Advanced Glass Interposer with Carbon Copper Composite Metallization (GINCO)

Optimierter Wärmetransfer für Mikrostrukturen oder SMD-Komponenten auf Leiterplatten. Hierzu wird eine neuartige Kupfer-Kohlenstoff-Beschichtung auf Glas-Interposern sowie eine neue Architektur von Vias, d.h. elektrisch und thermisch leitfähiger Durchkontaktierungen, erforscht.

Moderne elektronische Baugruppen verwenden außer Integrierten Schaltkreisen auch zusätzliche Trägermodule, sog. Interposer, auf denen mehrere Komponenten wie Speicherchips, Prozessoren, Sensoren zusammengefasst sind. Diese Interposer realisieren neben der elektrischen Verbindung auch die Wärmeabfuhr nach außen. Dabei weisen einige Komponenten hohe Wärmeverluste auf, so dass die Dimensionierung der meist aus monokristallinem Silizium gefertigten Interposer aufwändig und teuer ist. Im Projekt GINCO werden neuartige Glas-Interposer entwickelt, gefertigt und charakterisiert, bei dem Kupfer-basiertes Material durch Kohlenstoff-haltige Nanostrukturen, vorzugsweise Graphen, ergänzt wird. Der Kohlenstoff soll die Wärmeleitfähigkeit signifikant erhöhen, jedoch ohne Einbußen bei der elektrischen Leitfähigkeit. Hierzu erforscht das Projekt im Vergleich zum Stand der Technik zwei Neuerungen:

• Design des neuen Kupfer-Kohlenstoff-Komposit-Materials zur Kostenreduktion und Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit.
• Design von hierzu geeigneten, neuen metallischen Durchkontaktierungen, sog. „Vias“.

Das Projektkonsortium, bestehend aus Fraunhofer-IKTS in Dresden, Hahn-Schickard und der Białystok University of Technology, unterstützt durch Firmen des projektbegleitenden Ausschusses, muss dabei auch die Aspekte der Aufbau- und Verbindungstechnik aus der Leiterplattenfertigung berücksichtigen. Die Vias in den Glaswafern werden von Hahn-Schickard entworfen und bei Firmen durch Laserbohren vorbereitet, danach durch einen Via-Filling-Prozess metallisch aufgefüllt. Durch Sputtern von Kupferschichten sowie des zusätzlichen Kohlenstoffs an der Uni Białystok wird eine laterale, thermisch und elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt, die von FhG-IKTS charakterisiert wird. Durch weitere Laserbearbeitung werden elektrische Verbindungen voneinander isoliert. Hinzu kommt die Kontaktierung von Wärmequellen, Kühlkörpern sowie das Anfertigen eines PCB-Substrats mit zugehöriger Redistribution-Layer.