RX-Mikrocontroller - elektronik industrie

Embedded-Systeme
Dank der abgesenkten Oberflächentemperatur kann man beim
Design und in der Fertigung des Halbleiters bisweilen auf preiswerte
Verfahren zurückgreifen. Auch auf das EMV-Verhalten
wirkt sich das Einbetten der Chips positiv aus, da die metallischen
Verbindungswege innerhalb des Substrats wie eine Abschirmung
wirken. Der kompakte Aufbau des SESUB-Moduls sowie die kürzeren
elektrischen Verbindungswege innerhalb des Substrats führen
auch zu einer verbesserten Unterdrückung von Störeffekten
und erhöhen damit die Betriebssicherheit des Gesamtsystems. Ein
weiterer Vorteil ist, dass Entwickler und Designer ein stabiles, robustes
und ausgereiftes Subsystem erhalten und damit deutlich weniger
Aufwand in ihre eigene Entwicklungsarbeit stecken müssen.
Bild 2: Schnitt durch ein SESUB-Substrat.
Bild 3: TDK‘s SESUB-Module integrieren die Umverdrahtungslagen.
Auf einen Blick
Noch flachere diskrete Bauelemente
Entwickler und Hersteller von Smartphones profi tieren nicht nur ausschließlich
von der wegweisenden, patentierten SESUB-Modul-Technologie,
die auf der Technologiekompetenz von TDK und von Epcos
basiert. Zusätzlich dazu ermöglicht die fortschrittliche Dünnfi lm-Technologie
von TDK die Herstellung von noch fl acheren diskreten Bauelementen
für Smartphones.
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Zusätzliche Umverdrahtungslagen werden überflüssig
SESUB bietet eine elegante Lösung für eine der größten Herausforderungen
zukünftiger, hochkomplexer Halbleiterschaltungen: Wie
soll deren hohe Anzahl an Fine-Pitch-I/Os mit der Leiterplatte verbunden
werden Beständig entwickelt die Halbleiterindustrie neue
Technologien, um die Prozessgeometrien weiter zu verfeinern. Lag
die Strukturbreite von Hochfrequenzschaltungen gerade noch bei
65 nm, so werden künftig eher 40 nm üblich sein. Prozessoren verwenden
bereits Strukturen mit 28 nm. Als Folge dieses Trends zu
kleineren Strukturbreiten werden auch die Lötpunkte der Chips
immer kleiner (Pad-Rastermaße von 80 oder 50 µm).
Um diese filigranen Lötpunkt-Raster für das wesentlich gröbere
Rastermaß der Leiterplatten in den Smartphones (350 bis 500 µm)
umzuverdrahten, werden in den Chips standardmäßig mehrere
kostspielige Umverdrahtungslagen (Redistribution Layers, RDLs)
verwendet. SESUB kann mit seinen hauchdünnen Substratlagen,
den mikro-strukturierten Leiterbahnen und seinen Vias, die Aufgabe
des Umverdrahtens übernehmen (Bild 3). ICs können dann
ohne eigene RDLs entwickelt werden, wodurch sich die Größe der
ICs auch weiter verringern lässt. SESUB ermöglicht damit Module
und SiPs mit deutlich reduzierten Abmessungen: Allen voran die
Bauhöhe lässt sich um rund 35 Prozent verringern, beispielsweise
von 1,55 auf nicht mehr als 1,0 mm. Damit ist SESUB die geeignete
3D-Integrationsplattform für miniaturisierte Module mit hohem
IC-Anteil.
Vielseitig einsetzbare Integrationsplattform
Das erste in SESUB-Technologie realisierte Modul übernimmt das
komplette Energiemanagement für Mobiltelefone und andere
kompakte elektronische Geräte (Bild 1). Das Herz dieses miniaturisierten
PMU-Moduls (Power Management Unit) bilden zwei eingebettete
ICs, die alle Energiefunktionen eines Smartphones steuern.
Mit einer Fläche von 11 x 11 mm² benötigt das kompakte
Modul 60 Prozent weniger Platinenfläche als eine vergleichbare,
diskret aufgebaute Lösung. Trotz der geringen Einbauhöhe von
1,63 mm ist die Schirmung enthalten. Das für den Einsatz in
Smartphones optimierte Modul verfügt über folgende Einheiten:
■ Fünf Schaltregler mit einer Schaltfrequenz von 4,4 MHz
■ Schalt-Laderegler mit Strom-Bypass-Modus bis 4 A
■ Rückwärts-geregelter Aufwärtswandler für die Blitz-LED der
Kamera (bis zu 2 A) und zur Unterstützung der USB-on-thego-Funktionalität
■ 23 rauscharme Spannungsregler, jeweils mit geringen Aussetzfehlern
bei gleichzeitig geringem Versorgungsspannungsdurchgriff
und damit hohem PSRR (Power Supply Rejection Ratio)
■ Echtzeituhr (RTC/Real-Time Clock) mit 32 kHz Quarz
■ 19,2 MHz/26,0 MHz Taktgenerator mit fünf Ausgängen
Ein weiteres Beispiel für Bauelemente in SESUB-Technologie ist
ein äußerst kompaktes Quad-Band-Connectivity-Modul, das
WLAN, Bluetooth, UKW-Radio und GPS in einer einzigen Komponente
vereint und zudem sehr gutes EMV-Verhalten aufweist.
Bild 4 zeigt ein laminiertes Modul mit dem Connectivity-IC auf
der Oberfläche montiert. Beim SESUB-Modul hingegen ist der
Connectivity-IC in das Substrat eingebettet, wo er rund 40 Prozent
der Modulfläche belegt. Das PA-Frontend-Modul, die HF-Filter
und Bauelemente in SMD-Technologie werden auf der Oberfläche
des Moduls montiert. Mit seinen Abmessungen von gerade einmal
8,5 × 7,0 × 1,4 mm³ weist das SESUB-Modul nicht nur eine sehr
niedrige Bauhöhe auf, sondern es beansprucht dazu rund 45 Prozent
weniger Platinenfläche als vergleichbare, in konventioneller
Laminat-Technik aufgebaute Module. (ah)
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Bilder: Epcos
Bild 4: Quad-Band-Connectivity-Modul.
Der Autor: Klaus Ruffing ist Executive Vice President,
SAW IT / PMU bei Epcos .
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 02 / 2013 35