[논문]플립 칩 본딩 공정의 히팅툴 형상에 따른 압접면의 온도 해석

플립 칩 본딩 공정의 히팅툴 형상에 따른 압접면의 온도 해석
Analysis of temperature distribution of Heating Tool in Flip Chip Bonding Process 원문보기

권성환 (경북대학교 대학원 기계공학과) , 권설령 (경북대학교 대학원 기계공학과) , 고동진 (경북대학교 대학원 기계공학과) , 박금생 ((주)여의시스템) , 양승한 (경북대학교 기계공학부)

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열원에서 압접면까지 전달되는 열전도현상은 수학적으로 해석하기 매우 힘들다. 따라서 본 논문에서는 FEM을 이용하여 히팅툴의 형상에 따른 압접면의 온도편차를 최소화시키는 최적 형상을 찾아본다.
¹ 이 공정들 중 가장 중요한 기술이 플립 칩 본딩인데, 이는 칩의 패드와 기판을 전기적 기계적으로 연결하는 기술이다. 본 논문은 이방성 전도필름을 이용한 연결방법에 대한 연구이다. 이방성전도필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)은 금속 코팅된 플라스틱이나 금속입자 등의 전도성 입자를 분산시킨 필름형태의 접착제로써 구조는 Fig.
본 연구의 주된 과정은 FEM을 이용하여 히팅툴의 압접면의 온도 편차를 최소화하기 위한 최적의 형상을 찾아내는 것이다. 따라서 에서 사용되는 변수를 찾기 위한 모델을 선정하여 FEM 측정실험을 수행하였다.

그림에서와 같이 히팅툴 유닛의 상단부분에는 장착 장비로의열전달을 차단하기 위해 세라믹 블록으로 열전달을 최소화 하도록 하였다. 열원에서 압접면까지 전달되는 열전도현상은 수학적으로 해석하기 매우 힘들다.
본 연구의 주된 과정은 FEM을 이용하여 히팅툴의 압접면의 온도 편차를 최소화하기 위한 최적의 형상을 찾아내는 것이다. 따라서 에서 사용되는 변수를 찾기 위한 모델을 선정하여 FEM 측정실험을 수행하였다. 이 모델은 Fig.
본딩 칩의 크기가 6mm×6mm이며, 따라서 압접면의 크기도 정사각형의 형태로 제작하였다 Fig. 4와 같이 3가지의 형상을 선정하여 설정 온도가 300℃일 때 FEM을 수행하였다.
히팅툴의 헤드의 형상에 대하여 FEM을 이용하여 압접 전의 온도와 압접 시작 이후의 압접면의온도를 해석하였다. 뿐만 아니라 제안된 히팅툴을 제작하여 . 압접면의 온도 편차가 약 0.
이방성 전도필름의 본딩 공정에서 품질을 결정하는 요인 중 하나는 압접면의 온도 편차이다. 히팅툴의 헤드의 형상에 대하여 FEM을 이용하여 압접 전의 온도와 압접 시작 이후의 압접면의온도를 해석하였다. 뿐만 아니라 제안된 히팅툴을 제작하여 .

압접면의 8개 포인트에 열전대를 부착하여 온도를 측정 데이터를 취득하였다. Table 1은 Simple block의 물성치이며 Table 2는 측정값의 편차이다.

ABAQUS를 이용하여 각 설정온도에 대해 압접면의 온도분포를 해석하였으며 온도분포는 실험값과 동일한 경향을 보였다. 자연대류일 때의 대류열전달계수는 5~25 W/m²·K이며 실제 환경에서의 대류열전달계수를 찾기 위하여 각 설정온도에 대해 대류 열전달계수를 5, 15, 25 W/m²·K 를 적용하여 압접면의 온도 편차를 계산하였고 실험 온도편차 비교를 통해 대류열전달계수가약 15 W/m²·K임을 알 수 있다.

자연대류일 때의 대류열전달계수는 5~25 W/m2·K이며 실제 환경에서의 대류열전달계수를 찾기 위하여 각 설정온도에 대해 대류 열전달계수를 5, 15, 25 W/m2·K 를 적용하여 압접면의 온도 편차를 계산하였고 실험 온도편차 비교를 통해 대류열전달계수가약 15 W/m2·K임을 알 수 있다.

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