IMS Newsletter 1 - Institut für Mikroelektronik Stuttgart

IMS Newsletter 1
März 07
Hauchdünne Chips – sicher
prozessiert
Neues Fertigungsverfahren ermöglicht ultradünne flexible Mikrochips:
IMS CHIPS stellt erstmals Chips mit 20 Mikrometern Dicke her.
Dünnfilm
Handhabungstechnik für
Mikrobauteile setzt auf
schnelle Magnetventile und
kompakte Modulbauweise
dank ASIC-Technologie
Die Firma Pilz sorgt mit
SafetyEYE® für Aufsehen in
der Fachwelt
Die baden-württembergischen Unternehmen Steuerungstechnik Staiger aus
Erligheim und Lange Feinwerktechnik
aus Ölbronn-Dürrn haben gemeinsam
mit dem Institut für Mikroelektronik
Stuttgart
neue hoch integrierte
Komponenten
für
Robotik-
Ein am Institut für Mikroelektronik
Stuttgart entwickelter HDRC®-Bildsensor
stellt ein wesentliches Element des revolutionären SafetyEYE®-Systems der
Firma Pilz dar, das im Herbst 2006
erstmals der Öffentlichkeit präsentiert
wurde. SafetyEYE® ermöglicht es, konventionelle Schutzvorrichtungen (z.B.
Gitter, Lichtschranken) für gefährliche
Maschinen bzw. Industrieroboter durch
eine den gesamten Gefahrenraum
überblickende Videolösung zu ersetzen. SafetyEYE® erfüllt die strengen
Auflagen der Berufsgenossenschaften.
Handhabungssysteme zur Montage
von Mikrobauteilen entwickelt.
Mikrohandhabung
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SafetyEye®
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Winzige Endoskop-Kamera
enthält IMS HDRC® Bildsensor
Im Rahmen eines europäischen
Verbundprojekts wurden miniaturisierte
Videosensoren für die Medizintechnik
mit speziell angepassten HDRC®
(High-Dynamic-Range CMOS) Bildsensoren entwickelt.
Mini-Endoskop
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IMS NL1 – 23-03-2007
Neue Chipfilm-Technologie am IMS
Erstmals Chips mit 20 Mikrometern Dicke
Auf dem wichtigsten Jahrestreffen der
Mikroelektronikindustrie, der renommierten Halbleiterkonferenz „International
Electron Devices Meeting“ im Dezember
2006 stellte das Institut für Mikroelektronik Stuttgart ein in Zusammenarbeit mit dem Institut für Physikalische
Elektronik (IPE) der Universität Stuttgart
entwickeltes neuartiges Verfahren vor.
Dem Forscherteam um Professor Joachim
Burghartz gelang ein Durchbruch bei
der Herstellung ultradünner Mikrochips.
Hauchdünne Mikrochips sind flexibel
und die Voraussetzung für viele neue
Produkte wie z.B. intelligente elektronische Etiketten oder medizinische
Implantate. Mehrere namhafte Mikroelektronik-Hersteller sind an dem neuen
Verfahren interessiert.
Chipstrukturen werden kleiner und die
Chips dünner
Die kleinsten Strukturen auf Mikrochips
bewegen sich heutzutage in Bereichen
bis unter 100 Nanometern. Bei der
Dicke von Mikrochips sieht es aber ganz
anders aus. Typisch für Mikrochips ist
eine Dicke von 200 Mikrometern. Der
Grund für die erhebliche Dicke ist die
notwendige Robustheit im Fertigungsprozess. Bei der Herstellung von Mikrochips werden Wafer mit Dicken
zwischen 500 µm und 800 µm verwendet. Erst kurz vor Ende der Fertigung
wird die Rückseite der Wafer mit Schleifmaschinen bearbeitet und so die
Waferdicke auf weniger als die Hälfte
reduziert.
