모아레를 이용한 고온-고습 환경에서 플립 칩 전자 패키지의 신뢰성 평가

Abstract

본 연구에서는 앞의 절에서 언급하였던, 접착제를 이용한 플립칩 전자 패키지의 신뢰성에 대해 연구해보고자 한다. 폴리머 계열의 재료를 이용한 패키지 기술은 재료의 큰 CTE로 인하여 열적 변형이 매우 크게 나타난다. 이러한 열적 변형은 전자 패키지의 연결 부위에 큰 열응력을 발생시켜 전자부품의 파손을 일으킨다. 기존에는 파손 단면의 분석과 같이 재료적인 관점에서 열변형의 영향에 대해 연구되어 왔다. 플립칩 전자 패키지는 열에 의해 복잡한 변형의 모습을 보여준다. 패키지는 온도에 따라 각 재료의 CTE의 차이로 인하여 복잡한 거동을 보인다. 이러한 열 변형의 값은 마이크론 단위의 미소한 변형이지만 전자 부품의 수명에 미치는 영향력이 매우 크다. 따라서 가능한 열변형의 그 양을 적게하는 것이 부품의 수명 설계에 매우 중요하다. 본 연구에서는 플립칩 전자 패키지의 열변형을 모아레 간섭계를 이용하여 측정하여 보고 설계 단계에서 고려해볼 수 있는 여러가지 변수를 시편에 적용하여 그 열변형의 차이를 알아보고자 한다. 또한 여러가지 변수가 적용된 플립칩 시편의 열적 수명을 평가해보고 열변형과 열적 수명과의 관계를 도출해내고자 한다. 이를 바탕으로 가장 열적 피로에 큰 영향을 주는 main damage parameter를 추출하여, 플립칩 전자 패키지의 설계 단계에서 필요한 디자인 가이드를 제안하고자 한다. 접착제를 이용한 플립칩 전자 패키지는 흡습에 의해 파괴가 일어나기도 한다. 물 분자가 폴리머의 분자 사이로 확산되면 그 화학 작용으로 인하여 팽창이 일어나기 때문에 전자 패키지의 파괴를 유발한다. 기존에는 패키지 재료들의 기본적인 흡습 물성치 측정에 관한 연구가 주로 이루어져 왔다. 흡습의 메커니즘을 잘 나타내는 물성치로는 물 분자가 재료의 표면에 도달 할 때, 최대 얼마까지 흡수할 수 있는 정도를 나타내는 포화 습기 용량 (saturated moisture content), 그리고 표면에 도달한 물 분자가 얼마나 빨리 물질 내로 이동할 수 있는 특성을 나타내는 확산계수(diffusion coefficient), 그리고 확산 과정을 통해 폴리머의 분자와 물 분자 사이의 화학 작용으로 인한 팽창(swelling)효과를 나타내는 CME(coefficient of moisture expansion)가 있다. 따라서 흡습에 의한 플립칩 패키지의 변형을 매우 복잡하다. 또한 그 변형량이 매우 크기 때문에 전자 패키지의 파손을 일으키기도 한다. 본 연구에서는 설계 단계에서 흡습의 관점에서 고려해볼 수 있는 여려가지 변수를 시편에 적용하여 흡습에 의한 변형량의 변화를 알아보고자 한다. 또한 흡습으로 인한 파괴 메커니즘을 알아보고 이를 바탕으로 흡습 환경에서 잘 견디는 플립칩 전자 패키지의 설계를 위한 디자인 가이드를 제안하고자 한다.