Blog | Hoe lasers de volgende stap in chipverpakking mogelijk maken
Laser manipulatie als basis voor nieuwe packagingtechnologie
Lasers worden in de hightech maakindustrie al lang niet meer alleen gebruikt om te snijden, graveren of meten. Binnen NXTGEN Hightech Semicon 3 en Semicon 5 onderzoeken we hoe lasergebaseerde processen kunnen bijdragen aan een nieuwe generatie chipassemblage en packaging. Denk aan contactloze die-transfer, laser bonden en additieve printprocessen voor heterogene assembly: technologieën waarmee we chipverpakkingen preciezer, flexibeler en efficiënter kunnen opbouwen.
Daarbij is er een directe link met Semicon 2: Next Generation High Tech System Architectures. Semicon 2 richt zich op de onderliggende systeemarchitecturen voor hightech equipment. Vanuit dat project komt kennis over optica en galvo laser aansturing, mechatronica, geïntegreerde besturing en systeemintegratie samen. Juist die combinatie is nodig om nieuwe lasergebaseerde processen betrouwbaar in machinesystemen te laten functioneren met ongeëvenaarde productiviteit, supersnelle micron-precisie positionering en minimale slijtage.
Die ontwikkeling komt op een belangrijk moment. Chipverpakkingen worden steeds complexer en de sector beweegt zich richting heterogene integratie. Daarbij komen verschillende componenten, materialen en functies samen in één krachtige en energiezuinige microchipverpakking. Dat vereist productietechnologie die nauwkeurig en flexibel is, maar ook schaalbaar genoeg voor industriële volumeproductie. Tegelijkertijd groeit de behoefte aan nieuwe procestechnologieën die het energieverbruik en materiaalverlies beperken en machines en fabrieksruimte efficiënter benutten.
De samenhang tussen Semicon 2, 3 en 5
De drie projecten hebben elk hun eigen focus. Semicon 2 legt de basis voor systeemarchitectuur en hightech equipment. Semicon 3 vertaalt lasergebaseerde assemblageprocessen naar machineontwikkeling. Semicon 5 ontwikkelt nieuwe depositie- en printprocessen voor heterogene assemblage. De drie projecten brengen gezamenlijk de synergie tussen lasergebaseerde processen, machine ontwikkeling en de volgende generatie microchipverpakkingen dichter bij industriële toepassingen
Van laserproces naar werkend machinesysteem
Binnen het Semicon03 consortium, met ITEC als projectleider, werken TNO, Sioux en de Technische Universiteit Eindhoven samen aan de volgende generatie equipment voor lasergebaseerde chipassemblage. ITEC richt zich op de ontwikkeling van de nieuwe assemblage-equipment voor de industriële markt. TNO draagt expertise in lasergebaseerde processen bij. Sioux ondersteunt de moduleontwikkeling van de machine en de TU Eindhoven verricht baanbrekend onderzoek naar de symbiose tussen hardware en software in complexe cyberfysische systemen (CPS). Vanuit Semicon 2 wordt dit aangevuld met kennis over systeemarchitectuur, optica, precisiepositionering, mechatronica en geïntegreerde besturing.
De kern van deze ontwikkeling is de verschuiving van voornamelijk mechanische assemblageprocessen naar lasergebaseerde processen en contactloze handling. Die stap vereist meer dan alleen een goed laserproces. Juist de combinatie van assemblagetechnologie, proceskennis, moduleontwikkeling, software en systeemarchitectuur bepaalt of de technologie als één stabiel en betrouwbaar machinesysteem kan functioneren.
De focus ligt nu op het samenbrengen en valideren van de componenten. Laserprocessen, bewegende modules, besturingssoftware, data en inspectie moeten nauwkeurig op elkaar afgestemd zijn. Binnen de gezamenlijke inspanningen van Semicon 2, 3 en 5 werken we onder meer aan een alpha tool voor lasergebaseerde transfer. Hiermee zetten we een stap richting een geïntegreerd machineplatform waarin proces-, machine- en systeemarchitectuur als één geheel worden ontwikkeld.
