칩온보드 플립칩 패키지 본딩용 비전도성 접착제(NCP)의 신뢰성에 미치는 미세시리카 영향 :

임다은

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임다은 (안동대학교, 안동대학교 대학원)

지도교수: 박영배

발행연도: 2017

저작권: 안동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

칩온보드 플립칩 본딩용 비전도성 접착제의 열팽창계수와 보이드 거동에 미치는 미세 실리카 첨가의 영향

임다은 , 정다훈 , 이소정 외 4명 대한용접·접합학회지 2018.08 학술저널

2017

칩온보드 플립칩 패키지 본딩용 비전도성 접착제(NCP)의 신뢰성에 미치는 미세시리카 영향

임다은 재료공학과 2017.01 학위논문

2016

칩온보드 플립칩 패키지의 신뢰성에 미치는 비전도성접착제(NCP) 열팽창 계수의 영향

임다은 , 정다훈 , 이태영 외 3명 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 2016.11 학술대회자료

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플립칩은 실리콘 칩의 회로면이 기판과 마주보도록 실장하는 방법을 말하며, 기판의 재질에 따라 CoG(chip-on-glass), CoF, CoB 패키지로 구분된다. 일반적인 C4 공법이 아닌 칩본딩 공법으로 제조되는 CoB 패키지의 경우 보드의 라인피치 제약으로 인해 적용이 지연되고 있다가 최근 ETS(Embedded Trace Substrate)제조공법이 개발되면서 미세피치 구현이 가능함에 따라 메모리 등의 COB 패키지 제조에 적용이 검토되고 있다.
COB와 같은 미세 피치 패키지의 경우 작은 범프 사이즈로 인해 외부의 물리적 충격이나, 재료간 CTE(Coefficient of Thermal Expansion) 차이에 의한 불량이 발생하기 쉽기 때문에 보강용 재료의 적용이 필수적이다. 플립칩 본딩용 NCP는 접착소재의 하나로, 언더필과 같이 접속부를 보강하여 보호하는 역할을 한다.
NCP와 같은 에폭시 포뮬레이션의 보강효과를 높이기 위한 방법으로는 에폭시의 결합 밀도를 조정하는 방법이 있다. 결합 밀도가 높을수록 경화물의 물성이 단단해지고 열팽창이 일어나기 어려워진다. 그 밖에 다른 방법으로는 무기 필러를 첨가하는 방법이 있다. 무기필러의 경우 에폭시에 비해 CTE가 낮고 강도가 우수하기 때문에 열충격 및 물리적 충격에 대한 보강효과가 뛰어나다. 게다가 열전도도가 뛰어나 방열 특성 개선에도 도움이 되고 가격이 싸기 때문에 에폭시 접착제를 구성하는데 있어 다양한 장점을 갖는다.
그러나 NCP의 보강효과를 높이기 위하여 NCP의 결합 밀도를 지나치게 높일 경우 쉽게 부서지거나 내열성이 취약해질 수 있기 때문에 적정한 결합 밀도를 갖도록 하여야 한다. 또한 방법에 따라 점도가 높아지게 되어 공정성이 저하되거나, 반응성이 높아지게 되어 접합 불량을 야기할 수 있다. 무기필러를 첨가하는 경우에도 점도 증가 및 범프-패드간 트랩, 보이드 분율 증가 등을 야기할 수 있다.
NCP가 적용되는 플립칩 공정 및 조건 또한 신중하게 고려되어야 한다. 기존 언더필의 경우 접합공정이 완료된 이후 칩하단부에 적용되는 반면, NCP의 경우 범프 접합공정 간에 적용이 되기 때문에 플립칩 공정 조건 및 NCP 조성에 따라 경화속도, 보이드 형성, 발열량, 경화 수축률 등 다양한 특성에 크게 영향을 미친다.
따라서 NCP의 패키지 신뢰성 및 공정 신뢰성을 개선하기 위해서는 공정 조건에 따른 적정한 결합 밀도와 무기필러 첨가량이 최적화 되어야 한다. 본 연구에서는 1um이하의 미세실리카 및 경화제 첨가량에 따른 CTE 변화를 관찰 하였으며, 이에 따른 후경화형 NCP의 제조특성과 플립칩 본딩 후 보이드 및 접합부 물성에 미치는 영향을 조사하였다. NCP 포뮬레이션의 열팽창 계수는 160℃에서 1시간 경화시킨 샘플에 대하여 TMA를 통해 30~250℃, 승온속도 10℃/min로 측정하였으며, Reometer를 통하여 점도 평가를 진행하였다. 플립칩 공정이후에는 -40~125℃에서 열충격 신뢰성을 평가하였으며, HAST 시험을 통해 121℃, 100% 상대습도에서 고온고습 시험을 진행하였다.

