Recently, many wearable devices such Google-Glass, Galaxy-Gear, and Smart-Watch have been developed as next generation smart-devices, and even still numerous companies are planning to produce various wearable devices to satisfy the needs of various customers. Among these trends, a highly-developed flexible electronic-packaging technology became necessary for wearable electronic devices to achieve high performance, miniaturization, and flexibility. Various studies on flexible electronic-packages have been carried out widely, and current solder-based interconnection has been reported not suitable for flexible interconnection applications due to its brittle nature of solder joints. As a solution, anisotropic conductive films (ACFs) technology is being considered as a promising interconnection method for flexible applications due to its resilience against bending and flexing environments. ACFs consist of adhesive polymer matrix with randomly dispersed conductive polymer-balls, which make the electrical path between the bumps of chip and flexible substrate. The polymer matrix provides resilient bending properties to the packages and the conductive polymer-balls show suitable deformation for stable electrical path under bending environment. With these two advantages of ACFs, excellent interconnection method can be achieved for flexible applications.
In this study, chip-in-flex (CIF) assembly using ACFs was performed and its bending properties were evaluated. When the package is placed under a bending test condition, chip-crack tends to occur due to the distribution of high tensile stress on a chip. To reduce the high stress-distribution on a chip, theoretical calculation of neutral axis during the bending test was performed, and CIF structure was optimally designed to place the neutral axis on the center of chip. As a result, the highest bending radius for both convex and concave bending test could be achieved without chip-crack problem.
As the second aim of this study, optimization of ACFs materials on bending characteristic of CIF was performed. ACF resin matrix was optimized to have suitable flexibility and toughness to minimize delamination during a dynamic bending test. ACF resins with different ratios of thermoplastic resin/phenoxy resin/adhesion promoters were fabricated and delamination after fatigue bending test was observed using a scanning acoustic microscope (SAM). Also, the behavior of captured balls during fatigue bending test was also observed. With the optimized CIF structure and ACF materials, reliability evaluation of ACF-assembled CIF package was performed by fatigue bending test up to minimum 100,000 cycles. After fatigue bending test, it was determined that the fatigue reliability of high modulus ACF was evaluated.
최근에, 구글 글래스와 갤럭시 기어, 스마트 와치와 같은 많은 웨어러블 기기들이 차세대 스마트 기기로서 개발이 되면서 이에 따라 많은 회사들이 다양한 소비자들의 요구를 충족시키기 위해 개발에 힘쓰고 있다. 이런 추세에 따라, 소형화와 flexibility를 가지기 위해 고성능의 플렉서블 패키지 기술이 웨어러블 기기들에 필수적인 요소가 되고있다. 이러한 플렉서블 패키지에 대한 연구가 많이 이루어지고 있는데, 현재 가장 많이 사용되는 솔더 접합으로는 접속부에 flexibility를 구현하기에는 솔더의 쉽게 깨지는 특성 때문에 접속 물질로 적합하지 않다. 이를 해결하기 위한 물질로서 이방성 전도 필름이 레진의 탄력적인 특성과 휨 환경에서의 높은 저항성 때문에 플렉서블 패키지에 유망한 접속 물질로 보여지고 있다. 이방성 전도 필름은 폴리머 매트릭스와 전도성 폴리머 볼로 이루어져 있으며 이 전도성 폴리머 볼은 전극 사이에서 전기적 접속을 구현해준다. 이방성 전도 필름이 가지고 있는 이러한 이점들로 인해서, 플렉서블 패키지에서 우수한 접속이 구현이 된다. 본 연구에서는 ACF를 사용한 새로운 패키지 구조가 제안이 되었고, 그것의 휨 특성이 구현되었다. 패키지가 휨 환경에 있을 때, 칩 표면에 형성되는 인장응력으로 인해서 칩이 쉽게 깨지는데, 이러한 인장 응력을 줄이기 위해서 칩 내부에 형성되는 중립축을 이동시킴으로써, 패키지 구조를 안정적으로 만들었다. 결과적으로 칩이 깨지는 문제 없이 휨 특성을 향상시키는 패키지 구조를 구현했다.
본 연구의 두 번째 목적으로, 접속 물질로 사용되는 이방성 전도 필름을 휨 환경에 적합하도록 최적화 시키는 연구가 진행되었다. 피로 휨 테스트시에 이방성 전도 필름의 레진이 delamination 없이 유지되도록 만들어졌으며, 만들어진 세 종류의 이방성 전도 필름을 가지고 피로 휨 테스트를 진행했다. 테스트 후에 SAM 장비로 칩 표면의 깨짐을 확인하였고, 전도성 폴리머 볼은 SEM 장비로 확인되었다. 피로 테스트 결과, modulus가 높은 이방성 전도 필름이 피로 신뢰성이 좋음이 확인되었다.
