PCB의 언더컷량을 줄이기 위한 HAST 조건 개발

Abstract

산업의 발달과 함께 세계화로 반도체 제조업체들의 무한 경쟁 시대 도래 품질은 기본, 신뢰성이 경쟁력이다. 그중 신뢰성에서의 아이템은 정해진 기능을 미리 정한 환경 조건에서 얼마나 오랜 시간 동안 정상적인 상태를 유지 하는가 이다. 반도체 생산 프로세스에서는 신뢰성 불량 테스트 단계가 점점 핵심화 되고 있고, 구체화 되며, 논의 되는 과정이다. 현대의 스마트 사회는 여러 환경에서 제품의 역할을 중요시 다루기 때문에 환경적, 시간적 신뢰성 확보가 절대적이며 변화 되고 있다. 주로 수명 시간과 환경적 이론을 연구 사례에서 다루고 있고, 고장률과 신뢰도 등 확률적인 부분도 연구 되고 있다. 반도체 시장에서의 신뢰성 단계의 비중은 기존과 비교하여 신뢰성 구도화로 변화 되고 있는 추세이다. 즉 반도체 상품의 하이 테크화, 박판화 고용량화가 되면서 양산시 이상이 없는 상품들이 온, 습도에 따른 환경 영향 요인으로 수명이 단축되고 불량이 발생되어 고객 신뢰도에 영향을 끼치기 때문이다. 본 연구에서는 반도체 PCB(Print Circuit Board) 회로가 경박 단소해지면서 신뢰성 불량이 여러 유형으로 발생 되고 있고, 그 원인과 유형이 다양 하여 불량 감소하기 위한 공정 최적 조건을 찾으려고 하였다. 또한 상온 상태 에서 이상 없는 제품들이 극한 환경에서 발생 되는 환경성 신뢰성 불량이 발생 되지만 시간적인 제약 조건으로 평가 수량 및 횟수도 제약적이다. 환경성 신뢰성 불량 중 가장 치명 불량은 회로간 마이그레이션(Migration) 되면서 브릿지(Bridge)되는 형태의 쇼트(Short) 불량인데 이런 유형의 신뢰성 불량을 HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test) 불량이라고 한다. 그 원인으로는 공극(Void), 언더컷(Under cut)의 흡습 정도에 따라 마이그레이션 되는 유형이 대표적이다. 이는 발생 관점 원인이 다양 하고, 모델의 특성에 따라 달라질 수 있으며, 공정 또한 정례화 되지 않는 부분들로 좀 더 규격화가 필요 한다. 본 연구에서 HAST 불량 발생 원인을 줄이기 위해 두 가지 기법으로 PCB 공정에서 발생 현상과 공정 영향 인자를 확인 하였고, 영향 인자값을 다구찌 실험 계획에 의해 직교 배열표로 배치하여 데이터를 분석하였다. 직교 배열표에 제어인자와 잡음인자를 배치하여 HAST 불량 제어 인자인 언더컷량 감소를 통해 신뢰성 불량 발생 감소 및 불량 예측 모델들을 제시 하였고, HAST 주 원인 인자인 언더컷량을 줄이기 위한 자재 두께, 노광, 현상량 등 공정 제어인자를 가지고 쿠폰을 디자인 하여 최종 신뢰성 평가로 검증을 하였다. 이상의 결과를 통해 신뢰성 불량인 HAST 불량을 줄이기 위해 언더컷량을 줄이기위한 제어 인자를 표준화 할 수 있었고, 신뢰성 가속 수명 시험도 효과적이고 실용적인 평가 방법으로 개발 제안 하였다.