Nieuwe routes voor heterogene assemblage
Binnen het Semicon05 consortium, met TNO als projectleider, werken ITEC B.V., NXP Semiconductors Netherlands B.V., Keiron Printing Technologies B.V., AMSystems B.V., de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit Twente samen aan depositie en printtechnieken voor heterogene assembly. TNO brengt hierin kennis samen rond nieuwe productieroutes en procesontwikkeling. Het Holst Centre, onderdeel van TNO, is hier ook relevant als aparte innovatieomgeving. Daar komen kennis over microelectronics, flexible electronics en nieuwe productieprocessen samen. De partners dragen vanuit hun eigen expertise bij aan de ontwikkeling, validatie en toepassing van additieve processen, materiaaldepositie, interconnecties en microcomponenten.
De afbeelding laat zien hoe Semicon 5 zich verhoudt tot Semicon 2 en Semicon 3. Waar Semicon 3 zich voornamelijk richt op de machinekant van chipassemblage, focust Semicon 5 op nieuwe depositie- en printprocessen voor heterogene integratie. Hierdoor kunnen materialen en componenten precies op de juiste plek worden aangebracht. Dat sluit direct aan op de behoefte aan compacte, betrouwbare packages waarin verschillende functies, materialen en componenten samenkomen.
Op deze manier sluit Semicon 5 direct aan op de machineontwikkeling in Semicon 3 en de systeemarchitectuur uit Semicon 2. De uitdaging is niet alleen om een proces technisch haalbaar te maken, maar ook om het proces te vertalen naar een reproduceerbare en schaalbare productiestap voor toekomstige hightech equipment.
Minder verspilling als ontwerpprincipe
Wat Semicon 3 en 5 verbindt, is het streven naar precisieproductie met minder verspilling. Contactloze laserprocessen kunnen slijtage en onderhoud beperken. Additieve processen maken het mogelijk om materiaal alleen aan te brengen waar het nodig is. En naarmate processen nauwkeuriger en stabieler worden, kan dit bijdragen aan minder stilstand en een efficiënter gebruik van energie, materialen en productiecapaciteit.
Circulariteit staat daarmee niet los van de technologie. Het is verweven in de manier waarop we productieprocessen ontwerpen: met minder mechanisch contact, minder materiaalverlies, een lager energieverbruik per bewerking en een betere benutting van machines en fabrieksruimte. Vooral in de halfgeleiderproductie kunnen dergelijke procesverbeteringen op grote schaal een aanzienlijke impact hebben.
De volgende stap: toetsen in de praktijk
De komende fase draait om verdere validatie. Voor Semicon 3 betekent dit dat lasergebaseerde assemblagestappen en machineonderdelen verder worden getest en samengebracht richting een geïntegreerd machineplatform. Voor Semicon 5 ligt de focus op de verdere ontwikkeling van depositie- en printprocessen die betrouwbaar en schaalbaar genoeg zijn voor heterogene assemblage. Semicon 2 blijft in deze context relevant als een project waarin de onderliggende systeemarchitecturen, optica, mechatronica en besturingsprincipes voor hightech equipment worden ontwikkeld.
Daarbij staat de stap richting toepassing centraal. Welke processen zijn technisch gezien het meest veelbelovend? Waar liggen de grootste industriële behoeften? En hoe kunnen we demonstrators inzetten om te laten zien wat deze technologieën in de praktijk mogelijk maken?
Met Semicon 2, 3 en 5 bouwen we binnen NXTGEN Hightech aan productietechnologie voor de microchipverpakking van morgen. Niet alleen door sneller of nauwkeuriger te produceren, maar ook door het productieproces zelf opnieuw te bedenken: contactloos waar mogelijk, additief waar het waarde toevoegt en schaalbaar genoeg voor toekomstige hightech equipment.
Ben je actief in semiconductor packaging, heterogene integratie, optica, machinebouw of additive manufacturing? Dan komen we graag met je in contact om te onderzoeken hoe deze technologieën verder ontwikkeld en opgeschaald kunnen worden.