Европа в ходе конкурентной борьбы с США, Японией, Южной Кореей и КНР в значительной мере утратила свои позиции в области микро- и радиоэлектроники и в настоящее время пытается вернуть их, используя различные проекты – ​такие как «Перспективные методы корпусирования фотоники, оптики и электроники в целях обеспечения низких производственных затрат в Европе» (Advanced Packaging for Photonics, Optics and Electronics for Low Cost Manufacturing in Europe, APPLAUSE). Разработчики проекта исходят из того, что растущий спрос на все более сложные системы и более совершенные корпуса и методы корпусирования может поддержать и даже омолодить цепочку наращивания стоимости в области производства и корпусирования в Европе. Этим проектом Европейский союз четко обозначил свои амбиции.

В рамках общеевропейской научно-исследовательской инновационной программы Horizon 2020 существует проект «Электронные компоненты и системы для обеспечения европейского лидерства» (Electronic Components and Systems for European Leadership, ECSEL). В свою очередь, составной частью ECSEL является проект «Перспективные методы корпусирования фотонных, оптических и электронных приборов в целях обеспечения низких производственных затрат в Европе» (Advanced Packaging for Photonics, Optics and Electronics for Low Cost Manufacturing in Europe, APPLAUSE; май 2019 – ​апрель 2022 г.). Цель проекта – ​обеспечение Европе конкурентных преимуществ в разработке электронных компонентов и систем, а также восстановление европейской цепочки создания стоимости в области производства и корпусирования. В проект APPLAUSE, координируемый корпорацией ICOS Vision Systems (г. Левен, Бельгия), входит 31 партнер из 11 стран, включая 12 крупных компаний, 11 малых и средних фирм и 8 научно-исследовательских организаций (см. рисунок). Общий бюджет в размере 34 млн евро (приблизительно 37,4 млн долл.) финансируется совместно программой Horizon 2020, национальными финансовыми ведомствами и полупроводниковой промышленностью Бельгии, Германии, Нидерландов, Финляндии, Австрии, Франции, Венгрии, Латвии, Норвегии, Швейцарии и Израиля как часть совместного проекта ECSEL [1, 2].

Исследователи корпорации ICOS Vision Systems (подразделение KLA Corp.) в качестве ключевого направления выделяют гетерогенную интеграцию. В рамках стандартной технологии кремниевая пластина со сформированными на ней ИС, датчиками и другими приборами разрезается на кристаллы, которые, в свою очередь, корпусируются или собираются в модули. При корпусировании на уровне пластин большая часть процесса выполняется на целой пластине. Исследователи продолжают развивать данную технологию и пытаются интегрировать в этот процесс фотонные и оптические приборы и интерфейсы.

Предварительные работы в этой области начались в 2016 г. Нынешний проект демонстрирует стремление ЕС быть в авангарде исследований в области датчиков и развития соответствующих технологий. Отмечается, что цель проекта – ​создание более экономичных и меньших по размеру межсоединений полупроводниковых датчиков, фотонных и оптических приборов. Европейские исследователи достигли в этом плане значительного прогресса – ​многие MEMS, такие как акселерометры, гироскопы, светочувствительные камеры, датчики давления и РЧ-MEMS были впервые разработаны и изготовлены именно в ЕС.

Проще, быстрее, дешевле

Проект Applause сосредоточен на передовых технологиях корпусирования и сборки комбинированной электроники, оптики и фотоники. Члены консорциума разрабатывают новые методы, процессы и инструменты с единственной целью: повысить производительность и удешевить производство.

В рамках ключевых технологических блоков консорциум будет работать над решениями по обработке и изготовлению ультратонких пластин и кристаллов, высокоточному корпусированию фотоники, технологиями склеивания чувствительных компонентов оптики, корпусирования медицинской и биосовместимой фотоники, а также методами формовки и трехмерной интеграции при изготовлении оптических компонентов. Кроме того, на повестке дня – ​разработка концепций тестирования и платформ оборудования для его проведения, а также анализ отказов, позволяющий сочетать масштабирование приборов и спецификации норм точности. Участники также будут работать над доказательством возможности осуществления крупносерийного и малозатратного производства оптики и определением методов метрологии и инструментальных средств перспективных технологий корпусирования.

