Fan-out-Panel-Level-Fertigung Wirtschaftliche Packaging-Prozesstechnik

Mit der neuen MPDM700 von ERS electronic können die Anwender Fan-out-Panel-Level-Processes auf allen Panel-Formaten bis zu einer Größe von 650 mm × 550 mm durchführen.

Eine völlig neu entwickelte Maschine von ERS erlaubt es erstmals, Fan-out-Packaging-Techniken auf große Panel-Formate automatisiert anzuwenden – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur wirtschaftlichen Fertigung komplexer Chips.

Kern der neuen Maschine vom Typ MPDM700 sind die von ERS electronic entwickelten Verfahren für das Debonding und die Warpage-Anpassung: Sie finden jetzt zum ersten Mal im Fan-out-Panel-Level-Packaging (FOPLP) auf Basis großer Substrate Einsatz. Die Flexibilität der Maschine gestattet es zudem, verschiedene Panel-Formate ohne Umrüstzeit zu verarbeiten – auf einem Markt, dem Standards fehlen, ein wichtiges Kriterium.

Der zentrale Prozess, den die Maschine durchführt: Sie trennt das Panel mit den vergossenen Dies vom Metallsubstrat, um es den weiteren Verarbeitungsschritten zuzuführen. Unumgänglich ist es dabei, die entstehenden Verwölbungen (Warpage) des Panels möglichst zu verhindern und auszugleichen.

Dazu ein Blick auf das generelle FOPLP-Fertigungsverfahren: Ziel ist es, die aus dem Wafer vereinzelten Dies auf ein großes Panel zu setzen. Dann können sie im Verbund des Panels parallel weiter verarbeitet werden, etwa mit Dielektrika und Verdrahtungsebenen versehen werden, bevor die fertig gehäusten Chips vereinzelt werden. Auf Wafer-Ebene funktioniert das schon recht gut – hier war Infineon mit dem eWLB-Prozess (embedded Wafer-Level-Ball-Grid-Array) schon vor vielen Jahren einer der Pioniere. Jetzt arbeitet die Industrie daran, zu den noch größeren Panels überzugehen, um die Fertigungskosten pro Bauelement weiter zu senken.

Dazu wird auf einer Stahlplatte eine beidseitig klebende Folie aufgebracht. Dann setzt eine Maschine die Dies auf die Folie, danach werden sie übermouldet. Wenn die Vergussmasse ausgehärtet ist und die Komponenten darin fixiert sind, wird in einem Temperaturschritt – dem Debonding – das Panel von der Folie gelöst: Bei einer bestimmten Temperatur verliert die Klebfolie plötzlich jede Haftung und das Panel kann kraftlos abgehoben werden. Danach durchläuft es die weiteren Prozessschritte, etwa um die ICs mit kleinen Anschlussbällchen zu versehen (Bumping) und die Verdrahtungsebene (Redistribution-Layer) aufzubringen.

Der Kampf gegen die Verwölbungen

Damit das Ganze in großen Stückzahlen verlässlich und reproduzierbar funktionieren kann, muss ein zweites wesentliches Kriterium erfüllt sein: Die Panels dürfen sich nicht verwölben. Das tun sie aber nur allzu gerne, denn die Mould-Masse und die nackten Silizium-Dies haben unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten. Deshalb kommen beim Abkühlen unwiderruflich Spannungen ins Material. Würde man die abgelösten Panels ganz einfach an der Luft abkühlen lassen, würden sie sich verformen wie Kartoffelchips.

Bisher war das eine der größten Schwierigkeiten, wie Dr. Tanja Braun gegenüber Markt&Technik betätigte, die beim Fraunhofer-IZM für Assembly & Encapsulation zuständig ist: »Eine der großen Herausforderungen bisher ist die Warpage-Kontrolle entlang der gesamten Prozesskette.«