imec InterConnect 12 (november 2002)

INTERCONNECT N° 12 - halfjaarlijks / november 2002

>> Human++, de mens van de toekomst In de intelligente omgeving van de toekomst zullen we een computer niet meer ervaren als een extern hulpmiddel, maar wel als een deel van onszelf. lees meer op pagina 3

>> Magnetische sensoren veroveren de markt Magnetische sensoren tonen vandaag al hun kracht als discrete componenten voor positiebepaling, navigatie, stroommeting, magnetische beeldvorming,... Hun succes drijft het onderzoek naar geĂŻntegreerde toepassingen. lees meer op pagina 6

>> Loodvrij solderen: partners gezocht lees meer op pagina 9

>> Interne herschikking om samenwerking met Vlaamse industrie te versterken lees meer op pagina 10

>> IMEC: vernieuwing binnen uw bereik lees meer op pagina 12

>> Reliability@imec lees meer op pagina 14

>> Materiaalonderzoek voor de automobielsector en aanverwante sectoren lees meer op pagina 15

>> APEX Intelli-Q op tournee met de Simple Minds lees meer op pagina 16 1.

Colofon Verantwoordelijke uitgever: Prof. Gilbert Declerck Eindredactie: Els Parton Mieke Van Bavel Werkten mee aan dit nummer: Ben Beddegenoots Jo De Boeck Marc D’Olieslaeger Bert Gyselinckx Herman Maes Katrien Marent Jean Roggen Stéphanie Teughels Kris Van de Voorde Johan Van Helleputte Jan Wauters Voor meer informatie: Katrien Marent Corporate Communications IMEC Kapeldreef 75 B-3001 Leuven Tel: 016/28 18 80 Fax: 016/28 16 37 E-mail: Katrien.Marent@imec.be

www.imec.be

Woord vooraf

Vorig jaar werd IMEC grondig doorgelicht door externe consultants, in opdracht van de Vlaamse overheid. De beoordeling was zeer positief en ligt dan ook aan de basis van een nieuwe beheersovereenkomst tussen de Vlaamse overheid en IMEC. Met deze doorlichting werden meteen een aantal strategische accenten vastgelegd, die nu al hun impact hebben op de inhoudelijke en structurele organisatie van IMEC. Zo wordt er veel belang gehecht aan een versterking van de samenwerking met Vlaamse bedrijven en KMO’s. Met dit in het achterhoofd startte IMEC in juni van dit jaar een interne herschikking, waarbij de twee groepen die diensten aanbieden aan Vlaamse bedrijven werden samengebracht. Erg belangrijk hierbij zijn de zogenaamde AVO-cellen (Applicatie, Verspreiding en Ondersteuning). Dit nieuwe concept heeft tot doel de IMEC-knowhow, die 3 tot 10 jaar vooruitloopt op industriële toepassing, te ‘vertalen’ naar de KMO-wereld toe, dus naar een termijn van 0 tot 3 jaar. In dit nummer leest u meer over deze structurele veranderingen, maar ook wordt speciale aandacht besteed aan de vele mogelijkheden die vandaag al bestaan voor KMO’s en Vlaamse bedrijven om samen te werken met IMEC. Er is zeker voor ieder wat wils: productinnovatie, marktstudies, training(-op-maat), Europractice ICservice en betrouwbaarheidsanalyses in het nieuw opgerichte kenniscentrum reliability@imec.

Ook inhoudelijk zijn er veranderingen op til waardoor de IMEC-technologie meer en meer van belang kan worden voor niet-ICT-bedrijven. Nieuwe technologieën, die verband houden met de intelligente omgeving, ontluiken.

Een voorbeeld van zo’n ontluikende technologie vindt u beslist in het artikel over ‘de mens van de toekomst’ waarin toepassingen in de farmaceutische, textiel- en sportsector aan bod komen. En met wat fantasie bedenkt u waarschijnlijk nog 101 andere toepassingen die voor uw bedrijf interessant kunnen zijn…

Veel leesplezier!

Els Parton en Mieke Van Bavel, Wetenschappelijk redacteurs.

2.

De adviseurs van I&I (Incubatie & Industrialisatie)

De mens van de toekomst “In de intelligente omgeving van de toekomst zullen we een computer niet meer ervaren als een extern hulpmiddel, maar wel als een deel van onszelf. Op en in ons lichaam zullen we een netwerk van sensoren dragen die ons medisch begeleiden en ons leven vergemakkelijken.” Dit is het rooskleurige idee dat wetenschappers hebben, maar voor mensen zoals u en ik klinkt het angstaanjagend dat computers zo’n grote impact zullen krijgen op ons leven. Als je echter kijkt naar de voorlopers van deze slimme toestellen en hun toepassing in de geneeskunde-, landbouw- en voedingssector, wordt het begrijpelijk waarom men spreekt van een ware wetenschappelijke ‘revolutie’. IMEC zette twee programma’s op, Human++ en M4, om mee te werken aan dit nieuwe tijdperk.

De intelligente omgeving Iedereen zal al wel gehoord hebben van het post-pc tijdperk en de intelligente omgeving. Wetenschappers van de meest uiteenlopende disciplines (biotechnologie, scheikunde, micro-elektronica) hebben het erover. Je kan het een beetje vergelijken met de evolutie van logge ‘mainframes’ (eerste computertijdperk) naar ‘personal computers’ (tweede computertijdperk). In het derde computertijdperk wordt de computer nog kleiner. Zo klein zelfs dat honderden computers ons zullen omringen en bijstaan in het dagelijkse leven zonder dat we er ons bewust van zijn.

Indien dit idee je enigszins afschrikt, dan is dit omdat je aan een computer denkt zoals hij nu is: een werktuig dat je volledige aandacht vraagt waardoor je niet opmerkt wat er rondom jou gebeurt. Maar het zullen niet dit soort computers zijn die ons omringen in de toekomst. In plaats van te behoren tot een andere wereld dan de onze, zullen de computers van de toekomst menselijker moeten worden. Om dit te realiseren wordt onder andere gezocht naar een meer natuurlijke gebruikersinterface op basis van animatie en spraakherkenning. Op die manier zal het derde computertijdperk ons niet asociaal maken, maar zullen we integendeel meer tijd hebben voor vrienden, familie en hobby’s doordat de computers onze dagdagelijkse taken verlichten. Een aantal voorbeelden van dergelijke technologie kan je nu reeds bewonderen in de film “Minority Report”, die momenteel in de bioscopen loopt.

Voorwaarden voor de intelligente omgeving Om een idee te krijgen van de intelligente ‘snufjes’ van de toekomst, moet je je een combinatie inbeelden van vier kenmerken: (1) alomtegenwoordige draagbare computersystemen (bv. in kleding, bril, schoenen,…); (2) draadloze communicatie tussen de verschillende systemen (bv. tussen

de hartslagmeter van een marathonloper en de pc van de coach thuis); (3) gebruiksvriendelijke interface zonder gebruik van toetsenbord (bv. atleet ‘vraagt’ naar gemiddelde snelheid en computer ‘zegt’ het) en (4) een verspreid netwerk van MEMS (micro-elektromechanische systemen)en biosensoren. Het geheel vormt een ‘body area network’ dat gedragen wordt op/in het lichaam. Bovendien zullen systemen zodanig flexibel zijn dat ze voor zeer uiteenlopende toepassingen kunnen gebruikt worden: één toestel zal kunnen gebruikt worden als gsm, elektronische agenda (PDA, personal digital assistant), om muziek te beluisteren of een film af te spelen. Ook kunnen nieuwe toepassingen gedownloaded worden van het internet. Een zee van mogelijkheden…

IMEC creëerde twee programma’s die verschillende reeds bestaande onderzoeksactiviteiten overkoepelen. De bedoeling is een uitwisseling en samenwerking tot stand te brengen die kunnen leiden tot de futuristische systemen die hierboven beschreven staan. Het eerste programma, Human++, richt zich op het uitbouwen van een sensornetwerk dat op het lichaam gedragen wordt en dat lichaamsfuncties kan controleren, bijsturen, herstellen of zelfs bijmaken. Het tweede initiatief werd M4 genoemd en verwijst naar ‘Multi-Mode Multi-Media’ of hoe één systeem verschillende multimediatoepassingen kan leveren via verschillende soorten netwerken (satelliet, cellulair, adhoc,…). In deze Interconnect zullen we dieper ingaan op het Human++-programma terwijl het M4-programma in het volgende nummer zal beschreven worden.

