Author:
Rob van Osch is productmanager bij Heynen waar hij momenteel verantwoordelijk is voor de promotie van de IPDia-technologie in de Benelux.
Reading time: 3 minutes
In 2009 werd NXP‘s onderzoeksprogramma voor siliciumgebaseerde condensatortechnologie op eigen benen gezet als IPDia. De technologie biedt voordelen als miniaturisatie en hogere kwaliteiten. Het bedrijf wil de passieve-intergratietechnologie nu naar markten zoals medisch, industrieel en defensie brengen.
De wet van Moore heeft ertoe geleid dat miljoenen componenten in steeds kleiner wordende geometrieën bij elkaar worden geplaatst. De maskerkosten voor het fabriceren van IC‘s nemen daarbij fors toe. Daardoor wordt het integreren van passieve componenten, waarvan de oppervlakte-eisen niet meekrimpen, langzamerhand onbetaalbaar.
IPDia wil dit probleem te lijf gaan met een eigen condensatortechnologie. Het bedrijf uit het Franse Caen werd na een R&D-periode van meer dan tien jaar bij Philips en later NXP uitgesponnen. De technologie is gebaseerd op standaard chiptechnologie en haalt aanzienlijk hogere waardes dan de gebruikelijke tantaal- of MLCC-condensatoren, waardoor capaciteiten veel kleiner uitvallen. Een die met condensatoren en andere passieve componenten kan daardoor samen met een IC in hetzelfde package worden gestopt. Het team wil deze technologie nu naar nieuwe markten brengen zoals medisch, industrieel en defensie.
Naast afmetingen heeft de technologie nog een aantal andere voordelen. Zo hebben de condensatoren een hoge isolatieweerstand, wat de lekstroom terugdringt tot minder dan 40 nA. Bij draagbare apparatuur kan dat leiden tot een verbetering van de batterijduur met tientallen procenten.
De condensatoren zijn ook tot tien keer betrouwbaarder dan de gebruikelijke capaciteiten en hebben geen last van cracking, het ontstaan van scheuren in multilaagscondensatoren bij het buigen van de PCB of bij temperatuurvariaties. Het temperatuurbereik loopt van -50 tot 200 graden Celsius en de temperatuurstabiliteit is kleiner dan 20 ppm. ESR/ESL-waardes kunnen gezien worden als uitzonderlijk, wat RF-componenten zoals spoelen met een grote Q-factor mogelijk maakt (>80 bij 10 GHz).
Watermeters
De IPDia-technologie gaat uit van een silicium substraat waarin verticale uitsparingen van 100 micrometer diep worden gecreëerd. Deze worden voorzien van een elektrodelaag met daarop een diëlektricum en daarna afgedekt met een tweede polysilicium elektrode. Door de derde dimensie te gebruiken, wordt de oppervlakte per vierkante millimeter drastisch hoger. De condensator kan waarden bereiken van meer dan 250 nF/mm2. Het concept om met deze laagstructuur een capaciteit te maken is op zich niet nieuw. IPDia voegt echter wel letterlijk en figuurlijk een extra dimensie toe aan passieve integratie.
IPDia focust zich op drie gebieden waar de technologie zijn kracht kan laten zien: miniaturisatie, technische kwaliteit en cost of ownership. Deze gebieden komen terug in diverse marktsegmenten, zoals industrieel, medisch, vliegtuigindustrie en consumentenelektronica. Ook aan de productkant zie je een diversiteit aan toepassingen, van mobiele telefoons tot RF-modules voor watermeters in huis.
Het bedrijf brengt zijn technologie op verschillende manieren aan de man; naast integratie in een package maakt het ook losse condensatortjes die op een PCB kunnen worden gemonteerd. Deze hebben uiteraard niet de groottevoordelen, maar wel de gunstige kwaliteitseigenschappen. Voor het specificeren van een passieve-componenten-die – IPDia neemt de productie voor zijn rekening – zijn er naast condensatoren ook weerstanden en Zener- en pindiodes beschikbaar, en RF-componenten als baluns, multiplexers en splitters.
Afstandsbediening
Miniaturisatie en energiezuinigheid zijn onder meer in de medische industrie een hot topic. Als je bijvoorbeeld naar pacemakers kijkt, zie je dat er een constant streven is om ze steeds kleiner te maken om de belasting voor de patiënt te verlagen. In de eerste pacemakers werden losse condensatoren gebruikt, terwijl de huidige generaties vaak worden uitgevoerd met een array van capaciteiten op een keramisch substraat. Door deze te vervangen door een met IPDia-technologie vervaardigde pincompatibele module nemen de betrouwbaarheid, levensduur en het energiebudget toe – de batterij gaat langer mee of er kunnen nieuwe features worden toegevoegd zoals afstandsbediening, remote monitoring of bewaking. Dat leidt tot een betere besturing van buitenaf waardoor extra operaties worden vermeden. De echte stap vooruit volgt door de eis van pincompatibiliteit te laten varen. De condensatorarray kan aan het IC worden gekoppeld en de afmetingen kunnen aanzienlijk worden teruggebracht.
Kijken we terug, dan zien we dat de wereld van de passieve component een nieuwe technologie tot zijn beschikking krijgt. De IPDia-technici gaan ondertussen gewoon verder met het vergroten van de capaciteit: door een betere beheersing van het productieproces en de verdere ontwikkeling van de technologie is begin dit jaar de eerste 10 µF-capaciteit op silicium gerealiseerd, een nieuwe mijlpaal op het gebied van passieve integratie. Ontwikkelaars krijgen hiermee een scala aan extra mogelijkheden tot hun beschikking dat kan leiden tot nieuwe creatieve oplossingen en mogelijk nieuwe producten en toepassingen.
