Die-Placement- und Embedding-Technologie Panel Level Packaging und ultrafeine Linienverdrahtung

Redakteur: Gerd Kucera

Das zweite Konsortium Panel Level Packaging (PLC2.0) konzentriert sich auf die Die-Placement- und Embedding-Technologie für ultrafeine Linienverdrahtung sowie Migrationseffekte und Migrationsgrenzen. Die Forschenden am Fraunhofer IZM und die 17 Partnerunternehmen sind mit ihren Halbzeit-Erkenntnissen sehr zufrieden.

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Panel-Level-Packaging: Schnitt einer ultrafeinen Verdrahtungsschicht auf Plattengröße (Pitch: 5 µm)
Panel-Level-Packaging: Schnitt einer ultrafeinen Verdrahtungsschicht auf Plattengröße (Pitch: 5 µm)
(Bild: Fraunhofer IZM)

Seit 2016 arbeitet das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM mit einer Gruppe führender Industrieunternehmen aus Europa, den USA und Japan zusammen, um grundlegende Prozesse für neue Panel Level Packaging Technologien zu entwickeln, die sich in der Übergangsphase zur Großserienproduktion befinden.

Das erste Panel Level Packaging Konsortium (2016 bis 2019) bestand aus 17 internationalen Partnern aus der Industrie und gilt als hochkarätiges Projekt, welches durch das Fraunhofer IZM als renommiertem Experten für Substrattechnologien und Wafer Level Packaging koordiniert wurde.

In diesem ersten Projekt lag der Fokus auf der gesamten Prozesskette des Panel Level Packaging: Von der Montage, dem Molding, der Verdrahtung, der Kostenmodellierung bis hin zur Standardisierung.

Neue Anlagen für das Panel Level Packaging

Das zweite Konsortium, das von 2020 bis 2022 angesetzt ist, konzentriert sich auf die Die-Placement- und Embedding-Technologie für die ultrafeine Linienverdrahtung bis hin zu 2 μm Linienbreite und einem Potenzial von bis zu 1 μm. Die Erforschung von Migrationseffekten und Migrationsgrenzen der Feinleitungsverdrahtung sind weitere Aufgaben des Projekts.

An dieser internationalen Kooperation sind ebenfalls wieder 17 Industriepartner beteiligt: Ajinomoto Fine-Techno Co, Amkor Technology, ASM Pacific Technology Ltd, AT&S Austria Technologie & Systemtechnik AG, Atotech, BASF, Corning Research & Development Corporation, Dupont, Evatec AG, FUJIFILM Electronic Materials U.S.A., Intel Corporation, Meltex Inc, Nagase ChemteX Corporation, RENA Technologies GmbH, Schmoll Maschinen, Showa Denko Materials Co. Ltd, (ehemals Hitachi Chemical Company, Ltd) und Semsysco GmbH.

Arbeitsplan um vier Monate verlängert

Das Projekt PLC 2.0 mache ausgezeichnete Fortschritte, hieß es. Bereits im Vorfeld wurden neue Anlagen für das Panel Level Packaging installiert. Das Projekt profitiert von mehreren großen Investitionen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

Aufgrund der eingeschränkten Laborarbeit und des begrenzten Zugangs zum Forschungsnetzwerk des Fraunhofer IZM während des Lockdowns im Zuge der weltweiten COVID-19-Pandemie wurde der Arbeitsplan für das PLC 2.0 jedoch um 4 Monate verlängert. Alle Sitzungen des ersten Jahres wurden virtuell mit zwei verschiedenen Zeitschienen für Asien und die USA organisiert.

Fine-Line-RDL: Ursachen von Verwölbung und Formverschiebung

Ein Schwerpunkt des Projekts ist die Untersuchung der Verwölbung und der Formverschiebung von großformatigen rekonfigurierten Mehrfachnutzen (Plattengröße 610 mm x 456 mm). Es wurden bereits erhebliche Fortschritte beim Verständnis der Ursachen erzielt.

Nun können diese Parameter weiter kontrolliert werden, um großflächige Fine-Line-RDL-Prozesse zu ermöglichen. Als Ergebnis der Analysephase der Verdrahtungsaufgabe gab es einen großen Fortschritt bei der Verkleinerung der RDL-Geometrien auf Panelgröße, wobei die Vorteile beider Welten, Wafer und Leiterplatte, berücksichtigt wurden. Dies führte zu einer optimierten Prozesskette mit neuen Geräten und Materialien.

PLC2.0: Die Aufgaben für das nächste Projektjahr

In den kommenden 12 Monaten werden gemeinsam mit den Partnern innovative Prozessoptionen entwickelt und qualifiziert, die zu einer vollständigen Prozesskette mit hoher Ausbeute führen werden. Darüber hinaus wurden die Designs der Teststrukturen für die elektrochemischen Migrationstests auf der Grundlage des IPC-Standards konzipiert.

Das Design der Testvehikel ist stark angelehnt an die in der Norm beschriebene IPC-Mehrzweck-Testplatine, wobei sich die Strukturgrößen jedoch an den Geometrien entsprechend den Zielen des PLC 2.0-Projekts als interdigitale Strukturen orientieren.

Die Forschung zur Kombination von ökonomischen und ökologischen Bewertungen im Hinblick auf eine nachhaltigere Produktion ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil des PLC 2.0. Daher wurde ein erstes Modell zur Schätzung des Kohlenstoffdioxid-Fußabdrucks der PLP-Technologie erstellt. Diese erste Berechnung wird allen Mitgliedern helfen, die energieintensivsten Phasen zu identifizieren und die Datenqualität der wichtigsten Schritte weiter zu verbessern.

Dr. Tanja Braun, Gruppenleiterin am Fraunhofer IZM und erste Ansprechpartnerin des Panel Level Packaging-Konsortiums blickt optimistisch in die Zukunft: „Was mich freut, ist die intensive Zusammenarbeit eines so großen Konsortiums auf ein Ziel hin: die Definition zukünftiger Fertigungstechnologien für höchste Integrationsdichten auf Panel-Ebene“.

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