Het ultieme systeem dat alle bovengenoemde eigenschappen bezit, zal natuurlijk nog niet dadelijk op de markt beschikbaar zijn. Het kan nog wel 10 jaar of langer duren.

3.

Maar in de zoektocht ernaar kunnen toch al interessante toepassingen onstaan die natuurlijk nog maar een voorsmaakje zijn van wat ons te wachten staat. Denk maar aan de glucosesensor, de muzikale jas en de gecombineerde toestellen die een MP3-speler, PDA en digitale camera in één zijn.

Meer dan 100 sensoren op/in het lichaam Wetenschappers verwachten dat binnen 10 jaar het samengaan van micro-elektronica, biotechnologie en scheikunde de mogelijkheid zal bieden om ons leven drastisch te verbeteren. Dit zijn maar enkele voorbeelden die ze in gedachten hebben: • Een nano-bioprocessor die bacteriën/virussen kan opsporen in het bloed en ze vervolgens bestrijden met nanomedicijnen. Dezelfde denkpiste wordt reeds toegepast voor de combinatie van glucosebiosensor en insulinepomp die in de toekomst in staat zal zijn om de glucosespiegel te meten en insuline af te geven in het bloed. Zo kan een constante bloedsuikerspiegel gegarandeerd worden bij diabetespatienten.

• Neuro-implantaten voor de besturing van prothesen, de behandeling van Alzheimer of het tegengaan van epileptische aanvallen.

• Sensoren voor het herstellen van gehoor en zicht.

• Verbeterde pacemakers en kunstorganen.

• Sensoren voor ‘nieuwe’ zintuigen zoals infraroodzicht, ultrasoon gehoor.

• Nanorobots die microchirurgische ingrepen kunnen uitvoeren zonder hiervoor grote wonden te maken.

• De ‘slimme pil’ die rechtstreeks naar de plaats van werking gaat (het doelwitorgaan of –weefsel).

• Een sensor die bij biologische en chemische oorlogvoering de vreemde substanties dadelijk kan detecteren.

• Het creëren van virtuele omgevingen, bv. voor studenten geneeskunde die zo de menselijke anatomie, fysiologische functies en medische procedures kunnen visualiseren en met al hun zintuigen ervaren.

Natuurlijk is dit alles nog niet voor morgen. Er is nog een hele weg af te leggen, de zogenaamde ‘roadmap’. Deze onderscheidt twee evoluties: deze naar ‘in vivo’-toepassingen (sensoren die ingeplant worden in het lichaam) en ‘in vitro’-toepassingen (externe systemen). Intermediaire systemen zijn ‘plakkers’ voor op de huid (te vergelijken met nicotinepleisters) of sensoren die worden geïntegreerd in de kleding.

Van biosensor tot implanteerbaar therapeutisch systeem De eerste biosensoren zijn reeds op de markt. 90% van de markt van biosensoren wordt ingenomen door glucosebiosensoren voor het meten van de glucosespiegel in het bloed van diabetespatiënten. Naast hun gebruik voor farmaceutische toepassingen worden biosensoren ook al gebruikt voor het screenen van milieu, voeding en fermen-

4.

tatieprocessen, in de landbouw en voor militaire doeleinden. Voorbeelden hiervan zijn: bepaling van nitraat in water, ammoniak in lucht, suiker in dranken, Salmonella in voeding, versheid van vis, steriliteit, levensduur en on-line calibratie van het fermentatieproces, antibiotica in koeienmelk, plantenziekten, bodemvoedingsstoffen en pesticidencontrole in de landbouw, detectie van anthrax, enz.

De volgende logische stap in de evolutie naar een implanteerbare biosensor is het volledig autonoom maken van het systeem: een eigen energiebevoorrading (bij een ingeplante biosensor kan je niet zomaar eventjes de batterijen vervangen!), draadloze communicatie met andere systemen en ingebouwde signaalverwerking. Vooraleer dit autonoom systeem kan ingeplant worden, moeten biocompatibele materialen ontwikkeld worden. Voor neuro-implantaten (elektroden verbonden met hersencellen) heeft men bijvoorbeeld roestvrij staal gebruikt, bekleed met teflon. Bij standaardelektroden merkte men dat ze na een tijdje niet meer werkten omdat de inhoud van de hersenscellen rond de elektrodetip verzamelde en het zo isoleerde. De ultieme droom is een therapeutisch implantaat dat niet alleen zal registreren (bv. DNA, proteïnen, ziektekiemen, glucose in bloed), maar ook zal handelen door het gepaste nanomedicijn in de bloedbaan te brengen.

De zoektocht naar een ‘in vitro’-systeem heeft als doel een extern ‘point-of-care’-systeem (POC) te ontwikkelen dat testen kan uitvoeren bij de patiënt zelf (thuis, bij de huisdokter of in het ziekenhuis) en niet meer in een gespecialiseerd klinisch labo. Een eerste stap in deze richting is toegespitst op materiaalonderzoek. Men wil namelijk komen tot een goedkoop en wegwerpbaar systeem omwille van steriliteiteisen. De polymeerelektronica lijkt hier een oplossing te kunnen bieden. Eerst en vooral wil men bepaalde ziekten kunnen detecteren waar men de juiste merkers (antigenen) al van kent. Het komt er dan op aan om de juiste antilichamen te maken (herkennen de antigenen en binden ermee), ze te immobiliseren op het biosensoroppervlak en een gepaste transducer te ontwikkelen die het biochemische signaal kan omzetten in een elektrisch signaal. De ultieme droom van de farmaceutische industrie is een POC-systeem dat proteïnen in het bloed kan screenen (proteomica).

Er werd hier voornamelijk gesproken over geneeskundige toepassingen, maar met een beetje verbeelding kan je de roadmap ook toepassen in andere domeinen. Bv. in de veeteelt zouden biosensoren kunnen ingeplant worden bij schapen zodat mond- en klauwzeer in een zeer vroeg stadium kan opgespoord worden en alleen de getroffen dieren moeten geslacht worden.

Energielevering & Opslag Nieuwe Communicatie biocompatible Autonome signaal materialen verwerking

autonome sensor

implanteerbare sensor

Testconcept Chemische Verbindingslaag

Therapeutica

In vivo

Intelligente plakker

Bio sensor

Intelligente kleding

Transducer configuratie

Wegwerpbare sensor

2004

POC Ziekte merker

Polymeer elektronica

Nieuwe bioprobes, testen, transducers

2006

2008

POC Proteomica

In vitro

2010 De evolutie van een biosensor, de zogenaamde ‘roadmap’.

IMEC draagt zijn nano-steentje bij Het Human++-programma brengt zowel ontwerp- als microsysteemonderzoeksgroepen samen. Op het vlak van ontwerp is het vooral belangrijk om een ultralaag vermogenverbruik, een optimale integratie en een gepaste gebruikersinterface na te streven.

Andere onderzoeksgroepen zijn op zoek naar een autonome energievoorziening voor de sensoren van het ‘body area network’. Flexibele plastiek zonnecellen die kunnen geïntegreerd worden in de kleding zijn hier aan de orde.

Ook vermogen-MEMS kunnen hier zeker een oplossing bieden. Dit zijn MEMS-systemen die bv. mechanische energie van trillingen kunnen omzetten in elektrische energie.

Materiaalonderzoek op polymeren is ook zeer belangrijk in het Human++-programma. Dit is immers essentieel om tot een goedkope wegwerpbiosensor te komen. Ook wordt het zo mogelijk om deze plooibare systemen in kleding te integreren. IMEC werkt technieken uit om organische halfgeleiderfilms te maken van een hoge kwaliteit. Een alternatief is echter om ultradunne en ultrakleine chips te maken, die zo klein zijn dat ze ook in flexibele oppervlakken zoals kleding kunnen geïntegreerd worden. IMEC slaagde erin om chips tot 15 µm dun te maken zonder verlies van functionaliteit.

Een onderzoeksluik dat zeker tot de verbeelding spreekt is dat van de biosensoren. Allereerst zijn onderzoekers op zoek naar een geschikt transducersysteem dat het biochemisch signaal (binding van antigen en antilichaam) kan omzetten in een meetbaar elektronisch signaal. Zo werden er twee soorten biosensoren ontwikkeld die detecteren op basis van geluidsgolven en geleiding tussen elektroden.

Ze worden gebruikt voor de detectie van antigenen en DNA-sequenties. Meer recent werd ook het magnetisch detectieprincipe toegepast met het extra voordeel dat biomoleculen niet enkel gedetecteerd kunnen worden maar ook getransporteerd (zie artikel over magnetische sensoren op paguna 6).

