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문제 정의
- 본 연구에서는 BT 레진 (Bismalei血de Triazine resin) 계열의 인쇄회로기판 (PCB, printed circuit board)를 기판으로 하는 새로운칩 스케일 패키지형 SAW 필터를 개발하고자 하였다. 세라믹 패키지를 이용하는 기존의 SAW 필터와는 달리 PCB를 사용함으로써 다음과 같은 여러가지 장점이 얻을 수 있다.
제안 방법
- PCB 패키지와 기존 세라믹 패키지형 SAW 필터와의 특성을 비교하기 위해서, 동일한 설계구조를 가지는 DCS Rx SAW 필터 베어칩을 PCB 기판과 세라믹 패키지에 각각 조립하여 두 종류의 SAW 필터를 제작하고, 그 특성을 비교해 보았다.
- 공정 중 라미네이팅 필름의 열처리 경화조건은 200 ℃, 1 시간으로 하였고, 신뢰성 조건은 증기가압시험 4 시간, 20 시간으로 하였다. 그 실험결과를 그림 9에 나타내었다.
- 효과를 얻을 수 있었다. 다층 PCB 기판과 LiTa以 탄성표면파 기판간의 플립 본딩 조건을 최적화하였고, 적절한 PCB 재료선정을 통하여 PCB 기판 및 에폭시라미네이팅 필름 간의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 응력을 최소화시켰다. 이렇게 개발된 탄성표면파 필터는 기존의 제품에 비해 신뢰성 및 전기적 특성 면에서 향상된 특성을 보였다.
- 또한 본 연구에서는 증기가압 실험으로 테스트를 진행하였는데, 실험조건은 121 ℃, 100 % 습도, 2 기압에서 4 시간 동안 방치하는 실험을 실시하였다. PCB 패키지형 SAW 필터가 내습 신뢰성에 잘 견디기 위해서는 적합한 PCB 재료의 선정이 중요하다.
- 먼저 PCB 상에 SAW 베어칩의 플립본딩을 하기 위한 최적의 조건을 도출하였다. 플립본딩 최적조건을 결정하는 주요 인자는 작업시 예열온도, 베어칩에 가해지는 압력, 초음파 본딩의 파워로 나뉠 수 있다.
- 다소 취약함이 예상된다. 수분침투가 발생하지 않게 하기 위해서, 2층 구조의 경우에는 구멍 메꿈법 (plugging process)을 이용하여 비아홀(via hole)을 처리하여 PCB 재료와 금속 비아홀 간의 계면을 통한 수분 침투가 이루어지지 못하게 하였고, 4층 구조의 경우에는 각 층의 금속 전극 및 비아홀의 구조와 PCB 재료 간의 계면경로를 최대화하여 수분침투가 이루어지지 못하도록 하였다.
- 시트 (sheet) 형태의 배열기판에 IDT 패턴과 금속 범프 (bump)가 형성된 압전단결정 베어칩(bare chip)을 플립본딩(flip bonding)한 후, 시트의 상부에 에폭시나 폴리이미드 계열의 라미네이팅 필름을 도포하여 열 압착법을 이용하여 패키지의 외관을 형성한다. 그 다음 각각의 칩들 사이에 적정 간격으로 레이져를 이용하여 그루빙 (grooving) 공정을 행한다.
- 따라서 SAW 필터용 패키지로 사용하기 위해서는 조직이 치밀하고 흡습률이 낮은 재료를 선정하는 것이 좋다. 이러한 재료에 따른 신뢰성 특성을 실험하기 위해서 표 1과 같은 물성을 가지는 세 가지 재료를 선정하여 SAW 필터를 제작하고, 이를 가지고 내습 신뢰성 실험을 실시하였다. 표 1에 나타낸 재료들의 열분해온도는 TGA -DAT 분석을 통하여 측정하였고, 흡습율을 실측하였다.
- 이러한 재료에 따른 신뢰성 특성을 실험하기 위해서 표 1과 같은 물성을 가지는 세 가지 재료를 선정하여 SAW 필터를 제작하고, 이를 가지고 내습 신뢰성 실험을 실시하였다. 표 1에 나타낸 재료들의 열분해온도는 TGA -DAT 분석을 통하여 측정하였고, 흡습율을 실측하였다.
- 필름 경화온도를 180 ℃ 에서 240 笆까지 변화시켜 각각 PCB SAW 필터를 내습 신뢰성시험인 증기 가압시험을 실시하여 신뢰성 개선도를 조사하였다. 그 결과 그림 5에서 보는 바와 같이 열경화 온도가 200℃ 에서 SAW 필터의 주파수 특성이 가장 우수한 특성을 나타내었다.
