In this thesis, we study the ACF interconnection technology for mounting a LCD driver IC which has a number of bumps with high density. Since the materials for bumps and pads consist of different metals, the anisotropic conductive film (ACF) should be used for adhesion. The conventional method based on the thermal energy under pressure suffers from the low productivity due to the long bonding process time. Motivated by such difficulty, thermosonic bonding which utilizes lateral ultrasonic vibration together with conventional method is proposed, and, validate by experiments. However, lateral thermosonic bonding has a potential problem of mis-alignment between bumps and pads due permanent deformation of epoxy caused by lateral vibration. To solve the problem of mis-alignment, solutions, which are based on the elasticity of ACF according to degree of cure, are suggested, and, validated by experiment. From the experimental results, the suggested solution could reduce the bonding time and avoid mis-alignment at the same time. Moreover, in ACF interconnection, the curing degree of epoxy is an important parameter because overcuring of epoxy degrades the reliability. Motivated by this problem, mechanism for desired degree of cure controlled by pressure is newly proposed, and, validated by experiment. The proposed method using the pressure as a control parameter to obtain the desired degree of cure has advantages such as prevention of overcuring and convergence of curing degree within specific region.
오늘날 디지털 전자기기의 추세는 소비자의 요구를 반영하여 소형화, 다기능화 되어가고 있다. 이러한 추세는 고밀도 핀 배열을 갖는 전자 부품의 개발로 인하여 가능하게 되었다. 대표적인 디지털 전자기기로는 디지털 카메라, 헨드폰, MP3 플레이어 등이 있다. 이러한 기기에 공통적으로 쓰이는 기술이 LCD driver IC 접합 기술이다. 현재 LCD driver IC 접합에 이용되는 방법은 열과 압력을 이용하는 열압착(Thermo-compression: TC) 방식이다. 그러나 열압착 방식은 본딩 시간이 상대적으로 길다는($\gt 10초$) 단점이 있다. 따라서 생산성을 향상 시킬 수 있는 새로운 접합 기술에 관한 연구가 필수적이다.
본딩 시간을 줄이는 방안으로 기존의 열압착 본딩에 진동에너지를 추가한 열초음파(Thermosonic: TS) 본딩이 소개되었다. 종방향 진동을 이용했을 때, ACF 본딩의 가능성에 대해 살펴본 연구는 보고된 바 있지만 아직까지 횡방향 진동을 이용한 ACF 본딩에 대해서는 연구된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 횡방향 진동을 이용했을 때 ACF 본딩의 가능성에 대해 살펴보았다. 또한 신뢰성을 증대시키는 방안으로 원하는 경화도를 얻을 수 있는 방안을 제안하였다. 마지막으로 횡방향 진동을 이용함으로써 발생할 수 있는 문제점을 해결하는 방안에 대해 살펴보았다. 그리하여 궁극적으로 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시키는 것을 목표로 한다.
Chapter 2에서는 TC 본딩과 횡방향 TS 본딩 시 ACF의 내부 온도를 관찰 함으로써 진동에너지에 의해 순간적으로 국부적인 영역에 열 발생이 일어남을 확인하였다. 그리고 추가적인 열 발생으로 본딩 시간이 획기적으로 단축됨을 확인하였다. 이를 검증하기 위해 패드 위해 형성된 도절 볼(압흔)의 개수와 DSC 실험을 근간으로 한 본딩 시간을 비교해 보았다. 그 결과 횡방향 TS 본딩을 사용할 경우, 빠른 시간 내에 경화가 완료되고 많이 압흔이 관찰하였다. 또한 횡방향 TS 본딩에서 진폭과 추가적인 열 발생간 관계에 대해 살펴 보았고, 추가적인 열 발생은 진폭에 제곱에 비례한다는 것을 확인하였다.
Chapter 3에서는 횡방향 열초음파 본딩의 잠재적 문제인 횡방향 진동으로 인한 mis-alignment 문제를 해결하기 위해 수정된 형태의 열초음파 본딩 기법을 제안하였다. ACF 내부 분자 구조 간의 결합력이 약할 때 횡방향 진동을 가할 경우 소성변형이 일어나고 초기에 맞춰두었던 범프와 패드간의 정렬이 틀어지는 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 소성변형이 일어나지 않는 영역, 즉 경화도에 따라 발달하는 ACF의 탄성영역에 대해 살펴보았다. 탄성영역을 알기 위해 점탄성 물질의 거동을 파악하는데 일반적으로 사용되는 Creep-Recovery Test를 수행하였고, 각 경화도 별 탄성영역을 구하였다. 이 실험 결과를 근거하여 충분한 탄성영역을 확보할 때까지 열압착 본딩을 이용하여 정렬이 틀어지지 않도록 하고 충분한 탄성영역이 확보된 후로는 빠른 경화를 위해 초음파 진동을 가한다. 다음과 같은 개선된 방법을 이용하면 초음파 진동으로 인한 mis-alignment 문제를 해결 할 수 있음을 실험을 통해 검증하였다.
Chapter 4에서는 신뢰성을 증대시키는 방안으로 원하는 경화도를 얻기 위한 방법론을 제안하였다. 열경화성 물질인 ACF는 경화가 진행됨에 따라 딱딱해지고 열적 화화적으로 안정해 진다. 하지만 과도하게 경화된($\gt 95%$) ACF는 댐핑 성질이 나쁘고 외부충격에 취약하다. 그래서 신뢰성을 증대시키기 위해 80-90%의 경화도가 권장된다. 횡방향 TS 본딩의 내부온도 그래프를 보면 특정 경화도에서 진동에 의한 추가적인 열 발생이 급격히 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 이는 경화가 진행됨에 따라 증가하는 ACF의 구속력과 툴팁과 칩 사이의 마찰력 간의 평형으로 특정경화도 이후 진동하는 칩의 진폭이 줄어들기 때문이다. 제안한 방법론은 경화도에 따라 발달하는 물질을 성질과 압력을 이용하여 진동하는 칩의 진폭이 줄어드는 시점을 조절하는 것이다. 진동이 줄어들면 추가적인 열 발생이 줄어들고 ACF의 경화속도가 느려지게 된다. 결국 경화도가 시간에 둔감해지게 되고 원하는 경화도를 쉽게 얻을 수 있다.
