In the display industry, COG bonding method is being applied to production of LCD panels that are used for mobile phones and monitors, and is one of the mounting methods optimized to compete with the trend of ultra small, ultra thin and low cost of display. In COG bonding process, electrical charact...
In the display industry, COG bonding method is being applied to production of LCD panels that are used for mobile phones and monitors, and is one of the mounting methods optimized to compete with the trend of ultra small, ultra thin and low cost of display. In COG bonding process, electrical characteristics such as contact resistance, insulation property, etc and mechanical characteristics such as bonding strength, etc depend on properties of conductive particles and epoxy resin along with ACF materials used for COG by manufacturers. As the properties of such materials have close relation to optimization of bonding conditions such as temperature, pressure, time, etc in COG bonding process, it is requested to carry out an in-depth study on characteristics of COG bonding, based on which development of bonding process equipment shall be processed. In this study were analyzed the characteristics of COG bonding process, performed the analysis and reliability evaluation on electrical and mechanical characteristics of COG bonding using ACF to find optimum bonding conditions for ACF, and performed the experiment on bonding characteristics regarding fine pitch to understand the affection on finer pitch in COG bonding. It was found that it is difficult to find optimum conditions because it is more difficult to perform alignment as the pitch becomes finer, but only if alignment has been made, it becomes similar to optimum conditions in general COG bonding regardless of pitch intervals.
In the display industry, COG bonding method is being applied to production of LCD panels that are used for mobile phones and monitors, and is one of the mounting methods optimized to compete with the trend of ultra small, ultra thin and low cost of display. In COG bonding process, electrical characteristics such as contact resistance, insulation property, etc and mechanical characteristics such as bonding strength, etc depend on properties of conductive particles and epoxy resin along with ACF materials used for COG by manufacturers. As the properties of such materials have close relation to optimization of bonding conditions such as temperature, pressure, time, etc in COG bonding process, it is requested to carry out an in-depth study on characteristics of COG bonding, based on which development of bonding process equipment shall be processed. In this study were analyzed the characteristics of COG bonding process, performed the analysis and reliability evaluation on electrical and mechanical characteristics of COG bonding using ACF to find optimum bonding conditions for ACF, and performed the experiment on bonding characteristics regarding fine pitch to understand the affection on finer pitch in COG bonding. It was found that it is difficult to find optimum conditions because it is more difficult to perform alignment as the pitch becomes finer, but only if alignment has been made, it becomes similar to optimum conditions in general COG bonding regardless of pitch intervals.
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문제 정의
COG 접합 공정에서 미세피치(Fine Pitch)에 따른 본딩 접합 특성의 정확한 이해가 요구되며 각각의 요소들이 접합특성에 미치는 영향들을 수렴하여 실험을 진행하고자 하였다.
본 논문에서는 COG 본딩 공정의 특성을 분석하고 공정조건에 따른 전기적, 기계적 접합특성의본석과 신뢰성 평가를 수행하여 ACF 사용에 따른 본딩의 최적 조건을 알아보고, 미세 피치 (Fine Pitch)화에 따라서 발생할 수 있는 접합 특성을 유추하고자 하였다.
본 논문에서는 COG 본딩 공정의 파라미터를 도출하여 어떤 원인이 본딩 접합 특성에 영향을 미치고 있는가를 파악하고, 원인 인자들의 상호작용을 분석한 결과를 이용하여 최적의 본딩 조건의 특성을 파악하고자 하였다. 이러한 과정들을 통해서 COG 접합 특성에 대한 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
제작하였다. COG 본딩에서 미세 피치 (Fine Pitch)화 될수록 Alignment 가 어렵기 때문에 COG 본딩 실험을 할 때는 Alignment 가 용이하도록 패턴을 단순화시켜서 COG 본딩 실험이 잘 이루어지도록 제작하였다. 피치 간격은 20 ㎛로 각각 제작하여 COG 본딩 접합 특성 결과를 비교할 수 있도록 하였다.
