April 21, 2020Das Know-how von GF in den Bereichen RF/mmWave, Tests und Packaging hilft Kunden, ihre Produkte schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen. von Gary Dagastine Nachdem der brillante Physiker Heinrich Hertz 1888 die Existenz von Radiowellen nachgewiesen hatte, war die Welt nicht mehr dieselbe. Seine Entdeckungen führten zu neuen Kommunikationstechnologien, die das Leben und Arbeiten der Menschen revolutionierten und viele neue Industrien hervorbrachten. Jetzt, mehr als 130 Jahre später, revolutionieren Funkwellen erneut die Welt, da neue HF/Millimeterwellen (mmWave)-basierte Technologien das wachsende Interesse und die Investitionen in 5G-, Mobilfunk- und drahtlose Infrastrukturanwendungen vorantreiben. Halbleiter stehen im Mittelpunkt dieser jüngsten Kommunikationsrevolution, und GLOBALFOUNDRIES (GF) spielt dabei eine Schlüsselrolle als weltweit führender foundry für RF/mmWave-Lösungen. Zusätzlich zu seinem Portfolio an differenzierten und bewährten RF-Plattformen für die Waferherstellung bietet GF seinen Kunden auch eine Reihe von schlüsselfertigen Post-Fab-Services an - und zwar für jeden einzelnen Schritt, vom fertigen Wafer bis zum Tape-and-Reel. Post-Fab-Funktionen sind entscheidend für den Erfolg Post-Fab-Montage-, Test- und Advanced-Packaging-Funktionen sind für die erfolgreiche Produktion von integrierten RF/mmWave-Schaltungen (ICs) von entscheidender Bedeutung, da die Physik bei diesen Frequenzen sehr komplex ist, was eine genaue Charakterisierung und Prüfung dieser Bauelemente extrem erschwert. Diese Post-Fab-Funktionen spielen eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, die Kosten niedrig zu halten und gleichzeitig die hohen Produktionsmengen, die hohe Qualität und die hohe Zuverlässigkeit zu liefern, die erforderlich sind, um die wachsenden Marktanforderungen zu erfüllen. GF bietet schlüsselfertige Post-Fab-Dienstleistungen für Kunden aller Größenordnungen an, die sehr unterschiedliche Geschäftsmodelle haben können. Die beiden Extreme sind Start-ups, die sich in erster Linie auf das Produktdesign konzentrieren und nur über sehr geringe Kapazitäten für Post-Fab-Funktionen verfügen, und größere Unternehmen, die sich ebenfalls auf das Design konzentrieren, aber möglicherweise nicht über das Fachwissen oder die Kapazitäten für komplexe Post-Fab-Aktivitäten für RF/mmWave verfügen. Kunden beider Typen und solche, die dazwischen liegen, beauftragen GF häufig mit der Verwaltung dieser Post-Fab-Aktivitäten. Die Dienstleistungen von GF basieren auf umfangreichem firmeneigenem RF-Fachwissen und umfassen proprietäre RF/mmWave-Prüftechnologie, flexible, auf die jeweiligen Kundenbedürfnisse zugeschnittene Engagement-Modelle sowie fachkundiges Lieferkettenmanagement, das auf jahrzehntelanger Erfahrung mit RF-Technologien basiert, die im Rahmen der Übernahme von IBM Microelectronics im Jahr 2015 gewonnen wurde. Insbesondere die hauseigenen RF/mmWave-Testmöglichkeiten von GF, die sogenannten Tester-on-Board (ToB), stellen ein neues Testparadigma für mmWave-ICs dar. Herkömmliche Testgeräte für die Großserienfertigung sind nicht in der Lage, die erforderlichen Tests von mmWave-ICs in Produktionsumgebungen kosteneffizient durchzuführen - dazu gehören zum Beispiel die Messung von Linearität und Ausgangsleistung, die Überprüfung der Phasenschieberleistung und die Validierung von Rauschwerten. GF hat Millionen von Dollar in die Entwicklung seiner ToB-Lösung investiert. Dabei handelt es sich um ein modulares Plug-and-Play-System, das auf einer bei IBM entwickelten Technologie basiert und die Testkosten im Vergleich zu Rack-and-Stack-Systemen um das 3-5-fache reduziert. Ein einheitlicher Ansatz Die erhöhte Komplexität, die mit 5G mmWave-Anwendungen einhergeht, erfordert einen einheitlichen Design-/Produktionsansatz, bei dem Front- und Back-End-Überlegungen ganzheitlich berücksichtigt werden, um die gewünschte Leistung und Zuverlässigkeit eines mmWave-ICs zu erreichen. Laut Peter Rabbeni, Vice President Mobile and Wireless Infrastructure bei GF, ist das Packaging eine entscheidende Komponente für die Leistung von mmWave-Geräten. Wenn das Packaging nur als Back-End-Funktion betrachtet werde, könnten sich die Kunden in der Post-Fab-Komplexität verzetteln, was zusätzliche Zeit beanspruchen und möglicherweise dazu führen könne, dass sie eine Marktchance verpassen. "Es reicht nicht aus, die Produktleistung bei diesen Frequenzen einfach auf Wafer-Ebene zu testen. Die Spezifikationen müssen auch im tatsächlichen Over-the-Air-Betrieb durch fertige, verpackte Produkte erfüllt werden", sagte er. Die Erfahrung von GF mit HF-Technologien und die einzigartigen unternehmenseigenen HF-Testmöglichkeiten sind leistungsstarke Werkzeuge, die den Kunden helfen, diese Anforderungen zu erfüllen. Rabbeni nannte als Beispiel eine typische Herausforderung für die Entwickler von 5G-Basisstationen: Wie kann der Leistungsverstärker (PA) in einer Basisstation optimal gestaltet werden, um ein Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeit