The use of anisotropically conductive film (ACF) for the direct interconnection of flipped silicon chips to printed circuits (flip chip packaging) offers numerous advantages such as reduced thickness, improved environmental compatibility, lowered assembly process temperature, increased metallization options, cut downed cost, and decreased equipment needs. Its wide application to glass displays through chip on glass (COG) process has accelerated interest in using this technology on rigid/flexible substrates or even on paper substrates as novel ACFs are being developed.
A primary factor of ACF package failure is delamination between the chip and the adhesive at the edge of the chip. This delamination is mainly affected by the thermal shear strain at the edge of the chip. This shear strain was measured on various electronic ACF package specimens by micro $Moir \glave{e}$ interferometry with a phase shifting method.
In order to find the effect of moisture, the reliability performance of an adhesive flip chip in the moisture environment was investigated. The failure modes were found to be interfacial delamination and bump/pad opening which may eventually lead to total loss of electrical contact. Different geometric size specimens in terms of interconnections were discussed in the context of the significance of mismatch in CME between the adhesive and other components in the package, which induces hygroscopic swelling stress. The effect of moisture diffusion in the package and the CME mismatch were also evaluated by using the $Moir \glave{e}$ interferometry. From $Moir \glave{e}$ measurement results, we could also obtain the stress intensity factor K. Through an analysis of deformations induced by thermal and moisture environments, a design guide for an adhesive flip chip package is proposed.
본 연구에서는 앞의 절에서 언급하였던, 접착제를 이용한 플립칩 전자 패키지의 신뢰성에 대해 연구해보고자 한다. 폴리머 계열의 재료를 이용한 패키지 기술은 재료의 큰 CTE로 인하여 열적 변형이 매우 크게 나타난다. 이러한 열적 변형은 전자 패키지의 연결 부위에 큰 열응력을 발생시켜 전자부품의 파손을 일으킨다. 기존에는 파손 단면의 분석과 같이 재료적인 관점에서 열변형의 영향에 대해 연구되어 왔다. 플립칩 전자 패키지는 열에 의해 복잡한 변형의 모습을 보여준다. 패키지는 온도에 따라 각 재료의 CTE의 차이로 인하여 복잡한 거동을 보인다. 이러한 열 변형의 값은 마이크론 단위의 미소한 변형이지만 전자 부품의 수명에 미치는 영향력이 매우 크다. 따라서 가능한 열변형의 그 양을 적게하는 것이 부품의 수명 설계에 매우 중요하다. 본 연구에서는 플립칩 전자 패키지의 열변형을 모아레 간섭계를 이용하여 측정하여 보고 설계 단계에서 고려해볼 수 있는 여러가지 변수를 시편에 적용하여 그 열변형의 차이를 알아보고자 한다. 또한 여러가지 변수가 적용된 플립칩 시편의 열적 수명을 평가해보고 열변형과 열적 수명과의 관계를 도출해내고자 한다. 이를 바탕으로 가장 열적 피로에 큰 영향을 주는 main damage parameter를 추출하여, 플립칩 전자 패키지의 설계 단계에서 필요한 디자인 가이드를 제안하고자 한다.
접착제를 이용한 플립칩 전자 패키지는 흡습에 의해 파괴가 일어나기도 한다. 물 분자가 폴리머의 분자 사이로 확산되면 그 화학 작용으로 인하여 팽창이 일어나기 때문에 전자 패키지의 파괴를 유발한다. 기존에는 패키지 재료들의 기본적인 흡습 물성치 측정에 관한 연구가 주로 이루어져 왔다. 흡습의 메커니즘을 잘 나타내는 물성치로는 물 분자가 재료의 표면에 도달 할 때, 최대 얼마까지 흡수할 수 있는 정도를 나타내는 포화 습기 용량 (saturated moisture content), 그리고 표면에 도달한 물 분자가 얼마나 빨리 물질 내로 이동할 수 있는 특성을 나타내는 확산계수(diffusion coefficient), 그리고 확산 과정을 통해 폴리머의 분자와 물 분자 사이의 화학 작용으로 인한 팽창(swelling)효과를 나타내는 CME(coefficient of moisture expansion)가 있다. 따라서 흡습에 의한 플립칩 패키지의 변형을 매우 복잡하다. 또한 그 변형량이 매우 크기 때문에 전자 패키지의 파손을 일으키기도 한다. 본 연구에서는 설계 단계에서 흡습의 관점에서 고려해볼 수 있는 여려가지 변수를 시편에 적용하여 흡습에 의한 변형량의 변화를 알아보고자 한다. 또한 흡습으로 인한 파괴 메커니즘을 알아보고 이를 바탕으로 흡습 환경에서 잘 견디는 플립칩 전자 패키지의 설계를 위한 디자인 가이드를 제안하고자 한다.
