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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이재학
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2016
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스마트 전자 기기의 대중화에 따라 Wearable Device에 대한 관심과 연구가 활발하게 진행되고 있다. Wearable Device, 즉 입는 전자기기는 무게가 가벼워야 할 뿐만 아니라 3차원 굴곡을 갖는 신체부위 혹은 구조물 등에 쉽게 탈부착이 가능하며 제품 수명 동안 지속적인 굽힘 응력을 받기 때문에 높은 기계적 신뢰성이 필수적이다. 이러한 Wearable Device의 구현을 위한 플렉서블 패키징 방법 중 SiF(System in Foil) 패키지는 얇은 유연 기판에 이종의 초박형 Chip이 실장되어 하나의 완벽한 System을 구성하는 기술을 일컫는다. 기존의 딱딱한 PCB와 칩이 실장되는 패키징 방법과는 달리 유연기판은 열 압착 접합 공정에서 발생하는 열에 의한 Damage에 취약하기 때문에 저온공정이 필수적이며 초박형 칩은 열 및 기계적 응력에 의한 파괴에 취약한 문제점이 있다. 또한 기존의 금속 범프를 이용한 플립칩 본딩을 수행할 경우 범프 높이 차이에 의한 접속 단락, NCF 수축에 따른 접합부 신뢰성 저하 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 미세피치에 적용 가능한 접착제인 NCF (Non Conductive Film)를 사용하여 폴리머 탄성 범프가 형성된 Si 칩과 유연 기판의 플립칩 접합을 수행하였다. 폴리머 탄성 범프는 금속 범프에 비해 뛰어난 높이 균일 도를 가질 뿐만 아니라 Tg(유리전이온도) 이하에서는 폴리머의 탄성 변형에 의한 접합부의 형성이 이 가능하므로 접합 후 Z축으로의 지속적인 압축응력이 발생한다. 또한, 폴리머 탄성 범프는 낮은 하중에서 쉽게 탄성 변형이 가능하므로 범프의 높이 단차를 보정할 수 있을 뿐만 아니라 NCF의 수축에 의한 범프와 패드의 이격 현상이 발생하더라도 탄성 복원을 통해 접합부의 접촉 단락을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 실험을 진행하기에 앞서 폴리머 탄성 범프의 온도에 따른 Elastic Modulus를 확인하기 위해 DMA test를 진행하였으며 210 ~ 220℃의 온도 구간에서 Tg(유리전이온도)가 형성됨을 확인하였다. DMA test 결과 값을 토대로 유한요소해석을 진행하였으며, 낮은 하중에서도 폴리머 탄성 범프의 변형이 가능함을 예측하였다. 또한 접합 온도 및 하중에 따른 폴리머의 점탄성 특성을 확인하기 위해 접착제가 없는 상태에서 Micro-tribometer를 사용하여 실험을 진행하였다.
접합 공정이 완료된 시편의 접합부에 형성되는 접촉저항을 4 point probe 방식으로 측정하였다. 먼저 접합온도 200℃에서 접합 하중이 0.4에서 1.6 N/bump로 증가할 때, 평균 접촉 저항은 3.41에서 1.10 mΩ으로 감소하였다. 또한, 접합 하중 1.6 N/bump에서 접합 온도가 175에서 225℃로 증가할 때, 평균 접촉 저항은 2.78에서 1.02 mΩ으로 감소하였다. 접합 하중 및 온도가 증가할 경우 접촉 저항이 감소할 뿐만 아니라 저항의 편차 또한 감소하는 경향이 나타났다. 마지막으로 500,000 Cycles의 피로 굽힘 테스트 후 저항측정 결과 전체 저항이 증가하지 않았다. 따라서 폴리머 범프 접합부는 반복적인 굽힘 응력에 높은 접합 신뢰성을 갖는 것이 확인되었다.
본 실험을 진행하기에 앞서 폴리머 탄성 범프의 온도에 따른 Elastic Modulus를 확인하기 위해 DMA test를 진행하였으며 210 ~ 220℃의 온도 구간에서 Tg(유리전이온도)가 형성됨을 확인하였다. DMA test 결과 값을 토대로 유한요소해석을 진행하였으며, 낮은 하중에서도 폴리머 탄성 범프의 변형이 가능함을 예측하였다. 또한 접합 온도 및 하중에 따른 폴리머의 점탄성 특성을 확인하기 위해 접착제가 없는 상태에서 Micro-tribometer를 사용하여 실험을 진행하였다.
접합 공정이 완료된 시편의 접합부에 형성되는 접촉저항을 4 point probe 방식으로 측정하였다. 먼저 접합온도 200℃에서 접합 하중이 0.4에서 1.6 N/bump로 증가할 때, 평균 접촉 저항은 3.41에서 1.10 mΩ으로 감소하였다. 또한, 접합 하중 1.6 N/bump에서 접합 온도가 175에서 225℃로 증가할 때, 평균 접촉 저항은 2.78에서 1.02 mΩ으로 감소하였다. 접합 하중 및 온도가 증가할 경우 접촉 저항이 감소할 뿐만 아니라 저항의 편차 또한 감소하는 경향이 나타났다. 마지막으로 500,000 Cycles의 피로 굽힘 테스트 후 저항측정 결과 전체 저항이 증가하지 않았다. 따라서 폴리머 범프 접합부는 반복적인 굽힘 응력에 높은 접합 신뢰성을 갖는 것이 확인되었다.
목차
1.서 론 ·················································11.1연구 배경 ··············································11.2기존 연구 ··············································51.2.1반도체 패키징 접속 기술 ······················51.2.2접착제를 이용한 Face-down 접합 ···········81.2.3범핑 공정에 따른 Face-down 접합 ··········101.3연구 목표 ··············································122.실 험 ·················································142.1폴리머 탄성 범프 분석 실험 ························142.1.1점탄성 특성 분석 ·······························142.1.2유한요소법을 통한 탄성 변형 거동 분석 ···162.1.3온도 및 하중에 따른 변형 거동 분석 실험 ·192.2폴리머 탄성 범프 Face-down 본딩 실험 ·········212.2.1Assembly 테스트 시편 제작 ··················212.2.2본딩 조건에 따른 Face-down 본딩 실험 ···292.2.3접합부의 전기적 특성 및 굽힘 피로 테스트·343.결과 및 고찰 ·········································363.1폴리머 탄성 범프 분석 실험 결과 ·················363.1.1점탄성 특성 분석 결과 ························363.1.2유한요소법을 통한 탄성 변형 실험 결과 ···383.1.3온도 및 하중에 따른 변형 거동 분석 실험 결과 ··············································403.2공정 변수에 따른 폴리머 탄성 범프의 형상 분석 결과 ·····················································433.3폴리머 탄성 범프 NCF 플립칩 접합부의 전기적 특성 및 굽힘 피로 테스트 결과 ····················464.결 론··················································50참고문헌 ····················································52
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