웨이퍼 레벨 컴프레션 몰딩 공정에서 다이재배열 방법을 이용한 다이시프트 최적화에 관한 연구 :A Study on the Die-Shift Optimization Using Die Realignment Method in the Wafer Level Compression Molding Process

연시모

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자료유형: 학위논문

저자정보: 연시모 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김종호

발행연도: 2014

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Packaging, WLP)는 범용 패키지와 비교하여 우수한 전기적, 열적 성능을 지니며, 3차원 패키지를 통하여 성능 향상 및 높은 집적도의 구현 및 패키지 두께를 획기적으로 줄일 수 있다. 대면적화로 인한 저가격화와 패키지 제조에서 검사까지의 공정을 통합화함으로써 차세대 패키지 기술로 주목받고 있다. WLP에서 몰딩공정은 기존 패키지 공정에서 회로 형성 후 각 패키지를 몰딩하는 것과는 달리, 회로 형성 전에 몰디드웨이퍼(Molded wafer)를 이용하여 패키지의 기본층을 형성한다. 즉, 몰딩공정 이후 WLP에서는 이를 사용하여 웨이퍼 단위에서 재분배층(Redistributed Layer, RDL)을 형성하면서 패키지를 제작한다. 따라서 몰딩기술은 패키지 전체의 기초공사와 같은 역할을 하는 중요한 공정으로 패키지 전체의 품질을 좌우한다.
본 연구에서는 WLP의 몰딩 공정에서 가장 큰 불량 중 하나인 다이시프트(Die -shift) 문제를 연구하였다. 다이시프트는 휨 발생에 의하여 기하학적으로 발생하는 것과 유동단계에서 발생하는 것으로 나눌 수 있으며, 유동단계에서 발생하는 다이시프트 불량에 대한 이론 및 실험적 연구를 수행하였다. 이론적 연구에서는 컴프레션 몰딩공정의 가압이 진행됨에 따라 발생하는 유동 특성을 조사하고 다이 간의 사이 거리가 변화할 때에 유동항력에 의해 다이시프트에 미치는 영향을 연구하였다. 실험적으로 이를 검증하고 다이 재배열 단계에서 다이시프트를 예측하여 패키지 설계 시 다이시프트 방지를 위한 다이 재배열 방법을 연구하였다.
이론해석에서 전단속도, 유동 압력분포 및 EMC 거동에 대해서 연구한 결과 다이 벽면에 작용하는 압력편차가 다이시프트를 발생시킴을 확인하였고, 동일한 조건에서 몰딩 공정을 수행하여 휨량 및 다이 위치 변화를 측정하여 유동 단계에서 발생하는 다이시프트를 측정하였으며, 다이 간 간격 변화에 따른 영향을 확인하였다. 유동단계에서 다이시프트는 몰디드웨이퍼의 중심에서 멀어질수록, 다이 간 간격이 증가할수록 증가하는 추세임을 알 수 있으며, 휨에 의한 다이시프트는 휨량이 500㎛ 이하일 경우에 무시할 수 있는 수준임을 확인하였다. 이론 해석에서의 다이부분에서의 압력편차와 실험에서의 다이시프트는 선형적인 상관관계를 가지며, 회귀분석 결과 1MPa 압력편차 당 약 6.4㎛의 다이시프트가 발생하였다. 이를 바탕으로 다이시프트를 미리 보상하여 다이 배열을 수행함으로써 패키지 최적화 설계에 활용이 가능하도록 하였다.

WLP has been a focus of the next generation packaging technology because of reduction in cost due to enlarged area and combination of processes between package manufacturing and inspection. In general packaging process, each package is molded after forming a circuit. But WLP process is different from general package process. In this process, molded wafer is used to make a basic layer of the package prior to form the circuit. Thus, after the molding process, the package is manufactured while a redistribution layer(RDL) on a wafer level is formed by the basic layer in WLP. Therefore molding technology can settle all of the package quality.
In this study, a die-shift, one of the biggest problem in WLP molding process, was investigated. Die-shift was assorted into two groups by geometrically occurring due to warpage and occurring in flow stage. This study of die-shift is about occurring in flow stage. In theoretical study, it is researched on fluid flow that occurs during the pressurization process of compression molding and studied influence of the flow drag force when a die-to-die distance is changed. It is verified experimentally and predicted a die-shift in step of die realignment. This study found the method for protecting die-shift occurrence using the die realignment.
As the results of theoretical study, it is confirmed that die-shift occurred the pressure difference on the die side wall. As performing molding process in same conditions, the die-shift in flow stage was measured by warpage and die position change. Also, the impact of changes in the die-to-die distance was confirmed.
As a result, die-shift recede the center of molded wafer in fluid flow stage. and as die-to-die distance increase, die-shift is also increased. When warpage of molded wafer is below 500㎛, die-shift can be prevented by warpage. Pressure difference in the die side wall in theoretical results and the die-shift of the experimental data are linearly correlation. And as results of regression analysis, die-shift of 6.4㎛ occur by 1MPa pressure deviation. Following the these results, it is possible to utilize that the package design, die arranged for in advance prevention of die-shift.

#웨이퍼 레벨 패키징 #컴프레션 몰딩 #다이시프트

요약 ⅰ
표목차 ⅱ
그림목차 ⅲ
기호설명 ⅴ
I. 서 론 1
1. 연구배경 1
2. 연구동향 4
3. 연구 방법 및 범위 5
II. 이론 및 기술적 배경 7
1. 해석이론 7
1.1 지배방정식 7
1.2 점도모델 8
2. 반도체 패키지 기술 9
2.1 웨이퍼레벨패키지 11
2.2 패키지 몰딩공정 기술 12
III. 몰딩공정의 이론적 연구 14
1. 유한요소모델 14
2. 경계조건 15
3. 소재물성 16
4. 해석결과 16
4.1 벤치마킹 결과 비교 16
4.2 EMC 전단 속도(Shear rate) 영향에 대한 고찰 19
4.3 EMC 압력분포에 대한 고찰 20
IV. 몰딩공정의 실험적 연구 23
1. 실험 장치 23
1.1 사용 장비 23
1.2 금형설계 및 제작 27
1.2.1 금형 구조해석 30
1.2.2 쉼 플레이트 설계 36
1.2.3 에어벤트 설계 40
1.2.4 금형제작 41
2. 실험 소재 42
3. 실험 방법 45
4. 실험적 연구결과 50
4.1 다이시프트 고찰 50
4.2 휨 고찰 52
5. 실험 및 이론 결과 비교 54
Ⅴ. 결 론 55
참고문헌 57
영문초록(Abstract) 60
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