Fraunhofer-Gesellschaft

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Numerische und experimentelle Betrachtung des Molded Underfills

Moulded underfill - An experimental and numerical approach
 
: Paetsch, M.; Nguyen, T.D.; Dreissigacker, M.; Bauer, J.; Hoelck, O.; Bader, V.; Braun, T.; Zuehlke, J.; Minkus, M.; Voges, S.; Becker, K.-F.; Woehrmann, M.; Lang, K.-D.; Schubert, D.W.; Schneider-Ramelow, M.

VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik -GMM-:
MikroSystemTechnik Kongress 2019 : Mikroelektronik - MEMS-MOEMS - Systemintegration - Säulen der Digitalisierung und künstlichen Intelligenz, 28. - 30. Oktober 2019, Berlin
Berlin: VDE-Verlag, 2019
ISBN: 978-3-8007-5090-0
ISBN: 978-3-8007-5129-7
pp.545-548
MikroSystemTechnik Kongress <2019, Berlin>
German
Conference Paper
Fraunhofer IZM ()

Abstract
Zum Schutz vor thermischer und mechanischer Beanspruchung durch verschiedenste Umweltfaktoren werden Flip Chips verkapselt, um eine zuverlässige Funktionsweise zu gewährleisten. Dazu werden typischerweise niederviskose Polymere auf Epoxidbasis eingesetzt. Die klassische Verkapselung mittels Capillary Underfill (CUF) erfolgt innerhalb zweier Prozessschritte. Den sogenannten Underfill, bei dem das Material durch Kapillarkräfte getrieben unter den Chip fließt. Dieser Prozessschritt ist besonders zeitintensiv und verhindert einen hohen Durchsatz. Anschließend erfolgt eine Nachverkapselung mittels Overmolding durch Transfer- oder Formpressen. Vakuum-unterstütztes Formpressen ermöglicht ein vollständiges, simultanes Underfillen und Übermolden innerhalb eines Prozessschrittes. Eine Implementation des Molded Underfills (MUF) benötigt lediglich eine Produktionsmaschine, reduziert Materialkosten, Prozesszeiten und ermöglicht höhere Durchsätze. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass keine neue Infrastruktur geschaffen werden muss und dass nur minimale Investitionen bei der Umstellung notwendig sind. Bei MUF-Prozessen wird ein Substrat mit den zu verkapselnden Chips in die Kavität eingelegt und anschließend verschlossen. Nachdem eine gewünschte Güte des Vakuums erreicht ist, fährt die Presse auf die Endposition und verpresst das Epoxy Molding Compound (EMC) in die Kavitäten ober- und unterhalb der Chips. Nach kurzem Vorhärten des EMC im Moldwerkzeug kann das Substrat aus dem dann geöffneten Werkzeug entnommen werden. Eine Problematik, die auch ähnlich bei dem klassischen Underfill auftritt, ist die Entstehung von Fehlstellen, d.h. von Lufteinschlüssen (Voids) im Spalt zwischen Chip und Substrat, die Zuverlässigkeitsreduzierend wirken können. Die Auswirkungen der Variation von Prozess- und Geometrieparametern im Moldprozess auf die Entstehung dieser Lufteinschlüsse, sind zumeist nur grob qualitativ beschrieben, quantitative Beschreibungen sind nicht publiziert. Mit Hilfe eines numerischen Modells, welches die spezifischen Materialeigenschaften des EMCs berücksichtigt, konnte ein grundlegendes Verständnis für das Fließen des Materials geschaffen, sowie eine Vorauswahl an Parameter getroffen werden. Dies lieferte wertvolle Einblicke in das Fließverhalten, die experimentell unter diesen Voraussetzungen nicht zugänglich sind. Das zu füllende Volumen entscheidend für die Form der Fließfront. Eine Vielzahl an Chipgeometrien, Bumphöhen und Packagedicken wurden in dieser Arbeit unter Nutzung realistischer Prozessparameter auf ihre Eignung für den MUF analysiert und bewertet. Durch die hier erarbeiteten Ergebnisse ist es möglich, erste Hinweise zu geben, unter welchen Randbedingungen der Einsatz des MUF zu einem gewünschten Ergebnis führt und birgt somit nicht nur das Potential in Zukunft weiter an Bedeutung zu gewinnen, sondern auch langfristig enormen Aufwand und Kosten einzusparen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-630080.html