Fan-Out-Wafer-Level-Packaging (FOWLP) ist ein kostengünstiges Verfahren in der Halbleiterindustrie. Typische Nebenwirkungen dieses Prozesses sind jedoch Verformungen und Chip-Versatz. Trotz der kontinuierlichen Verbesserung der Fan-Out-Technologie auf Wafer- und Panel-Ebene bestehen diese Probleme im Zusammenhang mit dem Formgebungsprozess weiterhin.
Verformungen entstehen durch die chemische Schrumpfung der flüssigen Formmasse (LCM) während des Aushärtens und Abkühlens nach dem Formprozess. Ein weiterer Grund für Verformungen ist die unterschiedliche Wärmeausdehnung (CTE) von Siliziumchip, Formmasse und Substrat. Versatz entsteht dadurch, dass viskose Formmassen mit hohem Füllstoffgehalt üblicherweise nur unter hohen Temperaturen und hohem Druck eingesetzt werden können. Da der Chip durch temporäre Verklebung auf dem Träger fixiert wird, führt eine Temperaturerhöhung zur Erweichung des Klebstoffs, wodurch dessen Haftkraft und somit die Fixierung des Chips beeinträchtigt wird. Ein weiterer Grund für den Versatz ist der Druck, der beim Formprozess entsteht und Spannungen auf jeden einzelnen Chip ausübt.
Um Lösungen für diese Herausforderungen zu finden, führte DELO eine Machbarkeitsstudie durch, indem ein einfacher Analogchip auf einen Träger geklebt wurde. Der Aufbau bestand darin, den Trägerwafer mit einem temporären Klebstoff zu beschichten und den Chip mit der Chipseite nach unten aufzulegen. Anschließend wurde der Wafer mit niedrigviskosem DELO-Klebstoff umspritzt und mit UV-Strahlung ausgehärtet, bevor der Trägerwafer entfernt wurde. In solchen Anwendungen werden üblicherweise hochviskose, duroplastische Formmassen verwendet.
DELO verglich im Experiment auch den Verzug von duroplastischen Formmassen und UV-gehärteten Produkten. Die Ergebnisse zeigten, dass sich typische Formmassen während der Abkühlphase nach dem Aushärten verziehen. Daher kann die UV-Härtung bei Raumtemperatur anstelle der Wärmehärtung die Auswirkungen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Formmasse und Trägermaterial deutlich reduzieren und somit den Verzug weitestgehend minimieren.
Der Einsatz von UV-härtenden Materialien kann den Füllstoffbedarf reduzieren und dadurch Viskosität und Elastizitätsmodul senken. Die Viskosität des im Test verwendeten Modellklebstoffs beträgt 35.000 mPa·s, der Elastizitätsmodul 1 GPa. Durch den Verzicht auf Erhitzung und hohen Druck auf das Formmaterial lässt sich der Spanabwurf weitestgehend minimieren. Eine typische Formmasse weist eine Viskosität von etwa 800.000 mPa·s und einen Elastizitätsmodul im zweistelligen Bereich auf.
Insgesamt hat die Forschung gezeigt, dass die Verwendung von UV-gehärteten Materialien für großflächige Formgebung vorteilhaft für die Herstellung von Chip-Leader-Fan-Out-Wafer-Level-Packaging ist, da Verzug und Chip-Offset weitestgehend minimiert werden. Trotz signifikanter Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien bietet dieses Verfahren aufgrund der fehlenden Temperaturschwankungen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Darüber hinaus kann die UV-Härtung die Aushärtungszeit und den Energieverbrauch reduzieren.
UV-Härtung anstelle von thermischer Härtung reduziert Verzug und Chipverschiebung beim Fan-Out-Wafer-Level-Packaging.
Vergleich von 12-Zoll-beschichteten Wafern mit einer thermisch gehärteten, hochfüllstoffhaltigen Verbindung (A) und einer UV-gehärteten Verbindung (B)
Veröffentlichungsdatum: 05.11.2024