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Montag, 08 August 2022 12:00

iMaps Mitteilungen 07/2022

von Redaktion
Geschätzte Lesezeit: 5 - 9 Minuten

Rückblick auf die ‚NordPac 2022 Annual Microelectroninics and Packaging Conference and Exhibition' an der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden

Vom 12. bis 14. Juni 2022 haben sich annähernd 100 Expertinnen und Experten zur vierten ‚NordPac 2022 Annual Microelectronic and Packaging Conference and Exhibition' an der Chalmers University of Technology in Göteborg / Schweden nach zweijähriger pandemiebedingter Pause zusammengefunden. Das Treffen wurde als Gemeinschaftsprojekt sowohl von der IEEE EPS Nordic als auch dem iMAPS Nordic Chapter organisiert.

Abb. 1: Gründungsurkunde ISHMAbb. 1: Gründungsurkunde ISHM

Begleitet wurde die Konferenz von einer Fachausstellung mit insgesamt 11 internationalen Ausstellern, welche die gesamte Bandbreite der Mikrosystemtechnik abgedeckt und im Rahmen einer Exhibitor-Session präsentiert haben. Anwesend waren dabei so renommierte Unternehmen wie z. B. ASE, MST, PacTech und AEMtec (Packaging), RoodMicrotec und eurofins-MASERE (Test & Reliability) sowie inseto und ROARTIS (Components & Consumables).

Heidi Lundén (Schott Primoceler Oy), Vorsitzende des iMAPS Nordics Chapters, richtete zu Beginn der Konferenz die Grußworte der Veranstalter an die Teilnehmer aus und bekräftigte dabei die immer weiter wachsende Notwendigkeit der Verbesserung und Weiterentwicklung in der Mikrosystemtechnik, um den anstehenden Herausforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit gerecht zu werden.

Abb. 2: Paul Colander, Daniel Nilsen Wright, Heidi LundénAbb. 2: Paul Colander, Daniel Nilsen Wright, Heidi Lundén

E. Jan Vardaman von TechSearch International nahm diese Aufforderung in Ihrer Keynote unvermittelt auf und stellte in einem beeindruckend umfangreichen und detaillierten Vortrag die zukünftigen Trends im Bereich Packaging sowie der Aufbau- und Verbindungstechnik heraus, um den Anforderungen aus den Bereichen 5G/6G Kommunikation, E-Mobility, autonomes Fahren, IoT gerecht zu werden. Technologien wie Silicon Interposer, Fan-Out on Substrate, Embedded Bridges, RDL Interposer und 3D Stacking bekommen ihrer Meinung nach einen weiter wachsenden Stellenwert. Mit dieser Keynote war dann auch die Brücke für die Technical Session geschlagen, welche als Schwerpunkte die Themen Fehleranalyse & Zuverlässigkeit, Advanced Packaging Solution in insgesamt 11 Fachvorträger behandelte. Ein gelungener Tag 1!

Tag 2 der Konferenz wurde dann durch die Keynote von Andreas Ostmann von der Fraunhofer Gesellschaft IZM eröffnet. Thema der Keynote: Pill Microsystems for Diagnostics and Therapy. Eine Technologie, die schon Ende des letzten Jahrhunderts erdacht, Anfang dieses Jahrhunderts in diversen Prototypen und klinischen Studien als funktionstüchtig nachgewiesen aber bisher, trotz ihrer unzweifelhaft großen Vorteile in Bezug auf personalisierte Diagnose und Medikation, noch nicht den Durchbruch in den Massenmarkt vollziehen konnte. Ausschlaggebend dafür sind u. a. Baugröße, Funktionalität und Kosten. Hier ist für alle in der Mikrosystemtechnik beteiligten Teilnehmer noch großes Entwicklungspotential, um schlussendlich die Grundlage für ein 5_USD-Device zu legen. Die anschließenden technischen Fachvorträge mit den Schwerpunkten thermisches Management und neue Materialien haben dieses Thema dann auch aufgegriffen.

