표면실장기술 (Surface Mounted Technology, SMT)는 패키지의 소형화 및 고집적화로 인해 매우 중요한 기술로 자리 잡고 있다. 특히 플렉시블과 같은 제품에서 사용되고 있는 이방성전도필름 (Anisotropic Conductive Film, ACF)과 반도체 칩과 기판을 연결하여 전기적 신호를 전달해주는 솔더볼 (Solder Ball)은 대표적인 표면실장기술이다. 이방성전도필름의 경우, 접착제 내부에 도전성 ...
표면실장기술 (Surface Mounted Technology, SMT)는 패키지의 소형화 및 고집적화로 인해 매우 중요한 기술로 자리 잡고 있다. 특히 플렉시블과 같은 제품에서 사용되고 있는 이방성전도필름 (Anisotropic Conductive Film, ACF)과 반도체 칩과 기판을 연결하여 전기적 신호를 전달해주는 솔더볼 (Solder Ball)은 대표적인 표면실장기술이다. 이방성전도필름의 경우, 접착제 내부에 도전성 폴리머를 분산시켜 압력과 열에 의해 회로 내부의 bump에 수직 방향으로 전기를 연결해주는 통전 방법이다. 도전볼의 크기는 3~15㎛를 사용하며, 니켈, 금, 은 등을 코팅하였다. 그러나, 90% 이상이 일본에서 수입하는 제품이며 화이트리스트 품목에서 중요 소재로 꼽힐 만큼 국산화가 시급하며, fine pitch를 요구하는 전자제품에 사용하기에는 도전볼의 크기가 최적화되지 않아, 신뢰성 문제가 발생하고 있다. 또한, 200℃ 이상의 고온으로 압착할 때 발생하는 기판과 회로의 손상이 빈번하게 발생하고 있어 150℃ 이하의 온도에서 본딩이 가능한 저온본딩 공정개발이 시급하다. 다음으로 솔더볼의 경우 무연 소재인 주석을 메인인 주석/은/구리 계열 합금을 사용하고 있다. 크기는 0.76mm를 사용하고 있으나, ACF의 도전볼과 마찬가지로 fine pitch에 요구에 맞게 0.3mm의 크기로 대체하고 있다. 솔더볼은 납과 가장 비슷한 주석계열의 합금을 사용하고 있는데, 대부분 특허로 잡혀있으며, 주석의 단점인 낮은 전기전도도와 경도 때문에 주석계열의 합금을 대체할 새로운 계열의 합금개발이 시급하다. 이러한 문제를 해결하고자 본 논문에서는 이방성전도필름을 국산화하기 위해 고분자비드를 라디칼중합반응을 이용하여 제작하였으며, 제작된 고분자 비드 표면에 금속을 코팅하여 도전볼을 제작하였다. 니켈과 금을 코팅한 도전볼의 경우, 상용화된 도전볼과 비슷한 수준의 저항을 가지는 것을 확인하였으며, 전기적 특성을 개선하고자 금이 아닌 구리를 코팅하여 접촉저항 0.5mΩ으로 줄일 수 있었다. 이는 상용화된 금 도전볼보다 1.45mΩ 낮은 접촉저항을 가지고 있으며, 산화반응을 방지하기 위해 corrosive coating을 진행하여 수분을 차단해주었다. 결론적으로 144시간 동안 2mΩ보다 낮은 접촉저항을 유지할 수 있었다. 또한, 초음파를 이용한 저온본딩은 150℃ 온도와 4Mpa 압력을 가한 상태에서 40kHz에서 6초 이상 초음파를 유지해주면 400gf 이상의 접착력을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 솔더볼의 경우, 시뮬레이션을 이용하여 솔더볼 크기를 제어할 수 있는 부품 크기를 최적화하여 장비를 제작하였으며, 제작된 장비를 이용하여 구리, 은 계열의 합금을 제작하였다. 구리/비스무트/갈륨, 구리/인듐/갈륨, 은/비스무트 계열의 합금은 약 251℃의 녹는점을 가지면서 주석계열보다 높은 전기전도도 (약 1.3Ω)과 최소 5배 이상 높은 경도를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 녹는점이 높은 솔더볼 표면에 전해도금을 이용하여 코어볼을 제작하였으며, 코팅의 표면 최적화 및 두께를 최적화하여 녹는점이 높은 합금의 문제점을 보완하였다. 최소 1000gf 이상의 접착력을 유지하고 합금보다 약 2배 높은 전기전도도를 확보하였다. 결과적으로 fine pitch에 적합한 표면실장기술의 국산화 가능성과 향상된 전기적 특성을 확인하였으며 개선된 특성을 바탕으로 신뢰성까지 확보한다면 상용화된 제품을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.
