2.xD Package의 RDL공정 중 Through-via Layer 소재에 따른 Wafer Level Warpage의 유한요소해석

Finite Element Analysis of Wafer Level Warpage with Respect to the Materials of Through-via Layer during RDL Process in 2.xD Package

최근 반도체 시장에서 고성능, 다기능 제품 수요 증가로 다양한 부품을 하나의 시스템으로 통합하는 packaging 기술이 중요해지고 있다. 특히 애플리케이션 유연성과 비용 측면에서, 2.xD 패키징에 대한 연구개발이 활발히 진행되고있는데, wafer level 기반의 interposer와 bridge 제작 공법은 그 핵심 기술에 속한다고 할 수 있다. 이 부품들은 높은 I/O 밀도로 대량의 전기 신호를 효율적으로 전달할 수 있는 장점이 있으나, 공정 간 thermal mismatch로 인한 과도한 warpage 로 수율 저하의 원인이 되기도 한다. 본 논문에서는 RDL 공정 중의 wafer warpage 예측을 위해 재질 및 적층 수 별 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소(finite element) 모델 생성을 위해서 전체 웨이퍼 면적의 4분의 1을 선택했으며, 쉘 요소는 복합 유형을 사용하였고, 구조는 Si carrier와 through-via layer를 포함한 RDL로 모델링하여 through-via layer 재질별 해석을 하였다. RDL 제작 공정은 약 200oC 고온에서 진행되기 때문에 시뮬레이션은 200oC에서 상온까지 진행하였으며, 또 다른 변수인 RDL의 적층 수별 해석을 위해 단층과 다층으로 각각 시행하였다. Simulation 결과는 through-via layer 소재 종류와 RDL 두께에 따라 유의미한 차이를 보였는데, 이 결과로 warpage를 최소화할 수 있는 최적의 조합과 온도인자를 파악할 수 있게 되었다.

Recently, with increasing demand for high-performance and multifunctional products in semiconductor market, the packaging technology has become critical to integrate a variety of components into a single system. Especially, wafer-level interposer and bridge fabrication methods are considered key components in this field. They can efficiently deliver electrical signals with high I/O density. However, excessive warpage can occur during the process due to thermal mismatch, leading to defects and reduced yield. In this paper, a finite element analysis was performed to predict the wafer warpage during the redistribution layer (RDL) process. The finite element model was created using one quarter of the entire wafer area and used shell elements with a composite type. The model was composed of a Si carrier and a RDL including through-via layer. Simulation results were compared for the different materials of through-via layer in RDL. The simulation was performed from 200oC to room temperature. Additionally, to analyze the effects of the number of RDL layers, simulation was conducted for both single and multi-layers. Simulation showed the significantly differences result depending on the material type of through-via layer and RDL thickness. These results enabled the identification of optimum combination to minimize the warpage and the temperature factor.