UV-Verfahren für Fan-out Wafer-Level-Packaging

Delo hat einen neuen Ansatz für Fan-out Wafer-Level-Packaging (FOWLP) entwickelt. Die Machbarkeitsstudie zeigt: Der Einsatz von UV-härtenden Vergussmassen anstelle von warmhärtenden Materialien bringt einige Vorteile mit sich.

Sowohl Warpage (Verzug) als auch Die Shift (Verschieben der Chips auf dem Trägerwafer) sind typische Nebeneffekte beim Fan-out-Packaging, einer kosteneffizienten Methode in der Halbleiterindustrie, bei der zahlreiche Mikrochips zusammen auf einem Träger mit einer Vergussmasse beschichtet werden. Obwohl die Fan-out-Verfahren auf Wafer- und Panelebene ständig weiterentwickelt werden, existieren beide Probleme, die im Zusammenhang mit dem Vergussprozess stehen, noch immer.

Ursachen für Warpage und Die Shift

Warpage entsteht einerseits durch den chemischen Schrumpf der Vergussmasse beim Aushärten und zum anderen beim Abkühlen nach der Warmhärtung. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (coefficient of thermal expansion, CTE) von Silizium-Chips, Vergussmasse und Trägersubstrat führen zu einem Verzug des gesamten Aufbaus. Die Shift resultiert daraus, dass die Vergussmasse typischerweise hochgefüllt und damit pastös ist, und somit nur mit Wärme und hohem Druck verarbeitet werden kann. Da die Chips temporär auf den Trägern geklebt werden, kann diese Verklebung durch Wärme erweichen. Dies führt unter dem Druck, der zum Einpressen des Vergussmaterials erforderlich ist, zum Verschieben der Chips.

Machbarkeitsstudie: Der Einsatz von UV-härtenden Materialien

Um eine Lösung für Warpage und Die Shift zu finden, hat Delo eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. Dazu wurde ein Trägerwafer mit einem temporären Klebstoff beschichtet und Test-Chips mit der Oberseite nach unten auf diesem positioniert. Anschließend folgte das Vergießen der Chips mit einem niedrigviskosen, UV-härtenden Material von Delo. Normalerweise werden für solche Anwendungen hochviskose, warmhärtende Vergussmassen verwendet.

Die Experimente und der damit verbundene Vergleich der Auswirkung von warm- und UV-härtenden Vergussmassen auf den Trägerwafer zeigen: Warpage tritt auf, wenn die üblicherweise verwendeten Vergussmaterialien nach der Warmhärtung abkühlen. Eine Aushärtung bei Raumtemperatur unter Verwendung von UV-Licht reduziert den Effekt, den die unterschiedlichen CTEs von Vergussmasse und Trägermaterial haben und minimiert dadurch den Verzug des Wafers.

Durch Verwendung einer UV-härtenden Vergussmasse ist es zudem möglich, den Füllstoffgehalt im Material zu reduzieren und damit dessen Viskosität und E-Modul zu senken. In Tests mit einem Modell-Klebstoff konnte eine Viskosität von 35.000 mPa·s und ein E-Modul von 1 GPa erreicht werden. Damit kann ein Die Shift fast gänzlich vermieden werden, da weder Wärme noch Druck zum Verteilen der Vergussmasse erforderlich ist. Typischerweise verwendete Vergussmaterialien haben Viskositäten von um die 800.000 mPa·s und E-Module im zweistelligen Bereich.

Fazit: Effizienzsteigerung durch neue Materialien

Insgesamt konnte das Unternehmen mit der Studie zeigen, dass die Verwendung von UV-härtenden Materialien für den großflächigen Verguss in der Herstellung von Fan-out-Packages sowohl Warpage als auch Die Shift reduziert. Trotz der deutlichen CTE-Unterschiede von Vergussmasse und Trägerwafer bleibt das Verfahren vielseitig, da es keine Temperaturunterschiede zwischen Aushärtung und einer Weiterverarbeitung bei Raumtemperatur gibt. Ohne einen Temperaturunterschied spielen die verschiedenen CTEs nur noch eine untergeordnete Rolle. Darüber hinaus reduziert die UV-Härtung sowohl die Aushärtungszeit als auch den Energieverbrauch erheblich.