Induktivitäten, Kondensatoren und Widerstände in Mixed-Signal-ICs X-Fab: Neuer Prozess für die Integration Passiver Bauelemente

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X-FAB Semiconductor Foundries AG

ROHM Semiconductor GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Mit XIPD hat die Foundry X-Fab einen neuen Prozess vorgestellt, mit dem sich passive Elemente wie Induktivitäten, Kondensatoren oder Widerstände direkt in Mixed-Signal-ICs integrieren lassen.

Als neue Fertigungsmöglichkeit für integrierte passive Bauelemente (Integrated Passive Device, IPD) ist XIPD eine Weiterentwicklung des etablierten 130-nm-HF-SOI-Prozesses X-FAB XR013 und nutzt ein speziell entwickeltes Substrat sowie eine dicke Kupfermetallisierungsschicht. Basis der Technologie ist X-Fabs große Erfahrung in der Kupfermetallisierung. XIPD erlaubt es, passive Elemente (Induktivitäten, Kondensatoren und Widerstände) direkt in die von X-Fab hergestellten kundenspezifischen Mixed-Signal-Bauelemente zu integrieren, was zu erheblichen Platz- und Kosteneinsparungen führt. Die Fertigung erfolgt in der Fab des Unternehmens im französischen Corbeil-Essonnes, Frankreich.

Vor dem Hintergrund des Wachstums bei 5G-Mobilfunkinfrastruktur und der Entwicklung der 6G-Kommunikation sowie dem Aufkommen der neuesten Generation von Radar- und Satelliten-Kommunikationstechnologie müssen die Bausteine immer höhere Frequenzen in einem immer breiteren Bereich unterstützen. Gleichzeitig sollen RF/EMI-Filter, Anpassungsnetzwerke, Baluns und Koppler immer kompakter werden – diese Anforderungen lassen sich laut X-Fab mit der neuen XIPD Plattform erfüllen, welche die Herstellung vollständig integrierter passiver Komponenten mit verbesserten Leistungsmerkmalen erlaubt.

Passive Strukturen für den Millimeterwellen-Bereich

Diskrete, oberflächenmontierte passive Bauteile können toleranzbedingt bei hohen Frequenzen von der Spezifikation abweichen, und auch die Herausforderungen bei deren Beschaffung sind deutlich gestiegen. Im Vergleich dazu bietet XIPD laut X-Fab einen viel effektiveren Weg, der das gesamte Systemdesign rationalisiert, die Entwicklungszyklen beschleunigt, die Herstellung vereinfacht und die damit verbundenen Entwicklungskosten einschränkt. Und die Technologie kann den Betrieb über einen breiten Frequenzbereich abdecken, vom Sub-6-GHz-Band bis hin zum oberen Ende des Millimeterwellenbandes.

Laut eigenen Angaben ist X-Fab das einzige Unternehmen, das einen in Europa ansässigen Foundry-Service für die Produktion integrierter passiver Bauelemente in beliebigen Stückzahlen anbietet. Ein umfassendes Prozessdesign-Kit (PDK) für XIPD unterstützt sowohl die Cadence- als auch die Keysight-ADS-Designumgebungen (Advanced Design Systems) und ermöglicht es den Kunden, genaue Simulationen durchzuführen und das komplette HF-Subsystem auf Anhieb richtig zu entwerfen. Erste Prototyping-Projekte mit mehreren Schlüsselkunden sind bereits angelaufen.

Co-Packaging von aktiven und passiven Chips

„Obwohl HF-Halbleiterbauelemente immer kleiner werden, sind die passiven Komponenten, die sie begleiten, immer noch relativ groß. Dieses Missverhältnis führt dazu, dass zu viel Platz auf der Leiterplatte verbraucht wird, und passt nicht gut zur Nachfrage nach kleineren elektronischen Geräten“, erklärt Rudi De Winter, CEO von X-FAB. „Durch den Einsatz unserer XIPD-Technologie ist es nicht nur möglich, Platzeinsparungen um mehrere Größenordnungen zu erzielen, sondern auch die damit verbundenen Kosten zu senken. Dies hat das Potenzial zu einem echten Game Changer für unseren Kundenstamm, da es das Co-Packaging von aktiven und passiven Chips ermöglicht und gleichzeitig hohe Erträge erzielen kann.“

Greg U'Ren, RF Technology Director von X-FAB, fügt hinzu: „Darüber hinaus sind die derzeitigen akustisch basierten Technologielösungen für das Filtern nicht in der Lage, im Millimeterwellen-Frequenzbereich zu arbeiten und die Kommunikationsstandards der nächsten Generation zu erfüllen. Unsere XIPD-Lösung bietet einen Mehrwert für den Markt, indem unsere Kunden kompakte HF-Systemdesigns realisieren und durch vollständig integrierte Hardware die Verluste minimieren können. Wir arbeiten bereits an Projekten, die einen 70-80-GHz-Betrieb erfordern, was mit einer diskreten passiven Anordnung undenkbar wäre.“ (cg)

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