In this study, the effects of Anisotropic Conductive Films (ACFs) resin properties and conductive ball size on bending reliability in Chip-in-Flex package were evaluated for higher bending reliability of wearable electronics applications. ACFs have an advantage of flexibility, comfortability and simple process. However, ACFs resin delamination and resin crack can occur in the repeated bending test. Since the high reliability of ACFs joint is related with high bending reliability, effects of material properties of ACFs on bending reliability were evaluated. First, effects of ACFs resin modulus were evaluated, secondly, effects of ACFs adhesion strength were evaluated. Finally, effects of difference in the gap height by changing the size of conductive balls on bending reliability were evaluated.
In part 2, bending reliability according to ACFs resin modulus was evaluated during a dynamic bending test. Three ACFs with different modulus were prepared and fatigue bending tests were carried out and the fracture mode were observed. Before and after the bending test, the gap height was greatly increased in low modulus ACFs, and through the SEM image, resin delamination was observed between the ACFs resin and the electrode of flexible substrate. In order to analyze, strain analysis using cyclic tensile test was carried out and the value of accumulated plastic strain was predicted by comparison with the value of strain generated in three types of ACF at the same time. As a result, as the modulus increased, it showed the lowest plastic strain and higher bending reliability.
In Part 3, the effect of the adhesion properties of the ACFs on dynamic bending reliability was evaluated. In order to change the adhesion property of the ACFs resin only, the chip and the substrate were subjected to the plasma treatment and the bending reliability was evaluated according to the plasma treatment type. In case of ‘one side treatment’, the bending reliability was increased compared to the ‘No treatment’ type, and ‘both sides treatment’ type showed the highest bending reliability.
In Part 4, after changing the size of the conductive balls to vary the gap height after bonding, the effect of the gap height on the bending reliability was evaluated. Using the conductive balls of three sizes, the thermos-compression bonding was performed under the same conditions. As a result, the smallest conductive ball had the lowest gap height and then showed the highest bending reliability.
In part 5, three variables of the anisotropic conductive film which can be considered to improve the flexibility and bending reliability of flexible package were evaluated. As a result, using small conductive balls was the most effective in improving the bending reliability, followed by the increase of ACFs resin modulus and the increase of the adhesion strength.
본 연구에서는 입는 기기용 전자기기에 적용하기 위한 고 휨 신뢰성의 이방성 전도 필름에 대한 것으로 Chip-in-Flex 패키지 구조에서 높은 휨 신뢰성을 갖기 위한 방법들을 평가하였다. 이방성 전도 필름은 저온 공정을 가능하게 하며, 일정 면적에 많은 접속부를 구현할 수 있으며 저비용의 장점을 가진다. 하지만, 반복적인 휨 시험에서 접속부의 박리 또는 레진의 찢어짐등이 발생될 수 있다. 이를 해결하기 위해 이방성 전도 필름의 물성을 변화시켜 그 효과를 각각 살펴보았다. 첫번째로 레진 modulus를 변화시켜 그 효과를 살펴보았고, 두번째로 레진 접착력을 증가시켰으며, 마지막으로 도전볼의 크기를 변화시켜 본딩 이후 갭 높이의 차이가 휨 신뢰성에 어떤 영향을 미치는 지를 평가하였다. 마지막으로, 세가지 효과중에서도 CIF 패키지 뿐만 아니라 다양한 플렉서블 패키지 구조에서 휨 신뢰성을 높이기 위한 방법을 제시하였다.
파트 2에서는, 반복적인 bending 시험 동안 ACF 레진 modulus에 따른 휨 신뢰성을 평가하였다. 각각 다른 modulus를 가진 3가지 ACF를 준비하여 피로 휨 시험을 진행하였고, 파단면을 관찰하였다. Modulus가 증가됨에 따라 휨 신뢰성이 향상되는 결과를 확인하였고, Low modulus ACF에서 SEM 이미지를 통해 레진과 기판사이에서 레진 박리가 발견되었다. 이를 분석하기 위하여 Tensile test 장비를 사용한 strain 분석이 진행되었고, 3종류의 ACF에서 동일한 Cycle동안 발생된 strain의 값으로 축적된 plastic strain의 값을 비교했다. 그 결과, modulus가 높은 이방성 전도 필름이 가장 낮게 plastic strain이 축적되어 휨 신뢰성이 매우 높은 것으로 확인되었다.
파트 3에서는, 반복적인 피로 bending 시험 동안 ACF의 접착특성이 미치는 영향에 대해 평가하였다. 레진의 접착력만 변화시키기 위해 칩과 기판에 플라즈마 처리를 진행하였고, 플라즈마 처리 표면에 따라 휨 신뢰성을 평가하였다. 플라즈마 처리를 기판쪽에만 했을 경우, 처리를 하지 않을 경우보다 휨 신뢰성이 증가하였고, 플라즈마 처리를 칩과 기판 모두 진행했을 경우 가장 높은 휨 신뢰성을 보였다.
파트 4에서는, 도전볼의 크기를 변화시켜 본딩 이후 갭 높이를 변화시킨 후, 갭 높이가 휨 신뢰성에 미치는 영향을 평가하였다. 3가지 크기의 도전볼을 사용하여 동일한 조건으로 열압착 본딩을 진행하였고, 그 결과 가장 작은 도전볼을 사용하여 갭 높이가 가장 낮았을 때 가장 높은 휨 신뢰성을 보였다.
파트 5에서는, 휨 신뢰성에 영향을 주는 3가지 인자들을 모두 고려한 CIF 패키지의 피로 수명을 평가하고 예측하였다. 휨 신뢰성을 높이는 데 3가지 인자 중에 가장 효과적인 방법이 무엇인지 파악하였고 3가지 효과를 모두 적용했을 때 CIF 패키지가 갖는 최적의 피로수명을 평가하였다.
이로써, 본 연구를 통해 높은 휨 신뢰성을 가지는 플렉서블 패키지를 구현하기 위해서 고려될 수 있는 이방성 전도 필름의 3가지 변수들이 평가되었고, 그 결과 작은 도전볼을 사용하는 것이 휨 신뢰성을 높이는데 가장 효과적이었으며, 그 다음으로 modulus를 증가시키는 것이 효과적이었고, 마지막이 레진의 접착력을 증가시키는 것이었다.
