본 연구에서는 언더필 공정에서 플립칩과 기판사이의 모세관 작용에 의한 언더필 유동 경향에 대해 살펴보고, 언더필의 점도와 토출 위치에 따른 언더필 유동특성에 대해 살펴보았다. 플립칩의 사이즈는 $5mm{\times}5mm{\times}0.65^tmm$이며, 솔더범프의 직경은 100 ${\mu}m$, 피치(pitch)간격은 150 ${\mu}m$, 총 1024 I/O(Input/Output)단자의 Full Grid 형태의 플립칩을 사용하였다. 기판으로 투명한 글래스 기판을 사용하였으며 플립칩 패키징의 접합 높이는 50 ${\mu}m$으로 제작하였다. 언더필의 점도 및 토출 위치가 유동특성에 미치는 영향을 살펴보기 위해, 세 종류의 점도 특성($2000{\sim}3700$cps)을 가지는 언더필과 토출 위치를 모서리와 중앙부위로 설정하였다. 언더필의 유동특성 및 충진 시간(filling time)은 CCD카메라를 사용하여 관찰하였다. 실험 결과, 언더필은 솔더 범프에 의한 유동 저항으로 인하여 가장자리 효과(edge effect)가 나타나 칩의 양쪽 측면 유동이 더 빠르게 진전되는 것을 알 수 있었다. 또한, 중앙 부위에서 토출한 경우에 비해 모서리에서 토출한 경우가, 가장자리 효과가 크고 이로 인해 칩의 양쪽 측면 유동이 더 빠르게 진전되어 충진 시간이 더 빠르다는 것을 알 수 있었다. 또한, 점도가 낮을수록, 언더필 유동이 빠르고 가장자리 효과가 크게 나타나며 전체 충진 시간이 감소됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 언더필 공정에서 플립칩과 기판사이의 모세관 작용에 의한 언더필 유동 경향에 대해 살펴보고, 언더필의 점도와 토출 위치에 따른 언더필 유동특성에 대해 살펴보았다. 플립칩의 사이즈는 $5mm{\times}5mm{\times}0.65^tmm$이며, 솔더 범프의 직경은 100 ${\mu}m$, 피치(pitch)간격은 150 ${\mu}m$, 총 1024 I/O(Input/Output)단자의 Full Grid 형태의 플립칩을 사용하였다. 기판으로 투명한 글래스 기판을 사용하였으며 플립칩 패키징의 접합 높이는 50 ${\mu}m$으로 제작하였다. 언더필의 점도 및 토출 위치가 유동특성에 미치는 영향을 살펴보기 위해, 세 종류의 점도 특성($2000{\sim}3700$cps)을 가지는 언더필과 토출 위치를 모서리와 중앙부위로 설정하였다. 언더필의 유동특성 및 충진 시간(filling time)은 CCD카메라를 사용하여 관찰하였다. 실험 결과, 언더필은 솔더 범프에 의한 유동 저항으로 인하여 가장자리 효과(edge effect)가 나타나 칩의 양쪽 측면 유동이 더 빠르게 진전되는 것을 알 수 있었다. 또한, 중앙 부위에서 토출한 경우에 비해 모서리에서 토출한 경우가, 가장자리 효과가 크고 이로 인해 칩의 양쪽 측면 유동이 더 빠르게 진전되어 충진 시간이 더 빠르다는 것을 알 수 있었다. 또한, 점도가 낮을수록, 언더필 유동이 빠르고 가장자리 효과가 크게 나타나며 전체 충진 시간이 감소됨을 알 수 있었다.
In this paper, the flow characteristics of underfill material driven by capillary action between flip-chip and substrate were investigated. Also, the effects of viscosity level and dispensing point of underfill on flow characteristics were investigated. Flip chip package size was $5mm{\times}5m...
In this paper, the flow characteristics of underfill material driven by capillary action between flip-chip and substrate were investigated. Also, the effects of viscosity level and dispensing point of underfill on flow characteristics were investigated. Flip chip package size was $5mm{\times}5mm{\times}0.65^tmm$, the diameter of solder bump was 100 ${\mu}m$, and the pitch was 150 ${\mu}m$. It was full grid area-array type with 1024 I/Os. The glass substrate was used and the gap between the chip and substrate was 50 ${\mu}m$. For the experimental study, three different underfills with different viscous properties($2000{\sim}3700$ cps), and two different types of dispensing methods(center dot and edge dot) were used. The flow characteristics and filling time of underfill were investigated by using CCD camera. The results show that the edge flow was faster than center flow due to the edge effect, which was caused by the resistance of solder bumps. In case of edge dot dispensing type, the filling time was faster due to the large edge effect, compared to center dot dispensing type. Also, it was found that the underfill flow was faster and the filling time decreased as the viscosity level of underfill was decreased.
