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문제 정의
- 본 논문에서는 COG 접합 공정의 접합 성능을 평가하기 위한 검사공정 중 관찰되는 도전볼의 압흔과 저항 및 단선률과의 관계를 분석하였다. 이를 위하여 실험계획법으로 4가지의 실험 조건을 선정하고 샘플을 제작하여 저항 및 압흔을 관찰하고 분석하였다.
- 본 논문에서는 범프에 압착된 도전볼의 형상을 관찰하고, 접촉 저항과의 연관성을 실험을 통해 분석하였다. 실제 패널 생산에 사용되는 장비를 사용하여 공정 조건을 바꾸어 가며 샘플을 제작하였으며 제작된 샘플의 압착 형상을 미분간섭현미 경을 이용하여 관찰하였다.
제안 방법
- 고온 다습한 환경이 샘플의 저항과 도전볼의 압흔 형상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 샘플을 85℃의 온도와 85%의 습도에 노출시키는 고온 고습 방치 시험을 최대 500시간 동안 수행하였다. 고온고습 방치 시험은 고온 다습한 조건에 샘플을 오랜 시간 노출하게 되므로 시험 중 ACF로 수분이 침투하거나 ACF가 팽창 되어 접촉 저항 불량이 발생할 수 있으며,7,11 이러한 효과로 인하여 도전볼의 압흔도 변화할 수 있다.
- 고온고습 방치 시험으로 인한 도전볼 압흔의 변화를 정확하게 관찰하기 위하여 고온고습 방치 시험 후 저항이 무한대로 측정되는 샘플과 고온고습 방치 시험 후에도 정상인 샘플로 나누어 음영 비의 변화를 비교하여 보았다(Fig. 10, 11). 고온고습 방치 시험에 사용된 전체 32개의 샘플 중에서 26개의 샘플이 시험 전 저항이 정상적으로 측정되었으며 정상이었던 샘플 중 9개의 샘플이 시험 후 저항이 무한대로 측정, 즉 단선되었다.
- 이 장비는 CCD 카메라, 렌즈 경통(Navitar Zoom 6000), 3배율의 대물렌즈(Mitutoyo 375-037), 외부조명과 DIC모듈(Navitar DIC 1-63102)로 이루어져 있다. 구동칩의 범프에 압착된 도전볼은 일반 CCD 카메라만으로는 관찰할 수 없기 때문에, 미분간섭현미경의 회절로 인한 간섭현상을 이용하여 검출하였다. 미분간섭현 미경을 통해 검출된 도전볼은 CCD카메라를 사용 하여 8bit 이미지 파일로 획득 하였으며, LabVIEW 프로그램으로 분석 되어 각 도전볼의 음영비, 전체 개수와 위치 등의 데이터를 획득하였다.
- 또한 고온 다습한 환경이 접합 성능과 도전볼 형상에 미치는 영향을 관찰하기 위해 85℃의 온도와 85%의 습도에 노출시키는 고온고습 방치 시험 (high temperature high humidity storage test)을 수행하였고 고온고습 방치 시험 후 실험 샘플들의 저항 및 도전볼의 형상을 분석하여 실험 샘플들의 불량률과 도전볼의 압흔과의 상관관계를 분석하였다.
- 3과 같은 그림을 관찰할 수 있게 된다. 본 연구에서는 관찰된 압흔의 가장 밝은 곳과 가장 어두운 곳의 밝기 비율값을 도전볼 압흔의 음영비(Contrast ratio)로 정의하여 압흔을 분류하였다.
- 본 연구에서는 실험 샘플에 형성된 기포와 도전볼의 관찰을 위해 Fig. 1에 보이는 것과 같은 관찰 장비를 사용하였다. 이 장비는 CCD 카메라, 렌즈 경통(Navitar Zoom 6000), 3배율의 대물렌즈(Mitutoyo 375-037), 외부조명과 DIC모듈(Navitar DIC 1-63102)로 이루어져 있다.
