Polyimid (PI) Verarbeitung
Spin-Coating, Aushärtung und Ätzen von Polyimid.
Leistungsübersicht
Polyimid ist das führende Polymerdielektrikum in MEMS und Packaging. Tg > 350°C, εr ≈ 3.2–3.5.
GINECHIP bietet einen kompletten PI-Verarbeitungsservice — fotoaktiv und nicht-fotoaktiv.
Polyimid-Materialien & Verarbeitungsoptionen
Fotolithografisches Polyimid — HD-4100-Serie
Negativton, wässrig entwickelbar. HD-4100: Auflösung > 1:1, Tg > 350°C.
Fotolithografisches Polyimid — HD-8820
Positivton. HD-8820: 2–3 μm L/S, Feuchtigkeitsaufnahme < 0.5%.
Nicht-fotolithografisches Polyimid
Thermoplastisch und duroplastisch. Stabil bis 500°C.
Haftvermittlung & Oberflächenvorbereitung
Haftvermittler AP3000/VM-652. Entfeuchtung 150°C. O₂-Plasma.
Prozessablauf
Oberflächenvorbereitung
Entfeuchtungsbake (150°C, 5 min, N₂). O₂-Plasma-Descum. Haftvermittler (AP3000/VM-652).
PI-Spin-Coating
Dynamisches Dispensieren. Mehrstufen-Spin. Ziel 1–50 μm pro Schicht.
Soft-Bake (Vorbacken)
Backen 90–120°C (photoaktiv) oder 120–150°C (nicht photoaktiv). Rampenrate kontrolliert.
Fotolithografie-Musterung
UV (i-line, 365 nm) 200–500 mJ/cm². PEB 50–80°C. TMAH-Entwicklung. Oder Hardmask + Trockenätzen.
Plasma-Descum & Inspektion
O₂-Plasma (100–200 W). Optische Mikroskopie. CD-Messung.
Hard-Bake (Endaushärtung)
Programmierte Aushärtung in N₂. 25→200°C, 30 min → 350–375°C, 60 min. 4–6 h. Schrumpfung 30–50%. Imidisierung >98% (FTIR).
Qualitätsspezifikationen
| Parameter | Zielspezifikation | Messmethode |
|---|---|---|
| Schichtdickengleichmäßigkeit | ±3% innerhalb Wafer (1σ) | Spektroskopische Reflektometrie / Ellipsometrie |
| Via-Auflösung (fotoempfindlich) | 3–10 μm je nach Dicke | REM-Querschnitt / optische Mikroskopie |
| Flankenwinkel | 45–70° (positiv), 60–85° (negativ) | REM-Querschnitt |
| Oberflächenrauheit (Ra) | < 2 nm nach Aushärtung | AFM (5 μm × 5 μm) |
| Imidisierungsgrad | > 98% | FTIR (C=O / C-N-Verhältnis) |
| Haftung | 5B (keine Delamination) | Gitterschnitt-Test (ASTM D3359) |
| Durchschlagspannung | > 250 V/μm | DC-Rampenspannung, Au-Punktelektrode |
| Restspannung | < 35 MPa (Zug) nach Aushärtung | Waferkrümmung (Stoney-Gleichung) |
Spezifikationen für Standard-PI-Verarbeitung auf 100–200 mm Wafern. Individuelle Ziele auf Anfrage.
Aushärtungsprofil & Imidisierungskontrolle
Thermische Aushärtung ist der kritischste Schritt. PAA → PI. Kontrollierte Rampe 2–3°C/min.
FTIR-Kontrolle > 98% Imidisierung. Niedertemperatur-Rezepte 200–250°C für HD-4100.
Via-Öffnung & Kontaktstrukturierung
Foto-PI: Via 3–>50 μm über UV. Nicht-Foto: Hartmaske + RIE.
O₂-Plasma (100–200W) Reinigung des Via-Bodens. SEM-Kontrolle.
HAUPTANWENDUNGEN
MEMS-Passivierung
PI — Standard-Passivierung für MEMS. 2–10 μm.
Spannungspufferschicht
In Flip-Chip und WLP entkoppelt eine PI-Spannungspufferschicht (10–20 μm) die CTE-Fehlanpassung zwischen Silizium-Die und organischem Substrat und verbessert so die Lötstellen-Zuverlässigkeit bei Temperaturwechseln.
RDL-Dielektrikum
In RDL für Fan-Out WLP dient PI als Zwischenschichtdielektrikum und finale Passivierung. Mehrere PI-Schichten (3–5 μm) mit Vias zwischen Cu-RDL-Metalllagen.
Wafer-Level-Packaging
PI wird umfassend als Dielektrikum und Strukturmaterial in WLCSP eingesetzt. Bietet Isolierung, dient als Lötstoppmaske und absorbiert thermomechanische Spannungen.
Spin-Coating-Prozesskontrolle
PI-Schichtdickengleichmäßigkeit wird durch Spin-Geschwindigkeit, Dosiervolumen, Viskosität und Umgebungsbedingungen bestimmt. Unsere Spin-Coater bieten Lösungsmittel-Atmosphärenkontrolle und automatische Randwulstentfernung (EBR).
Für dicke PI-Filme (> 20 μm) werden mehrere Beschichtungs-Bake-Zyklen eingesetzt. Jede Teilschicht erhält einen partiellen Soft-Bake. Gesamtdicke bis 50 μm ohne Delamination.
Substratkompatibilität & Haftung
PI-Haftung auf dem Substrat ist der häufigste Fehlermodus. Unser Protokoll: (1) Entfeuchtungsbake, (2) Organosilan-Haftvermittler (AP3000, VM-652), (3) O₂-Plasmaaktivierung.
Haftung wird per Gitterschnitt-Test (ASTM D3359) geprüft, mindestens Klasse 5B. Zusätzlich: PCT und Thermoschock.
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