Een tweede luik van IMEC’s biosensoronderzoek bestaat uit de ontwikkeling van de ‘verbindingslaag’ tussen de bio-

logische en de elektronische component. Hiervoor worden zelf-assemblerende monolagen van thiolen of silanen gebruikt die slechts enkele nanometer dik zijn. Deze moleculen, die zich spontaan organiseren in een laag, dienen als ‘linkers’ voor de immobilisatie van biomoleculen op respectievelijk goud en siliciumoxide. Een nieuwe doorbraak in het onderzoek is het gebruik van gemengde zelf-assemblerende monolagen. Hierdoor wordt een uiterst hoge gevoeligheid bereikt zodat de doelwitmoleculen reeds bij zeer lage concentratie kunnen gedetecteerd worden.

Een nieuwe generatie van sensoren zijn zogenaamde ‘neuronen-op-een-chip’ waarbij transistoren verbonden worden met neuronen. De moeilijkheid hierbij is opnieuw de verbinding tussen het biologische en elektronische materiaal, waarvoor maar liefst vier tussenlagen nodig zijn. Deze systemen kunnen gebruikt worden om tijdig te waarschuwen bij bv. epileptische aanvallen.

Voor ieder wat wils in de intelligente omgeving Of je nu geïnteresseerd bent in geneeskunde, landbouw, mode, veiligheid of voeding, de slimme systemen van de toekomst kunnen in elk domein voor een ware revolutie zorgen. IMEC’s Human++-programma brengt alle technologieën samen die nodig zijn voor het uitbouwen van een sensornetwerk dat we in/op ons lichaam zullen dragen. In het volgend nummer van de Interconnect kom je meer te weten over de geheimen van het M4-programma…

Wegwerpbiochip.

Organische zonnecelmodule op een flexibel substraat.

5.

Magnetische sensoren veroveren de markt Magnetische sensoren steken overal de kop op.Vandaag tonen ze al hun kracht als discrete componenten en worden ze ingezet voor positiebepaling, navigatie, stroommeting, magnetische beeldvorming… Hun succes drijft het onderzoek naar geïntegreerde toepassingen: de eerste prototypes van magnetische geheugens en magnetische biosensoren worden stilaan realiteit.

Magnetische sensoren zijn alomtegenwoordig Magnetische sensoren worden vandaag de dag gebruikt in een brede waaier van toepassingen. De meest voor de hand liggende is het gebruik van de magnetische sensor voor het in beeld brengen van een magnetisch veld. Denk maar aan de bankkaarten met magnetische strip waarop persoonlijke gegevens worden weggeschreven. Wanneer deze kaart voorbij een magnetische sensor wordt gebracht, dan kan de informatie worden uitgelezen.

Maar magnetische sensoren worden ook gebruikt in toepassingen waarbij een opgewekt magnetisch veld het mogelijk maakt om heel andere grootheden te meten. De magnetische velden worden hierbij opgewekt door een elektrische stroom of door de aanwezigheid van een permanente magneet. De sensoren zetten de magnetische flux dan om in een bruikbaar elektrisch signaal.

Een mooi voorbeeld hiervan is een stroommeter. Deze detecteert een magnetisch veld dat door de stroom zelf wordt opgewekt. Het veld wordt door een open spoel (‘Yoke’) naar de sensor geleid. Het gemeten veld is evenredig met de elektrische stroom. Een andere toepassing is het gebruik van een kleine permanente magneet op een roterend wiel, die een signaal opwekt in de sensor bij elke omwenteling. Op deze wijze is het mogelijk om het aantal omwentelingen van het wiel te tellen zonder contact te maken met het roterende deel. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de sensor geen slijtage ondervindt.

Permanente magneten worden ook gebruikt voor positiebepalingen. De permanente magneet wordt hierbij geplaatst op het voorwerp waarvan we de positie willen kennen. Indien het voorwerp zich van de sensor verwijdert, varieert het magnetisch veld ter hoogte van de sensor. Op die manier kan de positie van het voorwerp worden bepaald.

Positie- en rotatiemetingen worden gebruikt in allerhande industriële toepassingen. In de automobielsector hebben ze hun nut al bewezen. ABS-antiblokkeerremsystemen, centrale vergrendeling van deuren en elektrische bediening van ruiten zijn hiervan typische voorbeelden. Verwacht wordt dat hun aandeel nog zal toenemen door de recente evolutie naar ‘drive-by-wire’, ‘steer-by-wire’ en ‘brake-by-wire’, waarbij rij-

6.

den, sturen en remmen niet langer mechanisch zullen gebeuren. Hiermee wordt ingespeeld op de steeds toenemende eis naar meer veiligheid, comfort en gereduceerd energieverbruik.

Magnetische sensoren vinden we ook terug in onze pc: de zogenaamde ‘metallische’ magnetische sensoren (zie verder in dit artikel) worden er gebruikt als leeskop voor de harde schijf. Alleen al hiervan werden in 2000 zo’n 2 miljoen eenheden verkocht, goed voor een omzet van 20 miljoen dollar.

Tegen 2005 wordt een verkoop verwacht van 5 miljoen eenheden, met een bijhorende omzet van 50 miljoen dollar (bron: NEXUS 2002).

Verwacht wordt dat metallische magnetische sensoren voor allerhande toepassingen in 2002 een omzet van 60 miljoen dollar zullen vertegenwoordigen, voor een verkoop van 60 miljoen eenheden (NEXUS 1998).

Achter de schermen: werkingsprincipes Wanneer we gaan kijken naar de werking van de magnetische sensoren, kunnen we verschillende types onderscheiden.

Door hun verschillend werkingsprincipe heeft elk type sensor zijn eigen bereik en gevoeligheid. We belichten hier de werking van twee types sensoren, waarop binnen IMEC onderzoek werd verricht: halfgeleider magnetische sensoren en metallische magnetische sensoren.

De halfgeleider magnetische sensor of Hallsensor Halfgeleidersensoren worden vooral ingezet wanneer relatief grote magneetvelden (van de orde van 10 tot zelfs 1000 mTesla, of 100 tot 10000 Gauss) worden gemeten. Een courante toepassing is het gebruik van de sensoren voor nauwkeurige positiebepalingen.

De werking van de halfgeleidersensor is gebaseerd op het klassieke Halleffect. Dit fysisch effect treedt op wanneer een uitwendig magneetveld wordt aangelegd loodrecht op de stroom van een geleider. Onder invloed van het magnetisch veld ondervinden de ladingsdragers een Lorentzkracht.

Hierdoor wordt de baan die ze volgen in de stroomvoerende structuur, afgebogen. Afhankelijk van het soort component is

Het Halleffect en zijn toepassing: de Hallsensor.

zo een verandering in weerstand meetbaar, of kan een spanning worden gedetecteerd, de zogenaamde Hallspanning. Dit signaal draagt dus informatie over het magnetisch veld.

De meest gevoelige halfgeleidersensor is een dunnefilmstructuur van een materiaal waarin de ladingsdragers een hoge beweeglijkheid hebben. In de praktijk worden halfgeleidersensoren meestal vervaardigd uit silicium (Si) of galliumarsenide (GaAs). Hoewel deze materialen in ‘bulk’-vorm kunnen worden aangewend, worden de meest gevoelige sensoren gerealiseerd met behulp van moleculairebundelepitaxie (MBE), een techniek die toelaat om een dunne film atoomlaag per atoomlaag neer te zetten op een substraat. In meer geavanceerde structuren (zoals indium-arsenide (InAs)- of indiumantimonide (InSb)-structuren) leidt de hogere mobiliteit van het kleine aantal ladingsdragers tot een veel grotere gevoeligheid.

Veronderstel dat de magnetische oriëntaties van beide magnetische materialen in dezelfde richting wijzen. Wanneer we een kleine spanning aanbrengen over de sandwichstructuur, dan ondervinden elektronen waarvan de spin in dezelfde richting wijst als de magneetvelden veel minder weerstand dan wanneer de magnetische lagen hun oriëntatie antiparallel hebben.

De elektrische weerstand is dan een maat voor de relatieve magnetische oriëntatie. Deze oriëntatie kan op zijn beurt beïnvloed worden door een extern magnetisch veld. Bij kamertemperatuur kan het weerstandsverschil 4 tot 18% bedragen.