- 샘플을 제작하기 위한 공정 조건은 다양한 조건의 샘플을 얻기 위하여 접합 온도와 압력을 변수로 설정하고 반응표면분석법의 수행을 통해 선정되었다. 본 연구에서는 접촉 저항에 중점을 두고 연구를 진행하였기 때문에 공정 조건 중 접합강도에 주로 영향을 미친다고 알려져 있는8 접합 시간은 7초로 고정하고 실험계획법을 진행하였다. 변수 설정을 한 후 반응표면분석법을 수행한 결과 Fig.
- 신뢰성 시험은 실험 샘플에서 기포의 면적과 개수, 도전볼의 음영비와 접촉 저항의 데이터를 얻은 후에 진행하였다. 신뢰성 시험에 사용 된 장비는 ㈜제이오텍의 TH-180 제품이며, 실험 샘플은 측정 규격 KEA CG-6818에 따라 85%의 습도와 85°C의 온도에서 최대 500시간 동안 노출시킨 후 분석되었다.
- 본 논문에서는 범프에 압착된 도전볼의 형상을 관찰하고, 접촉 저항과의 연관성을 실험을 통해 분석하였다. 실제 패널 생산에 사용되는 장비를 사용하여 공정 조건을 바꾸어 가며 샘플을 제작하였으며 제작된 샘플의 압착 형상을 미분간섭현미 경을 이용하여 관찰하였다.
- 본 논문에서는 COG 접합 공정의 접합 성능을 평가하기 위한 검사공정 중 관찰되는 도전볼의 압흔과 저항 및 단선률과의 관계를 분석하였다. 이를 위하여 실험계획법으로 4가지의 실험 조건을 선정하고 샘플을 제작하여 저항 및 압흔을 관찰하고 분석하였다. 특히 압흔을 나누는 기준으로 압흔의 가장 밝은 곳과 가장 어두운 곳의 밝기의 비율값으로 정의되는 음영비를 사용하여 분류하였다.
- 이를 위하여 실험계획법으로 4가지의 실험 조건을 선정하고 샘플을 제작하여 저항 및 압흔을 관찰하고 분석하였다. 특히 압흔을 나누는 기준으로 압흔의 가장 밝은 곳과 가장 어두운 곳의 밝기의 비율값으로 정의되는 음영비를 사용하여 분류하였다.
대상 데이터
- ACF의 경우 Hitachi 사의 AC-808H를 사용 하였으며 이 ACF의 권장 접합 조건은 온도는 170±10℃, 압력은 50~150MPa이고 접합 시간은 5 초 이상이다.
- 구동칩의 범프에 압착된 도전볼은 일반 CCD 카메라만으로는 관찰할 수 없기 때문에, 미분간섭현미경의 회절로 인한 간섭현상을 이용하여 검출하였다. 미분간섭현 미경을 통해 검출된 도전볼은 CCD카메라를 사용 하여 8bit 이미지 파일로 획득 하였으며, LabVIEW 프로그램으로 분석 되어 각 도전볼의 음영비, 전체 개수와 위치 등의 데이터를 획득하였다.
- 신뢰성 시험에 사용 된 장비는 ㈜제이오텍의 TH-180 제품이며, 실험 샘플은 측정 규격 KEA CG-6818에 따라 85%의 습도와 85°C의 온도에서 최대 500시간 동안 노출시킨 후 분석되었다.
- 연구에 사용된 샘플은 10개의 소스 구동칩 접합부와 3개의 게이트 구동칩 접합부를 가지고 있는 15.4in LCD패널을 사용하여 제작되었으며 이중 소스 구동칩 접합부만을 사용하여 샘플을 제작 하였다. 제작에 사용된 구동칩의 크기는 18.
- 제작에 사용된 구동칩의 크기는 18.8mm ×1.31mm×300µm이며 역시 소스 구동칩 만을 사용 하였다.
- 일반적으로 공정 최적조건으로 샘플을 제작하게 되면 샘플간 저항의 변화가 크지 않기 때문에 최적조건 외에 접합 온도 및 압력에 변화를 주어 샘플을 제작 하여 샘플간 저항이 다양하게 변할 수 있도록 하였다. 최종적으로 선정한 실험 조건은 Table 1에나타나있으며, 각 조건당 36개의 샘플을 제작하여 분석하였다.
