Halbleiter 19.10.2001, 17:31 Uhr

Neue Gehäuse sollen den Weg zum Milliarden-Transistor-Chip ebnen

Chips mit 1 Mrd. Transistoren, zehnmal schneller als die heutigen Pentium-4-Prozessoren, verspricht der Welt größter Halbleiterhersteller Intel. Dazu entwickelte man eine komplett neue Anschluss- und Gehäusetechnologie.

Eigentlich ist das neue Chip-Package von Intel gar kein Gehäuse mehr und auch kein vergossenes Substrat, das den Chip umhüllt, und dessen Anschlüsse zur Stromversorgung und zur Signalableitung nach „draußen“ vermittelt. Die als BBUL („Bumpless Build-up Layer“) bezeichnete Technologie wurde am 9. Oktober auf der Advanced Metallization Conference im kanadischen Montreal vorgestellt: Kein Gehäuse mehr, auch kein Substrat, auf dem der Chip befestigt wird. Statt dessen werden auf dem Chip selbst neuartige, mikroskopisch feine und mikroskopisch dünne Kupferleiterbahnen (fast so wie bei der internen Chip-Verdrahtung) lithografisch aufgebracht, geätzt, und anschließend vertikal zu ihm durch kontaktiert. Das geschieht in mehreren, bislang drei getrennten Ebenen zur Verdichtung des Anschlussbildes.

Selbst die heute aktuelle Flip-Chip-Technologie würde damit überholt. Bei den Flip-Chips werden die auf dem Chip vorgesehenen Anschluss-Stellen mit genau definierten metallischen „bumps“ versehen. Das sind winzige Halbkugeln aus Lötmasse, die mit extremer Genauigkeit auf den Wafer aufgedruckt werden, wenn es sein muss, in Abständen von weniger als 0,5 mm. Dann wird der Chip umgedreht, „geflippt“, und mit der filigranen Leiterbahn- und Transistorstruktur nach unten auf ein entsprechend kontaktiertes Trägersubstrat aufgelötet. Das stellt die vielen (bis zu einigen Tausend pro Chip) notwendigen elektrischen Verbindungen her und fixiert den Chip auf dem Substrat. Das ist ein technologisch hoch anspruchsvoller Prozess, vor allem wegen der unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten von Chip und Substrat, die zu Ausfällen führen können.

Schon in fünf oder sechs Jahren, glaubt Gerald Marcyk, Direktor des Komponenten-Forschungslabors bei Intel in Santa Clara, soll sich BBUL kommerziell rechnen: „Die Entwicklung der BBUL-Technologie wird es uns erlauben, Computerbenutzern die Leistung von Prozessoren mit Milliarden Transistoren zu vermitteln.“ Mit der gegenwärtigen Flip-Chip-Technik, noch so perfektioniert, so Marcyk, lässt sich das nicht mehr machen.

Damit rückt die Gehäusetechnik, früher immer nur ein notwendiges Übel zum Schutz der empfindlichen Schaltkreise und als lästiger Kostenfaktor, dabei schwer und klobig, vom „Backend“ der Halbleiterfertigung endgültig in das strategische Zentrum des Chipentwurfs. Damit wird sie ebenso fein strukturiert und wichtig wie die mittlerweile exotische optische Lithografie mit extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängen, mit der eines Tages die nur wenige zehn Nanometer messenden Chipgeometrien erzeugt werden müssen. Und mit BBUL ist Intel drauf und dran, auch dabei im Mittelpunkt zu stehen.

Auch die heutigen Trägersubstrate aus Kunststoff leiten die Signale auf mehreren, gegeneinander isolierten Metallschichten mit dem geeigneten „Routing“ an die Außenwelt. Das Gehäuse selbst ist über Metallstifte oder wiederum, wie bei den Ball Grid Arrays (BGA), über – größere – Löt-Bumps mit der Leiterplatte verbunden.

Die neuen, mit BBUL auf dem Chip aufgewachsenen Kontaktschichten sind wesentlich dünner und verlaufen dichter über dem Chip. Kürzere Verbindungswege verbrauchen weniger Leistung – wichtig für künftige batteriebetriebene Appliances. Durch den Wegfall der Lötverbindungen mit ihrer elektromotorisch aktiven Metallurgie beim Übergang vom Kupfer oder Aluminium der Chip-Leiterbahnen auf die Blei-Zinn-Legierung der Lötmasse entfallen auch störende Impedanzsprünge und parasitäre Laufzeiteffekte. Sie stehen derzeit den höchsten geforderten Taktfrequenzen im Bereich von 10 bis 20 GHz im Wege, fressen Leistung und bremsen das Schaltverhalten.

Mit BBUL, so argumentiert man bei Intel, ließen sich somit nicht nur leichtere, flachere und schnellere Chips realisieren, sondern auch komplexe, dabei eng vernetzte Chipsysteme in einem Gehäuse.

WERNER SCHULZ

 

Themen im Artikel

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Schwieberdingen-Firmenlogo
Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Schwieberdingen Entwicklungsingenieur Mechatronic Design (m/w/d) Schwieberdingen bei Stuttgart
ALFRED TALKE GmbH & Co. KG-Firmenlogo
ALFRED TALKE GmbH & Co. KG Elektroingenieur / Projektingenieur (m/w/d) Hürth
Techtronic Industries ELC GmbH-Firmenlogo
Techtronic Industries ELC GmbH Versuchstechniker (m/w/d) Elektrowerkzeuge Winnenden
J.M. Voith SE & Co. KG-Firmenlogo
J.M. Voith SE & Co. KG Projektingenieur (m/w/d) für elektrische Energie- und Antriebstechnik Heidenheim
VIVAVIS AG-Firmenlogo
VIVAVIS AG Projektingenieur / Projekttechniker (m/w/d) Ettlingen
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Versuchsingenieur für Betreuung von Teilsystemplätzen (m/w/d) Garching bei München, München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Testingenieur am HiL (m/w/d) Weissach, Garching bei München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Informatiker als Softwareentwickler C++/Qt für industrielle Systeme (m/w/d) Garching bei München, München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Systemingenieur modellbasierte Entwicklung (MBSE) (m/w/d) Garching bei München, Leipzig, Erlangen, Berlin
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Testingenieur Schienenfahrzeuge (m/w/d) Garching bei München, Leipzig, Erlangen

Alle Elektrotechnik, Elektronik Jobs

Top 5 Mikroelekt…

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.