und erreichbarer Ausgangsleistung zu schaffen, damit ein Mobiltelefon das übertragene Signal empfangen kann? "Die Signalstärke ist natürlich der Schlüssel, aber es gibt Modulationsspitzen und -täler, die es schwierig machen, genau zu wissen, wie stark man die PA ansteuern muss", so Rabbeni. "Wenn man die PA zu stark ansteuert, beeinträchtigt man nicht nur die Signalqualität, sondern auch die Lebensdauer der PA. Wenn man die PA zu schwach ansteuert, lässt man die Effizienz auf der Strecke. Es gibt einen 'Sweet Spot', der ein Gleichgewicht zwischen optimaler Leistung und Zuverlässigkeit für eine optimale Abdeckung schafft. Dies trägt auch dazu bei, die Anzahl der Basisstationen zu optimieren, die für die erforderliche Abdeckung erforderlich sind", und minimiert letztlich die Investitions- und Betriebskosten des Betreibers, so der Experte. "Der Schlüssel zur schnellen und kosteneffizienten Bestimmung dieses Sweet Spots liegt in der Fähigkeit, die Leistung des PAs genau zu simulieren und seine Zuverlässigkeit unter allen Modulationsbedingungen zu charakterisieren", so Rabbeni. "Die Prozessdesign-Kits von GF beinhalten unser umfangreiches geistiges Eigentum im Bereich HF für die Modellierung der Zuverlässigkeit und Leistung von Bauelementen und ermöglichen unseren Kunden, diese Simulationen schnell und einfach durchzuführen. Darüber hinaus können die Kunden mit den Post-Fab-Turnkey-Services von GF auf das Know-how der internen Experten zurückgreifen, um die bestmöglichen Lösungen zu entwickeln. Jeff Pauza, RF Turnkey Business Line Manager für den Bereich Mobile and Wireless Infrastructure bei GF, erläutert: "Nehmen wir an, das Design eines Kunden hat die Lötkugeln auf der Unterseite des Chips platziert, was üblich ist. Dies könnte zu einem unzuverlässigen oder sogar unsicheren Produkt führen, abhängig von thermischen und anderen Effekten, die mit einer bestimmten Anwendung zusammenhängen. Vielleicht ist sich der Kunde dessen nicht bewusst oder hat es bei der Auslegung der E/A einfach nicht berücksichtigt. "Aufgrund unserer umfangreichen Erfahrung mit HF-Designs wissen wir, welche Arten von Layouts erforderlich sind, um solche Effekte abzumildern, und unsere technischen Experten stehen den Kunden zur Verfügung, um sie zu beraten und ihr Produkt schneller auf den Markt zu bringen", so Pauza. "Wenn die Kunden erkennen, dass wir, ihre foundry, auch Experten für das Testen und Verpacken von HF-Bauteilen sind und dass sie nicht erst jemanden finden müssen, der dies für sie erledigt, oder separate Beziehungen zu OSATs [ausgelagerten Halbleiter-Montage- und Testanbietern] aufbauen und die Komplexität der globalen Lieferketten selbst verwalten müssen, erkennen sie die Vorteile." Blick in die Zukunft Über 5G hinaus werden die schlüsselfertigen Post-Fab-Services von GF in den kommenden Jahren wahrscheinlich noch wichtiger werden. Guido Uberreiter, Vice President Tapeout, Mask and Postfab Operations bei GF, sieht eine Zukunft, in der moderne Logikchips für KI, Cloud Computing, Automotive und andere Anwendungen zunehmend mit RF/mmWave-Funktionen ausgestattet werden. "Wenn man in die Zukunft blickt, sieht man eine zunehmende Anzahl von Anwendungen, die mit KI und Cloud Computing zu tun haben. Diese nächste Welle von Kunden - von denen viele kleine und mittelständische Unternehmen sein werden - wird RF mit Logik für Dinge wie Automobilradar kombinieren wollen, und sie werden eine Lösung finden müssen, um RF-SoCs (System-on-Chip) auf eine Weise zu bauen, die sowohl sehr kosteneffektiv als auch sehr schnell ist", sagte er. "Sie wollen die Chips nicht mehrmals um die Welt schicken müssen, und das spielt genau unsere Stärken aus. In Dresden haben wir zum Beispiel ein Kompetenzzentrum für Bump-and-Test, das bisher im Wesentlichen für Logikchips zuständig war, da wir in Dresden seit 20 Jahren fortschrittliche Logik-ICs für unsere Kunden produzieren. Heute nehmen wir den Output von GF Fab 1 in Dresden und Fab 8 in Malta, bumpen und testen die getesteten Wafer und senden sie an unsere Kunden. Wir werden diese Dienstleistungen weiterentwickeln, um das spezialisierte HF-Fachwissen einzubeziehen und sie auf außergewöhnliche Weise für den 40-80-GHz-Bereich zu liefern", sagte er. Die schlüsselfertigen Dienstleistungen von GF sind laut Uberreiter auch deshalb attraktiv, weil viele Kunden eine sichere Lieferkette benötigen. "Viele Kunden beauftragen uns mit der Durchführung von Tests, weil sie uns kennen und uns vertrauen. Das ist einer der Gründe, warum wir die größte Testeinrichtung in Europa geworden sind." Insgesamt sind schlüsselfertige Dienstleistungen ein weiteres Mittel, mit dem GF sich und seine Technologie als weltweit führende Spezialität foundry differenziert. "Wir bieten nicht nur differenzierte Technologielösungen für unsere Kunden an, sondern auch differenzierte Dienstleistungen, die einen schnellen, qualitativ hochwertigen und kosteneffizienten Weg zur Produktion bieten und ihnen letztlich helfen, schneller auf den Markt zu kommen", so Uberreiter.
