Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) und (Heterogene) Integration (2D, 2,5D, 3D) für elektronische Bauelemente

HyperConnect: Selbstzusammenbau von Mikro- und Nanopartikeln durch Zentrifugalkräfte und Haargefäßüberbrücken für 3D-Thermalverbindungen

© Fraunhofer ENAS
Wesentliche Prozessschritte zur Erreichung des perkolierenden thermischen Underfillers (PTU).

Das Projekt HyperConnect war ein 36-monatiges europäisches Verbundprojekt, das Ende 2015 erfolgreich abgeschlossen wurde. Es wurde von der Europäischen Kommission im 7. Rahmenprogramm im Bereich der Nanowissenschaften, Nanotechnologien, Materialien und Fertigungstechnologien unter der Vertragsnummer FP7-NMP-310420 gefördert. Mit insgesamt 10 Partnern wurde intensiv an neuen Materialien, Prinzipien und Technologien für weiterentwickelte kapillare Underfiller geforscht.

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, einen sequenziellen Prozessfluss für die Erzeugung eines hochwärmeleitfähigen Underfillers zu entwickeln. Die wesentliche Forschungsarbeit des Fraunhofer ENAS fokussierte sich dabei auf drei Hauptprozessschritte, beginnend mit dem Füllen von Mikropartikeln in eine definierte Siliziumkavität zwischen Chip und Substrat, welches mit Hilfe einer Zentrifuge erreicht werden konnte. Weiterhin konnte mittels Nanopartikel-Tinten und kapillarer Brückenbildung eine Ausbildung von „Hälsen“ zwischen den Mikropartikeln erzeugt werden. Abschließend wurde eine speziell entwickelte Underfill-Matrix kapillarisch in das bereits bestehende Netzwerk aus Mikro- und Nanopartikeln gefüllt. Nach Beendigung des Projektes konnte eine fünffache Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit gegenüber handelsüblichen thermischen Underfills gezeigt werden.

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Mikroskopaufnahme eines gefüllten Chip-Hohlraumes mit Al2O3-Partikeln im Größenbereich von 25 bis 36 µm und Schatteneffekt hinter den Siliziumsäulen.
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SEM-Aufnahme des Partikelnetzwerks und des durch Kapillarbrücken gebildeten Halses.