초록 ▼

용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

최근 태블릿, 노트북 등 휴대용 기기와 모바일 기기가 발전하며 IOT 생태계 조성되기 시작 되었다. 이에 따라 반도체 패키지는 작은 폼팩터, 미세한 배선 폭, 전기 및 열적 성능 향상을 충족시킬 수 있는 디자인이 요구되고 있다. 플립칩 기술은 점점 더 복잡해지는 패키지의 하나의 해결책이다.
기존의 ...

최근 태블릿, 노트북 등 휴대용 기기와 모바일 기기가 발전하며 IOT 생태계 조성되기 시작 되었다. 이에 따라 반도체 패키지는 작은 폼팩터, 미세한 배선 폭, 전기 및 열적 성능 향상을 충족시킬 수 있는 디자인이 요구되고 있다. 플립칩 기술은 점점 더 복잡해지는 패키지의 하나의 해결책이다.
기존의 플립칩과 기판을 본딩하기 위해서는 매스 리플로우 공정을 주로 사용하였다. 칩과 기판을 연결 하는 솔더의 크기와 간격이 작아짐에 따라 공정 중 인접한 솔더끼리 연결되는 브리징(bridging) 현상이 생기는 문제가 발생하였다. 또한, 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 패키지의 휨은 두께가 얇아질수록 증가하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 솔더를 구리 기둥(Cu pillar bump)으로 대체하고, 매스 리플로우 공정을 대체할 열압착(Thermal Compression Bonding, TCB) 등 본딩 공정들을 개발 중이다. 특히, 레이저를 이용한 본딩 (Laser Assisted Bonding, LAB)은 레이저가 칩과 기판을 국부적으로 가열하여 솔더를 녹여 접합 시키므로 플립칩 패키지의 휨을 크게 줄여 줄 수 있다.
본 연구에서는 레이저로 플립칩 패키지 본딩시 발생하는 열전달 현상을 수치해석을 이용하여 분석하였다. 열전달 수치해석 결과는 실제 레이저 본딩시 발생하는 열전달 현상을 IR 카메라로 측정한 온도분포와 비교하여 타당성을 입증하였다. 위 결과를 바탕으로 레이저 본딩 시 영향을 주는 변수들을 분석하였다. 레이저의 세기와 실리콘 칩의 두께가 동일할 때 기판의 두께, 범프의 개수와 본딩 스테이지 온도를 변수로 수치해석을 수행하였다. 기판의 두께가 얇을수록, 범프의 개수가 많을수록, 본딩 스테이지의 온도가 낮을수록 플립칩 표면의 최고 온도가 감소하였다. 온도가 불충분하게 올라가 칩과 기판을 접합시키지 못 하여 공정상 불량 발생 가능성을 유추할 수 있다.
또한, 수치해석을 통하여 매스 리플로우, 레이저 리플로우와 레이저 열압착 공정의 열 기계적 응력을 분석하였다. 매스 리플로우의 휨이 가장 크고 레이저 열압착으로 제작 된 패키지의 휨이 가장 작았다. 실제 각 공정으로 제작된 샘플을 moire로 측정한 휨 결과와 비교하여 수치해석의 타당성을 입증하였다. 마지막으로 최외각 솔더의 응력도 매스 리플로우가 가장 크고 레이저 열압착이 가장 작음을 수치해석을 통해 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there has been a rapid development of portable devices such as tablets, notebook and internet of things(IOT) ecosystem has begun to be created. Accordingly, integrated circuit packages are required to have a design that can meet small form factor, fine wiring width, high electrical and the...

Recently, there has been a rapid development of portable devices such as tablets, notebook and internet of things(IOT) ecosystem has begun to be created. Accordingly, integrated circuit packages are required to have a design that can meet small form factor, fine wiring width, high electrical and thermal performance. Flip chip technology is regarded as one of solution to meet that requirements.
Mass reflow is commonly accepted and widely used method for flip bonding and soldering. However, as the size and pitch of bumps become smaller, bridging problem, which indicated melted adjacent solders are connected to each other in the bonding process causing electrical short, occur. In addition, the warpage of the package caused by thermal expansion coefficient difference increased as the package thickness became thinner.
To solve this problem, thermal compression bonding(TCB) processes are invented. Cu pillar bumps also replace the conventional C4 solder bumps for the fine-pitch flip chip soldering joint. But, TCB process also have some disadvantages such as misalignment between chip and substrate, long bonding time. In recent, laser assisted bonding(LAB) technology was invented. Homonized laser beam used as heat source. It features fast ramp up speed of packages temperature, high directional so that can heat the selective area in short time. Thereby greatly reducing the warpage of the flip chip package and the short bonding time.
In this study, the heat transfer phenomenon occurred during bonding of flip chip package with LAB was analyzed by finite element analysis. The heat transfer finite element analysis proved the feasibility by comparing the heat transfer phenomenon in actual laser bonding with the temperature distribution measured by IR camera. Based on thermal simulation results, we analyzed the parameters affecting the laser bonding. Numerical analysis was performed using the thickness of the substrate, the number of bumps and the temperature of the bonding stage when the laser power intensity and the thickness of the silicon chip were the same. As the thickness of the substrate was thinner, the number of bumps was larger, and the temperature of the bonding stage was lower, the maximum temperature of the flip chip surface decreased. It can be inferred that there is a possibility that a defect in the process occurs because the temperature is insufficiently increased and the chip and the substrate can not be bonded.
Numerical analysis has also analyzed the thermo-mechanical stresses of mass reflow, laser reflow, and laser TCB. The warpage of the package fabricated by mass reflow was the largest and fabricated by laser TCB was the smallest. The numerical analysis is verified by comparing the moire measured warpage of real sample fabricated by each flip chip bonding process. At the last, Numerical analysis also carried out to compare stress occur the outermost solder of package fabricated by each bonding process. The largest stress occur during mass reflow and the smallest occur during laser TCB.

Keyword