반도체 패키지 재료 Ⅱ

1. 컨벤셔널 패키징 재료

  (3) 접착제

 

  ※ 요변성(Thixotropy) : 고분자 물질이 외력에 의한 구조변화로 점도가 변화하는 정도 

       점도(Viscosity) : 유체의 끈끈거리는 정도

 

    1) 조건

      ① 신뢰성 ↑ : 접착력↑ 흡습율↓ 이온불순물↓ 기계적 물성 최적화(Tg, CTE, Modulus) 

      ② 공정 품질 확보 : 재료 흐름성↑ 접착 계면 Wettability↑ Void 발생↓ 계면 접착력↑

           => 점도, 요변성(Thixotropy), 경화 특성 최적화 필요

      ③ 액상 접착제 사용시 주의사항

          - Bond line : 칩이 Pad에 접착된 부분

          - Fillet : 액상인 접착제의 표면장력 때문에 칩 옆에 형성 

             ㄴ 칩 4면에 고루 형성돼야함 + 칩 윗면까지 Overflow 방지해야함

          - 접착면 Void 없어야함

             ㄴ발생원인 : 경화시 Solvent 휘발, 분자량 작은 폴리머 기화

Bond line과 Fillet (반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트)

 

 

2) 분류

 

      ① 상태

            a) 액상 접착제 vs 고상 접착제

물성	액상	고상
형태	Paste Type	Tape/Film Type
경화	열경화성 Epoxy / Silicone	열 경화성 Epoxy
충진재	Sillica	Sillica
적용 방법	Stencil Printing	Laminating
종류	Adhesive	LOC Tape, Spacer Tape, DAF (WBL)

      

            b) 액상 접착제 종류

종류	Epoxy Adhesive(B-Stage Cure Type)	Silicone Adhesive
Resin	열 경화성 Epoxy, Rubber	Si-Vinyl, Si-H
경화 반응	에폭시-경화제 중합반응	Pt 촉매에 의한 열 경화 반응 (매우 빠름)
충진재	Silica	Silica
경화 속도 조절	촉매	촉매, 경화지연제
특징	Cure 반응 속도↓ : B-stage 유지 O	환경 유해물질 X Cure 공정 생략 가능

 

          c) 고상 접착제 종류

고상 접착제 종류 (반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트)

 

스페이서 테이프 vs PWBL (반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트)

     - 스페이서 테이프 : 와이어가 상부칩 아래면에 접촉되는 것 방지

                                 (접촉시 Si, 와이어 접촉으로 전기 쇼트 발생)

     - DAF(WBL) : 다이싱 테이프 + 접착 필름 

       

       기존 동일 크기 칩 적층시 스페이서 테이프(칩간 간격) + DAF(적층) 

                                              ㄴ 공정 복잡, 비용↑   

        => PWBL(Penetration WBL) 등장

 

     - PWBL (스페이서 테이프 기능 탑재된 WBL)

       : Wire bonding에서 가열된 와이어가 PWBL에 접촉 

         => 접착제 점도↓ => 와이어 관통해 하부칩 부착 

     

      ② 구조

          a) 무기 접착제 : 무기물(규산염, 인)을 이용

          b) 고분자 접착제 : 열 경화성 수지 / 열 가소성 수지         

     

      ③ 기능

          a) 전도성 접착제 : 전도성 무기 충진제(ex. 은) 첨가 - 전도성 O

          b) 비전도성 접착제 : 비전도성 무기 충진제(ex. Sillica) 첨가 - 절연성 O

     

      ④ 경화 정도

          a) A-stage : 상온 끈적임 / 접착력 X

          b) B-stage (반경화 상태) : 일정온도 끈적임 / 접착력 가질 수 O

          c) C-stage (완전경화 상태) : 화학적특성 변화 X

     

 

※무기충진제 :  강도, 내구성, 비용 절감 등을 위해 기초 재료에 첨가되는 불활성 무기 물질

   열 경화성 에폭시 : 고온에서 경화가 시작 되며, 폴리머 Cross linking이 시작돼 고강도로 경화됨.

 

(4) 에폭시 몰딩 컴파운드 (EMC)

   

   1) 역할 (+갖춰야할 조건)

      ① Chip 물리·화학적 보호

      ② 원하는 형상으로 쉽게 성형 

      ③ 접착성 (Substrate, Chip)

      ④ 효과적인 열방출

   

    2) 조절 인자

      ① 필러(Sillica) vs 에폭시 수지 

            a) 필러 ↑ : 열전도도 ↑ 열팽창 계수↓ (EMC 기준)

            b) 에폭시 수지 ↑ : 열전도도 ↓ 열팽창 계수 ↑

      ② 열팽창 계수

            a) EMC > Substrate : Crying

            b) EMC < Substrate : Smile

      ③ Substrate 열팽창 계수

           Cu 배선 면적 ↑ : 열팽창 계수 ↑

   

     3) 형태

       ① Tablet : Transfer 몰딩

       ② Powder/Granule : Compression 몰딩, Wafer 몰딩

       ③ Liquid : Wafer 몰딩

 

(5) 솔더(Solder)

   

   1) 요구사항 

      ① 합금 조성 균일 : T/C(Thermal cycle) <-> Drop충격 신뢰성 영향

            a) Ag ↑ : TC 저항력 ↑ 

            b) Ag ↓ : Drop 충격 저항력 ↑  

      ② 내산화성 : Reflow중 산화막 발생 -> 볼이 제대로 붙지 X (미싱볼)

            a) Flux 이용 (산화막 제거)

            b) Reflow시 N2 분위기 조성

      ③ Void 없어야 함

           a) Void 존재시, Solder 양 ↓ -> Solder 접합부 신뢰성 ↓

           b) Solder ball 크기 균일해야함

      ④ Solder ball 표면 오염물 / 덴드라이트 성장물 없어야함

           : 불량률, 접합부 신뢰성 영향 

 

    2) 조성

      ① Pb-Sn : 기계적 성질↑ 전기 전도도↑ (유해)

      ② Sn-Ag-Cu : 현재 쓰이는 구성

    

    3) 금속간 화합물

       Sn계 Solder ball : Pad의 Cu와 반응해 화합물 형성

       (장점) 강도↑: 접합 강도↑

       (문제점) 연성↓ : 균열 ↑ (Fatigue distruction 취약)

 

(6) 테이프

      PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 

       a) 점착 : 응집력, 탄력 => 접착/박리 가능 (일시적 접착)

       b) UV에 반응 : 접착력 ↓

       c) 백 그라인딩 테이프, 절삭 테이프에 이용

       d) 기존 : 백 그라인딩 후 절삭테이프에 웨이퍼 붙임

           현재 : 백 그라인딩 후 WBL film + 절삭 테이프에 웨이퍼 붙임 

 

(7) 와이어

Au	Cu
① 전성(얇게 펴지는)↑ 연성(길게 늘어나는)↑       => 와이어 연결 공정 용이 ② 내산화성↑ :신뢰성↑   ③ 전기전도도↑  ④ But, 제조 비용 문제 (너무 얇으면 또 끊어짐)	① 전성, 연성은 조금 ↓ ② 전기전도도 ↑ ③ 산화 ↑ => 장비 밀폐 + N2 가스 채워야함

 

출처 : 반도체의 부가가치를 올리는 반도체 패키지와 테스트(서민석)