De spinvalve-sensor. Een stroom loopt in horizontale richting. De elektronen met spin parallel aan de magnetische oriëntatie van beide magnetische lagen ondervinden minder elektrische weerstand dan die met antiparal-

De metallische magnetische sensor: spinvalve en magnetische tunneljunctie Nog gevoeliger zijn de magnetische multilaagsensoren, die operationeel zijn in het belangrijk werkingsgebied van betrekkelijk zwakke magnetische velden. Twee voorbeelden hiervan zijn de spinvalve en de magnetische tunneljunctie, die uitstekend geschikt zijn voor toepassingen waar kleine magneetvelden moeten worden gemeten (typisch van de orde van 1 mTesla of 10 Gauss). Spinvalves worden bijvoorbeeld gebruikt in leeskoppen voor magnetische harde schijven in onze pc, die door de erg gevoelige spinvalve-leeskop een veel hogere opslagcapaciteit kan leveren. Magnetische tunneljuncties worden bijvoorbeeld gebruikt in magnetische niet-vluchtige geheugenchips (MRAM, magnetic random access memory). Ook hier geeft een weerstandsverandering informatie over de magnetische toestand van een component.

Om hun werking te begrijpen, voeren we het concept in van de elektronenspin: elektronen hebben hun eigen magnetisch moment, vaak voorgesteld alsof ze rond hun as ‘spinnen’. We zeggen dat ze een spin hebben, met een welbepaalde oriëntatie. De richting van deze spin wordt beïnvloed door een extern magnetisch veld, en de oriëntatie van de elektronspin noemen we spin-op of spin-neer, waarbij de referentie de magnetisatie van het magnetisch materiaal is waarin ze zich bevinden, of een extern veld in andere omstandigheden.

De Spinvalve Wat is nu een spinvalve? In zijn eenvoudigste vorm is het een drielagenstructuur die bestaat uit twee zeer dunne magneetlagen, met daartussen een niet-magnetische laag (bijvoorbeeld koper of een edelmetaal). De magnetische lagen kunnen parallel of antiparallel ten opzichte van elkaar georiënteerd zijn.

Essentieel is verder dat een elektron met een spin georiënteerd volgens de magnetisatie van de magneetlaag, veel minder weerstand ondervindt in zijn beweging door het metaal, dan wanneer zijn spin tegengesteld georiënteerd is.

lelle spin (boven). Indien de magnetische oriëntaties van beide lagen antiparallel staan, ondervinden alle elektronen in de structuur een hogere weerstand (onder).

De magnetische tunneljunctie Bij een magnetische tunneljunctie worden de twee magnetische lagen gescheiden door een zeer dunne isolatielaag. Net zoals bij de spinvalve bepaalt ook hier de onderlinge stand van de magnetisatie de grootte van de elektrische weerstand van de component. Alleen loopt de stroom in deze component loodrecht op de grensvlakken: de elektronen tunnelen als het ware door de isolatielaag, een quantum-mechanisch effect. De magnetisatie-afhankelijke weerstandsverandering bij tunneljuncties kan oplopen tot 50% bij kamertemperatuur.

De magnetische tunneljunctie. Een stroom loopt nu in verticale richting. Bij magnetische tunneljuncties worden de ferromagnetische lagen gescheiden door een isolatielaag.

De elektronen tunnelen gemakkelijker door de oxidelaag indien de magnetische oriëntaties van beide ferromagnetische lagen parallel staan (boven) dan indien ze antiparallel staan (onder).

De technologie van metallische magnetische sensoren is relatief jong. In de praktijk worden de sensoren ontwikkeld als een multilaag van ferromagnetische materialen (bijvoorbeeld nikkelijzer (NiFe), cobalt (Co)), antiferromagnetische materialen (ijzermangaan (FeMn), nikkeloxide (NiO)) en niet-magnetische materialen. Deze materialen worden op een substraat neergezet door middel van sputtering.

Van discrete componenten naar geïntegreerde sensoren De meeste commerciële toepassingen van magnetische sensoren kunnen we klasseren onder de noemer discrete compo-

7.

Detail van een geïntegreerde spinvalve-sensor en stroomvoerende geleiders in een magnetische biosensor.

nenten. IMEC gaat een stap verder en bouwt zijn onderzoeksactiviteiten van magnetische sensoren vooral uit rond geïntegreerde toepassingen. Hiermee bedoelen we dat de componenten worden ingebed in een geïntegreerd circuit, dat voorzien wordt van de nodige uitleeselektronica. Een schoolvoorbeeld hiervan is de technologische ontwikkeling van de magnetische geheugenchip. De technologie die hier aan de basis ligt, wordt verder aangewend voor meer complexe toepassingen, bijvoorbeeld voor de ontwikkeling van magnetische biosensoren.

(a) Prototype van een magnetische geheugencel bestaande uit een magnetische tunneljunctie boven op een GaAs-diode. (b) Ontwerp van een MRAM geïntegreerd in het 0.5 µm CMOS-proces.

De halfgeleider en metallische magnetische sensor: een overzicht van hun bereik en gevoeligheid.

Magnetische geheugenchip, een waardige vervanger van uw harde schijf De magnetische tunneljunctie, die het mogelijk maakt om de magnetische toestand elektronisch uit te lezen, ligt aan de basis van de magnetische geheugenchip. Het is immers mogelijk om de magnetische oriëntatie van één van de magneetfilms van de junctie te verankeren, terwijl de andere vrij is om een aangelegd magneetveld te volgen. Door nu een klein magneetveldje op te wekken in de buurt van deze structuur, zal de vrije magneetfilm zijn magnetisatie draaien en zich, ook na het verdwijnen van het uitwendig veld, blijvend oriënteren volgens de richting van het laatst aangelegde veld. Aangezien de andere magneetfilm in dit proces onaangeroerd is gebleven, komen we tot ofwel een gelijk, ofwel een tegengesteld gerichte magnetische situatie. Hiermee komt een ‘1’ of een ‘0’ overeen: de magnetische tunneljunctie wordt een geheugencel. Door deze structuren nu op een chip netjes in een rooster te plaatsen en te zorgen voor de nodige bedrading voor elektrische contacten en magnetische veldgeneratie, heeft men een magnetisch geheugen gebouwd. Dit geheugen, dat MRAM wordt genoemd, is niet vluchtig: ook als het apparaat wordt uitgeschakeld, wordt alle informatie bewaard. In tegenstelling tot die andere magnetische informatiedrager, de harde schijf, heeft een MRAM geen bewegende delen, is sneller toegankelijk en verbruikt minder vermogen. MRAM’s zijn kandidaat om de zogenaamde universele geheugenchip voor de toekomst te worden, snel en niet vluchtig. Vandaag worden er al industriële prototypes ontwikkeld. IMEC ontwikkelt teststructuren die worden getest op betrouwbaarheid en hun magnetisch schakelgedrag. Er worden stappen gezet naar de integratie van MRAM in de conventionele siliciumtechnologie, zoals een teststructuur in een 0.5 µm CMOS-proces.

8.

MRAM-technologie… in biosensoren Het gebruik van magnetische multilagen kan ook in andere toepassingen erg interessant zijn. Een voorbeeld is de toepassing van het magnetische detectieprincipe in biosensoren.

Voor de detectie van biomoleculen, die bijvoorbeeld specifiek zijn voor een bepaalde ziekte, worden meestal fluorescerende merktekens gebruikt. IMEC ontwikkelde een revolutionair alternatief, gebaseerd op de uiterst gevoelige detectie van magnetische merktekens. Dit zijn paramagnetische bolletjes met afmetingen tussen 300 nm en 3 µm, die aan biomoleculen kunnen worden vastgehecht. Deze merktekens kunnen worden verplaatst naar specifieke locaties op de chip. Dit gebeurt onder invloed van een magnetisch veld dat wordt opgewekt door twee stroomvoerende geleiders. Door het wisselend aansturen van de geleiders kunnen merktekens bijvoorbeeld over de spinvalve-sensor worden bewogen. Bij iedere passage genereert het magnetisch merkteken een (zeer klein) magnetisch veld op de plaats van de sensor, die het veld kan meten.

Deze ontwikkeling opent perspectieven voor het zogenaamde ‘lab-on-chip’, waarbij een staal van een te onderzoeken vloeistof naar verschillende plaatsen op een sensorchip wordt gebracht, om achtereenvolgens de aanwezigheid van verschillende merkers na te gaan. Het concept van de magnetische biosensor behoort niet langer tot de droomwereld van de enthousiaste onderzoeker: eerste metingen tonen al aan dat dit meetconcept gevoelig genoeg kan zijn voor de aanwezigheid van één enkel merkteken van 300 nm (en kleiner in de toekomst).

