유연/신축 디바이스용 플립칩 실장공정 및 전기적/기계적 특성 :Flip chip process and electrical/mechanical characteristics for flexible/stretchable devices

한기선

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한기선 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 오태성

발행연도: 2017

저작권: 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

본 연구에서는 유연하고 신축성 있는 디바이스용 플립칩 공정을 위해 화학적으로 안정하고 탄성복원력이 뛰어나며 배합비에 따라 강성도 조절하기가 용이한 PDMS(polydimethylsiloxane)을 기판의 재료로 이용하여 daisy-chain 구조로 형성한 칩과 함께 두 가지 플립칩 공정 실험을 진행하였다. 첫 번째 실험은 유연한 조건에서도 전기적 특성이 안정한 FPCB(flexible printed circuit board)와 PDMS를 결합시킨 복합폴리머 기판에 ACA(anisotropic conductive adhesive)를 이용한 플립칩 공정과 SnBi 저온 솔더를 이용한 reflow 본딩을 이용한 플립칩 공정을 진행하였다. 이 후 저항을 측정하고 단면을 관찰하였다. 그리고 굽힙 반복실험과 인장반복실험을 통해 내구성을 확인하고 저항변화 거동을 관찰하였다. 두 번째 실험에서는 ACA를 이용하여 플립칩 본딩을 진행한 후 기판을 분리하는 공정을 진행하였다. Si wafer의 SiO2 층과 Cu 층 사이의 약한 접착력을 이용하였으며, 열팽창계수 차이와 에칭공정을 이용하여 기판을 분리하였다. 이 후 PDMS 함유 공정을 진행하여 유연/신축디바이스를 제작하였다. 제작이 완료된 시편으로 굽힘 반복실험을 진행하고 내구성을 확인하고 인장시험을 통해 시편의 거동을 관찰하였다.

제 1 장 서 론 1
제 2 장 이론적 배경 4
2.1 전자패키지 4
2.1.1 전자패키지 접속 방법 7
2.1.2 플립칩 공정 분류 11
2.1.2.1 접착제 플립칩 본딩 11
2.1.2.2 솔더범프 리플로우 플립칩 본딩 14
2.1.3 Cu pillar 플립칩 범프 15
2.1.4 패키지 도금공정 기술 17
2.2 유연 전자패키지 20
2.2.1 초박형 Si 칩 20
2.2.2 FPCB(Flexible Printed Circuits Board) 21
2.3 신축성 전자패키지 22
2.3.1 PDMS(Polydimethylsiloxane) 22
2.3.2 신축기판상의 배선 형성 23
2.3.3 신축기판상의 칩 접속공정 26
제 3 장 FPCB/PDMS 복합폴리머 신축기판 상의 플립칩 공정 27
3.1 실험방법 27
3.1.1 플립칩 공정용 daisy-chain 패턴 27
3.1.2 Si칩/기판의 형성공정 29
3.1.3 FPCB 유연기판의 구조 33
3.1.4 FPCB/PDMS 복합폴리머 신축기판 형성공정 34
3.1.5 플립칩 본딩을 통한 접속 공정 35
3.1.6 강성도 국부변환 시편 제작공정 36
3.2 전기적/ 기계적 특성 측정 37
3.2.1 daisy-chain 접속저항 측정 37
3.2.2 인장시험 및 굽힘시험 38
3.3 결과 및 고찰 40
3.3.1 플립칩 본딩용 칩 및 기판 40
3.3.2 FPCB/PDMS 복합폴리머 신축기판을 위한 접착력 테스트 45
3.3.3 접속부의 단면 관찰 47
3.3.3.1 ACA 플립칩 본딩 시편의 단면 관찰 47
3.3.3.2 SnBi 리플로우 플립칩 본딩 시편의 단면 관찰 51
3.3.3.3 SnBi 리플로우 플립칩 본딩 시편의 IMC 조성 분석 54
3.3.4 접속부의 전기적 특성 56
3.3.5 강성도 국부변환 구조 59
3.3.6 인장시험 61
3.3.6.1 강성도 국부변환 시편의 인장억제율 61
3.3.6.2 강성도 국부변환 시편 신축인장 시 저항변화 64
3.3.7 굽힘시험 66
3.3.7.1 굽힘 반경에 따른 저항 변화 66
3.3.7.2 굽힘 반경 25 mm에서의 내구성 시험 69
제 4 장 기판분리층을 이용한 플립칩 공정 및 유연/신축 디바이스 제작 71
4.1 실험방법 71
4.1.1 칩 / 기판 제조공정 71
4.1.2 ACA를 이용한 플립칩 접속공정 73
4.1.3 기판분리 공정 75
4.1.4 PDMS 결합공정 76
4.2 전기적 / 기계적 특성 측정 78
4.2.1 daisy-chain 접속저항 측정 78
4.2.2 굽힘시험에서 저항 변화 측정 79
4.2.3 인장시험에서 계면 관찰 80
4.3 결과 및 고찰 81
4.3.1 Si 칩과 구리분리층이 적용된 Si 기판 81
4.3.2 구리분리층을 이용한 기판분리 82
4.3.3 ACA 플립칩 공정 시편의 접속부 관찰 86
4.3.4 접속부의 접촉면적과 접속저항 비교분석 88
4.3.5 PDMS 함유 공정을 통한 유연/신축 시편 92
4.3.6 굽힘시험 94
4.3.7 인장시험 97
제 5 장 결 론 102
4.1 FPCB/PDMS 복합폴리머 신축기판 상의 플립칩 공정 102
4.1 기판분리층을 이용한 플립칩 공정 및 유연/신축 디바이스 제작 104
참고 문헌 106
영문 초록 115

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