L'IMB-CNM participa en la nova línia pilot europea per liderar la integració heterogènia i l'encapsulat avançat de components i sistemes electrònics

_{Imatge principal: Oblia processada de Fraunhofer ISIT. APECS.}

La Línea Pilot d'Encapsulat Avançat i Integració Heterogènia per a Components i Sistemes Electrònics (APECS) és un gran pas endavant en l'enfortiment de les capacitats de fabricació de semiconductors d'Europa i la innovació en chiplets com a part de la Llei de Chips de la Unió Europea (European Chips Act). L'Institut de Microelectrònica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) eés l'única institució espanyola dins del consorci, aportant el seu coneixement expert en disseny, fabricació i encapsulatge, així com les capacitats de la seva Sala Blanca de Micro i Nanofabricació, la més gran d'Espanya.

APECS és una de les cinc línies pilot, aprovades o en fase de negociació, finançades per l'Empresa Comuna pels Xips (Chips JU). Coordinada des d'Alemanya pel Fraunhofer-Gesellschaft i implementada per Research Fab Microelectronics Germany (FMD). El consorci establirà una base sòlida per a cadenes de subministrament de semiconductors europees resistents i robustes, proporcionant als grans actors de la indústria, pimes i empreses emergents un accés a tecnologia d'avantguarda.

La financació total d'APECS ascendeix a 730 milions d'euros al llarg de quatre anys i mig. Més de la meitat prové de la Chips JU i la resta és aportada per les autoritats de finançament nacionals d'Espanya, Àustria, Bèlgica, Finlàndia, França, Alemanya, Grècia i Portugal, a través de la iniciativa “Chips for Europe”.

La contribució de l'IMB-CNM-CSIC es centra en tecnologies de refrigeració per microcanals integrats, a través de l'investigador Miguel Ullán, i en el disseny i fabricació additiva d'antenes, amb l'investigador Eloi Ramon.

Tecnologies emergents en la integració avançada

L'objetiu del consorci és crear vincles entre la recerca orientada a las aplicacions i els desenvolupaments innovadors en matèria d'integració heterogènia, en particular, les tecnologies emergents de chiplets, on cada subsistema del xip es fabrica per separat en el node tecnològic més convenient i, després, s'hi munta funcionalment amb la resta. Aquesta producció independent simplifica els processos tecnològics, optimitza el rendiment i abaratix els costos. En anar més enllà dels mètodes convencionals, APECS oferirà sistemes heterogènis robustos i fiables, la qual cosa impulsarà significativament la capacitat d'innovació de la indústria europea de semiconductors.

L'integració heterogènia de xips amb diversos orígens i funcionalitats en un encapsulat avançat és fonamental per obtenir sistemes intel·ligents complexos amb la mida més petita possible i a un cost raonable, ja que permet la incorporació de més funcionalitats i capacitats per augmentar el rendiment. Les grans empreses i centres de desenvolupament tecnològic de tot el món ja estan incorporant aquests avenços en els sistemes més avançats, com ordinadors, telèfons mòbils o electrònica d'automòbil.

El director de l'IMB-CNM-CSIC, Luis Fonseca, explica que “aquest és un domini d’alt valor afegit en el qual tecnològicament Europa no va endarrerida respecte a altres regions del món i en que la seva contribució pot ser puntera”, a diferència d'altres camps dels semiconductors.

APECS jugarà un paper clau en el suport a la microelectrònica europea mitjançant el desenvolupament de noves tecnologies d'integració de sistemes i el llançament de noves funcionalitats optimitzant de manera conjunta tecnologies i sistemes (STCO). Això permetrà a les empreses europees desenvolupar productes avançats, fins i tot en petites quantitats, a costos competitius. Amb una àmplia gamma de tecnologies en una única plataforma, APECS es postula per convertir-se en la plataforma líder d'Europa per al desenvolupament d'integració heterogènia i encapsulament avançat.

L'entitat serà un impulsor clau de la col·laboració entre els centres de recerca europeus, la indústria i el món acadèmic, fomentant un ecosistema d'innovació dinàmic. Els usuaris es beneficiaran d’un únic punt de contacte amb APECS. La línia pilot cobrirà el disseny integral i les capacitats de producció pilot i accelerarà el progrés des de la recerca d'avantguarda fins a solucions de fabricació pràctiques i escalables.

