichen Zugang zu neuen Marktsegmenten für die industriellen Partner.

Zu den strategischen, hochrangigen Zielen von APPLAUSE gehören die Entwicklung neuer Werkzeuge, Verfahren und Prozesse für die automatisierte Massenfertigung und fortschrittliche Verpackung für die Halbleiter-, Optik- und Photonikindustrie, die Einführung fortschrittlicher Verpackungs- und Hochvolumenfertigungskonzepte für die Optik und Photonik über sechs industrielle Anwendungsfälle und die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und des globalen Marktanteils der europäischen Halbleiterindustrie, insbesondere der Produktionsausrüstungs-, Verpackungs- und Montageindustrie.

Das Konsortium:

  • Deutschland: NUROMEDIA; Pac Tech - Packaging Technologies; DISCO HI-TEC EUROPE; OSYPKA; Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM; Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen IMS, Würth Elektronik; Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
  • Niederlande: Besi Netherlands; Advanced Packaging Center; Stiching IMEC
  • Belgien: ICOS Vision Systems; JSR Micro; Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC)
  • Finnland: Murata Electonics; Vaisala; GE Healtcare Finland; Afore; Oy Everon; Precordior; Turun Yliopisto; Aalto Korkeakoulusaaatio
  • Norwegen: Integrated Detector Electronics; Cardiaccs; Universitetet I Sorost-Norge
  • Österreich: AMS; Besi Austria; EV Group; E. Thallner
  • Schweiz: Albis Optoelectronics; CSEM Centre Suisse D’Electronique et de Microtechnique
  • Frankreich: Almae Technologies
  • Ungarn: Semilab Felvezeto Fizikai Laboratorium Reszvenytarsasag
  • Israel: Dustphotonics
  • Lettland: Elektronikas un Datorzinatnu Instituts
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