Caracterização do “warpage” e sua variabilidade no processo produtivo de encapsulamento de circuitos integrados

• Author(s): Peixoto, Nuno André Rodrigues Diogo
• Date: 2014
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/6231
• Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
• Subject(s): WLP; Warpage; Mold Compound; Taguchi; debond
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Fernandes, Paulo; Abreu, Cristiano; Chatinho, Vitor
• Contributor(s): Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto

Description

Nos últimos anos a indústria de semicondutores, nomeadamente a produção de memórias, tem sofrido uma grande evolução. A necessidade de baixar custos de produção, assim como de produzir sistemas mais complexos e com maior capacidade, levou à criação da tecnologia WLP (Wafer Level Packaging). Esta tecnologia permite a produção de sistemas mais pequenos, simplificar o fluxo do processo e providenciar uma redução significativa do custo final do produto. A WLP é uma tecnologia de encapsulamento de circuitos integrados quando ainda fazem parte de wafers (bolachas de silício), em contraste com o método tradicional em que os sistemas são individualizados previamente antes de serem encapsulados. Com o desenvolvimento desta tecnologia, surgiu a necessidade de melhor compreender o comportamento mecânico do mold compound (MC - polímero encapsulante) mais especificamente do warpage (empeno) de wafers moldadas. O warpage é uma característica deste produto e deve-se à diferença do coeficiente de expansão térmica entre o silício e o mold compound. Este problema é observável no produto através do arqueamento das wafers moldadas. O warpage de wafers moldadas tem grande impacto na manufatura. Dependendo da quantidade e orientação do warpage, o transporte, manipulação, bem como, a processamento das wafers podem tornar-se complicados ou mesmo impossíveis, o que se traduz numa redução de volume de produção e diminuição da qualidade do produto. Esta dissertação foi desenvolvida na Nanium S.A., empresa portuguesa líder mundial na tecnologia de WLP em wafers de 300mm e aborda a utilização da metodologia Taguchi, no estudo da variabilidade do processo de debond para o produto X. A escolha do processo e produto baseou-se numa análise estatística da variação e do impacto do warpage ao longo doprocesso produtivo. A metodologia Taguchi é uma metodologia de controlo de qualidade e permite uma aproximação sistemática num dado processo, combinando gráficos de controlo, controlo do processo/produto, e desenho do processo para alcançar um processo robusto. Os resultados deste método e a sua correta implementação permitem obter poupanças significativas nos processos com um impacto financeiro significativo. A realização deste projeto permitiu estudar e quantificar o warpage ao longo da linha de produção e minorar o impacto desta característica no processo de debond. Este projecto permitiu ainda a discussão e o alinhamento entre as diferentes áreas de produção no que toca ao controlo e a melhoria de processos. Conseguiu–se demonstrar que o método Taguchi é um método eficiente no que toca ao estudo da variabilidade de um processo e otimização de parâmetros. A sua aplicação ao processo de debond permitiu melhorar ou a fiabilidade do processo em termos de garantia da qualidade do produto, como ao nível do aumento de produção.

In the last years semiconductor industry, including memories production, made great developments. The need to reduce production costs, as well as to produce more complex and products with more capacity, led to the creation of WLP (Wafer Level Packaging) technology. This technology enables the production of smaller systems, simplifies the production flow and provides a cost reduction of the final product. WLP is a packaging technology for integrated circuits in silicon wafers in contrast with traditional methods in which the systems were individualized after mold process. With this development a better understanding of the mechanical behavior of MC (encapsulation polymer), more specifically the warpage of molded wafers, is needed. The warpage is a characteristic of this type of products and it is created due to the coefficient of thermal expansion mismatch between mold compound and silicon. The warpage of molded wafers could cause big manufacturing problems. Depending on the amount and direction of the warpage, the handling and production processes could be difficult. These issues could bring a reduction in quality of manufacturing products and production decrease. This thesis applies the Taguchi methodology, in the study of the variability of debond process to produce the product X. The choice of this product and process was based on the statistical study of warpage phenomenon during the production line. Taguchi's methodology is related to quality control and allows the systematic approach of a process, combining control charts, process control, products and process design in order to achieve a robust process. The results of this method and its correct implementation, allows significant savings in production processes with therefore an important financial impact. Since 2010, Nanium S.A., has been a leading Portuguese company in the 300 mm WLP technology. This work was carried out in Nanium S.A. under the master’s degree of Engineering in Instrumentation and Metrology. The aim of this work is to better understand warpage during the production line and improve the processes that have problems to work with this characteristic. This project also enables the discussion and the alignment between production areas in terms of production process development and control. The project team as also successful on improvement of the debond process reliability.