Introducción
En Parte I de este artículo, el uso de procesos de metalización semi - aditivo ( SAP ) para crear características del circuito en la dimensión de las gamas requeridas en el empaquetado de semiconductores sustratos fue descrito . Optimización del rendimiento de un proceso de metalización SAP se ha demostrado , con base en los datos de un material ampliamente utilizado actual generación de acumulación dieléctrica dieléctrico ABF - GX13 ( Ajinomoto Acumulación de Cine , un producto de Ajinomoto Bellas Techno - Company, Inc. ) .
La secuencia del proceso general que se utiliza en SAP muestra de nuevo en la Figura 1.
Figura 1:metalización Semi- aditivo flujo de procesos ( SAP).
Los impulsores del rendimiento se presenta en la Hoja de Ruta Internacional de Tecnología para los semiconductores ( ITRS ), patrocinado por las asociaciones de la industria de semiconductores en Japón, Corea , Europa , Taiwán y los EE.UU., inevitablemente, la demanda de la introducción de nuevos materiales con mejores propiedades físicas y eléctricas . La hoja de ruta ITRS [ 1] se basa en las proyecciones de las dimensiones de dispositivos semiconductores , el rendimiento y consumo de energía eléctrica . A partir de estos parámetros fundamentales , las necesidades futuras para la velocidad de transmisión del sistema de señales, densidad de cableado de interconexión (tanto en el cubo de semiconductor y su paquete asociado ) y la fiabilidad termo- mecánico para las futuras generaciones de dispositivos semiconductores se derivan.
Mientras que los formatos de las tablas de datos en la hoja de ruta ITRS Asamblea 2009 y embalaje capítulo [ 2] y la actualización de 2008 [3 ] en relación a los paquetes de semiconductores difieren un poco , las tendencias generales descritas en los dos documentos , sin grandes cambios . La actualización de la Hoja de Ruta 2008 proporciona una tabla concisa , que resume los atributos de rendimiento clave y los hitos de rendimiento para una variedad de tipos de paquetes de semiconductores sustratos y ofrece una valiosa guía de la naturaleza de las necesidades futuras.
Los requisitos que figuran en la actualización de 2008 se pueden dividir en cuatro categorías: Enrutamiento densidad ( es decir, a través de línea de diámetros y / dimensiones del espacio ) , las propiedades eléctricas (es decir, la constante dieléctrica y la tangente pérdida) , las propiedades mecánicas (es decir, Tg y los coeficientes de expansión térmica ) y acabados superficiales . Para Flip Chip Ball Grid Array ( BGA - FC ) paquetes, los proyectos de 2008 hoja de ruta de actualización para las dimensiones de las necesidades futuras características del circuito de la línea 8 micras / espacio para el año 2014 , con la línea 6 micras / espacio necesario para el año 2017 .
Un resumen de las dimensiones de función y otros atributos clave para el envasado FC- BGA sustratos de la Hoja de Ruta 2008 ITRS actualización se le proporciona en la Tabla 1.
Tabla 1: Datos seleccionados de la actualización de ITRS Plan de trabajo para 2008 Costo de gama alta / Performance Build-A hasta paquetes de aplicaciones FC- BGA (Tablas 4c + D y AP5A ) .
A partir de estas proyecciones Hoja de Ruta, es evidente que la acumulación de nuevos materiales dieléctricos , con mejores propiedades eléctricas y mecánicas, estarán obligados a cumplir tanto con carácter inmediato ya largo plazo de las necesidades . Además, estos materiales se debe permitir la formación fiable de las características del circuito progresivamente más fino. Sin embargo , desde el punto de un fabricante de semiconductores del substrato de vista , esto presenta grandes desafíos. Si el procesamiento de la próxima generación acumulación de materiales requiere sustancialmente diferentes equipos de proceso o material, en gastos adicionales se vaya a efectuar . Con el fin de cumplir los objetivos de la industria continua de reducción de costos, es de vital importancia para identificar maneras de seguir utilizando lo más posible de la infraestructura de producción existente.
En este artículo vamos a describir la cualificación del proceso de metalización optimizado SAP , descrito en Parte 1 del artículo, para la metalización de dos materiales de próxima generación acumulación . Los resultados que podría obtener resultados con estos nuevos materiales se han encontrado para ser muy comparables a los obtenidos con los materiales de la generación actual. A pesar de que los nuevos materiales proporcionan las superficies considerablemente más suave después de la promoción de adhesión ( a la constitución de las estructuras más finas espacio de línea ) , los valores de la metalización de adhesión se mantienen en niveles altos. Lo más importante, las condiciones del proceso pueden utilizar las mismas para todos los tres de los materiales sometidos a prueba , lo que permite el uso de una línea única y metalización secuencia de proceso para la operación de metalización SAP.
