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Dr. Michael Töpper, IZM

»Im Packaging sind wir ganz vorne dabei!«

Dr. Michael Töpper
Dr. Michael Töpper, Fraunhofer IZM: »Über den Transfer in eine kommerzielle Panel-Level-Packaging-Linie führen wir bereits erste Gespräche.«
© Fraunhofer IZM

Panel Level Packaging (PLP) verspricht eine deutliche Reduzierung der Kosten für ICs. Dr. Michael Töpper vom Fraunhofer IZM erklärt, welche weiteren Vorteile PLP bringt und wie das PLP-Konsortium 2.0 die Entwicklung vorantreibt.

Markt&Technik: Das „Panel Level Packaging“-Konsortium 2.0 – kurz PLP2.0 – befindet sich im zweiten Jahr seiner auf zweieinhalb Jahre angelegten Laufzeit. Warum ist diese neue Packaging-Technik auf Panel-Ebene so vielversprechend?

Dr. Michael Töpper, Geschäftsentwickler am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration: Aus einer Reihe von Gründen: Erstens verspricht die Fertigung auf den großen Panels gegenüber der Wafer-Ebene die Kosten um rund 30 Prozent zu reduzieren. Unter anderem liegt das daran, dass viel Material gespart wird, weil es viel weniger Abfall gibt: Auf den rechteckigen Paneelen geht eben kaum Material verloren. Das verbessert zweitens die CO2-Bilanz und weist den Weg in Richtung CO2-neutraler Halbleiterfertigung – ebenfalls ein wichtiger Faktor. Ein erstes Modell, mit dessen Hilfe der CO2-Fußabdruck des Panel-Level-Packaging-Prozesses abgeschätzt werden kann, haben wir bereits erstellt. Damit können die Mitglieder des Konsortiums die energieintensiven Phasen des Prozesses identifizieren und ihn optimieren.

Was ist aus Ihrer Sicht das Besondere an dem Projekt?

Dass sich ganz unterschiedliche Hersteller aus dem Ecosystem rund um das Panel Level Packaging aufeinander abstimmen können, von den Material-Herstellern wie BASF und Ajinomoto über die Hersteller der Bestückmaschinen, die Lithografiesysteme bis zu den Herstellern der Sputter- und Galvanik-Anlagen. Nur wenn alle eng zusammenarbeiten, können die vielen Herausforderungen gemeistert werden.

Etwa die der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und dem Plastikmaterial?

Darin liegt eine große Schwierigkeit, die wir bereits lösen konnten. Die Dies werden von den Bestückmaschinen – in unserem Fall mit Maschinen von ASM – auf das Substrat platziert und dann mit der Moldmasse verschlossen. Dann wird die Moldmasse in einem Temperaturschritt ausgehärtet. Das führt dazu, dass die Dies etwas vom ursprünglichen Platz verschoben werden, umso mehr, je weiter am Rand sie sitzen. Wir haben diese „Die Shift“ optisch genau vermessen, um zu wissen, wie weit die Dies sich in Abhängigkeit von ihrer Lage auf dem Panel verschieben. Wenn das bekannt ist, könnend die Bestückmaschinen so eingestellt werden, dass sie die Dies um genau diesen Betrag versetzt platzieren. Im Ergebnis landen sie nach dem Aushärten des Panels genau dort, wo es vorgesehen ist. Dann kann der Lithografieprozess störungsfrei über die Bühne gehen und die Fine-Line Redistribution Layer kann über die ganze Fläche des Panels mit der erforderlichen Genauigkeit strukturiert werden. Dazu müssen sich die Hersteller der Materialien, die Hersteller der Bestückmaschinen und die der Lithografiemaschinen eng miteinander austauschen. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass während des Vermessungsvorgangs riesige Datenmengen anfallen, die ausgewertet werden müssen, um dann die korrigierten Positionierungsdaten den Bestückmaschinen zur Verfügung stellen zu können.

Welche Lithografietechnik findet Einsatz?

Wir setzen auf die Laser-Direktbelichter; in unserer Linie setzen wir die Lithografigeräte der deutschen Firma Schmoll ein, die als Spezialist für das Bohren von Leiterplatten bekannt ist und nun in diesen Markt vordringen will.

Die Hersteller der Maschinen, die für das Panel Level Packaging erforderlich sind, kommen aus recht unterschiedlichen Sektoren.

Ja, weil sich im Panel Level Packaging verschiedene Techniken treffen. Die Laserdirektschreiber, die wir verwenden, wurden in der Vergangenheit hauptsächlich für die Leiterplattenfertigung eingesetzt und galten als eher langsam bei sehr hoher optischer Auflösung. Das ist nicht mehr der Fall, ihre Verarbeitungsgeschwindigkeit hat sich stark gesteigert, genauso wie ihre Flexibilität. Aber es gibt auch die Lithografie-Firmen, die aus der Wafer-Fertigung kommen wie EVG und Süss. Außerdem wenden sich viele Hersteller von Maschinen für die LCD-Fertigung jetzt diesem Thema zu. Die Karten werden unter den Herstellern, die sich bisher auf Equipment für die Wafer-Verarbeitung, für die Leiterplattenfertigung und für die LCD-Panel-Fertigung konzentriert haben, neu gemischt.

Einer der nächsten Prozessschritte ist das Sputtern. Gibt es hier Probleme?

Wieder erweist sich das organische Material als weit weniger einfach, als das vom fast idealen Substrat Silizium bekannt ist. Die organische Matrix nimmt Feuchte auf, die man tunlichst loswerden sollte, bevor der Sputterprozess sie einschließen würde. Dann würden Schäden auftreten. Doch auch dieses Problem können wir lösen.
Welche weiteren wesentlichen Prozessschritte sind erforderlich?
Ganz wichtig ist die Galvanik – hier arbeiten wir mit Atotec, Semsysco und Rena zusammen. Außerdem dürfen wir natürlich die Analytik und die Messtechnik nicht vergessen.

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  1. »Im Packaging sind wir ganz vorne dabei!«
  2. Erhebliche Investitionen sind nötig

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