미세피치용 저온 열압착 플립칩 접합 기술 연구

Abstract

스마트기기의 다기능화와 더불어 처리속도가 증가함에 따라 더 많은 입출력 수가 요구되고 있다. 또한 제품의 소형화 추세로 인한 칩 사이즈의 감소로 스마트기기는 더욱 작은 피치 사이즈에서의 기술이 필요하게 되었고, 이에 따라 미세 피치에서의 접합 기술이 변화하게 되었다. 미세 피치에서의 접합부 형성을 위해 기존의 솔더 범프를 사용하던 방식에서, 구리 기둥 범프를 이용한 열압착 접합으로 접합 기술이 변화하게 되었다. 열압착 접합은 열과 압력을 동시에 가해주어 칩과 기판을 접합시키는 공정으로, 정교한 접합이 가능하며 미세 피치에서 접합이 적절하다. 또한 NCA를 사용하여 플럭스 잔여물, 언더필 도포로 인한 신뢰성 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 열압착 접합의 공정속도 향상을 위한 방법으로는 저온 접합이 존재한다. 솔더를 용융시켜 접합을 하는 기존의 접합 기술과 달리, 우리의 연구에서는 상대적으로 낮은 150℃에서 솔더 범프와 기판 사이의 기계적 접합을 형성하고 경화 된 비전도성 접착제(Nonconductive adhesive)가 접합부를 유지시키도록 하였다. 저온에서 접합을 할 경우 접합 장비의 온도 가열 및 냉각에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며 시편에 가해지는 열적 스트레스를 최소화시켜 warpage를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 우리의 이전 연구에서는 Sn/Cu 범프를 이용하여 저온에서 접합부를 형성하였으나, 접합 장비의 낮은 가열 속도와 냉각 속도로 인해 접합 시간이 길어진다는 한계점이 존재하였다. 본 연구에서는 가열 속도와 냉각 속도를 증가시키고 접합 시간을 단축시켜 열압착 접합의 공정 속도를 향상시키고자 했다. 본 실험에서는 60 µm 피치 접촉 저항 측정용 시편과 daisy chain 구조의 상용화된 시편을 이용하여 150℃에서 10 초 동안 열압착 접합을 실시하였다. 더불어 공정 속도 향상을 위해 10초에서 5초, 3초로 접합시간을 단축시켜 실험을 진행하였으며, 접합시간을 단축시킨 경우 비전도성접착제의 추가 경화를 위해 post curing 공정을 진행하였다. 신뢰성 평가를 위해 T/C test와 T&H test를 진행하였고, 4 point probe 방법을 이용하여 접합부의 전기적 특성을 관찰하였다. 신뢰성 평가를 진행하며 접합부의 전기적 특성을 관찰한 결과, 전기적 단락이 발견되지 않았다. 또한 SnAg/Cu 범프와 구리 패드 사이의 금속 결합이 형성되어 안정적으로 접합부가 유지되는 것을 확인하였다.