Materiales de construcción, hasta la próxima generación
Los dos de próxima generación acumulación de materiales dieléctricos cuyo proceso de características han sido comparados con los de ABF - GX13 GX92 - se ABF y GZ22 ABF . Las propiedades físicas y eléctricas de estos tres materiales se comparan en la Tabla 2 .
Tabla 2: Características físicas y eléctricas de los materiales ABF GX13 , GX92 y GZ22 .
Como las letras iniciales de la denominación materiales indiquen , GX92 pertenece a la familia misma base material GX13 , tanto con materiales basados en sistemas de resinas epoxi- fenólico tipo. Las modificaciones de la formulación de GX92 han permitido que sus propiedades eléctricas , en particular la constante dieléctrica que mejorar . Reducción de la constante dieléctrica es uno de los factores clave que permite un incremento en la velocidad de propagación de señales eléctricas . Además , la dirección XY coeficiente de expansión térmica (CTE ) , es menor y el módulo de Young y resistencia a la tensión aumenta, en comparación con el material GX13 . Las reducciones en el coeficiente de expansión térmica disminuir las tensiones mecánicas creadas entre la oblea de silicio y un paquete de sustrato debido a cambios de temperatura, como los que ocurren durante el encendido / apagado ciclos.
ABF - GZ22 utiliza una plataforma de mayor rendimiento , un sistema de resina de éster cianato epoxi. Para este material , nuevas mejoras en la pérdida de la tangente se alcanzan y las propiedades físicas , incluyendo tanto Tg y CTE , se han mejorado .
Mientras que las propiedades de absorción de agua y GX13 GX92 son muy similares , la absorción de agua de GZ22 se reduce en un 50 %. Los diseñadores están particularmente interesados en la reducción de recogida de humedad , como las propiedades eléctricas de un material dieléctrico se han cambiado de manera significativa entre la "seca" y la "húmeda ", afirma . En los sistemas de alto rendimiento, sistema operativo , con márgenes estrechos , estos cambios puede ser suficiente para degradar completamente la funcionalidad. Estos problemas pueden aparecer como un sistema que requiere un tiempo prolongado a temperatura de funcionamiento , tiempo durante el cual la humedad es impulsado a salir del dieléctrico , antes de la operación se restaura apropiadamente .
Para los tres materiales , el uso de materiales de relleno apropiados de partículas de tamaño permite el ajuste de las propiedades físicas y eléctricas, mientras que también proporciona un medio adicional para controlar la morfología de la superficie durante el proceso de adhesión de promoción.
Los datos en la sección siguiente se muestra , los materiales de próxima generación mantener un rendimiento excelente, incluso en la rugosidad de la superficie mucho más reducida. La rugosidad de la reducción se traduce en una menor pérdida de electricidad debido a la suavidad de la mejora de los conductores posteriormente formaron en la superficie dieléctrica. Los beneficios adicionales se obtienen a través de la reducción en la duración del flash grabado el paso ( debido a la mayor facilidad de extracción de cobre electrolítico residual de la superficie más lisa dieléctrico) . Esto permite que las dimensiones función para mantener con mayor precisión y reduce el riesgo de la función de vender más barato.
SAP proceso de metalización Caracterización
Morfología de la superficie
El impacto de las diferencias en la formulación de la acumulación de material más fácilmente puede verse comparando la evolución de la morfología de la superficie durante los pasos de adherencia promoción del proceso de metalización de SAP , utilizando idénticos parámetros de procesamiento para los tres materiales. La figura 2 muestra una serie de imágenes SEM , grabado en 3500x aumentos , empezando por la superficie del material inmediatamente después de la operación de laminación y termina en la superficie después de la finalización de la etapa de neutralización después de permanganato.
materiales y GX92 GZ22 ambos muestran un mucho menos " barro agrietado " morfología de la superficie después del paso de permanganato de etch y después de la etapa de neutralización , las superficies de estos materiales son más suaves y más uniforme en la apariencia. Los datos de la rugosidad superficial (Ra , nm ) se superponen sobre las imágenes después de la neutralización.
Como lo demuestran los números de la resistencia al desgarro (grabado después de la deposición de cobre electrolítico y 20 micras de cobre electrolítico de la superficie dieléctrica ) , el uso de una formulación optimizada neutralizador mejora la adhesión entre un 5 y un 10% , aunque la rugosidad de la superficie o un poco reducida ( GX13 ) o no afectado ( GX92/GZ22 ) .
En general , la adhesión de metalización como chapado obtenidos en las dos materiales de próxima generación es muy similar a la obtenida en el control ABF - GX13 .