COG 본딩 접합 특성 실험을 수행하여 얻어낸 결과에 따라 최적화된 본딩 조건을 이용하여 평가용 COG 본딩 샘플을 준비하였고, 해외의 A 와 B 사의 ACF 제품을 사용하였다. 그리고 본딩 직후의 초기 접촉 저항 및 초기 접합강도 측정을 시 행하였다. Table 3, 4는 신뢰성 평가를 위한 A, B 사의 본딩 조건을 각각 보여주고 있다.
또한 ACF 특성이 신뢰성에 미치는 영향을 알아보기 위해 열충격 시험을 수행하였다. 열충격시험은 -40℃에서 10 분, 상온에서 5 분, 150℃에서 10 분간 유지하는 것을 1 회로 하여 1000 회까지 실시하였다.
본 실험을 위하여 일반적인 자동 본딩 공정 보다 온도, 시 간, 압력, 정 렬 등 공정변수 수정 이 용이한 세미 매뉴얼 형태로 제작하였다. Fig.
열충격시험은 -40℃에서 10 분, 상온에서 5 분, 150℃에서 10 분간 유지하는 것을 1 회로 하여 1000 회까지 실시하였다.'8
Table 5 의 조건은 DOE 의 일빈. 완전요인 배치 설계를 위한 인자 및 수준을 정의하였고 미 세 피치(Fine Pitch) 간격별 각각 18 번의 실험을 실시하였다.
COG 본딩에서 미세 피치 (Fine Pitch)화 될수록 Alignment 가 어렵기 때문에 COG 본딩 실험을 할 때는 Alignment 가 용이하도록 패턴을 단순화시켜서 COG 본딩 실험이 잘 이루어지도록 제작하였다. 피치 간격은 20 ㎛로 각각 제작하여 COG 본딩 접합 특성 결과를 비교할 수 있도록 하였다. Fig.
대상 데이터
COG 본딩 접합 특성 실험을 수행하여 얻어낸 결과에 따라 최적화된 본딩 조건을 이용하여 평가용 COG 본딩 샘플을 준비하였고, 해외의 A 와 B 사의 ACF 제품을 사용하였다. 그리고 본딩 직후의 초기 접촉 저항 및 초기 접합강도 측정을 시 행하였다.
앞서 실험한 COG 본딩 접합 특성 실험과 동일하게 우선 Drive IC 와 Glass Panel 의 얼라인을 맞추고 프리본딩 공정과 메인본딩 공정으로 완성하였다. 그리고 인자의 조건은 온도, 압력, 시간을 특정 인자로 채택하였고, 해외의 A 사의 ACF 제품을 사용하였다.
또한 Fine Pitch COG 본딩 실험을 위해서 미세 피치 패턴이 가공된 실험용 Glass 를 제작하였다. COG 본딩에서 미세 피치 (Fine Pitch)화 될수록 Alignment 가 어렵기 때문에 COG 본딩 실험을 할 때는 Alignment 가 용이하도록 패턴을 단순화시켜서 COG 본딩 실험이 잘 이루어지도록 제작하였다.
본 논문에서 인자의 조건은 온도, 압력, 시간을특정인자로 채택하였고, 해외의 A 와 B 사의 ACF 제품을 사용하였다. A 사의 경우 파티클 사이즈가 3.
이론/모형
실험 방법은 실험의 체계성과 인자별 영향성을 고려하고 안정화된 공정조건의 도출을 위하여 실험계획법 DOE 을 적용함으로서 특성분석 하였다. 이외의 프리본딩과 테이블 온도조건 등은 ACF 본딩 공정의 기초실험을 통하여 선정된 조건으로 진행하였고 본딩 공정에 가장 많은 영향을 미치는 메인본딩에서 Table 1, 2의 실험조건을 적용하였다.
실험 방법은 실험의 체계성과 인자별 영향성을 고려하고 안정화된 공정조건의 도출을 위하여 실험계획법 doe 을 적용함으로서 특성분석을 하였다. 이외의 프리본딩과 테이블 온도조건 등은 ACF 본딩 공정의 기초실험을 통하여 선정된 조건으로 진행하였고, 본딩 공정에 가장 많은 영향을 미치는 메인본딩에서는 아래의 Table 5 의 실험조건을 적용하였다.
