Das weltweit erfolgreichste Panel-Level-Packaging-Konsortium geht nach gelungenem Abschluss des zweijährigen Programms in die nächste Runde und ist wieder offen für neue Mitglieder und weiterführende Themen. Im Dezember geht es dann in kompletter Besetzung wieder los.
Mobile Produkte im Consumer-Bereich und das autonome Fahren sind treibende Kräfte für die Weiterentwicklung im Electronic Packaging. Das Fraunhofer IZM war die letzten zwei Jahre der optimale Standort, um mit führenden Industrieunternehmen aus Europa, USA, Japan, Korea und Taiwan Basisprozesse für das neue Panel-Level-Packaging zu entwickeln und erste Demonstratoren auf diesen großen organischen Substraten zu realisieren.
In der ersten Runde des Panel-Level-Packaging-Konsortiums schuf das Fraunhofer IZM mit 17 Industriepartnern die Grundlagen für industriell nutzbare Prozesse zur Herstellung von Low-Cost-Packages im Panel-Format (18 x 24 Zoll). So sind sehr dünne Komponenten entstanden, die auf das übliche Substrat verzichten, dabei aber exzellente elektrische Eigenschaften und nur einen sehr geringen thermischen Widerstand besitzen. Wegen der kurzen elektrischen Verbindungen sind diese Packages für Hochfrequenz-Anwendungen wie 5G und Radaranwendungen (z.B. für das autonome Fahren) geeignet. Schwerpunkt der zweijährigen Kooperation war die gesamte Prozesskette des Panel-Level-Packagings: Bestückung, Molding, Umverdrahtung, Kostenmodellierung und Standardisierung.
„Es ist geplant, dass das neue Konsortium im Dezember 2019 die Arbeit aufnimmt und wir sind gespannt, welche Unternehmen sich uns anschließen, um gemeinsam das nächste Level zu erreichen.“
Der Erfolg veranlasste das Fraunhofer IZM, ein zweites Konsortium zu planen – das PLC 2.0. Im Gegensatz zu den eher allgemeinen Zielen im ersten Programm konzentrieren sich die Partner nun auf drei spezifische Ansätze: Erstens auf die Weiterentwicklung und Präzisierung der technologischen Entwicklung, insbesondere im Hinblick auf die Schnittstellen zwischen den einzelnen Prozessschritten. In der zweiten Stufe sollen die Leitungsverdrahtungen immer feiner werden und es soll damit bis zu den Grenzen des Möglichen vorgedrungen werden. Aufgrund der weiteren Miniaturisierung auf Chipebene ist auch eine höhere Verdrahtungsdichte auf den organischen Substraten zwingend notwendig. Daher hat das PLC-2.0-Konsortium das Ziel, eine Verdrahtungsdichte bis zu 2 μm Linienbreite und 2 μm Abstand zu realisieren. Dabei soll auch eine möglichst hohe Systemzuverlässigkeit erreicht werden. Aus diesem Grund werden auch die Elektromigration und die Kupferdiffusion Schwerpunkte der zukünftigen Forschung sein. Ein erweitertes Kostenmodell rundet das Forschungsprojekt ab. Um diese Herausforderungen anzugehen, wurden im Vorfeld des PLC 2.0 weitere Geräteinstallationen am Fraunhofer IZM vorgenommen. Dank dem BMBF wurden einige der großen Investitionen innerhalb der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland getätigt. Aufgrund der erfolgreichen Implementierung des Workflows wird es nur eine Kategorie der Mitgliedschaft geben.
Was hat das erste Konsortium erreicht? 300.000 Chips, 30.000 SMDs und 110 Leiterplatten innerhalb von zwei Jahren – die Leistungen sprechen für sich: Im ersten Jahr wurde die gesamte Prozesskette von der Montage über das Formen bis hin zur Gerätevereinzelung auf einem Halbformat-Panel (18 Zoll x 12 Zoll) etabliert und optimiert. Hierzu wurden Testverfahren und Demonstratoren entwickelt sowie erste Zuverlässigkeitstests durchgeführt. Im zweiten Jahr konzentrierte sich das Konsortium dann auf die Modifizierung des Designs. Basierend auf den Ergebnissen des ersten Jahres wurde die Technologie vom Halbformat zum Vollformat (18 x 24 Zoll) skaliert und vertikale Verbindungselemente (VIE) sowie passive Komponenten wurden integriert. Neben dem technischen Fortschritt wurde ein umfassendes Kostenmodell aufgestellt, welches je nach Anwendung und Materialanfrage angepasst werden kann. Die Standardisierung der Panelgrößen wurde auf verschiedenen öffentlichen Veranstaltungen erörtert. Im Rahmen von SEMI wurde eine Initiative zur Standardisierung eingerichtet, an der Mitglieder des Panel-Level-Packaging-Konsortiums beteiligt sind. Zum Erfolg des PLP-Konsortiums haben neben dem Fraunhofer IZM folgende Partner beigetragen: Ajinomoto-Gruppe, Amkor Technology, ASM Pacific Technology Ltd., Atotech Deutschland GmbH, Österreich Technologie & Systemtechnik AG, Brewer Science, Inc., Evatec AG, FUJIFILM Electronic Materials USA, Hitachi Chemical Company Ltd., Intel Corporation, Meltex Inc., Merck KGaA, Mitsui Chemicals Tohcello, Semsysco GmbH, ShinEtsu Chemical, SÜSS MicroTec SE und die Unimicron Technology Corp.
