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팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 공정 중 재료 물성의 불확실성이 휨 현상에 미치는 영향
김금택,강기훈,권대일 한국마이크로전자및패키징학회 2019 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.26 No.1
With shrinking form factor and improving performance of electronic packages, high input/output (I/O) density is considered as an important factor. Fan out wafer-level packaging (FO-WLP) has been paid great attention as an alternative. However, FO-WLP is vulnerable to warpage during its manufacturing process. Minimizing warpage is essential for controlling production yield, and in turn, package reliability. While many studies investigated the effect of process and design parameters on warpage using finite element analysis, they did not take uncertainty into consideration. As parameters, including material properties, chip positions, have uncertainty from the point of manufacturing view, the uncertainty should be considered to reduce the gap between the results from the field and the finite element analysis. This paper focuses on the effect of uncertainty of Young’s modulus of chip on fan-out wafer level packaging warpage using finite element analysis. It is assumed that Young’s modulus of each chip follows the normal distribution. Simulation results show that the uncertainty of Young’s modulus affects the maximum von Mises stress. As a result, it is necessary to control the uncertainty of Young’s modulus of silicon chip since the maximum von Mises stress is a parameter related to the package reliability. 전자패키지 크기의 소형화와 전자기기의 성능 향상이 함께 이루어지면서 높은 입출력 밀도 구현이 중요한 요소로서 평가받고 있다. 이를 구현하기 위해 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FO-WLP)가 큰 주목을 받고 있다. 하지만 FOWLP는휨(Warpage) 현상에 취약하다는 약점이 있다. 휨 현상은 생산 수율 감소와 더불어 패키지 신뢰성 하락에 큰 원인이므로 이를 최소화하는 것이 필수적이다. 유한요소해석을 이용한 재질의 물성 등 FO-WLP의 휨 현상과 연관된 요소에대한 많은 연구가 진행되어 왔지만, 대부분의 연구는 이러한 요소들의 불확실성을 고려하지 않았다. 재질의 물성, 칩의위치 등 패키지의 휨 현상과 연관된 요소들은 제조 측면에서 보았을 때 불확실성을 가지고 있기 때문에, 실제 결과와 더가깝게 모사하기 위해서는 이러한 요소들의 불확실성이 고려되어야 한다. 이번 연구에서는 FO-WLP 과정 중 칩의 탄성계수가 정규 분포를 따르는 불확실성을 가졌을 때 휨 현상에 미치는 영향을 유한요소해석을 통해 알아보았다. 그 결과 칩의 탄성 계수의 불확실성이 최대 von Mises 응력에 영향을 미치는 것을 확인하였다. Von Mises 응력은 전체 패키지 신뢰성과 관련된 인자이기 때문에 칩의 물성에 대한 불확실성 제어가 필요하다.
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유한요소 해석을 이용한 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 과정에서의 휨 현상 분석
김금택,권대일,Kim, Geumtaek,Kwon, Daeil 한국마이크로전자및패키징학회 2018 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.25 No.1
기술의 발전과 전자기기의 소형화와 함께 반도체의 크기는 점점 작아지고 있다. 이와 동시에 반도체 성능의 고도화가 진행되면서 입출력 단자의 밀도는 높아져 패키징의 어려움이 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 산업계에서는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FO-WLP)에 주목하고 있다. 또한 FO-WLP는 다른 패키지 방식과 비교해 얇은 두께, 강한 열 저항 등의 장점을 가지고 있다. 하지만 현재 FO-WLP는 생산하는데 몇 가지 어려움이 있는데, 그 중 한가지가 웨이퍼의 휨(Warpage) 현상의 제어이다. 이러한 휨 변형은 서로 다른 재료의 열팽창계수, 탄성계수 등에 의해 발생하고, 이는 칩과 인터커넥트 간의 정렬 불량 등을 야기해 대량생산에 있어 제품의 신뢰성 문제를 발생시킨다. 이러한 휨 현상을 방지하기 위해서는 패키지 재료의 물성과 칩 사이즈 등의 설계 변수의 영향에 대해 이해하는 것이 매우 중요하다. 이번 논문에서는 패키지의 PMC 과정에서 칩의 두께와 EMC의 두께가 휨 현상에 미치는 영향을 유한요소해석을 통해 알아보았다. 그 결과 특정 칩과 EMC가 특정 비율로 구성되어 있을 때 가장 큰 휨 현상이 발생하는 것을 확인하였다. As the size of semiconductor chip shrinks, the electronic industry has been paying close attention to fan-out wafer level packaging (FO-WLP) as an emerging solution to accommodate high input and output density. FO-WLP also has several advantages, such as thin thickness and good thermal resistance, compared to conventional packaging technologies. However, one major challenge in current FO-WLP manufacturing process is to control wafer warpage, caused by the difference of coefficient of thermal expansion and Young's modulus among the materials. Wafer warpage induces misalignment of chips and interconnects, which eventually reduces product quality and reliability in high volume manufacturing. In order to control wafer warpage, it is necessary to understand the effect of material properties and design parameters, such as chip size, chip to mold ratio, and carrier thickness, during packaging processes. This paper focuses on the effects of thickness of chip and molding compound on 12" wafer warpage after PMC of EMC using finite element analysis. As a result, the largest warpage was observed at specific thickness ratio of chip and EMC.
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