유연한 필름 내에 초박형 실리콘 다이의 통합에 대한 최근의 발전은 새로운 패러다임을 이끌고 있습니다. 실제로 장치의 얇음과 유연성 덕분에 모양을 변경하지 않고 모든 개체 주위에 기능을 추가할 수 있다고 생각할 수 있습니다[1-5]. 현재 시장에 나와 있는 주요 플렉서블 전자 제품에서는 부품 간의 전자 트랙만 유연합니다. 이는 실리콘 부품이 이미 포장되어 있거나 너무 두껍기 때문입니다. 완전히 유연한 장치를 얻으려면 실리콘 다이를 100μm 미만으로 얇게 해야 합니다. 유연한 전자 시스템을 구축하기 위해 리본, 패널 또는 웨이퍼의 세 가지 형식을 처리할 수 있습니다. 처음 두 형식은 대형 장치에 적합하고 비용이 저렴하며 처리량이 높습니다. 그러나 이러한 형식의 패턴화 해상도는 공정합니다. 실리콘 웨이퍼로 작업하면 통합의 고해상도를 달성하는 데 도움이 됩니다. 실리콘 웨이퍼는 유연한 팬아웃 패키징에 적합하며 인쇄 장치 및 상호 연결 네트워크를 포함한 패널 기판을 작은 유연한 라벨 내에 통합된 실리콘 전자 다이와 결합하는 유연한 이기종 시스템을 구축하는 데 도움이 됩니다.

새로운 프로세스 개발
한 가지 과제는 베어 다이와 호환되는 프로세스를 제공하는 것입니다. ChipInFlex라는 새로운 기술은 제조용 마이크로전자 라인에서 웨이퍼 캐리어에 만들어진 유연한 라벨 내에 초박형 실리콘 다이를 통합하는 것을 제안합니다[6]. 이것은 저온(<150°C)에서 열압축에 의한 혼성화를 가능하게 하고 폴리머와 호환되기 때문에 전기적 상호 연결 금 스터드 범프에 선택되었습니다(그림 1). 실제로 SnAgCu와 같은 솔더 범프의 사용은 상상할 수 없었습니다. 또한, 스터드 범프는 베어 다이에도 만들 수 있습니다. 실리콘 다이를 통합할 유연한 재료의 선택은 매우 중요합니다. ChipInFlex 연구에서 우리는 스핀온 또는 건식 필름으로 제공되며 낮은 응력과 낮은 경화 온도를 갖는 상용화된 감광성 실록산 폴리머 SiNR을 테스트했습니다. 제조 공정 실험은 그림 2에 자세히 설명되어 있습니다.

캐리어는 임시 접착층을 얻기 위해 처리된 200mm 실리콘 웨이퍼입니다. 30μm 또는 80μm 두께의 SINR 필름은 스핀 코팅 또는 라미네이팅에 의해 증착되었습니다. 전기 네트워크는 WN50nm/Au200nm 금속으로 만들어졌습니다. 50μm 두께의 은색 접착제 코팅이 세리그래피로 패드에 증착되었습니다. DATACON 플립 칩 도구를 사용하여 웨이퍼에 다이를 정렬하고 부착했습니다. 장비 시스템은 폴리머 접착제의 도트 분배를 가능하게 하고 열과 압력의 조합 하에서 구성요소를 정렬하고 장착합니다. 이 연구에서는 온도에 따른 유용한 점도 특성 때문에 EpoTek E505 접착제를 사용했습니다. 스터드 범프는 접착제를 쉽게 통과하여 기판의 금 패드와 접촉할 수 있습니다. 접합은 두 단계로 수행되었습니다. 모든 다이는 플립 칩 도구로 부착된 다음 EVG 열압착 접합기를 사용하여 집합적으로 접합되었습니다. 다이 두께를 ~40μm로 줄이기 위해 거친 연삭 및 미세 연삭을 포함한 집합적 박형화를 수행했습니다. 추가 80μm 두께의 SINR 층이 진공 상태에서 적층되어 다이를 캡슐화하고 폴리머가 국부적으로 열려 금속 라인에 도달하고 외부 연결이 가능합니다. 마지막으로 유연한 라벨을 레이저로 절단하고 웨이퍼 캐리어에서 가져왔습니다.

전기 시험 차량에 대한 결과
실리콘 테스트 차량은 베어 다이를 모방하도록 설계되었습니다. 5x5mm²와 10x10mm²의 두 가지 크기의 칩이 설계되었습니다. 테스트 차량은 0.6μm 두께의 AlSi 라인과 SiO2(0.5μm 두께) 및 SiN(0.6μm 두께)의 보호막을 포함했습니다. 표준 볼 범핑 장비를 사용하여 패드에 금 스터드 범프를 형성했습니다. 스터드 범프는 직경이 약 70µm이고 높이가 30µm입니다(그림 3).

웨이퍼에는 24개의 30x25mm² 레이블이 포함되어 있으며 각 레이블에는 하나의 큰 다이와 하나의 작은 다이가 포함될 수 있습니다(그림 4). 테스트 차량은 5점 켈빈 패턴 덕분에 다이와 유연한 기판 사이의 단일 접촉 저항을 테스트하도록 설계되었습니다. 또한 다이 주변과 중앙에 위치한 데이지 체인 구조의 연속성을 측정할 수 있었습니다(그림 16). 이러한 패턴은 다이의 크기와 위치에 따라 38~XNUMX개의 접점을 포함합니다.