Figura 2: Evolución de la morfología de la superficie de los materiales durante el proceso de adhesión ABF promoción.
Efecto de SAP Químicos Metalización Proceso de Prueba de Desempeño has
La Figura 3 ilustra los efectos de las formulaciones de la etapa de acondicionamiento (que sigue a la etapa de neutralización de permanganato ) y del baño de cobre electrolítico de deposición utilizadas en el proceso de SAP.
Los datos de rendimiento se muestra tanto en muestras como chapado y para las muestras después de 50 y 100 horas de estrés altamente acelerado Pruebas ( has ) a 130 ° C y 85% de humedad relativa . Para los tres materiales de acumulación , la combinación de un acondicionador de paso optimizadas y una de cobre electrolítico EDTA basado en placas baño de proporcionar el mejor rendimiento bajo todas las condiciones de ensayo. Esto proporciona una demostración de otra clara de las ventajas de rendimiento que puede obtenerse de los sistemas de cobre electrolítico basado en EDTA , en comparación con baños de uso de quelatos más débiles , como tartrato .
Figura 3: Efecto del acondicionador de cobre electrolítico y la optimización de la fuerza de la cáscara antes y después tú .
Circuito de Formación de funciones
La morfología de la superficie uniforme y una excelente resistencia al desgarro también puede verse en las imágenes de las estructuras de probar el patrón de panal con 10 micrones proporciona un espacio de línea , que se muestra en la Figura 4 . Estas estructuras fueron fotografiadas con una película Nichigo -Morton seca placas resistir ( NIT Alpho 4015) , utilizado en combinación con un paso a paso i -line . Las imágenes SEM a 1000x mostrar la forma característica excelente y la uniformidad en la pared lateral obtenidos tanto de los materiales de nueva generación. Para el material GX13 , un poco más fuerte condiciones etch flash son necesarios para remover el cobre residual de la superficie del dieléctrico. Esto se traduce en una pérdida adicional en función de anchura y una mayor posibilidad de daños función de pie.
Figura 4 : Formación de 10μm línea / espacio peine estructuras de prueba patrón en ABF materiales dieléctricos .
Aislamiento de rendimiento resistencia de las estructuras peine Patrón de prueba
Las estructuras de patrón de panal fueron utilizados para comparar el rendimiento de resistencia de aislamiento de los tres materiales dieléctricos . Figura 5 se muestra el diseño detallado y imágenes de cortes transversales de las estructuras de test , junto con las mediciones de resistencia de aislamiento registrado más de 100 horas de exposición has .
Mientras que los tres materiales muestran un comportamiento estable durante toda la duración de la prueba , los materiales de próxima generación muestran los mejores resultados , con GZ22 capaz de alcanzar valores ligeramente por encima de 1010 ohmios.
Figura 5 : Resistencia de aislamiento de materiales dieléctricos ABF durante has .
Resumen
Un diseño adecuado y optimizado proceso de metalización de SAP es capaz de ofrecer excelentes resultados no sólo en las materias generación actual, sino también en la siguiente generación de la acumulación de materiales dieléctricos , tales como Ajinomoto ABF - GX92 y GZ22 .
El uso de un único proceso de SAP, con capacidad para la generación de materiales actuales y futuras permite a los fabricantes de IC sustrato para maximizar la eficiencia de sus equipos actuales de fabricación , lo que permite mayor eficacia operativa posible.
Habilitado por la química de procesos optimizados, la acumulación de materiales de última generación , permitirán a los de las propiedades físicas y eléctricas necesarias para permitir que los objetivos de la industria competencia que debe alcanzarse .
Referencias:
1) Plan de trabajo de Tecnología Internacional para Semiconductores : www.itrs.net.
2) ITRS 2009 Plan de trabajo : Cuadro AP9 Paquete Sustratos : Productos Móviles ( SiP , PoP ) http://www.itrs.net/Links/2009ITRS/Home2009.htm.
3) ITRS 2008 Actualización : El paquete Cuadro AP5A Sustratos: Años corto y largo plazo - http://www.itrs.net/Links/2008ITRS/Home2008.htm.
Hiroyuki Nishiwaki es la I + D Jefe de Proyecto de Desarrollo de Productos para la metalización en el grupo de tecnologías de interconexión de Dow Electronic Materials . Él puede ser alcanzado en nishiwakih@dow.com.
Katsuhiro Yoshida y Li Shenghua son científicos de investigación en la I + D de productos Metalización grupo.
Dow Electronic Materials es un proveedor global de una amplia gama de productos impresos circuito de fabricación, incluyendo pretratamiento dieléctrico y metalización y una amplia gama de procesos a través de llenado para el IDH y aplicaciones de embalaje sustrato.
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