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Winzige Taktmodule reduzieren Energieverbrauch von Mikrosystemen

01.06.2011
Durch einen neuartigen miniaturisierten Aufbau sollen Taktmodule künftig nur noch weit über ein Zehntel ihrer bislang benötigten Energie verbrauchen. Möglich macht dies ein EU-weites Projekt, an dem u.a. das Fraunhofer IZM beteiligt ist.

Ziel des Projekts Go4Time* ist die Verwirklichung von miniaturisierten Taktmodulen auf industrieller Ebene, die ICs (Integrated Circuits, Integrierte Schaltkreise) mit Resonatoren in einer einzelnen Baueinheit kombinieren.


MEMS mit Kontaktbahnen auf Siliziumsubstrat
CSEM


MEMS mit Kontaktbahnen auf Siliziumsubstrat 2
CSEM

Die frequenzeinstellbaren, hybriden Mikrosysteme sollen einen Energieverbrauch im Bereich von einigen Mikrowatt aufweisen und damit herkömmlichen Quarz-basierten Lösungen weit überlegen sein. Diese Taktgeber werden über eine scharfe Frequenzstabilität verfügen und in der Lage sein, Temperaturschwankungen zu kompensieren.

Daher kommen sie für ein breites Einsatzspektrum, etwa für industrielle Anwendungen in Wireless-Kommunikationssystemen (GSM, Bluetooth, WSN) oder in Massenkonsumgütern der Unterhaltungs- und Haushaltselektronik wie z.B. MP3-Playern oder mobilen DVD-Playern infrage.

Im Rahmen des Projektes bringt das Fraunhofer IZM seine Expertise in der Prozessentwicklung und Fertigungstechnik bzw. Industrialisierungsfähigkeit auf Prototypebene, vom Wafer-Design bis zur Montage von mikroelektronischen Systemen ein. Am Fraunhofer IZM werden mit der so genannten TSV-Technologie (Through Silicon Via, d.h. elektrische Verbindung aus Metall durch ein Silizium-Substrat) mit sehr hohen Aspekt-Verhältnissen realisiert.

Hierdurch lassen sich die Bestandteile der Taktmodule dreidimensional übereinander stapeln und damit extrem miniaturisieren. Die Forscher des Fraunhofer IZM kombinieren diese Technologie außerdem mit einem Waferdünnungsverfahren, um die Dimensionen weiter zu reduzieren. Darüber hinaus ist das Fraunhofer IZM für das Wafer Level Packaging der im Projekt entwickelten Silizium-basierten MEMS verantwortlich. Das unter Vakuum am Fraunhofer IZM durchgeführte Wafer-to-Wafer-Packaging soll schließlich die Verkapselung der Hybrid-Resonatoren mit hohem Q-Faktor durch Lotringe erfolgen und dementsprechend eine höhere Prozesseffizienz gewährleisten.

*Das Projekt Go4Time - GlObal, Flexible, On demand and Resourceful Timing IC & MEMS Encapsulated System wird von der Europäischen Kommission innerhalb des 7. Rahmenprogramm (RP7) gefördert und läuft über eine Zeitspanne von drei Jahren. Das Projektkonsortium besteht aus sieben Partnern aus fünf verschiedenen europäischen Ländern:

- Universitäten: Politecnico di Milano und Technische Universiteit Delft

- Forschungsinstitute: CSEM - Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique, VTT - Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus und Fraunhofer IZM

- Substanzielle industrielle Partner: Micro Crystal AG und STMicroelectronics

Fachkontakt:
Dr. Charles-Alix Manier
Tel.: +49 30 46403-612
Mail: charles-alix.manier@izm.fraunhofer.de

Georg Weigelt | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.go4time.eu
http://www.izm.fraunhofer.de

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