In this study, effects of the functional groups of non-conductive films (NCFs) on materials properties and reliability of NCFs-bonded flip-chip-on-board (FCOB) assemblies were investigated.
The most important issue in NCFs-bonded flip-chip-on-board (FCOB) assemblies is thermal cycling reliability. Thermo-mechanical properties such as glass transition temperature (Tg), modulus (E), and thermal expansion coefficient (CTE) of cured NCFs significantly affect to the thermal cycling reliability of NCFs-bonded FCOB assembly. Therefore, this study has been mainly focused on the improvement of thermo-mechanical properties of NCFs by controlling the number of functional groups of NCFs resin. The functionality modified NCFs-bonded FCOB assembly showed significantly enhanced reliability under thermal cycling test environment. To compare the reliability of conventional and modified NCFs-bonded FCOB assemblies after thermal cycling test, electrical analysis and scanning acoustic microscopy (SAM) investigation were performed. Thermal deformations of each NCFs-bonded FCOB assembly under thermal cycling environment were also investigated and quantitatively compared using high sensitivity Twyman-Green interferometry and Portable Engineering $Moir\acute{e}$ Interferometry (PEMI).
According to experimental results, the functional groups of NCFs have great effects on thermo-mechanical properties of cured NCFs, thermal deformations, and thermal cycling reliability of NCFs-bonded FCOB assemblies.
비전도성 필름(NCFs; Non-Conductive Films)은 비용 절감, 저온 접합, 간단한 공정, 미세 피치 적용 등의 장점으로 인해 최근에 많은 주목을 받고 있는 반도체 패키지용 접착 소재이다. 비전도성 필름을 이용한 유기기판 플립칩 어셈블리의 가장 중요한 이슈 중에 하나는 열-싸이클 하에서의 신뢰성 확보이다. 열-싸이클 환경 하에서는 칩과 유기기판의 열팽창계수의 차이가 어셈블리에 심각한 열변형을 유발하며, 이로 의해 어셈블리의 불량이 빈번하게 발생한다.
열-싸이클 하에서의 어셈블리의 열변형 및 열-싸이클 신뢰성은 칩과 유기기판 사이의 접속폴리머 재료인 비전도성 필름의 열-기계적 물성에 큰 영향을 받는다. 비전도성 필름은 일반적으로 열가소성, 열경화성 폴리머 및 경화제의 혼합으로 이루어진다. 이중 열경화성 폴리머는 비전도성 필름의 경화 후 물성을 결정하는 가장 중요한 물질이며, 열경화성 폴리머의 특성에 따라 비전도성 필름의 열-기계적 물성은 다양하게 나타날 수 있다.
따라서 본 연구에서는 열경화성 폴리머 중 비전도성 필름 제조에 대표적으로 사용되는 에폭시의 관능기 수 조절을 통해 비전도성 필름의 열-기계적 물성을 향상시키고자 하였다. 비전도성 필름 제조에 일반적으로 사용되는 에폭시는 이관능성 에폭시이지만, 본 연구에서는 관능기 수가 많은 다관능성 에폭시를 사용하여 경화 후 조밀한 망목구조 형성을 이루고자 하였다. 또한 비전도성 필름의 관능기 수가 경화 거동, 열-기계적 성질 과 같은 물질 특성과 어셈블리의 열-싸이클 신뢰성에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 다관능성 에폭시를 이용해 제조한 비전도성 필름의 경우 이관능성 에폭시를 이용한 종래의 비전도성 필름에 비해 보다 낮은 고온 열팽창 계수, 고온영역에서의 높은 모듈러스, 보다 높은 유리전이온도 등의 향상된 열-기계적 물성을 보여주었다. 이러한 결과들을 바탕으로 비전도성 필름의 물성이 어셈블리의 열-싸이클 신뢰성에 미치는 영향을 알아보고자 하였고, 또한 이 둘 사이의 상관관계를 정량적으로 분석하고자 하였다. 신뢰성 시험 결과, 다관능성 에폭시를 사용한 비전도성 필름의 어셈블리가 종래의 비전도성 필름 어셈블리 보다 우수한 신뢰성을 보여주었다. 또한 트와이만-그린 및 모아레 간섭계를 이용한 열-싸이클 하에서의 어셈블리 열변형 거동 해석 및 전단변형 분석 결과는 신뢰성 결과를 뒷받침하며, 이를 통해 물질 특성과 어셈블리 신뢰성 사이의 상관관계가 정량적으로 규명되었다.
본 연구를 통해 유기기판 플립칩 접속용 고신뢰성 비전도성 필름이 구현되었고, 연구 결과를 통해 고신뢰성 비전도성 필름을 위한 물질 디자인 가이드라인의 제공 또한 가능해졌다.
