반구형 폴리머 core형성과 폴리머 core범프와 NCA를 이용한 극미세피치 COG접합

Abstract

전자 패키징은 컴퓨터, 가전제품, 통신기기 등 모든 전자 장비에 적용되는 핵심적인 기술 분야로써, 현대 산업사회가 전자 정보화 시대로 진입하게 되고 Mobile phone, Notebook PC 및 Digital camera 등 전자 제품들이 초경량, 초소형화와 다기능화를 더욱 크게 요구하면서 그 중요성이 배가되었다. 디스플레이 분야의 패키징 기술은 Driver IC 를 기판에 본딩하는 것으로 wireless 공법을 중심으로 TAB (Tape Automated Bonding), TCP, COF, COG (Chip On Glass)기술로 세분화되어 발전하고 있다. COF 에 이어 디스플레이 분야에서 최근 두각을 보이는 기술이 바로 COG 기술이다. COG 는 평판 디스플레이 제조시에 TAB 방식으로 액정 패널 및 패키징 된 LDI 를 실장해 온 방식과 달리 웨이퍼에서 절단한 플립 칩을 글래스 기판 위에 직접 실장하는 기술이다. 즉, COG 는 LCD 의 각 픽셀들을 제어하는 LDI 를 글래스 패널 위에 직접 본딩하여 미세 피치 및 초박형, 경량화를 가능하게 해준다. TCP 및 COF 패키지에 비해 더 미세한 피치를 가진 드라이버 IC 를 실장할 수 있기 때문에 실장면적을 최소화하고 두께를 얇게 만들 수 있어 초박형, 경량화의 장점이 있다. 또한 COG 기술은 전기적 특성 및 신뢰성이 우수하며, 특히 미세 피치에 대한 대응력, 굴곡성 및 신뢰성 등이 우수해 고해상도를 요구하는 적용분야에 주로 사용된다. 초기의 COG 실장 기술은 보수가 어렵고 수율이 낮아 많이 적용되지 않았으나 최근 재료의 발달과 설비 정확도의 향상으로 적용 범위가 점차 증가되고 있다. 현재 가장 일반적인 COG 기술은 이방성 도전 필름 (anisotropic conductive film; ACF)을 사용하는 방식으로, 공정이 단순하고 신뢰성이 높은 방법으로서 선호하고 있으나 범프 면적에 비하여 내부 전도성 particle 에 의해 상당히 작은 접합면적을 형성하므로 높은 접속저항을 가진다. 또한 극미세 피치가 요구될 경우 도전성 볼의 크기 및 균일한 분포상태 등 재료적인 문제 및 정렬 오차에 의한 문제 발생 가능성이 있고, 접합부의 open 현상과 단락현상이 발생할 수 있다. ACF의 단점을 보완하기 위한 여러 방법이 개발되어 있으나 복잡한 구조의 ACF를 필요로 할뿐더러 이 경우 접속저항의 급격한 증가로 인해 아직까지 고해상도TFT-LCD에는 적용하기 힘들어 현재는 저해상도의 STN-LCD 를 채용하는 소형 표시장치에만 적용되고 있는 실정이고, 최근에는 범프를 이용한 접합방법이 많이 개발되고 있다. 디스플레이 분야에는 COG 에 적용 가능한 저온 접합 공정 개발이 요구되고 있고, 실용화에 적합한 높은 신뢰성을 갖는 접합 또한 필요하다. 이러한 저온 접합이 가능하고, 높은 신뢰성을 갖는 접합 방법 중 폴리머 범프를 이용한 접합 방법이 있다. 일반적으로 메탈 범프의 열팽창계수는 접착제에 비해 상당히 낮기 때문에 온도가 변화함에 따라 범프보다 접착제의 팽창 및 수축이 더 커서 접합부에 큰 스트레스를 가하여 오픈 서킷을 유발할 수 있다. 그러나 폴리머 범프를 사용할 경우 폴리머의 낮은 영률은 낮은 압력하에서의 본딩을 가능하게 할 뿐 아니라, 접합 후 폴리머의 탄성력에 의해 기판과 패드의 분리시키려는 힘을 완화시켜주기 때문에 물리적, 전기적으로 신뢰성 있는 접합을 가능하게 해준다. 따라서 본 연구에서는 극미세 피치에 적용가능 한 NCA (non-conductive adhesive)와 기존에 사용되던 고형 금속 범프에 비해 범프 높이의 uniformity 가 뛰어날 뿐 아니라 Z 축으로의 탄성력이 뛰어난 폴리머 범프를 이용하여 COG 접합을 하였다. 또한 접합부의 신뢰성을 관찰하기 위해 thermal cycling test를 실시 하였고, thermal cycling test (-55℃ ~ +125℃, 30분/cycle)의 조건은 산업 표준 Mil-Std-883 Method 1010과 JEDEC JESD22-A104 에 따라 -55℃ ~ +125℃ 의 조건으로 실행하였다. 두 종류의 NCA 를 사용하여 일정 접합 압력으로 폴리머 범프와 ITO glass 패드를 접합하여 4단자 방식으로 접속저항을 측정한 결과 초기 접속 저항의 평균은 no filler NCA를 사용하여 접합한 시편의 경우 3.13 Ω (100 MPa)과 2.29 Ω (150 MPa), silica filler NCA를 사용하여 접합한 시편의 경우 3.71 Ω (150 MPa)과 3.53 Ω (300 MPa) 이었다. 접합된 범프의 단면 관찰 결과 no filler NCA 에 대해서 NCA filler particle에 의한 변형 없이 모든 범프의 표면이 ITO glass 패드와 접합된 것을 확인할 수 있었으나 silica filler NCA에 대해서는 NCA filler particle의 trap으로 인해 변형되어 범프의 표면이 ITO glass 패드와 완전하게 접합되지 않았다. 접합부의 신뢰성 평가를 위해 -55℃ ~ +125℃ 의 조건에서 thermal cycling test를 실시하여 주기에 따른 접속 저항의 변화를 측정하였다. 이 때 저항 값이 측정되지 않는 범프를 불량으로 판정하였다. 두 종류의 NCA를 사용한 모든 시편에서 thermal cycling test 후 저항 값은 점점 증가하는 경향을 관찰할 수 있었다. 접합 시 filler particle 이 있을 경우 초기 접속저항이 높았으며 신뢰성 테스트 이후 저항의 증가가 더 커지는 것으로 판단되었다. 본 연구에서 우리는 NCA와 폴리머 Core 범프를 사용하는 COG 접합방법을 실시하였으며 신뢰성테스트를 거쳐 접합부의 신뢰성을 확보하였다.