데이터처리
- Table 1에 제시한 네 개의 각 실험 조건으로 제작된 36개 샘플들의 평균 저항과 저항이 무한대로 측정되는 샘플의 비율인 단선률(probability of open circuit)을 Fig. 4에 나타내었다. 이 그래프에서 저항의 평균은 저항이 무한대로 측정되는 샘플을 포함하지 않은 결과이다.
이론/모형
- 샘플을 제작하기 위한 공정 조건은 다양한 조건의 샘플을 얻기 위하여 접합 온도와 압력을 변수로 설정하고 반응표면분석법의 수행을 통해 선정되었다. 본 연구에서는 접촉 저항에 중점을 두고 연구를 진행하였기 때문에 공정 조건 중 접합강도에 주로 영향을 미친다고 알려져 있는8 접합 시간은 7초로 고정하고 실험계획법을 진행하였다.
성능/효과
- 7(a)의 경우 정상 샘플의 음영비 분포, (b)의 경우 단선된 샘플의 음영비 분포를 나타낸다. Fig. 7에서 관찰할 수 있듯이 정상 샘플과 비정상 샘플 모두 범프당 약 25개의 압흔이 관찰되었지만 정상 샘플의 경우 음영비가 0.75 이하인 압흔이 평균적으로 약 20개 이상 존재하고 있는 반면 단선된 샘플의 경우 약 15개미만의 압흔만이 음영비가 0.75 이하인 것으로 관찰되었으며 단선된 샘플의 경우 음영비 0.75 이상인 도전볼의 비율이 가장 높은 것으로 나타났다.
- 75 이상인 도전볼의 개수가 정상 샘플보다 현저하게 많은 것을 관찰할 수 있었다. 고온고습 방치 시험 전후의 샘플을 분석한 결과, 고온고습 방치 시험 후 도전볼 압흔의 음영비는 전체적으로 증가하였지만 단선된 샘플의 경우 음영비가 0.75 이하인 압흔의 개수가 10개미만으로 감소하였으나 저항이 정상적으로 측정된 샘플의 경우 0.75 이하인 압흔의 개수가 15개 정도를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 11). 고온고습 방치 시험 후 음영비는 두 경우 모두 전체적으로 증가하였는데 단선된 경우에는 10개 내외의 압흔만이 음영비가 0.75 이하였으나 고온고습 방치시험 후에도 정상적으로 저항이 측정된 샘플의 경우 음영비가 0.75 이하인 압흔이 약 15개 정도 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 음영비가 낮은 도전볼이 많을수록 단선될 확률이 낮으며 샘플의 저항이 증가하거나 단선되는 경우 도전볼의 음영비 또한 높아진다는 것을 알수 있다.
- 고온고습 방치 시험에 사용된 전체 32개의 샘플 중에서 26개의 샘플이 시험 전 저항이 정상적으로 측정되었으며 정상이었던 샘플 중 9개의 샘플이 시험 후 저항이 무한대로 측정, 즉 단선되었다. 고온고습 방치 시험 후에도 저항이 정상적으로 측정된 샘플의 경우 고온고습 방치 시험 전 도전볼 음영비가 0.25~0.5 사이인 것들이 가장 많이 분포하고 있었으나(Fig. 10) 시험 후 단선된 샘플들은 검출된 도전볼의 개수가 정상 샘플에 비하여 적을 뿐 아니라 음영비가 0.5~0.75 사이인 도전볼이 가장 많았으며 0.75 이상인 도전볼도 상대적으로 많이 분포 하고 있는 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 11). 고온고습 방치 시험 후 음영비는 두 경우 모두 전체적으로 증가하였는데 단선된 경우에는 10개 내외의 압흔만이 음영비가 0.
- 10, 11). 고온고습 방치 시험에 사용된 전체 32개의 샘플 중에서 26개의 샘플이 시험 전 저항이 정상적으로 측정되었으며 정상이었던 샘플 중 9개의 샘플이 시험 후 저항이 무한대로 측정, 즉 단선되었다. 고온고습 방치 시험 후에도 저항이 정상적으로 측정된 샘플의 경우 고온고습 방치 시험 전 도전볼 음영비가 0.
