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Solderable 이방성 도전성 접착제를 이용한 BGA 접합공정 개발
Development of BGA Interconnection Process Using Solderable Anisotropic Conductive Adhesives 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.4, 2016년, pp.10 - 15  

임병승 (중앙대학교 기계공학부) ,  이정일 (중앙대학교 기계공학부) ,  오승훈 (중앙대학교 기계공학부) ,  채종이 (중앙대학교 기계공학부) ,  황민섭 (중앙대학교 기계공학부) ,  김종민 (중앙대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, novel ball grid array (BGA) interconnection process using solderable anisotropic conductive adhesives (SACAs) with low-melting-point alloy (LMPA) fillers have been developed to enhance the processability in the conventional capillary underfill technique and to overcome the limitations...

주제어

#BGA interconnection process   #Electrically conductive adhesive   #Low-melting-point alloy   #Polymer composite   #Reduction capability   #Underfill materials  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 BGA 접합공정에 적용되고 있는 capillary underfill 방식 및 no-flow underfill 방식에서의 문제점들을 개선하기 위해 저융점 합금 (Low-melting point alloy: LMPA) 필러를 포함하는 solderable 이방성 도전성 접착제 (Solderable anisotropic conductive adhesive: SACA)를 적용한 새로운 BGA 접합공정 방식을 제안하고 이에 대한 실현 가능성을 평가하였다.
  • 본 논문에서는 BGA 패키지의 접합공정에 적용되고 있는 capillary underfill 방식에서의 공정의 복잡성, 오랜 공정 시간 및 이에 따른 높은 공정 비용 등의 문제점과 no-flow underfill BGA 접합공정에서의 underfill 재료와 솔더 재료의 열적 특성 불일치에 의한 취약한 접합부 형성, 고온 공정에서의 기포 발생으로 인한 패키지의 들뜸 및 솔더 범프의 밀림 현상 등의 문제점들을 개선하기 위해 LMPA를 포함하는 SACA를 적용한 새로운 개념의 BGA 접합공정 방식을 제안하고 이에 대한 실현 가능성을 평가하였다. LMPA의 함유 유무에 따른 SACA에 의해 접합된 BGA 접합시편에 대한 도전 경로 형상 및 전기적 특성을 평가한결과, LMPA를 포함하지 않는 SACA의 경우 높은 리플로우 온도에 의한 접합부 내부 기포의 팽창에 기인하여 취약한 접합부를 형성한 반면, LMPA를 포함하는 SACA의 경우 낮은 공정 온도 및 LMPA의 양호한 선택적 젖음 거동으로 인하여 안정적인 도전 경로 및 전기적 특성을 확보함을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SACA는 어떻게 구성되었는가? 1에 나타내었다. SACA 는 환원 특성을 갖는 고분자 복합소재와 LMPA 입자로 구성된다. PCB와 BGA 사이에 공급된 SACA에 열을 가하면 고분자 복합소재의 점성이 낮아지게 되고, 공정 온도가 LMPA의 융점에 도달하면 필러가 용융된다.
SACA는 LMPA의 함량에 따라 어떻게 달라지는가? SACA 내부에 포함되는 LMPA의 함유량은 양호한 BGA 접합부를 형성하는 데에 중요한 변수로 작용한다. LMPA의 함량이 부족한 경우 도전 경로가 형성되지 못하는 개회로를 형성할 수 있으며, LMPA가 과도하게 공급되는 경우 인접 전극단자 간에 단락이 형성될 수 있다. 본 연구진은 LMPA의 함유량에 따른 예비 테스트를 통해 LMPA를 0, 4 vol%로 함유하는 두종류의 SACA를 합성하였다.
상용 underfill 공정 방식은 어떠한 과정으로 기계적 신뢰성을 확보하는가? BGA (Ball grid array) 패키지에 대한 underfill 공정의 주요한 적용 목적은 패키지에 가해지는 내외부 환경적 진동이나 충격으로부터 솔더 접합부의 기계적 보호를 제공하는 것이다. 현재 전자 패키지 산업에서 가장 폭넓게 적용되고 있는 상용 underfill 공정 방식은 capillary underfill 공정으로 접합이 완료된 BGA 패키지의 모서리에 underfill을 도포하여 underfill의 모세관 유동 (Capillary flow)에 의해 패키지와 기판 사이의 빈 공간을 채우고 경화에 의해 기계적 신뢰성을 확보한다 [1]. 그러나 capillary underfill 공정을 적용하는 BGA 접합공정은 금속 표면의 산화막 제거를 위한 플럭스 (Flux) 도포, PCB 상의 BGA 정렬 및 실장, 리플로우 (Reflow) 솔더링 공정과 BGA 접합이 완료된 후 underfill 공정을 위한 underfill의 도포 및 침투, underfill 경화를 위한 가열 등의 복잡한 공정들로 인해 높은 공정 비용및 공정 시간이 발생하여 공정 효율성을 감소시키는 단점을 가지고 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Kim, Y. B., and Sung, J., "Capillary-Driven Micro Flows for the Underfill Process in Microelectronics Packaging", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 12, pp. 3751-3759, 2012. 

  2. Tu, P. L., Chan, Y. C., and Hung, K. C., "Reliability of MicroBGA Assembly Using No-Flow Underfill", Microelectronics Reliability, Vol. 41, pp. 1993-2000, 2001. 

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  3. Lee. S., Yim, M. J., Master, R. N., Wong, C. P., and Baldwin, D. F., "Void Formation Study of Flip Chip in Package Using No-Flow Underfill", IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, Vol. 31, pp. 297-305, 2008. 

    상세보기 crossref

  4. Wong, C.P., Baldwin, D., Vincent, M. B., Fennell, B., Wang, L. J., and Shi, S. H., "Characterization of a No-Flow Underfill Encapsulant During the Solder Reflow Process", 48th IEEE Electronic Components and Technology Conference, pp. 1253-1259, 1998. 

  5. Pascarella, N. W., and Baldwin, D. F., "Compression Flow Modeling of Underfill Encapsulants for Low Cost Flip-Chip Assembly", IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology-Part C, Vol. 21, pp. 325-335, 1998. 

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