Abgerundet wurde die Veranstaltung durch ein Konferenzabendessen im historischen Chalmerska Huset. Neben dem gewünschten Netzwerkcharakter konnten die Teilnehmer hier mit einem Jahr Verspätung das 50-jährige Bestehen des iMAPS Nordic Chapters begehen. Gegründet am 5. Mai 1971 als International Society for Hybrid Microelectronics ISHM und durch weitere Zusammenschlüsse stetig gewachsen besteht iMAPS Nordics seit 1998 als Zusammenschluss des ISHM mit dem IEPS.

Paul Collander, langjähriger Vorsitzender des IMAPS Nordic Chapters, wurde im Rahmen der Veranstaltung verabschiedet. Für seine herausragenden Tätigkeiten wurde ihm durch Heidi Lundén und Daniel Nilsen Wright die Ehrenmitgliedschaft verliehen.

Mikrogalvanische Methode zur Abscheidung von lateral verteilten Schichtdicken unter Verwendung einer galvanischen Beschichtungstechnologie

T. Döhlera, A. Böhmea, J. Neumannb, R. Bochemb, M. Hofmanna, A.-H. Foitzika, U. Geisslera

aTechnische Hochschule Wildau, b Schiefer & Co. (GmbH & Co.)

Abstract

In dieser Arbeit wird ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von visuell nicht erkennbaren, lateral verteilten Oberflächenstrukturen vorgestellt [1]. Es wurden Konzepte mit Realdaten elektrochemischer Simulationen erstellt und in einen eigens entwickelten Aufbau übertragen. Mit den ermittelten Parametern war es möglich, ein Haftgoldelektrolyt auf den kathodenseitigen Substraten (Silber, Nickel) abzuscheiden. Wichtig für den Abscheidungsprozess ist die spezielle Anordnung und Ausprägung der anodenseitigen Elektrodengeometrien. Diese Schichten sowie deren lokale Verteilungen konnten mittels konfokaler Lasermikroskopie, Röntgenfluoresenzanalyse und Laserinterferenzmessungen untersucht und nachgewiesen werden.

Einleitung

In industriellen Anwendungen gibt es Einflussgrößen und Effekte, die für eine gute Produktqualität verhindert oder zumindest reduziert werden müssen. Eine dieser Störgrößen, der sogenannte ,Hundeknochen'-Effekt [2], führt zu ungleichmäßigen Schichten infolge der primären Stromverteilung durch geometrische Änderungen und Ungleichmäßigkeiten zwischen den Elektroden [3]. Dieser ist in der modernen elektrochemischen Beschichtungstechnik äußerst unerwünscht. In elektrochemischen Aufbauten wird daher versucht, durch eine gezielte anodenseitige Anordnung der Elektroden oder durch Einbringen von Anodengittern eine Parallelisierung der Feldlinien an der Kathode zu erreichen um somit diesen Effekt zu verhindern.

Abb. 1: Simulierte Verteilung der resultierenden Feldliniendichtefunktion im Prozessbad in Abhängigkeit zur Anodengeometrie ‚Nut‘, Abstand d-700 µm, überzeichnete Darstellung der verstärkten Abscheiderate aufgrund der Feldliniendichteerhöhung in Folge der Anodengeometrie (Simulation in Comsol Multiphysics, Modul Elektrodeposition)Abb. 1: Simulierte Verteilung der resultierenden Feldliniendichtefunktion im Prozessbad in Abhängigkeit zur Anodengeometrie ‚Nut‘, Abstand d-700 µm, überzeichnete Darstellung der verstärkten Abscheiderate aufgrund der Feldliniendichteerhöhung in Folge der Anodengeometrie (Simulation in Comsol Multiphysics, Modul Elektrodeposition)

Dieser unerwünschte Effekt wird in der vorgestellten Entwicklung in Umkehr verwendet, um neben der gewöhnlichen Beschichtung einen Bereich zu schaffen, der vom Einfluss dieses geometrischen Kanteneffektes abhängig ist und eine Art der inhomogen verteilten Beschichtung gestattet.