Een mogelijke toepassing van de magnetische biosensortechnologie is het opsporen van bepaalde genetische ziekten die waarneembaar zijn als een mutatie van DNA/RNA. Geïntegreerde magnetische sensoren… voor Vlaamse KMO’s en bedrijven Bent u geïnteresseerd en wenst u meer informatie over de door u gewenste toepassing? IMEC levert technocommerciële studies waarin zowel de technologie als de markt bekeken worden. Samen met u kunnen we een demonstrator (prototype) ontwikkelen waarbij de magnetische sensor met andere componenten in een compacte verpakking geïntegreerd wordt. IMEC levert ook advies bij specifieke vragen over het ontwerp of over de productie van de geïntegreerde sensor.

IMEC nodigt Vlaamse bedrijven uit voor deelname aan een project rond loodvrij solderen. Met dit project wil IMEC de Vlaamse industrie helpen om de overstap te maken van het vertrouwde tin-lood-solderen naar nieuwe, loodvrije soldeertechnieken, conform de Europese richtlijnen.

Loodvrij solderen: partners gezocht Tin-lood solderen: het einde van een tijdperk Vanaf 1 januari 2006 zal Europa een verbod heffen op het gebruik van onder meer loodhoudende soldeermaterialen in zowat alle elektronicatoepassingen. Zo staat het in een richtlijn van de Europese Commissie over afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (de WEEE, ‘EC directive on waste from electrical and electronic equipment’). Met deze richtlijn wil de Europese Commissie paal en perk stellen aan de alsmaar toenemende afvalberg van gevaarlijke stoffen uit elektrische en elektronische toestellen.

Verwacht wordt echter dat heel wat grote bedrijven al veel vroeger zullen overschakelen op loodvrije producten (ten laatste in 2004) omwille van het ‘groene’ imago dat deze producten hebben.

Daarom wordt er wereldwijd naarstig gezocht naar alternatieve, loodvrije soldeertechnieken. Meestal gaat men hierbij uit van het klassieke eutectisch tin-lood (SnPb) soldeerprincipe, waarbij lood dan vervangen wordt door één of meerdere metalen (bijvoorbeeld Ag, Cu, Au, Bi…).

Maar ook (geleidende) lijmen kunnen een alternatief zijn.

Loodvrij solderen: gevolgen voor de elektronica industrie Loodvrij solderen is echter meer dan het vervangen van het soldeermateriaal. Met de overgang naar loodvrij solderen gaan immers een aantal knelpunten gepaard, die hun weerslag hebben op de elektronische industrie. Zo ligt de smelttemperatuur van de meest geschikte loodvrije soldeermaterialen zo’n 30 tot 40°C hoger dan die van eutectisch SnPb (183°C). Niet alle huidige substraten, printplaten en componenten zijn hiertegen bestand. Ook de betrouwbaarheid van de nieuwe soldeerverbindingen is nog onvoldoende gekend. En de nieuwe loodvrije soldeermaterialen tenslotte, zijn vaak niet compatibel met de huidige assemblagetechnieken op niveau van de chip, de componenten of de substraten.

De implementatie van loodvrij solderen op productniveau vraagt daarom een grondige analyse van alle stappen en componenten in het proces.

IMEC start een gezamenlijk project op In samenwerking met de Vlaamse industrie zal IMEC een project starten om in de nabije toekomst de stap naar loodvrij solderen mogelijk te maken. Het project krijgt de naam TOLOSO (technologische ontwikkeling voor de implementatie van loodvrij soldeer in elektronische toepassingen) en heeft tot doel om via concrete onderzoeks-

Verbinding tussen een ‘Polymer Stud Grid Array package’ en printed circuit board, gebruik makend van loodvrij soldeer (SnAgCu).

projecten de nodige technologische kennis te vergaren.

Binnen het project zal de technologie niet alleen worden ontwikkeld; zij zal ook worden aangewend voor concrete toepassingen die belangrijk zijn voor de verschillende deelnemers aan het project. TOLOSO zal dan ook worden afgestemd op de noden van de verschillende bedrijven.

Het project omvat volgende werkpakketten: • Een grondige literatuurstudie over mogelijke loodvrije soldeermaterialen, lijmen, substraten, componenten.

Hierbij zullen ook de problemen in kaart worden gebracht.

• Specifieke technologische ontwikkelingen, waar nodig (bijvoorbeeld optimalisatie van substraten, componenten, het assemblageproces, het ‘reflow’-proces…).

• Demonstratoren of prototypes voor concrete toepassing van de nieuwe technologieën.

• Het finaal testen van de demonstratoren op hun betrouwbaarheid en bedrijfszekerheid, en het uitvoeren van falingsanalyses op demonstratoren die de testen niet doorstaan.

• Ontwikkeling van nieuwe modelleringstechnieken waarmee de betrouwbaarheid van loodvrije structuren kan worden gesimuleerd (bijvoorbeeld onder invloed van temperatuurcycli, vochtopname, trillingen, schokbelasting…).

IMEC zoekt partners binnen de Vlaamse industrie IMEC zal de globale coördinatie van dit project op zich nemen. Om te beginnen zal een consortium worden samengesteld. Maar, naargelang het aantal deelnemers, kan het project ook opgedeeld worden in verscheidene deelprojecten.

IMEC zoekt daarbij partners binnen de Vlaamse industrie.

Het project is relevant voor • fabrikanten van soldeermaterialen, lijmen…; • producenten van ‘printed circuit boards (PCB’s) (surface finishes)’; • producenten van elektronische componenten die soldeersel bevatten, of die op andere substraten (bijvoorbeeld op PCB’s) moeten gesoldeerd worden; • assemblagebedrijven van elektronische componenten op PCB; • eindgebruikers van elektronische systemen.

Voor meer informatie: Kris Van de Voorde Tel: 016/28 15 35 e-mail: Kris.VandeVoorde@imec.be

9.

Interne herschikking om samenwerking met Vlaamse industrie te versterken In de nieuwe beheersovereenkomst tussen IMEC en de Vlaamse overheid ligt de nadruk op opleiding, verspreiding en overdracht van knowhow, en industrialisatie naar de Vlaamse industrie toe. Met dit in het achterhoofd startte IMEC in juni van dit jaar een interne herschikking. De twee groepen binnen IMEC die diensten aanbieden aan de Vlaamse bedrijven, namelijk opleidingen en industrialisatie van technologieën, werden samengebracht. Aan het hoofd van dit vernieuwde INVOMEC (industrialisatie en vorming in de micro-elektronica) staat ook een nieuwe directeur, Herman Maes.

10.

De nieuwe divisie INVOMEC groepeert alle activiteiten binnen IMEC die tot doel hebben de Vlaamse industrie te versterken en te beantwoorden aan hun specifieke noden.

De wisselwerking die ontstaat door het samenbrengen van het vroegere INVOMEC en de I&I-groep (incubatie en industrialisatie) moet hun werking versterken en een bredere draagwijdte garanderen. Zo kunnen de opleidingen waar nodig meer afgestemd worden op de noden van de Vlaamse KMO’s en zal het zelfs mogelijk worden om onderwerpen-op-aanvraag in te lassen in het cursusaanbod.

teresseerde Vlaamse bedrijven toe (geïnteresseerd in een termijn van 0 tot 3 jaar). Door de interactie tussen onderzoekers en AVO-medewerkers binnen de wetenschappelijke divisie zelf, is het mogelijk om deze twee verschillende missies op elkaar af te stemmen en een win-win situatie te bekomen voor alle betrokkenen. Een tweede doelstelling van de I&I-groep is het begeleiden (met startkapitaal, infrastructuur en IMEC-personeel) van IMEC-spin-offs in de eerste fase (incubatieperiode) van het commercialiseren van onderzoeksresultaten. Hiervoor werd het IMEC incubatiefonds (IIF) opgericht.

