Coating material qualification and selection in semiconductor industry

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena kvalifioida ja valita uusi pinnoitemateriaali puolijohdeteollisuuteen. Opinnäytetyö on tehty Murata Electronics Oy:lle. Pinnoitemateriaalia käytetään suojaamaan elementtejä ja niiden liitäntöjä esimerkiksi kosteudelta, otsonilta, ultraviolettisäteilyltä ja korroosiolta. Tässä työssä käytettävät MEMS-anturit liikkeentunnistukseen käytettäviä komponentteja, ja niitä käytetään paljon auto- ja lääketeollisuudessa. Uusi pinnoitemateriaali täytyi kvalifioida sen takia, että nykyinen käytössä oleva materiaali sisältää perfluorattuja alkyyliyhdisteitä (PFAS), joiden käyttöä ollaan rajoittamassa Euroopan unionissa.

Murata Electronics Oy:n valmistamia MEMS-antureita käytetään turvallisuuskriittisissä sovelluksissa, joten niiden laadun valvonta on hyvin tärkeää. Uuden materiaalin kvalifiointi sisälsi kaksi osaa, joista ensimmäisellä, verifiointi, varmistettiin prosessin toimivuus. Toisella, validoinnilla, varmistettiin ettei uusi materiaali heikennä tuotteen suorituskykyä tai luotettavuutta. Pinnoitemateriaalia vaihdettaessa vaadittavat validointitestit määritellään AEC-Q100 standardissa, jonka lisäksi jokaiselle vaaditulle testille on oma standardinsa sen suorittamisesta ja hyväksyttävät rajat tuloksille.

Tämä opinnäytetyö koostui kolmen eri materiaalikandidaatin alustavista prosessitesteistä, niiden prosessikvalifioinnista ja tulosten analysoinnista. Kolmesta kandidaatista kaksi läpäisi testit hyväksytysti, ja niistä toista suositellaan valittavaksi johtuen sen muista materiaaliominaisuuksista.

The purpose of this thesis is to qualify and select new coating material for the semiconductor industry. The thesis was done for Murata Electronics Oy. Coating material is used to protect the elements and their interconnections from, for example, moisture, ozone, ultraviolet radiation and corrosion. The MEMS sensors used in this work are motion detection components and are widely used in the automotive and pharmaceutical industries. The new coating material had to be qualified because the current material in use contains per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs), the use of which is being restricted within the European Union.

MEMS sensors manufactured by Murata Electronics Oy are used in safety-critical applications, so their quality control is very important. The qualification of the new material included two parts, the first of which, verification, ensured the functionality of the process. The second, validation, ensured that the new material does not impair the performance or reliability of the product. The validation tests required for the exchange of coating material are defined in the AEC-Q100 standard, in addition to which each required test has its own standard for its performance and acceptable limits for results.

This thesis consisted of preliminary process tests of three different material candidates, their process qualification and analysis of the results. Two of the three candidates passed the tests, and one of them is recommended to be selected due to its other material properties.