[논문]초박형 반도체 패키지의 EMC encapsulation을 위한 경화 공정 개발

박성연; 온승윤; 김성수

doi:10.7234/composres.2021.34.1.047

초박형 반도체 패키지의 EMC encapsulation을 위한 경화 공정 개발
Development of Curing Process for EMC Encapsulation of Ultra-thin Semiconductor Package 원문보기

Composites research = 복합재료, v.34 no.1, 2021년, pp.47 - 50

박성연 (Department of Mechanical Engineering, KAIST) , 온승윤 (Department of Mechanical Engineering, KAIST) , 김성수 (Department of Mechanical Engineering, KAIST)

초록
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본 논문은 차량에 사용되는 B필러의 강화재를 기존의 스틸 소재에서 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)와 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)로 대체하여 경량화하는 것이 목표다. 이를 위해서는 무게는 감소시키면서 기존 B필러를 대체할 수 있는 구조안정성을 확보해야 한다. 기존 B필러는 스틸 아우터(outer)를 포함하여 다양한 형상의 스틸 강화재로 구성되며, 이와 같은 스틸 강화재 중 2가지의 스틸 강화재를 복합재로 대체하고자 한다. 이와 같은 스틸 강화재는 강화재 각각을 따로 제작하여 용접을 통해 결합되지만, 복합재 강화재는 패치(patch) 형태의 CFRP와 리브(rib) 구조의 GFRP를 활용하여 압축과 사출 공정을 통해 한번에 제작된다. CFRP는 B필러의 고강도부에 부착되어 측면 하중에 저항하도록 하였으며, GFRP 리브는 위상 최적화(Topology optimization) 기법을 통해 비틀림과 측면 하중을 저항하도록 설계하였다. 구조해석을 통해 기존 스틸 강화재와 비교 분석을 수행하였고, 경량화율을 산출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the Curing process for Epoxy Molding Compound (EMC) Package was developed by comparing the performance of the EMC/Cu Bi-layer package manufactured by the conventional Hot Press process system and Carbon Nanotubes (CNT) Heater process system of the surface heating system. The viscosity of EMC was measured by using a rheometer for the curing cycle of the CNT Heater. In the EMC/Cu Bi-layer Package manufactured through the two process methods by mentioned above, the voids inside the EMC was analyzed using an optical microscope. In addition, the interfacial void and warpage of the EMC/Cu Bi-layer Package were analyzed through C-Scanning Acoustic Microscope and 3D-Digital Image Correlation. According to these experimental results, it was confirmed that there was neither void in the EMC interior nor difference in the warpage at room temperature, the zero-warpage temperature and the change in warpage.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Schematic diagrams of EMC/Cu Bi-layer Package Process; (a) Hot Press, (b) CNT Heater
그림 Fig. 2. Viscosity of EMC according to temperature
그림 Fig. 3. Cure Cycle; (a) Hot Press, (b) CNT Heater
그림 Fig. 4. OM Image; (a) Hot Press, (b) CNT Heater
그림 Fig. 5. Surface & Interface; (a) Hot Press, (b) CNT Heater
그림 Fig. 6. Warpage of EMC/Cu Bi-layer Package according to temperature; (a) Hot Press, (b) CNT Heater
그림 Fig. 7. Zero warpage analysis
표 Table 1. Warpage according to temperature

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CNT Heater를 도입하여 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 새로운 공정 방법을 제시하였다. 기존의 Hot Press 공정과 CNT Heater 공정을 통해 EMC/Cu Bi-layer 패키지를 제작하였으며, 아래와 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 면상 발열체인 CNT Heater를 이용해 EMC 패키지 경화 공정에 적용하고자 한다. 기존 방법인 Hot Press 와 새로운 경화 공정 방법인 CNT Heater를 이용해 EMC/Cu Bi-layer 패키지를 제작하였으며, EMC Sheet 내 Void, EMC/ Cu Bi-layer Package 계면 Void 그리고 Bi-layer 구조에서 나타나는 휨을 비교하여 EMC 패키지를 위한 새로운 경화 공정 방법에 대한 가능성을 분석하였다.

