By increasing need to have higher performance, more flexibility, smaller size and lighter weight in electronic device, various studies on flexible electronic packages have been carried out widely. Especially flexible packages using thin chips with pre-applied anisotropic conductive films (ACFs) come into spotlight due to decreased process steps and low processing temperature. For this reason, this study was focused on fabrication and characterization of flexible packages which consists of flexible Chip-on-Flex (COF) assembly and embedded Chip-in-Flex (CIF) packages.
Chapter 3 is about flexible COF assembly using thin chips with pre-applied ACFs. By applying wafer level process (WLP) to flexible COF assembly, several processing steps, such as ACF slitting, ACF pre-lamination and removing a releasing film were reduced. In this chapter, flexible COF packages were successfully demonstrated using 50 um thin wafer. In order to evaluate flexibility of COF assembly, static bending test was performed from 35 mm bending radius to 20 mm with 5 mm interval. As a result of bending test, the minimum bending radius was 25 mm.
Chapter 4 describes demonstration and reliability evaluation of embedded CIF packages using flexible COF assembly which was studied in Chapter 3. CIF packages using thin chips with pre-applied ACFs have advantages of simple process steps and low processing temperature compared with other embedding technologies. Trough resistance measurements, SEM, and SAM images, it was confirmed that 50 μm thin chip with pre-applied ACFs was successfully embedded in flex substrates. After fabricating CIF packages, the reliability of the packages was evaluated such as 85℃/85 % relative humidity (85℃/85 % RH) test, thermal cycling (TC) test, and high temperature storage (HTS) test. As the results, CIF packages showed good 85 ℃/85 % RH reliability.
본 연구에서 제안한 플렉서블 패키지는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 웨이퍼 레벨 프로세스를 적용하여 기존 공정에서 필요시 되는 이방성 전도 필름 절단 및 각 기판에 필름을 도포한 후 이형지를 제거하는 과정을 효율적으로 줄일 수 있다. 또한, 일반적인 이방성 전도 필름의 공정온도가 200℃ 이하이기 때문에, 저온공정이 가능하다. 마지막으로, 박형 칩이 접속되어 있는 플렉스 기판 위에 이방성 전도 필름을 사용해서 $2^{nd}$ flex 기판, $3^{rd}$ flex 기판을 접속하여 CIF 패키지를 구현함으로써, cavity 와 via 형성, metallization 및 patterning 등의 고가 공정을 제거할 수 있다.
3 장에서는 웨이퍼 레벨 프로세스를 적용하여 flexible COF assembly 를 성공적으로 구현하였고 flexibility 를 평가하였다. 50 μm 두께를 갖는 웨이퍼에 void 없이 이방성 전도 필름을 도포하였고, delamination 혹은 chipping 현상 없이 웨이퍼를 다이싱 하였다. Flip-chip assembly 시 안정적인 접속 저항을 나타내었으며 bending test 결과 반지름이 25 mm일 때까지 assembly 가 전기적 혹은 기계적 영향 없이 휠 수 있었다.
4 장에서는 3장에서 제작한 flexible COF assembly, $2^{nd}$ flex 기판, $3^{rd}$ flex 기판 그리고 이방성 전도 필름을 이용하여 패지키 전체 두께가 약 200 μm 인 CIF 패키지를 구현하였다. 전기적 특성 평가, 광학 이미지, SEM 및 SAM 이미지 관찰을 통해 flex 기판 안에 칩이 성공적으로 내장 된 것을 확인하였다. CIF packages 의 신뢰성 평가 결과 85 ℃/85 % RH test 의 경우는 안정적인 접속을 유지하였으나 TC test 와 HTS test 에서는 신뢰성 테스트가 진행됨에 따라 저항 값이 증가하는 양상을 나타내었다. 하지만, 저항 값의 증가에도 불구하고 신뢰성 테스트 후 패키지의 fail 은 발생하지 않았다.
본 연구를 통해 매우 얇은 두께를 갖는 동시에 플렉서블한 새로운 패키지 구조를 제안하였고, 구현된 패키지는 좋은 고온/고습 신뢰성을 나타내었다.