- 이 그래프에서 저항의 평균은 저항이 무한대로 측정되는 샘플을 포함하지 않은 결과이다. 그래프에서 관찰할 수 있듯이 Test #1~3의 경우 저항과 단선률 모두 큰 차이가 없었으며 양호한 값을 보이고 있었으나 Test #4 조건으로 제작한 샘플의 경우 평균저항과 단선률이 다른 샘플보다 현저하게 높은 것을 관찰할 수 있었다. 이는 접합 공정 시 높은 공정 온도가 접촉 저항에 영향을 주었기 때문이라 판단된다.
- 75 이상인 압흔의 비율 등이 샘플의 저항 및 단선률에 더 밀접하게 연관 되어 있다는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 정상 샘플과 단선된 샘플의 음영비 분포를 비교한 결과 단선 샘플의 경우, 음영비가 0.75 이상인 도전볼의 개수가 정상 샘플보다 현저하게 많은 것을 관찰할 수 있었다. 고온고습 방치 시험 전후의 샘플을 분석한 결과, 고온고습 방치 시험 후 도전볼 압흔의 음영비는 전체적으로 증가하였지만 단선된 샘플의 경우 음영비가 0.
- 본 연구를 통하여 COG 검사 공정 중 관찰된 도전볼 압흔과 저항과의 관계는 압흔의 범프당 개수보다는 음영비의 분포가 더욱 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났으며 특히 음영비가 0.75 이하인 도전볼들이 중요하게 작용한다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 검사 공정 시 압흔을 검출하는 기준으로 사용될 수 있을 것이다.
- 시험 시간에 따른 압흔의 음영비 변화를 관찰해 본 결과(Fig. 9), 앞서 관찰한 것과 같이 저항 및 단선률이 증가함에 따라 평균 음영비가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 이러한 결과는 단선된 샘플 및 정상적인 샘플의 결과가 섞여 있는 것이기 때문에 각 샘플의 특징과 압흔의 음영 비에 미치는 고온고습 방치 시험의 영향을 정확하게 파악하기 힘들었다.
- 실험 결과 범프당 압흔의 개수보다 압흔의 평균 음영비와 음영비가 0.75 이상인 압흔의 비율 등이 샘플의 저항 및 단선률에 더 밀접하게 연관 되어 있다는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 정상 샘플과 단선된 샘플의 음영비 분포를 비교한 결과 단선 샘플의 경우, 음영비가 0.
- 5(b))등을 계산하여 보았다. 압흔의 평균 개수는 Test #1~#4까지 점진적으로 감소하는 등 공정 조건마다 약간씩 변화하는 것을 관찰할 수 있었으나 큰 차이를 발견할 수는 없었으며 Test #3과 #4의 경우 저항 및 단선률의 차이는 크지만 범프당 평균 도전볼의 개수는 크게 변화하지 않는 등 범프당 평균 도전볼의 개수는 샘플의 저항과 밀접한 관련이 없는 것으로 관찰 되었다. 하지만 음영비의 평균을 나타낸 Fig.
- 이 그래프에서 알 수 있듯이 시험 시간에 따라 저항과 단선률 모두 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며 500 시간이 지난 후 저항의 경우 초기에 약 6Ω이던 값이 14Ω으로 두 배 이상 상승하였으며 약 30% 의 샘플이 단선된 것으로 관찰되는 등 샘플의 성능이 감소되는 것을 확인 할 수 있었다.
- 75 이하인 압흔이 약 15개 정도 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 음영비가 낮은 도전볼이 많을수록 단선될 확률이 낮으며 샘플의 저항이 증가하거나 단선되는 경우 도전볼의 음영비 또한 높아진다는 것을 알수 있다.
후속연구
- 이러한 결과는 검사 공정 시 압흔을 검출하는 기준으로 사용될 수 있을 것이다. 즉, 음영비 0.75이상의 압흔은 검출 대상에서 제외한다면 보다 정확한 검사 결과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.
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