표면실장기술 (Surface Mounted Technology, SMT)는 패키지의 소형화 및 고집적화로 인해 매우 중요한 기술로 자리 잡고 있다. 특히 플렉시블과 같은 제품에서 사용되고 있는 이방성전도필름 (Anisotropic Conductive Film, ACF)과 반도체 칩과 기판을 연결하여 전기적 신호를 전달해주는 솔더볼 (Solder Ball)은 대표적인 표면실장기술이다. 이방성전도필름의 경우, 접착제 내부에 도전성 폴리머를 분산시켜 압력과 열에 의해 회로 내부의 bump에 수직 방향으로 전기를 연결해주는 통전 방법이다. 도전볼의 크기는 3~15㎛를 사용하며, 니켈, 금, 은 등을 코팅하였다. 그러나, 90% 이상이 일본에서 수입하는 제품이며 화이트리스트 품목에서 중요 소재로 꼽힐 만큼 국산화가 시급하며, fine pitch를 요구하는 전자제품에 사용하기에는 도전볼의 크기가 최적화되지 않아, 신뢰성 문제가 발생하고 있다. 또한, 200℃ 이상의 고온으로 압착할 때 발생하는 기판과 회로의 손상이 빈번하게 발생하고 있어 150℃ 이하의 온도에서 본딩이 가능한 저온본딩 공정개발이 시급하다. 다음으로 솔더볼의 경우 무연 소재인 주석을 메인인 주석/은/구리 계열 합금을 사용하고 있다. 크기는 0.76mm를 사용하고 있으나, ACF의 도전볼과 마찬가지로 fine pitch에 요구에 맞게 0.3mm의 크기로 대체하고 있다. 솔더볼은 납과 가장 비슷한 주석계열의 합금을 사용하고 있는데, 대부분 특허로 잡혀있으며, 주석의 단점인 낮은 전기전도도와 경도 때문에 주석계열의 합금을 대체할 새로운 계열의 합금개발이 시급하다. 이러한 문제를 해결하고자 본 논문에서는 이방성전도필름을 국산화하기 위해 고분자 비드를 라디칼 중합반응을 이용하여 제작하였으며, 제작된 고분자 비드 표면에 금속을 코팅하여 도전볼을 제작하였다. 니켈과 금을 코팅한 도전볼의 경우, 상용화된 도전볼과 비슷한 수준의 저항을 가지는 것을 확인하였으며, 전기적 특성을 개선하고자 금이 아닌 구리를 코팅하여 접촉저항 0.5mΩ으로 줄일 수 있었다. 이는 상용화된 금 도전볼보다 1.45mΩ 낮은 접촉저항을 가지고 있으며, 산화반응을 방지하기 위해 corrosive coating을 진행하여 수분을 차단해주었다. 결론적으로 144시간 동안 2mΩ보다 낮은 접촉저항을 유지할 수 있었다. 또한, 초음파를 이용한 저온본딩은 150℃ 온도와 4Mpa 압력을 가한 상태에서 40kHz에서 6초 이상 초음파를 유지해주면 400gf 이상의 접착력을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 솔더볼의 경우, 시뮬레이션을 이용하여 솔더볼 크기를 제어할 수 있는 부품 크기를 최적화하여 장비를 제작하였으며, 제작된 장비를 이용하여 구리, 은 계열의 합금을 제작하였다. 구리/비스무트/갈륨, 구리/인듐/갈륨, 은/비스무트 계열의 합금은 약 251℃의 녹는점을 가지면서 주석계열보다 높은 전기전도도 (약 1.3Ω)과 최소 5배 이상 높은 경도를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 녹는점이 높은 솔더볼 표면에 전해도금을 이용하여 코어볼을 제작하였으며, 코팅의 표면 최적화 및 두께를 최적화하여 녹는점이 높은 합금의 문제점을 보완하였다. 최소 1000gf 이상의 접착력을 유지하고 합금보다 약 2배 높은 전기전도도를 확보하였다. 결과적으로 fine pitch에 적합한 표면실장기술의 국산화 가능성과 향상된 전기적 특성을 확인하였으며 개선된 특성을 바탕으로 신뢰성까지 확보한다면 상용화된 제품을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.
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