1개의 웨이퍼가 완전히 채워지고 전기적으로 특성화되었습니다. 웨이퍼 2과 80는 3μm 두께의 바닥 폴리머 층을 포함했습니다. 웨이퍼 30은 6μm 두께의 바닥 폴리머 층을 포함했습니다. 비교를 위해 바닥 폴리머가 없는 네 번째 웨이퍼는 작은 다이로만 채워졌습니다. 전기 테스트는 주요 단계인 플립 칩 본딩, 후면 박형화 및 최종 캡슐화 후 제조 공정에서 수행되었습니다(그림 90). 켈빈 구조의 7% 이상이 기능적이었습니다. 켈빈 패턴의 글로벌 평균 값은 그림 1에 나와 있으며 각 위치에 대한 세부 정보는 표 XNUMX에 나와 있습니다.

단일 접촉의 최종 평균 저항은 12μm 두께의 바닥 폴리머가 있는 웨이퍼의 경우 14~80mOhms, 9μm 두께의 바닥 폴리머가 있는 웨이퍼의 경우 30mOhm, 바닥 폴리머가 없는 웨이퍼의 경우 3mOhm인 것으로 나타났습니다. 바닥 폴리머 층의 존재는 열압착 과정 동안 스터드 범프에 가해지는 힘을 흡수하는 데 도움이 되었고 아마도 접촉의 저항 값을 감소시켰을 것입니다. 다이의 중심과 주변 사이에는 차이가 관찰되지 않았다. 그림 8은 최종 코팅 후 주변의 작은 다이에서 측정된 중앙 2점 켈빈 패턴의 매핑을 보여줍니다. 모든 데이지 체인의 연속성이 테스트되었으며 각 단계 후에 기능 속도가 표 XNUMX에 나와 있습니다.

먼저, 데이지 체인의 87.5% 이상이 본딩 후 기능을 했음을 알 수 있으며, 이는 새로운 개발에 매우 ​​좋은 결과입니다. 더욱이 유효한 중앙 데이지 체인의 비율은 매우 우수하여 100개의 웨이퍼에 대해 XNUMX%입니다. 본 연구의 가장 주목할 만한 결과는 박판화 후 불량이 발생하지 않았다는 것이다. 코팅 후 수율이 약간 감소하고 데이지 체인이 실패하는 경우가 거의 없음을 관찰할 수 있습니다. 그러나 결론을 내리기 위해서는 더 많은 데이터가 필요합니다.

두 개의 유연한 레이블을 레이저를 사용하여 다이싱하고 웨이퍼 캐리어에서 제거했습니다. 인쇄 회로 기판(PCB)은 전기적 특성화를 용이하게 하도록 설계 및 제조되었습니다. ZIF 커넥터는 PCB의 레이블을 상호 연결하는 데 사용되었습니다(그림 9). 3개의 테스트 패턴이 측정되었습니다. 처음 두 패턴은 실리콘 다이와의 접촉 없이 폴리머의 전기 트랙이었습니다. 목표는 캐리어에서 라벨을 제거하여 금속 라인이 손상되지 않도록 하는 것이었습니다. 크고 작은 다이의 주변 및 중앙 데이지 체인 패턴이 측정되었습니다. 전기적 결과는 표 XNUMX에 요약되어 있으며 계산된 값과 비교됩니다.

연구의 모든 중앙 데이지 체인이 기능적이었다는 점을 지적해야 합니다. 또한 측정값은 계산된 값과 밀접하게 일치합니다. 이러한 결과를 확인하기 위해 새로운 라벨에 대해 더 많은 테스트가 진행 중입니다.

요약
ChipInFlex를 통해 웨이퍼 캐리어에 만들어진 유연한 라벨 내에 초박형 실리콘 베어 다이를 통합하기 위한 새로운 패러다임이 도입되었습니다. ChipInFlex는 유연한 라벨을 제조하고 실리콘 구성요소를 통합하기 위한 일반적인 웨이퍼 레벨 프로세스입니다. 이 공정은 유연한 필름 내에서 상호 연결된 플립칩 실리콘 다이를 제공하는 최초의 공정입니다. 전기 상호 연결은 베어 다이에 만들어진 금 스터드 범프로 이루어집니다. ChipInFlex는 또한 웨이퍼에서 집합적 박막화를 수행할 수 있는 최초의 패키징 솔루션입니다. 이 프로세스는 전기 테스트 차량에서 성공적으로 검증되었습니다. 유연한 라벨의 완전한 전자 시스템을 향한 첫 번째 단계가 이루어졌습니다. CEA-Leti의 패키징 팀은 현재 센서에서 RFID(무선 주파수 식별) 다이에 이르기까지 다양한 응용 분야와 함께 데모를 개발하고 있습니다.

감사의 글
이 작업은 프랑스 국립 연구 기관(ANR)을 통해 지원되었습니다.
Carnot 자금 지원 및 CNRS Renatech 네트워크의 재정 지원으로 Grenoble에 있는 Plateforme Technologique Amont의 도움으로 수행되었습니다. 저자는 이 작업에 기여한 Ahmad Itawi, Laetitia Castagné 및 Carine Ladner에게 감사를 표합니다.

유연한 라벨에 초박형 Si 다이 통합(1.43MB)

출처: https://www.microsi.com/blog/integrate-ultra-thin-si-dies-within-a-flexible-label/