Intensive Forschung bei ultradünnen
Chips
In der Elektronik-, insbesondere in der
Unterhaltungselektronikindustrie, steigt
der Bedarf an dünnen Chips, um eine
weitere Verkleinerung der Produkte wie
MP3-Player zu erreichen. Bei sehr dünnen Produkten wie Chipkarten müssen
Chips mit herkömmlicher Dicke zu ihrem
Schutz aufwändig eingebettet werden
oder lassen sich nur eingeschränkt verwenden. Aus diesen Gründen wird das
Thema „ultradünne Chips“ seit mehreren
Jahren intensiv erforscht. Die bisherigen
Ansätze konzentrieren sich darauf, die
Rückseite der Wafer mehrstufig auf möglichst geringe Dicken zu schleifen, ohne
dabei die Funktion der Schaltung auf der
Oberfläche zu beeinträchtigen. Unterschreitet man dabei jedoch kritische
Dicken, werden die Wafer elastisch und
verlieren ihre für eine sichere mechanische Handhabung notwendige Steifigkeit. Die gängigen Herstellungsverfahren
in der Mikroelektronik sind auf feste bie-
kömmlichen Verfahren zu fertigen und zu
handhaben. Auf Standardwafern wird
das Silizium mittels eines speziellen Ätzverfahrens innerhalb vorher definierter
Gebiete porös geätzt. Bei einer
anschließenden Temperung schließt sich
an der Oberfläche das poröse Silizium
wieder zu einem durchgehenden Film,
während sich unter diesem Film abgeschlossene Hohlräume ausbilden. Auf
diesen Hohlräumen wird für Schaltkreise
geeignetes Silizium durch ein Epitaxieverfahren wie eine dünne Haut aufgebracht.
Auf dieser Fläche wird die gewünschte
Schaltungsstruktur hergestellt. Anschließend wird durch einen Ätzprozess der
fertig prozessierte Chip freigestellt. Bis
auf wenige Haltestrukturen an den Chipkanten schwebt der so gewonnene ultradünne Chip frei über
seinem Hohlraum.
Das Vereinzeln der
Chips vom Wafer
erfolgt indem die
Vakuumpinzette eines
herkömmlichen Pick
& Place-Tools den
Chip ansaugt, die
Haltestrukturen des
gewünschten Chips
bricht und diesen
Vergleich eines herkömmlichen Mikrochips mit einem ultradünnen Mikrochip
anschließend
auf
gleicher Funktion
einem
beliebigen
gesteife Wafer ausgerichtet. Die
Chipträgermaterial oder in einem
Elastizität der ultradünnen Wafer
Chipgehäuse platziert. Dieses Verfahren
erzwingt teure Anpassungen der Handersetzt
das
bei
konventioneller
habungstechnik und führt zu einer verChipfertigung übliche Dünnschleifen und
größerten Ausfallrate.
Sägen der Wafer. Das zum Patent angemeldete Verfahren stellt damit einen
Neues Verfahren entwickelt
Durchbruch zur rationellen Fertigung
Mit dem neu entwickelten Verfahren
ultradünner Chips mit herkömmlichen
„Pick, Crack & PlaceTM“ ist es erstmals
Verfahren dar.
möglich, ultradünne Mikrochips mit herInfos: Martin Zimmermann • Telefon +49 711 21855-423 • [email protected]
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IMS NL1 – 23-03-2007
Schnelle Mikrogreifer
Handhabungstechnik für Mikrobauteile setzt auf schnelle Magnetventile
und kompakte Modulbauweise
Viele alltägliche Gebrauchsgegenstände
enthalten äußerst kleine mechanische
Bauteile: der moderne Akkurasierer
benötigt exakt gefertigte Scherblätter, die
taghellen Xenon-Scheinwerfer moderner
Autos enthalten winzige Zündelektroden.
Aus der Medizintechnik sind Endoskope
mit komplizierten Greifwerkzeugen nicht
mehr wegzudenken. Wie werden solche
Bauteile präzise und rationell hergestellt?
Die Herausforderungen für die Feinwerk-
technik und die Mikrotechnik wachsen
mit den immer kleiner werdenden
Werkstücken. Die baden-württembergischen Unternehmen Steuerungstechnik
Staiger und Lange Feinwerktechnik
haben gemeinsam mit dem Institut für
Mikroelektronik Stuttgart neue hoch integrierte Komponenten für RobotikHandhabungssysteme zur Montage von
entwickelt.