In this paper, the flow characteristics of underfill material driven by capillary action between flip-chip and substrate were investigated. Also, the effects of viscosity level and dispensing point of underfill on flow characteristics were investigated. Flip chip package size was $5mm{\times}5mm{\times}0.65^tmm$, the diameter of solder bump was 100 ${\mu}m$, and the pitch was 150 ${\mu}m$. It was full grid area-array type with 1024 I/Os. The glass substrate was used and the gap between the chip and substrate was 50 ${\mu}m$. For the experimental study, three different underfills with different viscous properties($2000{\sim}3700$ cps), and two different types of dispensing methods(center dot and edge dot) were used. The flow characteristics and filling time of underfill were investigated by using CCD camera. The results show that the edge flow was faster than center flow due to the edge effect, which was caused by the resistance of solder bumps. In case of edge dot dispensing type, the filling time was faster due to the large edge effect, compared to center dot dispensing type. Also, it was found that the underfill flow was faster and the filling time decreased as the viscosity level of underfill was decreased.
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문제 정의
살펴보았다. 또한, 언더필의 점도와 언더필의 토출 위치에 따른 언더필 유동특성에 대해 살펴보았다.
본 연구에서는 플립칩 패키징의 신뢰성 향상을 위한 언더필 공정 에서의 플립칩과 기판 사이의 모세관 작용에 의한 언더필 공정의 언더필 유동 경향에 대해 살펴보았다. 또한, 언더필의 점도와 언더필의 토출 위치에 따른 언더필 유동특성에 대해 살펴보았다.
본 연구에서는 플립칩과 기 판사 이의 모세관 작용에 의한 언더필 공정의 언더필 유동 경향에 대해 살펴보고, 언더필의 점도와 언더필의 토출 위치에 따른 언더필 유동 특성에 대해 살펴보았다.
제안 방법
또한, 솔더의 접합 높이는 플립칩 패키지를 글래스 기판상에 장착한 후, 리플로우 공정을 통해 열과 압력을 가하여 50 μ이의 접합 높이를 가지는 플립칩을 제작하였다.
언더필의 토출 위치는 소형 부품에 널리 사용되는 'Edge dot, 와 Center dof 방법을 이용하여 각각 플립 칩 한쪽 모서 리 및 칩의 중앙에서 토출하였다. 또한, 점성이 다른 언더필및 토출 위치에 따른 언더필의 유동 특성을 확인하기 위하여, Fig. 3에 보인 바와 같이 CCD카메 라를 투명 한 글래스기판 하부에 장착하여, 언더필의 유동 선단을 포함한 시간에 따른 언더필의 유동 흐름 특성 및 충진 시간을 측정하였다.
Case 1~Case 3은 언더필의 점도가 언더필의 유동에 미치는 영향을 관찰하기 위한 조건이며 이와 함께 Case 4는 언더필의 토출 위치에 따른 언더필의 유동에 미치는 영향을 관찰하기 위한 조건으로 설정하였다. 먼저, 플립칩을 플립칩 접합 장비(FINEPLASER-96 LAMDA: FINETECH Gmbh & Co. KG)를 사용하여 글래 스 기 판 상에 장착한 후, 플립칩을 고정하였다. 본 실험에서는 글래스 기판 상에 금속 패턴을 형성하지 않고 고정 클립을 이용하여 플립 칩과 글래스 기판을 밀착시키는 방법을 사용하였다.
KG)를 사용하여 글래 스 기 판 상에 장착한 후, 플립칩을 고정하였다. 본 실험에서는 글래스 기판 상에 금속 패턴을 형성하지 않고 고정 클립을 이용하여 플립 칩과 글래스 기판을 밀착시키는 방법을 사용하였다. 이와 같이 밀착된 플립칩과 글래스 기판 사이에언더 필 토출 장비(SBD-A101N: SEBA Co.