Materialien und Methoden

Die Strukturierungen auf den prozessbestimmenden Anodenelektroden wurden mit einem Mikrofertigungszentrum (Kern Micro, Kern, Eschenlohe, Germany) hergestellt. Als Elektrodenmaterialien wurden anodenseitig Platin und kathodenseitig Silber, Gold und Nickel definiert. Um störende Einflüsse zu reduzieren, wurde ein Elektrolyt ohne Zusatz (Haftgoldbad Wieland AC3) verwendet. Anodenseitig kamen strukturierte Stabelektroden zum Einsatz. Die Substratelektrode kathodenseitig bestand aus Silber und anodenseitig aus Platin. Für die experimentellen Untersuchungen wurden der Abscheidebereich kathodenseitig auf 1 cm² und die Schichthöhe prozesstechnisch auf max. 2 µm begrenzt. Als Versuchsaufbau konnte ein galvanischer Laborprototyp entwickelt werden, der die Prozessführung und Prozessparametrisierung einstellbar machte. Die unmittelbare Nähe der Elektroden zueinander und das Justieren des Elektrodenabstandes konnte mittels Mikrometerstelleinheiten realisiert werden. Die erzeugten CAD-Modelle der Elektroden wurden in die Simulationssoftware (Comsol Multiphysics, Modul Electrodeposition) übertragen und als Modellbildung für die Abstimmung der Prozessparameter in Abhängigkeit von anodenseitigen Geometrien und der kathodenseitigen Schichtverteilung berechnet (Abb. 1). Die hergestellten Schichten wurden mit einem Laserkonfokalmikroskop (qualitativ), der Röntgenfluoreszenzanalyse (laterale Schichtdickenmessung) und mittels Interferenzmessung analysiert.

Ergebnisse und Diskussion

Die Abbildung 2 illustriert eine Substratprobe einer Anodenform (Nut). Es wurden Rauheits- (Ra < 2 µm) und Reinheitsanforderungen an die Substratmaterialien festgelegt, damit der veränderte Abscheidecharakter geregelter und die Verteilung der Feldlinien neben der forcierten Feldverteilung homogener erfolgte. Die dargestellten Proben wurden bei Raumtemperatur ~20 °C, U = variabel, I = 0,5 mA, t =30 min, d = 700 µm mit Rührwerk hergestellt. Diese zeigten in der optischen Analyse und mittels Laserkonfokalmikroskop (VKX-1100) keine sichtbaren Hinweise auf die strukturelle Variation der Schichtdickenausbildung (s. Abb. 2a). Auch die Profilmessungen über die relevanten Schichtbereiche zeigten keine signifikanten Änderungen. Erkennbar waren ,schwarze Ränder', die als Randeffekte durch Gasblasenbildung während des Prozesses an der Beschichtungsfläche erklärbar sind. Diese hafteten trotz Rührwerk während des Prozesses aufgrund hoher Kapillarkräfte zwischen den Elektroden und waren auch mit Umwälzung nicht immer vermeidbar.

aa

cc

bb

dd

Abb. 2: Substratprobe Stabelektrode (Nut): Optische Begutachtung des Probensatz mit Hilfe des LSM (a), Analyse des Beschichtungsergebniss der Nut-Anodengeometrie mittels RFA (c, d) im Messbereich 250 µm in XY-Richtung, Darstellung und Auswertung der Messergebnisse der RFA in der Originlab Software 3D (c), Liniendiagramm (d), Interferogramm (b) der Anodengeometrie (Nut)

Um weitere Rückschlüsse über das Schichtverhalten analysieren zu können, wurden an ausgewählten Probensätzen die Gesamtschichtdicken der abgeschiedenen Schichten mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) bestimmt. Die Messpunkte sind in einer Matrix so platziert worden, dass sie mindestens die Hälfte der relevanten Geometrien der jeweiligen Fertigungsanode abbilden konnten. Der Messbereich in XY-Richtung betrug 250 µm. Die in Abbildung 2c gezeigten Grafiken weisen in der 3D-Darstellung sowie der projizierten Flächendarstellung, bzw. im Liniendiagramm (Abb. 2d) die vermutete und simulierte Schichtdickenverteilung auf. Verursacht wurde die Erhöhung des Schichtdickenwachstums entlang bestimmter Geometriekanten der strukturierten Anode aufgrund der Verdichtung der Feldlinien und dem Anstieg der Stromliniendichte. Abbildung 2c zeigt die Geometrie (Nut) durch Ausformung von zwei Erhebungen.

