Fine pitch interconnection technology has become a very important part in packaging industry since the demands of smart electronic devices such as tablet personal computers and smart phones have risen dramatically. The packaging industry requires more competitive technology to fulfill customer needs in electronic devices with high performance, multi-functionality, and compactness. As a consequence, more input/output pins are required within the limited space resulting in the narrower pitch and bump space for further miniaturization of electronic devices.
However in ultra fine pitch interconnections, there are electrical problems with the conventional ACFs bonding, as the pitch and space between bumps and electrodes have become finer and finer. Bumps shape with longer length and narrower width causes less number of conductive particles captured between the bump and the electrode resulting in high contact resistance problem. Moreover, narrow space between the bumps becomes a serious problem, because flown out conductive particles are agglomerated between bumps causing short circuit failures. As a solution for these problems, many solutions were introduced including nanofiber ACFs.
In chapter 2, a modified concept of nanofiber ACFs called “Nanofiber-sheet (NS) ACFs” is introduced. In this chapter, the nanofiber ACFs are modified where conductive particles are located in a very thin layer of nanofiber-sheet with top and bottom surfaces exposed. For this novel NS-ACFs, an electrical path is created through captured conductive particles without melting the nanofibers. As a result, broader selectivity of polymers materials with higher tensile strength and higher suppression effect can be selected. Throughout this chapter, fabrication processes of the novel NS-ACFs are introduced. In addition, the effects of NF on conductive particle movement are investigated and compared with the conventional ACFs.
Chapter 3 introduces another polymer structure to suppress the movement of conductive particles in ACFs. In this chapter, fabrication process of anchoring polymer layer (APL) is introduced which is a simplified fabrication process of exposing surfaces of conductive particles. It is important to simplify the process steps because it can facilitate the mass production of cost-effective ACFs. And then, theoretical and experimental results of conductive particle movement in APL ACFs are discussed. Since the APL structure remains unmelted after a thermo-compression COG bonding, it is possible to observe the actual movement of conductive particles of APL ACFs. Therefore, quantitative measurements are analyzed and compared with the theoretical prediction.
In chapter 4, effects of conductive particle movement on the electrical stability and reliability in ultra fine pitch COG interconnection are investigated. ACFs joint properties of conventional ACFs, conventional nanofiber ACFs, NS-ACFs, and APL ACFs are characterized and compared by a cross-sectional analysis and electrical conduction tests. Effects of exposed surfaces of conductive particles in NS-ACFs and APL ACFs are determined and compared with the conventional ACFs and conventional nanofiber ACFs. Finally, effects of suppression of conductive particle movements on interconnection reliabilities are discussed.
스마트폰, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 현 일렉트로닉 디바이스 시장 제품들은 고성능과 다기능을 요구하기에 부품의 input/output수가 많아지게 되고 이에 따라 범프 사이/전극 사이의 간격이 좁아지는 미세피치화가 필수불가결하다. 특히 이방성 전도 필름을 사용한 접착 기술은 고해상도 디스플레이 미세피치 패키징에서 구동 칩과 디스플레이 패널을 연결하는 접착필름으로 널리 적용되어 왔다. 하지만 미세피치화가 고도화됨에 따라 범프의 넓이가 줄어들어 충분한 도전볼이 포획되지 않는 high contact resistance/open circuit 전기적 접속 문제가 발생되었다. 또한 범프들간의 간격이 매우 미세해짐에 따라 도전볼들이 범프간에 응집되어 발생되는 short circuit failure와 같은 전기적 절연 문제도 발생되었다. 이에 본 연구는 미세피치접속에서 발생되는 문제점들을 해결하고자 nanofiber-sheet ACF (NS-ACF) 및 anchoring polymer layer ACF (APL ACF)등의 새로운 ACF 소재들를 개발하여 접합 공정 중 발생되는 도전볼의 움직임을 최대한 억제하고자 하였다. 먼저, 두 번째 챕터에서는 NS-ACF를 소개하였다. NS-ACF는 nanofiber ACF를 개조 및 업그레이드한 접착소재로써, 도전볼의 위와 아래의 표면이 노출된 채로 매우 얇은 NS에 배열하게 된다. 이 새로운 ACF는 기존에 nanofiber ACF처럼 나노파이버 고분자를 녹여서 전기적 통전을 이루는 방식이 아니라 도전볼의 표면을 미리 노출시킴으로써 NS 고분자를 녹이지 않는 낮은 공정온도에서도 안정적인 전기접속을 갖게 한다. 그러므로 높은 녹는점과 인장강도를 갖는 다양한 고분자의 선택폭이 넓어지고 그로인해 기존 30%정도의 도전볼 포획률을 80%이상으로 향상시킨 도전볼 움직임 억제 효과를 갖는 ACF 얻을 수 있었다. 3번째 챕터에서는 간단한 ACF 제작 공정으로 도전볼의 움직임을 억제할 수 있는 APL ACF가 개발되었다. APL ACF 제작 공정을 통해 도전볼의 움직임을 억제함과 동시에 도전볼의 표면이 노출되어있는 ACF의 제작 공정을 최소화시켰다. 이 ACF 제작공정은 실제 ACF 제품의 가격을 낮추고 양산화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, APL ACF를 사용하였을 때의 도전볼 움직임을 이론적으로 분석하였다. APL ACF의 경우 NS와 마찬가지로 APL이 낮은 접합 온도에 의해 공정 후에도 남아있게 되어 실제 도전볼들의 이동거리를 정량적으로 측정할 수 있었다. 마지막으로, 4번째 챕터에서는 이러한 도전볼 움직임 억제효과가 실제 미세피치 접속 시 전기적 접합 안정성 및 신뢰성에 미치는 영향을 조사하였다. 단면분석, 전기적 특성평가, 신뢰성 등의 결과들을 기존 ACF와 비교분석하였고 NS-ACF와 APL ACF를 사용하였을 때 기존 ACF대비 미세피치에서 short circuit 현상을 해결하는 결과를 얻는 것을 수 있었다.