7은 언더필의 점도에 따른 충진 시간을 측정한 결과를 나타내었다. 언더필의 충진 시간은 언더 필이 플립칩 패키지 내부로 완전히 채워질 때까지 걸린 시간을 측정하였으며, 각 실험을 5회 반복 시행하여 그 평균값을 측정하였다. 그림에서 보는 바와 같이, Washbum 모델의 이론식(1)과 (2) 에서 예측할 수 있듯이 점도가 높아질수록충진 시간이 길어짐을 알 수 있다.
언더필의 양은 플립칩에 양호한 필렛이 형성될 수 있는 충분한 양인 약 0.7 mrr? 으로, 토출압력은 0.01 MPa, 토출 시간은 2.9s으로 설정하여 언더필을 토출하였다. 언더필의 토출 위치는 소형 부품에 널리 사용되는 'Edge dot, 와 Center dof 방법을 이용하여 각각 플립 칩 한쪽 모서 리 및 칩의 중앙에서 토출하였다.
본 실험에서는 글래스 기판 상에 금속 패턴을 형성하지 않고 고정 클립을 이용하여 플립 칩과 글래스 기판을 밀착시키는 방법을 사용하였다. 이와 같이 밀착된 플립칩과 글래스 기판 사이에언더 필 토출 장비(SBD-A101N: SEBA Co.)를 사용하여 언더필이 충분히 칩과 기판을 채울 수 있도록 공급하였다. 언더필의 양은 플립칩에 양호한 필렛이 형성될 수 있는 충분한 양인 약 0.
대상 데이터
솔더 범프는 높이 lOOum, 피치(pitch)간격은 150 μm, 총 1024 I/O(Input/Output) 단자의 Full Grid 형 태의 플립칩을 사용하였다. 기판으로는 언더 필의 유동 흐름을 확인하기 위하여 1 mm 두께의 글래 스 기판을 사용하였다. 언더필의 점도에 따른 유동 특성을 살펴보기 위하여서로 다른 점도를 가지는 3종류(2000, 2200, 3700cps)의 에폭시 타입의 언더필(HENKEL Co.
5Ag를 사용하였다. 솔더 범프는 높이 lOOum, 피치(pitch)간격은 150 μm, 총 1024 I/O(Input/Output) 단자의 Full Grid 형 태의 플립칩을 사용하였다. 기판으로는 언더 필의 유동 흐름을 확인하기 위하여 1 mm 두께의 글래 스 기판을 사용하였다.
기판으로는 언더 필의 유동 흐름을 확인하기 위하여 1 mm 두께의 글래 스 기판을 사용하였다. 언더필의 점도에 따른 유동 특성을 살펴보기 위하여서로 다른 점도를 가지는 3종류(2000, 2200, 3700cps)의 에폭시 타입의 언더필(HENKEL Co.)을 사용하였으며 각각의 언더필 물성치를 Table 1에 나타내었다.
2에 나타내었다. 플립칩 패키지의 사이즈는 5 mmx5 mmxOGemm, 솔더 조성은 Sn-2.5Ag를 사용하였다. 솔더 범프는 높이 lOOum, 피치(pitch)간격은 150 μm, 총 1024 I/O(Input/Output) 단자의 Full Grid 형 태의 플립칩을 사용하였다.
이론/모형
9s으로 설정하여 언더필을 토출하였다. 언더필의 토출 위치는 소형 부품에 널리 사용되는 'Edge dot, 와 Center dof 방법을 이용하여 각각 플립 칩 한쪽 모서 리 및 칩의 중앙에서 토출하였다. 또한, 점성이 다른 언더필및 토출 위치에 따른 언더필의 유동 특성을 확인하기 위하여, Fig.
성능/효과
为 FC 패키 징 기술은 종래의 칩과 기판을 연결하는 와이어본딩 및 TAB 방법에 비하여 신호의 손실을 최소화 할 수 있으며, I/O 단자를 칩 주변뿐만 아니라 칩 면에 area-array 형태로 칩 내부 회로상에 형성할 수 있어, 고밀도화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.4)그러나, 실리콘 칩과 기판과의 큰 열 팽 창계 수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion)의 차이로 인해 솔더 접합부에 응력이 집중되어 물리적, 열적 하중에 취약한 단점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 보완하기 위하여 언더필 공정을 통하여 언더필 재료를 칩과 기 판사이에 충진시 켜 솔더 접합부에 집중된 웅력을 완화 시 켜주며, 외부의 불순물로부터 솔더 접합부를 보호함으로써 신뢰성을 향상시키는 노력을 하고 있다.
