최근 PCB의 소형화, 박형화 및 고밀도화가 크게 요구되면서 MSAP (Modified Semi Additive Process) 기술을 이용한 SLP (Substrate Like PCB) 기술이 큰 주목을 받고 있다. 특히 SLP 기술은 스마트폰의 고용량 배터리 개발과 5G 기술에 꼭 필요한 기술이다. 본 연구에서는 기존의 HDI (High Density Interconnect) 기술과 MSAP 기술을 혼합하여 제작한 하이브리드 방식의 SLP의 신뢰성을 실험과 수치해석을 이용하여 분석하였다. 특히 최적의 SLP 설계를 위하여 프리프레그 (prepreg)의 물성, 두께, 층수, 마이크로비아 (microvia)의 크기 및 misalignment가 마이크로비아의 신뢰성에 미치는 영향을 IST (Interconnect Stress Test) 시험을 이용한 열사이클링 신뢰성 실험과 유한요소 수치해석을 통하여 고찰하였다. SLP 소재인 프리프레그의 열팽창계수가 적을수록 마이크로비아의 신뢰성은 크게 증가하며, 프리프레그의 두께가 얇을수록 신뢰성이 증가된다. 마이크로비아 홀의 크기 및 패드의 크기가 증가하면 응력이 완화되어 신뢰성은 향상된다. 반면 프리프레그의 층수가 증가할수록 마이크로비아의 신뢰성은 감소된다. 또한 misalignment가 크면 신뢰성은 감소하였다. 특히 이들 인자들 중에서 프리프레그의 열팽창계수가 마이크로비아의 신뢰성에 가장 큰 영향을 미친다. 수치 응력해석 결과도 실험 결과와 잘 일치하였으며, 응력이 낮을수록 마이크로비아 홀의 신뢰성은 증가하였다. 본 실험과 수치해석의 결과는 향후 SLP 기판 제작 및 신뢰성 향상을 위한 유용한 설계 가이드라인으로 활용될 것으로 판단된다.
또한 반도체 패키지에서 언더필 (underfill)의 사용은 패키지의 응력 완화 및 습기 방지에 중요할 뿐만 아니라, 충격, 진동 시에 패키지의 신뢰성을 향상시키는 중요한 소재이다. 그러나 최근 패키지의 크기가 커지고, 매우 얇아짐에 따라서 언더필의 사용이 오히려 패키지의 신뢰성을 저하하는 현상이 발견되고 있다. 이러한 이슈를 해결하기 위하여 본 연구에서는 언더필을 대신 할 소재로서 solid epoxy를 이용한 패키지를 개발하여 신뢰성을 향상시키고자 하였다. 개발된 solid epoxy를 스마트폰의 AP (Application Processor) 패키지에 적용하여 열사이클링 신뢰성 실험과 수치해석을 통하여 패키지의 신뢰성을 평가하였다. 신뢰성 향상을 위한 최적의 solid epoxy 소재 및 공정 조건을 찾기 위하여 solid epoxy의 사용 개수, PCB 패드 타입 및 solid epoxy의 물성 등, 3 개의 인자가 패키지의 신뢰성에 미치는 영향을 고찰하였다. Solid epoxy를 AP 패키지에 적용한 결과 solid epoxy가 없는 경우 보다, solid epoxy를 적용한 경우가 신뢰성이 향상되었다. 또한 solid epoxy를 패키지의 외곽 4 곳에 적용한 경우 보다는 6 곳에 적용한 경우가 더 신뢰성이 좋음을 알 수 있었다. 이는 solid epoxy가 패키지의 열팽창에 따른 응력을 완화 시키는 역할을 하여 패키지의 신뢰성이 향상되었음을 의미한다. 또한 PCB 패드 타입에 대한 신뢰성을 평가한 결과 NSMD (Non-solder Mask Defined) 패드를 사용할 경우가 SMD (Solder Mask Defined) 패드 보다 신뢰성이 더 향상됨을 알 수 있었다. NSMD 패드의 경우 솔더와 패드가 접합하는 면적이 더 크기 때문에 구조적으로 안정하여 신뢰성 측면에서 더 유리하기 때문이다. 또한 열팽창계수 (coefficient of thermal expansion)이 다른 solid epoxy를 적용하여 신뢰성 평가를 한 결과, 열팽창계수가 낮은 solid epoxy를 사용한 경우가 신뢰성이 더 향상됨을 알 수 있었다.

Recently, market demands of miniaturization, high interconnection density, and fine pitch of PCBs continuously keep increasing. Therefore, SLP (substrate like PCB) technology using a modified semi additive process (MSAP) has attracted great attention. In particular, SLP technology is essential for the development of high-capacity batteries and 5G technology for smartphones. In this study, the reliability of the microvia of hybrid SLP, which is made of conventional HDI (high density interconnect) and MSAP technologies, was investigated by experimental and numerical analysis. Through thermal cycling reliability test using IST (interconnect stress test) and finite element numerical analysis, the effects of various parameters such as prepreg properties, thickness, number of layers, microvia size, and misalignment on microvia reliability were investigated for optimal design of SLP. As thermal expansion coefficient (CTE) of prepreg decreased, the reliability of microvia increased. The thinner the prepreg thickness, the higher the reliability. Increasing the size of the microvia hole and the pad will alleviate stress and improve reliability. On the other hand, as the number of prepreg layers increased, the reliability of microvia decreased. Also, the larger the misalignment, the lower the reliability. In particular, among these parameters, CTE of prepreg material has the greatest impact on the microvia reliability. The results of numerical stress analysis were in good agreement with the experimental results. As the stress of the microvia decreased, the reliability of the microvia increased. These experimental and numerical results will provide a useful guideline for design and fabrication of SLP substrate.
The use of underfill materials in semiconductor packages is not only important for stress relieving of the package, but also for improving the reliability of the package during shock and vibration. However, in recent years, as the size of the package becomes larger and very thin, the use of the underfill shows adverse effects and rather deteriorates the reliability of the package. To resolve these issues, we developed the package using a solid epoxy material to improve the reliability of the package as a substitute for underfill material. The developed solid epoxy was applied to the package of the AP (application processor) in smart phone, and the reliability of the package was evaluated using thermal cycling reliability tests and numerical analysis. In order to find the optimal solid epoxy material and process conditions for improving the reliability, the effects of various factors on the reliability, such as the application number of solid epoxy, type of PCB pad, and different solid epoxy materials were investigated. The reliability test results indicated that the package with solid epoxy exhibited higher reliability than that without solid epoxy. The application of solid epoxy at six locations showed higher reliability than that of solid epoxy at four locations indicating that the solid epoxy plays a role in relieving stress of the package, thereby improving the reliability of the package. For the different types of PCB pad, NSMD (non-solder mask defined) pad showed higher reliability than the SMD (solder mask defined) pad. This is because the application of the NSMD pad is more advantageous in terms of thermomechanical stress reliability because the solder-pad bond area is larger. In addition, for the different solid epoxy materials with different thermal expansion coefficients, the reliability was more improved when solid epoxy having lower thermal expansion coefficient was used.