Das
Mikrobauteilen
Verbundvorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
gefördert. Ein von IMS CHIPS entwickelter Mikrochip steuert gleichzeitig mehrere miniaturisierte Magnetventile an.
Diese Ventile sind eine Spezialität der
Firma Staiger und zeichnen sich durch
Schaltzeiten im Millisekundenbereich
aus. Solche Hochgeschwindigkeitsventile
werden benötigt, wenn Mikrogreifer mit
Druckluft angesteuert werden sollen. Mit
den von der Firma Lange im
Verbundprojekt entwickelten Mikro-
greifern werden Werkstücke im Submillimeterbereich äußerst präzise und
schnell gehandhabt. Greifzeiten von
unter 20 Millisekunden wurden erfolgreich demonstriert. Diese Mikrohandhabungssysteme können für die rationelle
automatische Montage von mechanischen Bauteilen eingesetzt werden.
Die ersten Bauteile werden bereits in
industriellem Maßstab mit diesen
Mikrogreifern produziert.
Infos: Thomas Deuble • Telefon +49 711 21855-244 • [email protected]
SafetyEYE®
Sicheres Sehen für die Automation mit SafetyEYE®
Mit SafetyEYE® hat einer der weltweit
führenden Anbieter sicherer Automatisierungstechnik, die Pilz GmbH &
Co KG aus Ostfildern, eine echte
Innovation präsentiert und für Aufsehen in
der Fachwelt gesorgt. Mit SafetyEYE®
hat Pilz auf Anhieb den ersten Platz beim
Automation AWARD 2006 gewonnen.
SafetyEYE® ist ein sicheres Kamerasystem, das von Pilz gemeinsam mit
DaimlerChrysler entwickelt wurde.
SafetyEYE® steuert, überwacht und
sichert die Interaktion von Mensch und
Maschine und löst typische Sicherheitsaufgaben aus den Bereichen Safety
und Security. SafetyEYE® erlaubt es, in
der Produktion herkömmliche, zum Teil
einengende Sicherheitsvorrichtungen zu
ersetzen. Das sichere Kamerasystem hat
zum Beispiel eine Roboterarbeitsstation
sicher im Blick. Ob schützen, steuern
oder überwachen – SafetyEYE® ermöglicht das mit nur einem System, das
zudem eine ergonomische Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ermöglicht.
SafetyEYE® heißt „sehende“ Überwachung. Das Gesamtsystem von SafetyEYE®
besteht aus zwei Komponenten, einer
Sensor- und einer Auswerteeinheit. Die
Sensoreinheit besteht aus drei Kameras,
die das Geschehen observieren und
Grauwertebilder
übermitteln.
Die
Auswerteeinheit empfängt und verarbeitet die Bilddaten und dient als Schnittstelle zur Maschinensteuerung. Bei einer
Verletzung des engsten Schutzraumes
schaltet sie sofort die betreffende
Maschine ab.
SafetyEYE® ist das erste
sichere Kamerasystem, das
sowohl gefahrbringende
Arbeitsprozesse
zum
Schutz von Mensch und
Maschine sicher überwacht und steuert (Safety)
als auch Objekte vor unbefugtem Zugriff schützt
(Security).
Bei den Kameras der Sensoreinheit setzt
Pilz auf die Fähigkeiten der hochdynamischen HDRC®-Bildsensoren. Speziell für
Pilz hat das Institut für Mikroelektronik
Stuttgart einen neuen Bildsensor entwikkelt und um neue Sicherheits-Features
erweitert.
Bild: Pilz GmbH & Co KG
Infos: Jan-Dirk Schulze-Spüntrup
•
Telefon +49 711 21855-286 • [email protected]
IMS NL1 – 23-03-2007
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Winzige Videokamera für medizinische
Endoskope mit HDRC®-Bildsensor
In enger Zusammenarbeit mit Partnern aus
Wissenschaft und Medizintechnik hat das
Institut für Mikroelektronik Stuttgart einen
der weltweit kleinsten Bildsensoren für
Anwendungen in der Endoskopie entwikkelt. Die komplette Bildaufnahme-Einheit
an der Spitze eines Endoskops misst weniger als 3,5 mm im Durchmesser und
liefert farbige Videobilder.
