Recently, smart clothes based on the electronic textiles (e-textiles) technology have become one of the most promising form of the wearable devices over accessory-type devices such as glasses, watches and shoes. One of the approaches to realize e-textile system is to integrate conventional electronic devices onto the fabric substrates. To do that, interconnection of those devices onto the fabric is necessary and at the same time, fabric substrates should have electrical circuits to transmit electrical signals. In this thesis, a novel Cu pattern-laminated fabric substrate using B-stage adhesive films will be introduced. Cu pattern was directly formed on the adhesive films using conventional patterning processes, followed by lamination onto the fabric substrates. This method can provide fine-pitch and flexible fabric substrates, however to do that, investigation of the effects of the materials properties of the B-stage adhesive films are necessary.
As an interconnection method, anisotropic conductive films (ACFs) will be used in the thesis. ACFs are film- type adhesive materials consisting of thermosetting polymer resin and conductive particles. After simple bonding process, mechanical adhesion and electrical interconnection can be simultaneously formed by the resin and conductive particles each other. In addition, ACFs interconnection can be one of the solutions for flexible packaging. Therefore, ACFs interconnection of the fabric substrates using polyimide-based flex substrates and Si chip was demonstrated.
In chapter 2, the effects of the materials properties of the B-stage adhesive films on the lamination properties of the fabric substrates such as morphology and bending fatigue property were investigated. Curing property of the adhesive films was firstly optimized since the patterning process directly on the film caused resin pre-curing before lamination. In addition, the effects of film viscosity on the morphology of the fabric substrates were studied in terms of pattern integrity and cross-section morphology after lamination. Finally, the adhesive film modulus and adhesion effects on the bending fatigue properties will be investigated. Through this chapter, the adhesive films will be optimized in terms of pattern integrity and bending reliability.
In chapter 3, Flex-on-Fabric (FOF) interconnection using ACFs and a vertical ultrasonic (U/S) bonding method was demonstrated. For ACFs interconnection, electroless nickel immersion gold (ENIG) metal finish was performed on the Cu electrodes on the adhesive film before lamination. In this chapter, comparative study of the ACFs joint properties was done between fabric substrates and polyimide-based flex substrates. Joint morphology, contact resistance, peel adhesion strength, and pressure cooker test (PCT) reliability were evaluated.
Finally, in chapter 4, Chip-on-Fabric (COF) interconnection using ACFs was demonstrated. Thermo- compression (T/C) bonding method was used for ACFs bonding, and cover layer structure was applied on top of the flip-chip surface to protect Si chip under bending environment. The effects of cover layer thickness on the static bending property were investigated. And the reliability of the encapsulated COF packages was evaluated under dynamic bending, 85oC/85% relative humidity (RH), and washing environment.
최근 전자직물 기술을 기반으로 한 스마트 의류가 기존의 액세서리 형태를 벗어난 차세대 웨어러블 디바이스로써 주목을 받고 있다. 전자직물을 구현하기 위한 방법 중 하나로서, 기존의 전자부품을 직물 위에 실장하는 기술이 있으며 이를 위해서는 직물 위에 전기신호를 전달할 수 있는 회로를 구현하여 직물 기판을 제작하는 기술과 직물 기판 위에 부품을 전기적으로 접속할 수 있는 기술이 필요하다. 본 학위 논문에서는 B-스테이지 접착필름을 사용하여 Cu 패턴이 전사된 직물 기판에 대하여 연구하였다. 접착필름 위에서 패턴을 형성하고 직물 위에 라미네이션 하는 방식을 통해 미세피치의 유연한 직물 기판을 구현할 수 있다. 그러나 이를 위해서는 접착필름의 물성에 대한 연구가 필요하다.
이방성 전도필름(ACF)은 열경화성 폴리머 레진과 도전입자가 혼합된 필름 타입의 접착물질로, 간단한 접합공정을 통해 기계적 접합과 전기접속을 동시에 구현할 수 있다. 또한 ACF는 플렉서블 패키징에 필요한 유연접속의 방법으로써 주목을 받고 있으며, 이에 따라 본 학위논문에서 폴리이미드 기반의 유연기판 및 실리콘 칩을 ACF를 사용하여 직물 기판에 접합하는 연구 또한 수행하였다.
2장에서는 접착필름의 다양한 물성이 기판의 형상과 굽힘 피로 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 접착필름이 패터닝 공정을 거치면서 선 경화 문제가 발생할 수 있기 때문에 경화특성을 가장 먼저 최적화하였다. 접착필름의 점도 특성이 라미네이션 이후에 기판의 형상에 미치는 영향에 대해서 조사하였으며, 마지막으로 접착필름의 modulus와 접착력이 기판의 굽힘 피로 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 2장을 통해 기판 패턴의 형상과 굽힘 신뢰성 측면에서 접착필름을 최적화하였다.
3장에서는 ACF와 수직 초음파 본딩 방법을 사용하여 Flex-on-Fabric 접속을 구현하였다. ACF 본딩을 위해 접착필름 위에 형성된 Cu 전극 위에 ENIG 금속표면처리를 수행한 후에 직물 기판을 제작하였다. 3장에서는 기존의 유연기판과 직물기판에 대해 ACF joint 특성이 어떻게 달라지는지를 접촉저항, joint 형상, 접착력 및 PCT 신뢰성 측면에서 비교분석하였다.
마지막 4장에서는 ACF를 사용한 Chip-on-Fabric (COF) 접속을 구현하였다. 열압착 본딩방식을 사용하였으며 플립 칩 표면 위에 보호층을 씌워 굽힘 환경에서 chip을 보호하였다. 보호층의 두께에 따라 정적 굽힘특성이 어떻게 달라지는지를 확인하였으며, 동적 굽힘, 85oC/85% 상대습도 및 세탁 환경에서 보호층이 씌워진 COF 패키지의 신뢰성을 확인하였다.