Participació de l'IMB-CNM en el consorcio

L'IMB-CNM-CSIC aporta capacitats avançades de fabricació i coneixement expert en el desenvolupament de tecnologies microelectròniques. Un dels objectius de la seva contribució és “el desenvolupament de tecnologies de refrigeració noves per a la integració d’ASICs (circuits integrats amb una aplicació específica) i sensors d’imatge o radiació”, indica Miguel Ullán.

“Pretenem treballar en dues aproximacions, depenent de si es requereix l’evacuació d’altes densitats de calor, com en el cas dels ASICs, o si el que es busca és una distribució homogènia de la temperatura, més aplicable al cas dels sensors d’imatge i radiació. Tot això amb l'objectiu d'incorporar la refrigeració juntament amb la resta de funcionalitats en la integració heterogènia de sistemes”, afegeix Ullán.

Al seu torn, l'institut aplicarà la seva experiència en la fabricació additiva i la integració heterogènia juntament amb el coneixement en l’ús de materials sostenibles per minimitzar la seva petjada ecològica. L’objectiu és “aconseguir la integració heterogènia de sistemes sostenibles amb resolucions estructurals inferiors a 50 micres i permetre la integració directa de components electrònics mitjançant muntatge microelectrònic com a part del procés de fabricació additiva”, indica Eloi Ramon. Tot això aconseguirà una “major llibertat de disseny, incloent la creació de circuits combinats amb substrats 3D”, afegeix.

Per a això, l'institut s'encarregarà del “desenvolupament de tecnologies de fabricació additiva d'alta resolució per a aplicacions electròniques d'alta freqüència, com 5G, 6G, ones mil·limètriques (mm-Wave) i aplicacions sub-THz, juntament amb el desenvolupament d'un procés de fabricació híbrid per a la producció d’electrònica estructural amb formes lliures, que inclou la capacitat d'integrar directament components electrònics com antenes impreses, xips o components SMD”, conclou Ramon sobre la seva contribució.

Única institució espanyola amb presència en dues línies pilot de Chips JU

L'objectiu de Chips JU és millorar la resiliència tecnològica d'Europa, assegurar les cadenes de subministrament i de valor i impulsar la innovació en camps emergents com la intel·ligència artificial energèticament eficient, la fabricació, la mobilitat, la informació i les comunicacions, la computació neuromòrfica i quàntica, així com l'electrònica fiable i sostenible. APECS és una de les dues línies pilot en què participa l'IMB-CNM-CSIC a més de PIXEurope, dedicada als circuits fotònics integrats i coordinada per l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) a nivell continental.

L'IMB-CNM-CSIC és l'única institució espanyola amb tanta presència en Chips JU, ja que també forma part de les dues propostes preseleccionades per establir dos centres de competència a Espanya. Es tracta de PIXSpain CC, orientat a la fotònica integrada, i de MicroNanoSpain, dedicat al disseny i la fabricació microelectrònica. Són centres amb finançament europeu i nacional per funcionar durant quatre anys. Amb prop d'un milió d'euros anuals, les partides es destinaran a organitzar la xarxa d'institucions que els conformen, dotar-les de personal de suport i subvencionar parcialment l'accés extern a serveis, reforçant així els seus respectius ecosistemes.

Sobre l'Empresa Comuna (EC) pels Chips

L'Empresa Comuna pels Chips de la Comissió Europea dóna suport a la recerca, el desenvolupament, la innovació i les futures capacitats de fabricació en l'ecosistema europeu de semiconductors. Va ser llançada pel Reglament nº 2021/1085 del Consell de la Unió Europea i modificada al setembre de 2023 com a part de la iniciativa Chips for Europe. Per fer front a la manca de semiconductors i reforçar l'autonomia digital d'Europa, compta amb una important finançament de la UE, nacional/regional i de la indústria privada de gairebé 11.000 milions d'euros. L'EC Chips està finançada per la Unió Europea, els Estats participants en l'EC Chips i membres privats.