Das Videoendoskop mit dem IMSBildsensor entstand innerhalb des europäischen Verbundprojektes "Intracorporeal
Video Probe" (IVP). Das Projekt wurde
vom IMS geleitet. An dem Vorhaben
waren das Tuttlinger MedizintechnikUnternehmen Karl Storz sowie die
University of Westminster, die Scuola
Superiore Sant’ Anna und die Katholieke
Universteit Leuven beteiligt. Das Projekt
wurde von der Europäischen Union
gefördert und ist vor kurzem erfolgreich
abgeschlossen worden. Innerhalb dieses
Projekts wurden neben den miniaturisierten Videoproben für die Medizintechnik
auch mikromechanische Komponenten
und Software zur Bildverarbeitung und
Diagnose entwickelt.
Mit den von IMS entwickelten und patentierten HDRC®-Bildaufnahmeschaltungen
lassen sich hochwertige und kostengünstige CMOS-Bildsensoren herstellen, die
sich durch höchste Helligkeitsdynamik
und hohe Ausleserate auszeichnen.
Infos: Dr. Christine Harendt
Telefon +49 711 21855-403 • [email protected]
Neues in Kürze
Stuttgarter Mikrochips im Weltraum Für den deutschen Erderkundungssatelliten TerraSAR-X hat das Institut für
Mikroelektronik Stuttgart Mikrochips entwickelt und für die extremen Bedingungen im All erfolgreich qualifiziert.
HANNOVER MESSE Industrie Auf dem Gemeinschaftsstand von Baden-Württemberg stellen wir einige hochinteressante
Entwicklungen aus dem Bereich Mikroelektronik für Weltraum-Anwendungen vor, sowie neuartige Sensoren zur berührungslosen
Temperaturmessung mit extrem hoher Temperaturbandbreite. HANNOVER MESSE Industrie 16.-20.04.07, Halle 002, Stand C19
Fachmesse MINAT Die neue Messe Stuttgart stellt den Rahmen für die ebenfalls neue Internationale Fachmesse für
Feinwerktechnik, Ultrapräzision, Micro- und Nano-Technlogien, kurz MINAT. Wir präsentieren hauchdünne Mikrochips, mikromechanische Komponenten aus Silizium und Entwicklungen aus der Mikrohandhabungstechnik. MINAT, Messe Stuttgart 12.-14.06.07.
Pyrocam - die Kamera, die Temperaturen sieht Die neuentwickelte HDRC® Q-PYRO CAM ist zur berührungslosen
Temperaturmessung unter besonders schwierigen Bedingungen einsetzbar, wie z.B. beim Schweißen.
Verein der Förderer
Unterstützen Sie unsere Arbeit, werden Sie oder Ihr Unternehmen Mitglied in unserem Fördererverein und nutzen Sie die
Zugehörigkeit zu einem etablierten Firmennetzwerk. Der Verein unterstützt das Institut für Mikroelektronik Stuttgart bei vielen
Aktivitäten, insbesondere im Bereich der Bildung und Nachwuchsförderung in den ingenieurwissenschaftlichen Berufen.Der gemeinnützige Verein wurde 1983 gegründet und hat den Zweck, die Forschung und Entwicklung am IMS sowie den wissenschaftlich-technischen Nachwuchs ideell und materiell zu fördern. Es können Firmen, Verbände und Personen beitreten.
Einmal im Jahr findet eine Mitgliederversammlung statt. Die Mitglieder erhalten Rabatt auf unsere Schulungen und Veranstaltungen.
Die Mitgliederliste finden Sie im Internet unter www.ims-chips.de.
Infos: Frau Breyer • Pilz GmbH & Co. KG, Sichere Automation, Felix-Wankel-Straße 2, 73760 Ostfildern
Telefon +49 711 3409-811 • [email protected]
Institut für Mikroelektronik Stuttgart
Allmandring 30a, 70569 Stuttgart, Germany
%: +49 711 21855 - 0 • Fax: +49 711 21855 - 111
[email protected] • www.ims-chips.de
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