De groep rond ‘Incubatie en Industrialisatie’ heeft tot doel de Vlaamse industrie te versterken, door proces- en productinnovatie in bestaande Vlaamse bedrijven te stimuleren en door de oprichting van nieuwe bedrijven (spin-offs) te begeleiden. Voor de eerste doelstelling werden binnen de wetenschappelijke divisies van IMEC zogenaamde AVOcellen geïnstalleerd die moeten instaan voor de applicatie van IMEC’s technologie, de verspreiding van kennis en expertise en de ondersteuning bij innovatie. De opdracht van de AVO-medewerkers is het op maat brengen of aanpassen van de IMEC wetenschappelijke expertise (3 tot 10 jaar vooruitlopend op industriële toepassing) naar de geïn-

Terwijl vroeger de nadruk vaak vooral lag op internationale samenwerking met grote micro-elektronica bedrijven, is de IMEC-technologie nu in een (marktrijp) stadium dat ook interessant kan zijn voor Vlaamse bedrijven, zelfs nietICT-bedrijven. Meer en meer doet IMEC inspanningen in deze richting. INVOMEC-directeur Herman Maes, die zelf meer dan 30 jaren onderzoekservaring heeft als onderzoeker en als directeur van de wetenschappelijke divisie rond proces- en device-integratie, zal met zijn divisie Vlaanderen erg goed van dienst zijn.

INVOMEC (Industrialisatie en vorming in de micro-elektronica) – Herman Maes

Industriele vorming in micro-elektronica (het vroegere INVOMEC)

ITC IMEC’s training centrum

Europractice prototype en small-volume manufacturing

Industrialisatie en Incubatie (I&I)

CAD

AVO Applicatie, verspreiding en ondersteuning

Incubatie van spin-offs

Spin-ins Technocommerciële studies

Netwerking

De reorganisatie binnen IMEC brengt INVOMEC en I&I samen onder een nieuwe directeur, Herman Maes.

Nieuwe beheersovereenkomst tussen de Vlaamse overheid en IMEC Onlangs ondertekende de Vlaamse overheid een nieuwe beheersovereenkomst met IMEC voor een looptijd van vijf jaar. Deze nieuwe beheersovereenkomst volgt op een zeer positieve beoordeling die IMEC in 2001 kreeg na een grondige externe doorlichting in opdracht van de Vlaamse overheid. Deze beheersovereenkomst legt IMEC een aantal objectieven op die moeten behaald worden gedurende de looptijd van de overeenkomst. Zo engageert IMEC zich om een centrum van uitmuntendheid te blijven op wereldniveau op het vlak van onderzoek in de micro-elektronica.

Hierbij zal CMOS-technologie (of aanverwante activiteiten zoals biosensortechnologie) een vooraanstaande rol blijven spelen, maar ook activiteiten buiten CMOS (zoals polymeerelektronica) zullen verder worden ontwikkeld. Daarnaast zullen nieuwe ontluikende technologieën, met de slimme omgeving of ‘ambient intelligence’ als motor, de IMEC-technologieën in toenemende mate in een breder toepassingsveld brengen.

Een ander strategisch accent is een versterking van de samenwerking met Vlaamse bedrijven en KMO’s, zowel binnen als buiten de ICT-sector (conform de uitdeining van IMEC’s onderzoeksactiviteiten).

Vooral naar Vlaamse KMO’s toe wil IMEC de bestaande samenwerking intensiveren en de toegangsdrempel voor KMO’s verlagen.

IMEC engageert zich daarbij ook om in de komende jaren meer vorming aan te bieden aan bedrijven of instellingen in Vlaanderen.

Ook via initiatieven zoals de visionaire workshops van IMEC/Leuven Inc. zullen KMO’s en andere Vlaamse bedrijven periodiek geïnformeerd worden over recente trends en ontwikkelingen.

11.

IMEC: vernieuwing binnen uw bereik Wist u dat driekwart van de Vlaamse bedrijven die samenwerken met IMEC KMO’s zijn; en dat één op drie van IMEC’s Vlaamse partners minder dan 10 mensen in dienst hebben? Zowel ICT- als niet-ICT-bedrijven kloppen aan bij IMEC, vaak omdat ze niet over een eigen research- of engineeringafdeling beschikken. U vraagt zich nu misschien wel af hoe uw bedrijf baat kan hebben bij een samenwerking met IMEC. Doe de test met onderstaande vragen en misschien mogen we u binnenkort welkom heten voor een ‘innovatief ’ gesprek.

U wilt vernieuwen, maar u zoekt een aantal ontbrekende schakels of competenties in uw technologieportfolio?

De innovatie van uw productgamma of productieproces is belangrijk om de concurrentie een stapje voor te zijn.

Eigen ontwikkeling kost echter tijd en geld en is vaak niet zonder risico. Het kan dan ook interessant zijn om samen met IMEC en zijn experten in o.a. multimedia, draadloze communicatie, sensoren en microsystemen, een onderzoeksprogramma op te starten. Of misschien is de vereiste knowhow reeds ontwikkeld en is een technologietransfer de beste oplossing voor uw bedrijf.

U wilt groeien, maar u stelt zich vragen over de evolutie van de technologie in de markt van morgen?

IMEC volgt de technologische ontwikkelingen en trends in de markt op de voet. Deze kennis wil IMEC graag met u delen in een technologie-oriënterende studie zodat u uw geplande innovatieproces correct kan inschatten.

Indien u overweegt uw eigen knowhow te exploiteren binnen de halfgeleidersector, maar deze markt voor u nieuw is, kan een marktoriënteringsstudie helpen de juiste keuze te maken om al dan niet deze nieuwe markt te betreden. IMEC schetst u graag de mogelijkheden en trends in de ICT-sector op basis van haar expertise en contacten in de industrie.

U wilt goed opgeleide mensen in uw bedrijf, maar u vindt de gepaste training niet?

IMEC biedt een ruim aanbod aan industriële trainingscursussen als antwoord op de toenemende vraag naar geschoolde professionals in de micro-elektronica en aanverwante domeinen. Zowel op eigen initiatief als op vraag van bedrijven worden cursussen georganiseerd

12.

gaande van ontwerptechnieken tot procestechnologie en falingsanalyses. Indien gewenst kunnen ook cursussen op maat van uw bedrijf gemaakt worden.

Voor meer informatie: Bart.Demey@imec.be of www.imec.be/mtc U wilt op de hoogte blijven van de nieuwste technologische ontwikkelingen?

IMEC informeert u over de laatste evoluties tijdens de IMEC Vlaamse Bedrijvendag. Hierop worden zowel technische uitdagingen, toepassingen en evoluties op korte en lange termijn voorgesteld als concrete projectrealisaties, prototypes en producten. Regelmatig worden ook seminaries en workshops georganiseerd.

U wenst gebruik te maken van IMEC’s diensten?

De Europractice IC-service, gecoördineerd door IMEC, brengt de layout en productie van kleine volumes ASIC’s (application-specific integrated circuit) binnen het technische en financiële bereik van elk bedrijf.

Voor meer informatie hierover kan u terecht bij Carl.Das@imec.be of www.europractice.imec.be.

Recent werd ook een centrum opgericht voor betrouwbaarheidsanalyse van chips, chipverpakkingen en micro-systemen. Over dit Reliability@imec kan u meer lezen op pagina 14.

Herkent u zich in één van deze vragen? En overweegt u om op die vragen een antwoord te zoeken bij IMEC? Aarzel dan niet en contacteer ons vrijblijvend via e-mail op vlaamseindustrie@imec.be of telefonisch op het nummer 016/28 18 04. U kan er ook de gedetailleerde ‘Innovatie’brochure aanvragen.

Financiële steun van het IWT-Vlaanderen Vlaamse bedrijven kunnen financiële steun van het IWT-Vlaanderen (het instituut voor de aanmoediging van innovatie door wetenschap en technologie in Vlaanderen) verkrijgen voor de realisatie van hun innovatieproject met IMEC. Het IWT-Vlaanderen verleent immers steun aan Vlaamse bedrijven (van KMO tot multinational) die, al dan niet in samenwerking met een onderzoeksinstelling, innovatie wensen door te voeren, en die daartoe wetenschappelijk-technologische kennis willen verwerven door het uitvoeren van een onderzoeks- en ontwikkelingsproject. Ook met zijn ‘programma tot stimulering van technologische innovatie bij KMO’s’ verleent het IWT-Vlaanderen financiële steun aan Vlaamse KMO’s die willen innoveren in hun producten, processen of diensten.

IMEC helpt zijn partners met het opstellen en indienen van de dossiers bij de bevoegde instanties. Voor meer informatie over de verschillende mogelijkheden die het IWT-Vlaanderen biedt, kan u ook terecht op de algemene website: www.iwt.be.