Технологии будут опробованы в шести вариантах промышленного использования, после чего все эти варианты будут проверены на технологичность. Работами по первому варианту использования руководит компания AMS (г. Премштеттен, Австрия). В их рамках создается миниатюрный встроенный 3D-датчик внешнего освещения для мобильных и носимых приложений. Второй вариант реализуется группой фирм во главе с Integrated Detector Electronics (г. Осло, Норвегия). Они разрабатывают высокопроизводительный, недорогой и неохлаждаемый тепловой ИК-датчик для автомобильной промышленности и систем видео-наблюдения. Третий вариант использования изучает израильская компания DustPhotonics, которая будет отвечать за разработку высокоскоростных приемопередатчиков данных со сниженными затратами на производство. Обычно оптические волокна выравниваются по лазерному затуханию, причем это выравнивание выполняется активными методами. Разработчики предполагают использовать пассивные методы, что сделает процесс производства намного проще и быстрее.

Четвертый и пятый варианты относятся к сфере медицины. Здесь ведущими исполнителями стали компании Precordior (г. Турку, Финляндия) и Cardiaccs (г. Осло, Норвегия), которые разрабатывают, соответственно, гибкие патчи (сенсоры в виде пластыря) для мониторинга работы сердца и миниатюрные инвазивные сердечные датчики. Наконец, работы по шестому варианту проводятся под руководством финской компании Vaisala. Их цель – ​создание оптических модулей измерения влажности с экономичным корпусированием компонентов.

Степень готовности технологии и тестирование

Оценка зрелости технологий, разрабатываемых в ходе реализации программы, проводится по степени соответствия применяемым в НАСА уровням готовности технологий(TRL). В основе лежит шкала от 1 до 9, где 9 – ​максимальный уровень готовности. По мнению экспертов, проект Applause, в зависимости от варианта использования, находится между уровнями 5 и 7. Указанные разработки не относятся к фундаментальным исследованиям, они ориентированы на конкретные продукты. Пока трудно сказать, какими перспективами коммерциализации обладают те или иные варианты. Так, гибкий патч для кардиомониторинга практически готов к промышленному производству, в то время как миниатюрному инвазивному сердечному датчику, скорее всего, предстоят длительные медицинские испытания. Особые испытания потребуются и для проверки работы модулей оптического измерения влажности. В то же время встроенный 3D-датчик освещенности для мобильных и носимых приложений, благодаря стремительному развитию рынка мобильной связи, вероятно, в скором времени будет внедряться в массовое производство.

Поскольку при разработке любой технологии важны точные измерения и контроль качества, компания RoodMicrotec (г. Нердлинген, ФРГ) возглавит рабочий проект «Тестирование, надежность, анализ отказов и метрология» (Testing, Reliability, Failure Analysis & Metrology). Корпорация KLA будет поставлять контрольно-измерительное оборудование, а EV Group – ​работать над методиками соединения пластин, обеспечивающими их точное совмещение.

Выводы и прогнозы

В течение первых шести месяцев проекта членами консорциума были определены спе-цификации и требования. В работах по каждому варианту использования разрабатываемых технологий участвуют до 14 партнеров. Следовало определить, что требуется от каждого партнера, и предоставить предварительные проекты спецификаций. Несколько поставщиков знают, в каком направлении двигаться, и уже начинают работать над осуществлением своей части проекта.

По завершении трехлетнего проекта компании-партнеры по каждому из направлений будут обладать демонстрационными или опытными образцами продукции, разработанными с использованием передовых инновационных технологий и обладающими потенциалом коммерциализации. Другие отраслевые партнеры, включая ряд поставщиков полупроводниковых приборов, оборудования и материалов, работают над технологиями промышленного изготовления такой продукции (например, технологическое оборудование, материалы, оборудование для управления процессом). Полученные технологии также будут коммерциализированы [3].

1. ARTEMIS Industry Association. Project Information: https://artemis-ia.eu/project/170-APPLAUSE.html 

2. APPLAUSE project. Project Information: https://applause-ecsel.eu/ 

3. Pelé Anne-Françoise. EU Project Targets Low-Cost Manufacturing Packaging. EE Times, November 25, 2019: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1335324#