Um möglichst vielen Anwendern in kleineren mittelständigen Unternehmen eine kostengünstige Analysemöglichkeit zur Verfügung zu stellen, wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein optisches Modul für die Interferenzmessung entwickelt. Dies ermöglicht eine qualitative Analyse der Oberfläche, bei der die inhomogene graduelle Schichtdickenverteilung unmittelbar visualisiert wird. In Abbildung 2b ist das Interferenzbild dargestellt, das durch die unterschiedliche Schichtdickenverteilung auf der beschichteten Oberfläche verursacht wurde. Im Projektverlauf konnte der Effekt des Prozessierens in erster Instanz immer mit Hilfe dieser selbstentwickelten optischen Interferenzerkennungsmethode nachgewiesen werden.

Allgemein gilt: Je größer die strukturierte Fläche, desto höher muss die Stromstärke sein, um gleiche Stromdichten und gleiche oder ähnliche Abscheideergebnisse zu erhalten. Mit steigendem Abstand erfolgte die erwartete Homogenisierung der Feldlinien und eine Reduzierung des graduellen Beschichtungseffektes.

Zusammenfassung und Ausblick

Es konnten mittels galvanischer Prozesstechnik unter Anwendung des umgekehrten ‚Hundeknochen'- Effektes Strukturen auf metallischen Probenkörpern hergestellt werden. Diese sind mit bloßem Auge nicht sichtbar, bilden eine mikrostrukturierte Anodengeometrie ab und konnten mittels konventioneller Analyseverfahren sowie eines Interferenzerkennungsmoduls detektiert und beschrieben werden. Die Entwicklung ermöglichte, dass die notwendigen Anoden durch eine Kombination von Berechnung, Simulation und Fertigungstechnik hergestellt werden konnten. Kathodenseitig wurde ein Prozess für die Abscheidung auf einer planaren Oberfläche entwickelt. In zukünftigen Arbeiten soll ein Übertrag der Technologie auf andere Substratmaterialen und Elektrolytsorten erfolgen. Die Anwendung der vorgestellten neuartigen Prozesstechnik können Applikationen unterstützen, die z. B. in der Leiterplattenindustrie, der Photonik und Optik oder in der praktischen Anwendung in Verbindung mit der Digitalisierung liegen.

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (ZIM, AiF) für die finanzielle Unterstützung (Fkz.: ZF4012231DF8).

Logos der Fördermittelgeber und Projektpartner

vb 0722 IMAPS MLorenz

Veranstaltungskalender

 

Ort

Zeitraum

Name

Veranstalter

Wien, AT

13.-15. Juli 2022

CICMT 2022

IMAPS

Sibiu, RO

13.-16. September 2022

ESTC 2022

IEEE-CPMT

IMAPS Europe

Berlin

26.-29. Sept. 2022

ESREF 2022

IZM / TU

Boston,MA

3.-6. Oktober 2022

Internationales Symposium

IMAPS US

München

20./21. Oktober 2022

Herbstkonferenz

IMAPS D

München

15.-18. November 2022

SEMICON EUROPA

SEMI Europa

Dieser Kalender gilt unter Vorbehalt. Bitte beachten Sie die Informationen und Hinweise der Veranstalter auf den entsprechenden Webseiten!

IMAPS Deutschland – Ihre Vereinigung für Aufbau- und Verbindungstechnik

IMAPS Deutschland, Teil der ‚International Microelectronics and Packaging Society' (IMAPS), stellt seit 1973 in Deutschland das Forum für alle dar, die sich mit Mikroelektronik und Aufbau- und Verbindungstechnik beschäftigen. Mit fast 300 Mitgliedern verfolgen wir im Wesentlichen drei wichtige Ziele:

  • wir verbinden Wissenschaft und Praxis
  • wir sorgen für den Informationsaustausch unter unseren Mitgliedern und
  • wir vertreten den Standpunkt unserer Mitglieder in internationalen Gremien.

Impressum

IMAPS Deutschland e. V.
Kleingrötzing 1, D-84494 Neumarkt-St. Veit

1. Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow, Stellv. Institutsleiter Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM), Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Schatzmeister
(bei Fragen zu Mitgliedschaft und Beitrag):
Ernst G. M. Eggelaar, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Ausführliche Kontaktinformationen zu den Vorstandsmitgliedern finden Sie unter www.imaps.de

(Vorstand)

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 7
  • Jahr: 2022
  • Autoren: Redaktion

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