제안 방법

또한, 광학 현미경을 토대로 EMC Sheet 내의 Void를 측정하였다. C- Scanning Acoustic Microscope (C-SAM)를 통해 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 계면 Void 여부를 확인하였으며, 3D-Digital Image Correlation (3D-DIC)를 통해 두 공정을 통해 제작한 EMC/Cu Bi-layer의 휨 현상을 분석하였다.
EMC 패키지 내 Void를 제거하기 위하여, 두 공정 모두 진공을 잡아주었다. 그리고 Hot Press는 열과 압력을 동시에 가해주었으며, CNT Heater를 발열하기 위해 Power Supply를 이용하였으며, Hot Press처럼 압력을 가해주지 않기 때문에 CNT Heater를 이용한 경화 공정은 진공 압력만으로 진행하였다.
경화 공정에 적용하고자 한다. 기존 방법인 Hot Press 와 새로운 경화 공정 방법인 CNT Heater를 이용해 EMC/Cu Bi-layer 패키지를 제작하였으며, EMC Sheet 내 Void, EMC/ Cu Bi-layer Package 계면 Void 그리고 Bi-layer 구조에서 나타나는 휨을 비교하여 EMC 패키지를 위한 새로운 경화 공정 방법에 대한 가능성을 분석하였다.
새로운 공정 방법을 제시하였다. 기존의 Hot Press 공정과 CNT Heater 공정을 통해 EMC/Cu Bi-layer 패키지를 제작하였으며, 아래와 같은 결과를 얻었다.
통해 EMC 최저 점도 온도를 측정하였다. 또한, 광학 현미경을 토대로 EMC Sheet 내의 Void를 측정하였다. C- Scanning Acoustic Microscope (C-SAM)를 통해 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 계면 Void 여부를 확인하였으며, 3D-Digital Image Correlation (3D-DIC)를 통해 두 공정을 통해 제작한 EMC/Cu Bi-layer의 휨 현상을 분석하였다.
압력을 가하지 않은 CNT Heater를 이용한 EMC 패키지 경화 공정에 대한 경화 사이클을 도출하기 위하여 Rheometer 를 통해 EMC 최저 점도 온도를 측정하였다. 또한, 광학 현미경을 토대로 EMC Sheet 내의 Void를 측정하였다.

성능/효과

1)Hot Press와 CNT Heater를 이용해 제작한 EMC 내부의 Void가 없는 것을 확인하였다.
2는 Rheometer를 통해 EMC의 점도를 분석한 결과를 나타낸다. 110도에서 최저 점성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 그래서 Fig.
2)Hot Press와 CNT Heater를 이용하여 제작한 EMC/Cu Bi-layer의 계면에 Void가 없는 것을 확인하였으며, 접합 이잘 이루어진 것을 확인하였다.
3)EMC/Cu Bi-layer Package의 휨 분석 결과, 상온에서의 Convex 휨, Zero 휨 온도, 휨 크기가 증가에서 감소로 바뀌는 온도가 두 공정 모두 동일한 것을 통해 CNT Heater를 통한 전자 패키징 공정의 가능성을 확인하였다.
두 공정 간의 EMC 표면에서는 큰 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 두 공정으로 제작한 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 계면에서 Void 가 관찰되지 않았음으로 접합이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있다.
6(b) 는 CNT Heater 공정을 통해 제작한 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 휨을 나타낸다. 앞의 Hot Press공정과 동일하게 상온에서의 휨 형태는 Convex 방향, Convex에서 Concave로 휨 방향이 바뀌는 Zero 휨 온도는 100도, 패키지의 휨이 증가에서 감소로 바뀌는 온도 또한 150도로 동일한 것을 통해 CNT Heater를 통해서도 EMC/Cu Bi-layer 패키지 성형이 가능하다는 것을 확인하였다.
6(a)는 Hot Press 공정을 통해 제작한 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 휨을 나타낸다. 이종 재료 간의 CTE 차이에 의해서 상온에서는 휨 형태가 Convex 방향이며, Convex에서 Concave로 휨 방향이 바뀌는 Zero 휨 온도는 100도, 패키지의 휨이 증가에서 감소로 바뀌는 온도는 150도로 나타나는 것을 확인할 수 있다. Fig.

후속연구

7에서 볼 수 있듯이, EMC 경화 과정 중 발생하는 Chemical shrinkage에 의해서 휨이 상대적으로 감소하여 Bonding 온도보다 낮은 온도에서 Zero 휨 온도가 발생하게 된다[9]. 추후, Chemical shrinkage를 분석하여 Bonding 온도를 분석할 예정이다.

참고문헌 (9)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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