A new WLCSP technology which enables reliable fabrication of high-performance and low cost package has been developed.. The technology is based on the low dielectric passivation layer. The fabrication process is reduced by using the newly developed Photosensitive-BCB, with a conventional photolithography process. However, cracks are frequently nucleated from the BCB surface at the thermal cycle test. The BCB cracks were based on largely by the thermal stress originated from thermal mismatch between the BCB and Si wafer and by its brittle molecular structure such as benzene rings. After calculating the bi-axial stress in the BCB layer during the thermal cycle (-65~150℃) by using an elementary beam analysis of the simplified Si/Stress buffer layer(SBL)/BCB layers, the stresses in the BCB layer were reduced by optimizing the relative thickness of the BCB and the SBL.
The B-staggered BCB has such a brittle microstructure that it could be vulnerable to crack generation. Giving the BCB photosensitive character, the BCB includes radical polymerized functional groups. Because of this radical reaction, the photolithography process change such as soft bake temperature, UV exposure time, and pos bake temperature gives great impact on the BCB microstructure and the BCB thermo-mechanical property. The microstructure of the BCB was investigated by measuring the molecular weight, the cross-link element intensity and the glass transition temperature of the polymer.
Adhesion at interfaces between a runner metal and a SBL layer and BCB layers was investigated. Adhesion was measured in terms of a critical value of the applied strain energy release rate, G(J/㎡).
WLCSP는 시스템의 소형화, 경량화로 초박형 패키지 요구를 만족시킬 수 있고, fab.공정을 이용하여 일괄 프로세스를 적용할 수 있으며, 짧은 interconnection path를 이룰 수 있어서 고주파 및 hig I/O 디바이스에 적용이 가능하므로 고기능 패키지의 요구를 수용할 수 있다. 본 연구에서는 WLCSP에서 Passivation layer로서 최근 사용되고 있는 BCB(Benzo Cyclo Butadiene)의 열, 기계적 특성 및 고분자간 접착력에 대한 연구를 수행하였다. Thermal Cycling(T/C) test를 할 경우 BCB의 표면에서 균열이 발생하는데, 이 때 이 균열은 습기의 통로로 작용 하부층의 runner metal을 부식 시켜 더 이상 Passivation layer로서의 역할을 수행하지 못하게 된다.
본 연구에서는 주어진 T/C test 조건에서 Stress 완충 역할을 해주는 SBL과 BCB의 두께를 변화시키면서 BCB에 걸리는 Stress를 최소화시키는 구조를 설계하고, BCB 공정중 Patterning 공정의 변화에 따른 BCB micro structure의 변화를 간접적으로 확인해 보고 이 micro structure의 변화가 균열 발생과 연관성이 있는지를 검토한 후, 균열 발생을 최소화 시키는 방향으로 Patterning 공정을 설계해 보았다. 또한 Dow chemical에서 측정한 BCB의 파괴인성치를 본 연구에서 설계한 구조에서의 응력집중 계수와 비교하여 BCB에서의 균열 안정성을 확인해 보았다. 그리고, BCB와 하부층인 SBL과의 접착력을 파괴역학적 해석으로 측정, 계면 신뢰성을 알아 보았다.