성능/효과
많은 영향이 있다. 20 ㎛ Pitch 의 전기적 저항 특성과 일반적인 COG 본딩의 전기적 저항 특성 결과를 종합해 보면, 미세 피치 (Fine Pitch)화 할수록 Alignment 가 어렵기 때문에 최적 조건을 찾기가 힘들지만 Alignment 가 이루어지고 나면 Pitch 간격과 상관없이 최적의 저항 특성을 얻기 위한 온도, 압력, 시간의 각각의 조건 값이 유사해 지는 것을 알 수 있다.
COG 접합 특성 실험에서 두 제품의 전기적 저항 특성 결과를 종합해 보면, 압력의 영향보다는 온도와 시간이 높아질수록 저항 값이 좋은 특성을 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 제품의 저항 값을 고려 시에는 시간과 압력을 고려할 필요가 있다.
결과를 보면 20 ㎛ Pitch 의 전기적 저항 특성과 유사한 특성을 보이는 것을 확인할 수 있고, 일반적인 COG 본딩의 전기적 저항 특성이 최적이 되는 수준의 온도, 압력, 시간은 20 ㎛ Pitch 와 동일하게 각각 200℃, 80MPa, 15sec 임을 확인할 수 있다.
따라서, 전기적 저항 값을 고려한 기계적 접합 특성을 실험 결과 값으로 유추해볼 때 최적조건은 A 사의 경우 온도 200℃, 압력 60MPa, 시간 10sec 이고, B 사의 경우 온도 180℃, 압력 lOOMPa, 시간 lOsec 임을 알 수 있다.
또한, 기계적 접합강도 특성 결과를 종합해 보면, 대한 압력과 시간은 큰 영향이 없으며, 인자 간의 교호작용은 압력과 시간 보다는 온도의 변화에 따라 영향이 크다는 것을 확인할 수 있다.
셋째로 본딩 해드(Head)의 형상이나 운동 특성에도 많은 영향을 미친다. 본딩 해드(Head)의 형상은 압력의 분포 특성이나, 온도의 분포 특성에도 영향을 미치는 인자로 본딩 해드(Head)의 형상에 따른 특성 평가가 이루어져야 할 것이다.
셋째로 전기적 특성과 기계적 특성에 민감한 영향을 받는 것이 프리본딩이다. 프리본딩에서는정밀한 셋팅과 적절한 온도 또한 메인본딩에 앞서 예비접합 실행하는 부분으로 본딩장비의 정밀도나 조립 특성 등을 가장 중요시하는 부분이다.
것을 확인할 수 있다. 열충격 시험 이후에 접합강도 특성은 Fig. 9 의 그래프를 보면 두 종류의 ACF 에서 모두 조금씩 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
전자제품의 소형화, 경량화, 다기능화 추세에 따라 전자 부품 또한 소형화 되고 있다. 또한 대표적인 전자 부품인 IC 패키지 또한 소형화 추세가 지속되고 있으며, 현재는 QFP, BGA 를 거쳐 Micro BGA, 플립칩(Flip Chip), SCP 등 기술이 양산에 적용되어있는 단계이며, 향후에는 3D 패키징, WLP (Wafer Level Packaging) 등을 거쳐 MEMS 패 키 징 , 나노 패키징이 실현될 것으로 예상된다. 이 중에서 COF (Chip-On-Film) 및 COG (Chip-On-Glass) 기 법은 뛰어난 정렬성과 조립성, 미세-피치화에 따른 공정비용 감소 및 수율 향상 등에 힘입어 전자 부품 패키징 시장에서의 중요성은 갈수록 증가되고 있다.
둘째로 본딩시의 정렬이다. 본 과제에서는 Vision 을 이용한 칩 (Chip)과 글라스(Glass)의 정렬을 맞추도록 구성이 되어 있어, 정렬 정도에 따른 공정 분석이 필요하다.
향후 미체 피치에 대한 전기적 저항 특성뿐만 아니라 기계적 특성에 대한 분석이 필요하며, 생산성을 위한 최적화 과정과 신뢰성에 대한 평가가 이루어져야 할 것이다.
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