언더 필은 Type A 재료로 언더필의 점도는 2000 cps이다. 그림에서 보는 바와 같이, 언더필이 완전히 충진되는 시간은 약 107s이며, 가장자리 효과(edge effect)로 인해 칩의 양쪽 측면 유동이 가운데 유동에 비해 더 빠르게 진전됨을 알 수 있었다. 이러한 언더필의 유동 경향은 중앙 부위에서의 언더필의 유동 저항이 즉면 부위의 유동 저항보다 커 즉면 부위의 유동이 더욱 빠르게 진전되는 것을 알 수 있다.
Type A 언더필 (2000 cps)의 경우, 플립칩 패키지 내부로 완전히 채워지는데 필요한 시간은 평균 약 87s, Type B(2200cps)는 약 156 s, Type C(3700 cps)는 약 448 s가 소요되었다. 또한, 칩의 중앙 부위에서 토출한 경우(Case 4), Table 3에 나타낸 바와 같이 충진 시간은 평균 약 125 s로, 동일 재료를 이용하여 모서 리에서 토출한 경우(Case 1)에 비해 충진 시간이 약 1.44배 증가한 것을 알 수 있다. 이는 동일 재료의 언더필을 사용하더라도 토출하는 위치에 따라, 솔 더 범 프에 의한 유동 저 항성으로 인한 가장자리 효과로 인해 중앙부위의 유동보다 칩의 가장자리로 유동이 빨리 진전되는 유동 경향은 동일하지만, 모서리에서 토출한 경우가 이러한 유동 경향이 더욱 크게 나타남을 알 수 있다.
진전되는 것을 알 수 있었다. 이러한 유동 경향은 언더필의 점도 및 토출 위치와 상관없이 같은 경향을 나타내지만, 언더필의 점도가 낮을수록, 칩의 모서리 부위에서 언더 필을 토출하였을 경우가 가장자리 효과가 더 크게 나타나며 충진 시간이 빨라지는 것을 알 수 있었다.
이로 인해, 결과적으로 언더필의 토출 이후, 약 45 s에 는 칩의 중앙부위의 유동 선단과 상하 부위 의 유동 선단이 거의 같아졌음을 볼 수 있다. 이러한 유동 경향은, 모서 리 부위에서 토출한 경우와 매우 유사한 유동 경 향을 보이고 있으며, 솔더 범프 간 피치 간격이 작을수록, 또한, 언더필의 점도가 낮을수록 더욱 현저히 나타날 것으로 판단된다.
이는 초기 토출된 언더필이 중앙부위로 진전되고 시간이 경과함에 따라 솔더 범프에 의한 유동 저항이 발생하여 가장자리 효과에 의해 측면 유동이 진전되어 발생한 것으로 판단된다. 이로 인해, 결과적으로 언더필의 토출 이후, 약 45 s에 는 칩의 중앙부위의 유동 선단과 상하 부위 의 유동 선단이 거의 같아졌음을 볼 수 있다. 이러한 유동 경향은, 모서 리 부위에서 토출한 경우와 매우 유사한 유동 경 향을 보이고 있으며, 솔더 범프 간 피치 간격이 작을수록, 또한, 언더필의 점도가 낮을수록 더욱 현저히 나타날 것으로 판단된다.
플립칩 패키징의 언더필은 플립칩과 기판간의 모세관작용에 의하여 언더필이 채워져 나가며, 솔더 범프의 유동 저항에 의하여 토출된 언더필은 칩의 모서리 부위로 빠르게 진전되어 가는 모서리 효과가 나타나며, 이로 인하여 칩의 중앙부위의 유동보다 칩의 모서리 유동이 빨리 진전되는 것을 알 수 있었다. 이러한 유동 경향은 언더필의 점도 및 토출 위치와 상관없이 같은 경향을 나타내지만, 언더필의 점도가 낮을수록, 칩의 모서리 부위에서 언더 필을 토출하였을 경우가 가장자리 효과가 더 크게 나타나며 충진 시간이 빨라지는 것을 알 수 있었다.
후속연구
이러한 문제점을 해결하기 위해 언더필 공정에 따른 유동 경향을 올바르게 이해하고, 언더필 공정온도 및 접합부의 형상 등에 대한 보다 체계적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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