성능/효과
- SAW 필터는 그림 8(b)와 같이 전기적 특성 불량이 전혀 발생하지 않아서, 세라믹 패키지형 SAW 필터에 비해서 PCB 패키지형 SAW 필터가 열충격 신뢰성에서 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 실시하여 신뢰성 개선도를 조사하였다. 그 결과 그림 5에서 보는 바와 같이 열경화 온도가 200℃ 에서 SAW 필터의 주파수 특성이 가장 우수한 특성을 나타내었다. 통과대역 오른쪽 부분의 열화는 수분침투에 기인한다.
- 첫 번째, 세라믹 패키지에 비해서 PCB는 그 비용이 매우 저렴하여 SAW 필터 재료비 전체를 비교하여도 40% 이상의 재료비 절감효과를 기대할 수 있다. 두 번째, PCB 는 세라믹 패키지에 비해서 4배 이상 빠르게 절단이 가능하고 또한 다이싱 면적 및 오차를 줄일 수 있어, 시트 단위로 작업이 이루어지는 칩 스케일 패키지 제작공정에서 최소 400% 이상의 생산성 향상이 기대된다. 또한 다이싱 블레이드(dicing blade)의 마모가 심한 세라믹 패키지보다 다이싱 공정비용을 상당히 절감할 수 있다, 세 번째, 세라믹 패키지의 고질적인 불량인 열충격에 의한 오픈(open) 불량 및 크랙(crack) 불량을 최소화하여 품질불량의 개선이 기대된다.
- 본 연구에서는 RF SAW 필터의 일반적인 제작 공법인 세라믹 패키지를 이용한 칩스케일 패키지 공법 대신, BT 레진 계열의 PCB 기판을 이용한 새로운 패키지 구조 및 제작공법을 개발하여 약 40 %의 재료비 절감 효과를 얻을 수 있었다. 다층 PCB 기판과 LiTa以 탄성표면파 기판간의 플립 본딩 조건을 최적화하였고, 적절한 PCB 재료선정을 통하여 PCB 기판 및 에폭시라미네이팅 필름 간의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 응력을 최소화시켰다.
- 그림 4는 플립본딩의 조건에 따른 SAW 베어칩의 부착력을 실험적으로 경향 분석한 결과이다. 실험결과, 최적 플립본딩조건은 예열온도 129 ℃, 압력0.5MPa, 초음파 본딩 파워 2.2watt 이고, 이때 블립본딩 부착력은 880g으로 기존 세라믹 패키지의 경우와 비교하여 동등 이상의 결과를 나타내었다.
- 다층 PCB 기판과 LiTa以 탄성표면파 기판간의 플립 본딩 조건을 최적화하였고, 적절한 PCB 재료선정을 통하여 PCB 기판 및 에폭시라미네이팅 필름 간의 열팽창계수 차이로 인해 발생하는 응력을 최소화시켰다. 이렇게 개발된 탄성표면파 필터는 기존의 제품에 비해 신뢰성 및 전기적 특성 면에서 향상된 특성을 보였다.
- 세라믹 패키지를 이용하는 기존의 SAW 필터와는 달리 PCB를 사용함으로써 다음과 같은 여러가지 장점이 얻을 수 있다. 첫 번째, 세라믹 패키지에 비해서 PCB는 그 비용이 매우 저렴하여 SAW 필터 재료비 전체를 비교하여도 40% 이상의 재료비 절감효과를 기대할 수 있다. 두 번째, PCB 는 세라믹 패키지에 비해서 4배 이상 빠르게 절단이 가능하고 또한 다이싱 면적 및 오차를 줄일 수 있어, 시트 단위로 작업이 이루어지는 칩 스케일 패키지 제작공정에서 최소 400% 이상의 생산성 향상이 기대된다.
후속연구
- 두 번째, PCB 는 세라믹 패키지에 비해서 4배 이상 빠르게 절단이 가능하고 또한 다이싱 면적 및 오차를 줄일 수 있어, 시트 단위로 작업이 이루어지는 칩 스케일 패키지 제작공정에서 최소 400% 이상의 생산성 향상이 기대된다. 또한 다이싱 블레이드(dicing blade)의 마모가 심한 세라믹 패키지보다 다이싱 공정비용을 상당히 절감할 수 있다, 세 번째, 세라믹 패키지의 고질적인 불량인 열충격에 의한 오픈(open) 불량 및 크랙(crack) 불량을 최소화하여 품질불량의 개선이 기대된다.网 네 번째, 세라믹 패키지에 비해서 개발제작비가 훨씬 저렴하고, 개발 리드 타임도 훨씬 더 짧기 때문에 양산기종 개발대응에 대한 순발력이 증가하고, 개발 실패 시 부여되는 실패비용에 대한 부담이 줄어드는 효과도 기대할 수 있다.
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