Niet te missen: deelname aan het Zesde Kaderprogramma Onlangs werd het Europese Zesde Kaderprogramma voor onderzoek, technologische ontwikkeling en demonstratieactiviteiten, kortweg KP6, officieel opgestart. Het KP6 (2002–2006) is het belangrijkste instrument van de Europese Unie om de Europese onderzoeksruimte (ERA, ‘European Research Area’) vorm te geven, een structuur die vergelijkbaar is met de gemeenschappelijke Europese markt van goederen en diensten. Bedrijven, universiteiten, onderzoeksinstituten, (lokale) overheden en onderzoekers die zich bezighouden met wetenschappelijk onderzoek, technologische ontwikkeling en innovatie kunnen een beroep doen op het KP6. De Europese Unie wil ook KMO’s aanmoedigen om deel te nemen aan het KP6.

Het KP6 omvat een drietal hoofdactiviteiten, waaronder de bundeling en integratie van de ERA. Deze hoofdactiviteit is tweeledig. Enerzijds komen zeven prioritaire thematische onderzoeksgebieden aan bod, met een totaal budget van 11.285 Meuro. 15% van dit budget wordt voorbehouden aan KMO’s.

Anderzijds is er ruimte voor specifieke activiteiten die een breder onderzoeksgebied beslaan. Een budget van 430 Meuro wordt hierbij gereserveerd voor KMO’s.

Voor de uitvoering van het Kaderprogramma heeft de Europese Unie een aantal instrumenten ontwikkeld. Nieuw voor het KP6 zijn onder meer de geïntegreerde projecten (grootschalige projecten om de concurrentiepositie van de Europese Unie te versterken of belangrijke maatschappelijke problemen aan te pakken) en topnetwerken (waarmee de kennis over een specifiek onderwerp wordt bijeengebracht met het oog op duurzame integratie van onderzoekscapaciteiten). Daarnaast blijven de meeste klassieke instrumenten bestaan. Het gaat hier onder meer over specifieke onderzoeksprojecten die voorzien zijn voor KMO’s. Dit zijn coöperatieve of collectieve onderzoeksprojecten die kunnen worden uitgevoerd binnen het globale domein van wetenschap en technologie. Bij coöperatieve onderzoeksprojecten wordt het onderzoek uitbesteed aan een onderzoeksinstituut ten behoeve van een groep van KMO’s.

Voor meer informatie over (deelname aan) het Zesde Kaderprogramma kan u terecht bij het Vlaams contactpunt voor het Europese Kaderprogramma, een gezamenlijk initiatief van het IWT-Vlaanderen en het AWI (de administratie wetenschap en innovatie van het ministerie van de vlaamse gemeenschap): www.vlaanderen.be/6kp.

13.

Blech electromigratie-experiment - visualisatie van “hillocking” (verbuiging van een koperen verbinding door electromigratie ten gevolge van hoge stroomdichtheden).

TLP-tester (“TLP” – transmission linear pulse) - karakterisatie van

Opleiding in ESD-bescherming voor

innovatieve ESD-beschermingsstructuren op een zelf-ontwikkeld toestel.

hoogfrequente schakelingen (“ESD” – electrostatic discharge).

Reliability@IMEC IMEC creëert een nieuw kenniscentrum in betrouwbaarheid van geïntegreerde schakelingen en microsystemen Het kenniscentrum ‘Reliability@IMEC’ nodigt Vlaamse bedrijven uit voor gezamenlijk fundamenteel onderzoek naar betrouwbaarheidsproblemen en de onderliggende falingsmechanismen. Daarbuiten biedt Reliability@IMEC ook adviesverlening en gerichte opleiding aan. Het kenniscentrum groepeert deskundigen en toestellen uit diverse onderzoeksteams van IMEC, en richt zich tot Vlaamse fabrikanten van geïntegreerde schakelingen, micro-systemen en testuitrusting.

Elektronische schakelingen en systemen worden gebruikt voor een brede waaier aan toepassingen, zoals computers (van servers over laptops tot spelconsoles…), telecommunicatie (vaste en mobiele telefonie, dataverkeer, lokale en draadloze netwerken…), auto-elektronica (van elektronische injectie tot gps), industrie (procescontrole, automatisering, logistiek…), huishoudtoestellen (van wasmachine tot dvd…) enz. Al deze toepassingen hebben één ding gemeenschappelijk: ze vergen alsmaar betere prestaties van de elektronica - krachtigere processoren, grotere geheugencapaciteit, lager energieverbruik, miniaturisatie, bijkomende functionaliteit, integratie van blokken en componenten in één chip (‘SOC’ – system-on-a-chip) of in één verpakking (‘SiP’ – system-in-a-package) enz.

De halfgeleiderindustrie ontwikkelt daarom alsmaar sneller - typisch om de twee jaar - nieuwe technologiegeneraties.

Een bekend voorbeeld in de informaticasector is de reeks Pentium®-processoren van Intel: de recente Pentium®4processor bevat miljoenen CMOS-transistoren met een kritische afmeting van amper 0,13 µm. Terwijl voor elke nieuwe technologiegeneratie nieuwe procédés, materialen en concepten ontwikkeld worden die tot het uiterste van hun fysische mogelijkheden worden gedreven, integreert men ook vaak nieuwe technologieën in de elektronische systemen, zoals sensoren en MEMS (micro-electromechanische systemen).

Dit leidt onvermijdelijk tot ernstige problemen inzake betrouwbaarheid, waarbij de elektronica voortijdig faalt om redenen die vaak moeilijk te achterhalen zijn. Dat beperkt de levensduur van de componenten en systemen, en veroorzaakt onvoorspelbare defecten die ernstige gevolgen kunnen hebben - bijvoorbeeld een ABS-remsysteem dat het plots zou laten afweten. Met de oprichting van het Center of Excellence Reliability@IMEC speelt IMEC in op de behoefte aan hogere betrouwbaarheid voor de volgende generaties van geïntegreerde schakelingen en microsystemen.

14.

De sleutel tot een gestage verbetering van de betrouwbaarheid ligt in een fundamenteel inzicht in de falingsmechanismen die de levensduur van de elektronische structuren beperken. Op dat vlak heeft IMEC een unieke knowhow en een uitgebreid gamma aan hulpmiddelen opgebouwd, in het kader van de ontwikkeling van eigen technologie door onze multidisciplinaire onderzoeksteams.

Deze expertise wordt nu gegroepeerd in een kenniscentrum, waardoor Vlaamse elektronicafabrikanten en onderzoeksinstituten toegang krijgen tot IMEC’s kennis en faciliteiten ter zake. Dit moet hen in staat stellen om de toenemende technologische uitdagingen inzake betrouwbaarheid het hoofd te bieden.

De onderzoeksactiviteiten en expertise van Reliability@IMEC beslaan drie domeinen: (1) analyse van de elementaire falingsmechanismen, (2) betrouwbaarheid van specifieke technologieën en (3) hulpmiddelen en methoden voor betrouwbaarheidsonderzoek. De bestudeerde falingsmechanismen situeren zich zowel op het niveau van de transistoren, de elektrische verbindingen tussen transistoren en de verpakking, als op het niveau van de geïntegreerde circuits als geheel. Specifieke technologieën die onderzocht worden zijn bijvoorbeeld gemengde analoge/digitale schakelingen, niet-vluchtige Flash geheugens, toepassingen bij hoge spanning of temperatuur, MEMS en microsystemen. Daarbij worden geavanceerde test- en analysesystemen gebruikt en ontwikkeld, zoals falingsanalyse, versnelde veroudering, meting bij temperatuur-gradiënten, eindige-elementen-modellering, statistische data-analyse.

Een gedetailleerde, engelstalige brochure “Reliability@IMEC - Join IMEC in advanced research on semiconductor reliability” is verkrijgbaar bij Ben Beddegenoots, tel. 016/28.83.53, e-mail ‘ben.beddegenoots@imec.be’. Een digitale versie van de brochure kan gedownloaded worden van de IMEC website www.imec.be.

Materiaalonderzoek voor de automobielsector en aanverwante sectoren Bedrijven uit de Limburgse automobielsector en aanverwante sectoren die willen innoveren, kunnen aankloppen bij IMOMEC. Zowel KMO’s als grotere bedrijven die aan bepaalde voorwaarden voldoen, kunnen hiervoor subsidies krijgen van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO) en van de Vlaamse regering (Limburgfonds).

Binnen de divisie IMOMEC van IMEC, gevestigd op de universitaire campus te Diepenbeek, loopt sinds 1 januari 2002 het project ‘geïntegreerd materiaalonderzoek ter ondersteuning van ontwikkeling en toepassingen van materiaalsystemen in de automobielsector’. Dit project wordt mede gefinancierd door het Europees fonds voor regionale ontwikkeling (EFRO) en de Vlaamse regering, en speelt in op de noden van de automobielindustrie om innovatie te introduceren via samenwerking tussen een bedrijf en een onderzoeksconsortium. In het verleden werden reeds succesrijke projecten met de lokale industrie uitgevoerd gedurende de periode 1996-2000, met de financiële steun van EFRO en de Vlaamse regering. Het project eindigt op 31 december 2003.

