Mikrostrukturen für die neue 5G-Ära
Leistungsstarkes Präzisionswerkzeug
Das Chip-Packaging steht vor neuen Herausforderungen, die stark von mobilen 5G-Entwicklungen getrieben werden. Der Excimerlaser als kurzwelliges und leistungsstarkes Präzisionswerkzeug ermöglicht kleinere Strukturgrößen und bietet für die Hersteller skalierbare UV-Leistung und Zuverlässigkeit im Dreischichtbetrieb.
Der anhaltende Bedarf nach immer kleineren und leichteren elektronischen Geräten mit immer schnellerer und leistungsfähigerer Informationsverarbeitung ist nach wie vor der übergreifende Trend in fast allen Bereichen des Elektronikmarktes: von medizinischen Sensoren über Bildverarbeitung bis hin zu 5G-Mobilgeräten. Heutzutage ist die Advanced Package Integration (API) wohl der wichtigste Technologietreiber.
Allen Packaging-Architekturen gemein ist die extrem hohe Dichte der elektrischen Kontaktierungen, welche eine maximale Geschwindigkeit und Funktionalität gewährleistet. In dem Maße, wie sich das Chip-Packaging weiter in Richtung Fan-Out-Architekturen entwickelt, werden zunehmend Multi-Chip-Packages mit komplizierten und gleichzeitig zuverlässigen Designs erforderlich. Aktuelle und geplante (prognostizierte?) Designs mit Wafern bis zu einem Durchmesser von 300 mm basieren auf bis zu 10 Leiterbahnebenen, Linienbreiten von weniger als 2 µm und Verbindungen von unter 10 µm.
Während bei der Lithographie die fotografische Belichtung eines Resists erfolgt, entfernen die Excimer-Laserpulse dielektrische Materialien in einem direkten Abtragsprozess. Und da der Excimerlaser ultraviolette Strahlung erzeugt (bei einer Wellenlänge von 193 nm, 248 nm oder 308 nm), brechen die hochenergetischen Photonen direkt interatomare Bindungen in Polymeren und anderen Materialien und verdampfen das Material in einem relativ kalten Prozess ohne thermische Effekte. Der rechteckige Excimer-Laserstrahl wird optisch geformt und durch eine Aluminium-Fotomaske geleitet, die ein inverses Via- oder Trench-Muster enthält, das auf das Substrat projiziert wird.
Die Leiterbahnebene und die Verbindungslöcher werden im gleichen Prozessschritt erhalten und haben somit einen Kostenvorteil von 45% gegenüber der herkömmlichen lithografischen Prozessführung. Der Excimer-Ablationsprozess bietet eine erstklassige Kontrolle für alle Viagrößen einschließlich ihres Seitenverhältnisses und Kegelwinkels. Diesem Dual-Damaszen-Prozess folgt die Sauerstoff-Plasma-Reinigung zur Entfernung von Rückständen. Gereinigte Wafer werden mit den Kupferbarrieren und der Kupfersaatschicht gesputtert und anschließend galvanisiert.
Die Advanced Package Integration muss der zunehmenden Miniaturisierung folgen und gleichzeitig die Herstellungskosten senken. Die hochauflösende Excimer-Laserbearbeitung, die einen hohen Durchsatz ermöglicht, fügt sich ideal in die Packaging-Roadmap auf dem Weg in das 5G-Zeitalter ein.
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