The filp-chip is the one of silicon chip mounting technology, that could be devided into CoG(chip-on-glass), CoF(chip-on-film), CoB(chip-on-board) upon their material of substrate.
Previously, The CoB package is difficult to realization because of the limitation of bonding-pitch. However, since the ETS(Embedded Trace Substrate) process is developed, the fine-pitch CoB process becomes possible and many electronic company has considered to adapt the fine-pitch CoB for high-performance chip like memory chip package.
Because of its small bump size, the fine-pitch packge like the CoB is vulnerable for mechanical shock and CTE problem. Therefore, the bump reinforcement is one of key technology for the CoB package. the NCP is electronical adhesives for filp-chip bonding that has role to reinforcement and protect the interconnection bump.
To improve the reinforcement effect of the NCP, the cross-linking density of the NCP could adjust. Because, the cross-linking density is related to thermal expansion and mechanical strength. In other ways, the inorganic filler could helpful. The inorganic filler has better mechanical strength and lower CTE than epoxy resin that is has the reinforcement effect to mechanical and thermal properties. In addition, since the inorganic filler has great thermal conductivity, it is helpful to improve heat dissipation.
However, if the cross-linking density of the NCP is excessively high, the mechanical strength and heat resistance could be weaken. So, it should be adjusted to have proper value. On the other hand, the excessive contents of the inorganic filler could cause a problem like the increase of void fraction, the filler trapping between bump and pad and so on.
Therefore, to improve the package reliability and process effectiveness of the NCP, it should have proper contents of inorganic filler and cross-linking density upon condition of process. In this study, the effect of micro-silica and curing agent on reliability of NCP for COB filp-chip Package bonding was investigated, and that the process applicability and void properties of post cure type NCP was investigated.
The CTE of NCP that cured at 160℃, 1hour was measured by TMA(thermal mechanical analysis) and the viscosity of the NCP was measured by reometer. After the filp-chip process, the package reliability was evaluated through the thermal shock test and HAST(highly accelerated stress test).

제 1 장 서 론 1
제 2 장 이론적 배경 3
2.1 전자 패키징 3
2.1.1 전자패키징의 개요 3
2.1.2 전자패키징의 분류 4
2.1.3 플립칩 패키징 6
2.2 플립칩 패키징용 접착제 8
2.2.1 베이스 레진 선정 10
2.2.1.1 에폭시의 특성 10
2.2.1.2 에폭시의 종류 및 성분설계 11
2.2.2 에폭시 경화제 및 기타 첨가제 14
2.2.2.1 에폭시 경화제의 분류 14
2.2.2.2 커플링제 19
2.2.2.3 기타 첨가제 20
제 3 장 실험 방법 23
3.1 NCP 제조공정 23
3.2 NCP 특성 평가 25
3.2.1 DSC 분석 25
3.2.1.1 Dynamic DSC 측정 26
3.2.1.2 Isothermal DSC 측정 26
3.2.2 유동성 측정 27
3.2.2.1 Rheometer 측정 28
3.2.3 열팽창 계수(CTE) 측정 28
3.3 테스트 패키지 제작 30
3.3.1 CoB 패키지 디자인 30
3.3.1.1 PCB 설계 30
3.3.1.2 Glass 다이 설계 31
3.3.2 열압착 플립칩 패키징 공정 32
3.4 신뢰성 평가 35
3.4.1 열충격 신뢰성 평가 35
3.4.2 HAST 신뢰성 평가 36
제 4 장 결과 및 고찰 37
4.1 경화제 함량에 따른 NCP 특성 37
4.1.1 포뮬레이션 37
4.1.2 DSC 분석 38
4.1.3 유동성 평가 40
4.1.4 CTE 측정 42
4.1.5 플립칩 공정 44
4.2 필러 함량에 따른 NCP 특성 46
4.2.1 포뮬레이션 46
4.2.2 DSC 분석 48
4.2.3 유동성 평가 51
4.2.4 CTE 측정 53
4.2.5 플립칩 공정 56
4.2.6 열충격 ,HAST 신뢰성 평가 59
제 5 장 결 론 62
참고 문헌 63
Abstract 66

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