Empenos em substratos durante o processo de encapsulamento de memórias

 

Elsa Wellenkamp de Sequeiros

 

Universidade do Porto, DEMM, Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Faculdade de Engenharia,

Rua Dr. Roberto Frias, s/n 4200-465 Porto PORTUGAL

elsa.sequeiros@fe.up.pt

 

 

RESUMO:

Na produção de memórias, os empenos (warpage) devem-se sobretudo a diferenças no coeficiente de expansão térmica dos materiais que constituem as memórias: die, substrato, adesivo, fios de ouro, epoxy mold compound (EMC) e bolas de solda. Contudo, os empenos (tipicamente com valores de décimas de milímetro) variam com uma diversidade de factores: design do produto, dimensões dos materiais utilizados na montagem de memórias, etapas do processo, equipamentos, etc. Considerando o processo de Assembly da Qimonda PT, foram efectuadas diversas experiências num produto (512M T80 84) de forma a atingir os objectivos propostos. As medições do nível de empenos nos substratos foram efectuadas recorrendo ao perfilómetro 3D NanoFocus. Após as medições ao longo de todo o processo de Assembly, aferiu-se que as etapas críticas, isto é, com mais influência no nível de empenos e mais impacto em produção, eram: Mold, Mold Cure e Solder Ball Attach (SBA). Esta foi primeira e a mais demorada fase do estudo. Todas as avaliações seguintes, relacionadas com a identificação de outros factores que pudessem influenciar o nível de empenos, puderam assim ser restringidas às medições efectuadas apenas a seguir às etapas mais críticas. Identificaram-se, assim, alguns factores que influenciam o nível de empenos: tempo e condições de armazenamento (armários de nitrogénio ou condições normais da sala limpa) entre as etapas críticas do processo: sistema anti-warpage e alterações na formulação de EMC. O aumento de tempo entre as etapas críticas do processo conduziu a um aumento do nível de empenos (em condições ambientais de sala limpa). O armazenamento dos lotes (entre etapas) em armário de nitrogénio reduziu o nível de empenos. A não activação (falha) do sistema de anti-warpage pode levar a um incremento do nível de empenos na ordem dos 200µm. Alterações no módulo de contracção do EMC (induzidas por uma variação da dimensão média das fibras) alteram o nível de empenos. Para 3 produtos de diferente ocupação média de silício (%SOR), a utilização da formulação de EMC com menor módulo de contracção induziu melhorias expressivas no nível de empenos, durante as etapas críticas. Outros factores testados não demonstraram impacto significativo no nível de empenos: fornecedores de substratos e arrefecimento forçado após a etapa de Mold Cure. No entanto, o arrefecimento forçado mostrou ter impacto positivo na produção (por redução do cycle time).

Palavras chave: Empenos, processo de Assembly, EMC

 

 

ABSTRACT:

Warpage of electronic memories during manufacture may be caused by differences in the coefficient of thermal expansion of the materials used: die, substrate, adhesive, gold wire, epoxy mold compound (EMC) and solder balls. However, warpage is greatly affected by package design, dimensions of materials used in the assembly, process assembly steps, equipments, etc. Taking into consideration the Assembly process at Qimonda PT, several experiences were done, in order to reach the goals proposed in this study. Warpage of substrates was measured by profilometry 3D Nanofocus. After measuring substrates during the Assembly process flow, the results revealed that the critical steps, i.e., steps of the assembly process that have a larger impact on warpage and influence more manufacturing, were: Mold, Mold Cure and Solder Ball Attach (SBA). This was the first part of the study as well as the longest one. In all other experiences related with the identification of factors that might affect warpage, measurements were limited to these critical steps. It was concluded that time and conditions of storage (clean room conditions and compartments under nitrogene flow), anti-warpage system and modifications on formulations of EMC were some of the factors that may affect warpage. This increased with time between the critical steps (in clean room conditions). Storage of the lots in compartments under nitrogene flow decreases warpage. Failure of anti-warpage can induce an increment of 200µm in warpage. Modifications in EMC shrinkage (by varying fillers cut dimensions) change the level of warpage. For 3 packages of different Silicon Ocupation Ratio (%SOR), the use of EMC formulation with minor shrinkage improved warpage in the critical steps. Other factors tested have not showed any impact on warpage: different providers of substrates and forced cooling after Mold Cure. But, on the other hand, the use of forced cooling decreased the cycle time and may increase productivity.

Keywords: Warpage, Assembly process, EMC

 

 

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