Het project bestaat uit twee delen: • De kennis en expertise die binnen IMOMEC werden ontwikkeld op gebied van materiaalonderzoek, zullen worden afgestemd op de specifieke noden van de automobielsector en zijn toeleveringsbedrijven. Dit vereist een generisch basisonderzoek dat nauw aansluit bij de marktomstandigheden van de sector en waarvan de resultaten direct geïmplementeerd kunnen worden.

• Directe kennisoverdracht naar ondernemingen in de vorm van contractonderzoek en demonstraties. De doelgroep bestaat hier in de eerste plaats uit toeleveranciers van de automobielconstructeurs. Contractonderzoek met Limburgse doelstelling-2-bedrijven uit andere sectoren wordt eveneens in aanmerking genomen. (Een doelstelling2-gebied is een minder begunstigde regio in de Europese Unie waar een omschakelingsproces aan de gang is.)

Hoe wordt een onderzoeksproject gedefinieerd?

In overleg met de industriële partner wordt een werkprogramma geformuleerd rond een bepaalde probleemstelling, een verbeterde productperformantie, een nieuwe productontwikkeling, een nieuwe toepassing… Naast een grondige materiaal-analytische ondersteuning wordt eveneens aandacht besteed aan de technisch-economische aspecten van de probleemstelling. Hier kunnen de marktsituatie van het bedrijf, de mogelijkheden van nieuwe procestechnieken met nieuwe materialen voor nieuwe applicaties aan bod komen. Zodra de

inhoud van het onderzoeksproject in overleg met de partner werd opgesteld, wordt een contract opgemaakt. Na goedkeuring kan het onderzoek starten. De administratie wordt hierbij tot het uiterste minimum beperkt.

Welke bedrijven komen in aanmerking?

Het project richt zich zowel op KMO’s als op grotere bedrijven. De sectoren die in aanmerking komen zijn o.a. de grondstofproducenten, toeleveringsbedrijven (voor de automobielsector, de elektronica…), de verwerkende industrie, oppervlaktebehandelingsbedrijven, eindproducenten,…

Het bedrijf moet daarbij gelegen zijn in één van de volgende gemeenten in Limburg: • Doelstelling-2-gebied: Industriële zone: Heusden-Zolder en delen van de gemeenten Beringen, Diepenbeek, DilsenStokkem, Genk, Ham, Houthalen-Helchteren, Lommel, Maasmechelen, Tessenderlo en Zutendaal.

Plattelandszone: Bilzen, Borgloon, Heers, Hoeselt, Herstappe, Kortessem, Voeren, Tongeren en delen van Sint-Truiden.

• Phasing-out-gebied (dit is een overgangsregeling voor de zone uit de programmatieperiode 1997-2000, welke niet langer erkend wordt in het kader van de nieuwe doelstelling-2): As, Hasselt, Leopoldsburg, Lummen, Nieuwerkereken, Opglabeek, Overpelt, Zonhoven en delen van de gemeenten Beringen, Diepenbeek, Dilsen-Stokkem, Genk, Ham, Houthalen-Helchteren, Lommel, Maasmechelen, Tessenderlo, Zutendaal en Sint-Truiden.

Projectkosten en financiële steun De financiële steun die wordt toegekend is verschillend voor KMO's en grotere bedrijven. De algemene regel is dat een KMO 43% van de totale projectkost voor zijn rekening moet nemen. Een groot bedrijf moet 53% van de projectkost financieren. Het resterende bedrag wordt gefinancierd door EFRO en door de Vlaamse regering (Limburgfonds).

Voor meer informatie: Marc D'Olieslaeger Tel.: 011/26 88 15 e-mail : Marc.Dolieslaeger@luc.ac.be 15.

APEX Intelli-Q

Agenda

op tournee met de Simple Minds

Next-generation multimedia productions

Twee jaar geleden klopte de Vlaamse KMO APEX bij IMEC aan voor de ontwikkeling van een digitale audio equalizer voor de professionele markt (zie Interconnect nr. 8, nov. 2000).

Audio ‘equalizing’ (egalisering) heeft als doel om de verstorende effecten van de omgeving bij luisteren naar spraak en/of muziek te compenseren. Voor de ontwikkeling kon IMEC een beroep doen op zijn jarenlange expertise op gebied van digitale signaalverwerking (DSP).

Deze samenwerking wierp zijn vruchten af: er werd een digitale audio equalizer ontwikkeld die verschillende functies in één toestel combineert.

Daarnaast heeft APEX via kennisoverdracht heel wat geleerd over DSP. Sindsdien heeft APEX zijn productengamma verder ontwikkeld. Als één van de eersten bracht het Limburgs bedrijf een ‘real-time’ digitale audio equalizer op de markt: de Intelli-Q. Deze digitale equalizer is erg krachtig: het is een 30-bands stereo equalizer met een bereik van –16 dB tot +16 dB, bevat 6 parametrische filters in stereo uitgevoerd, een vertragingstrap, een twee-bands compressor/limiter, een ‘real-time spectrum analyser’… Via een pc is de equalizer eenvoudig te bedienen.

Deze digitale equalizer doorstond al een zware test tijdens de Night-of-the-Proms (editie 2001, en nu ook editie 2002). En onlangs nog leidde de APEX Intelli-Q de Simple Minds feilloos doorheen hun tournee…

APEX’ Intelli-Q

Seminaries IMEC organiseert wekelijks, op maandag (11.00u) en vrijdag (14.00u), seminaries over nieuwe ontwikkelingen in procestechnologieën en ontwerpmethodologieën. Deze seminaries gaan door in IMEC, duren ongeveer één uur en worden in het Engels gegeven. Vaak zijn er ook nog extra seminaries door internationale sprekers. Toegang tot de seminaries is gratis, wel dient u uw komst op voorhand aan te kondigen. De agenda vindt u op www.imec.be/mtc, stuur een e-mail naar Bart.DeMey@imec.be indien u aan onze mailing list wil worden toegevoegd.

16.

MTC-trainingsprogramma

Doelgroep: algemeen; grafische industrie zoals drukkers, website en tv-producenten Datum: 13 en 27 januari, en 3 februari 2003 Inhoud: De opkomende multimedia code-standaarden die recent worden gestandaardiseerd door ISO en W3C, namelijk MPEG-4, JPEG2000, SMIL (synchronized multimedia integration language) en SVG (scalable vector graphics). De technologie achter deze standaarden zal uitgelegd worden. Er zullen interactieve multimediaproducties uitgewerkt worden die de sterke punten van elk van de standaarden combineren.

Process technology training cycle Doelgroep: algemeen Datum: zie www.imec.be/mtc Inhoud: Een overzicht van alle aspecten van de meest recente CMOSprocestechnologie.

C++-based hardware design of complex digital systems Doelgroep: ontwerpers van digitale systemen Datum: 20 – 24 januari 2003 Inhoud: De pijlers voor een goede ontwerpefficiëntie zijn ‘high-level executable specification’ en ‘design reuse’. Om dit te bereiken is een object-georiënteerde benadering veel effectiever dan bestaande ‘event-driven’ HDL-omgevingen. In de cursus wordt uitgelegd hoe een C++-gebaseerde omgeving kan gebruikt worden voor het ontwerp van digitale systemen.

Neem een kijkje op www.imec.be/mtc voor meer informatie over het MTC-trainingsprogramma en een lijst van seminaries!

Kom IMEC bezoeken op de Open Technologiedag Datum: eind maart 2003 IMEC neemt deel aan de Open Technologiedag, die eind maart 2003 voor het eerst wordt georganiseerd. De Open Technologiedag, een initiatief van de Vlaamse overheid, kan de opvolger genoemd worden van Flanders technology international (FTI). In tegenstelling tot FTI is de Open Technologiedag geen technologiebeurs: in analogie met de Open Bedrijvendag zullen honderd technologiebedrijven hun deuren openzetten voor het brede publiek.

Kom ook IMEC bezoeken en leer er meer over nieuwe ontwikkelingen in procestechnologieën en ontwerpmethodes. U hoort er later vast meer over.

Voor meer informatie weldra: www.imec.be/kiosk.