초록 ▼

반도체 패키징에서 야기될 수 있는 가장 큰 기계공학적인 문제점은 패키지의 파손 및 손상이다. 차세대 반도체 패키징방식으로 부각되고 있는 다중칩 모듈의 경우, 기계공학적인 문제점은 열응력에의한 다층배선망의 파손과 재료접착면에서의 층간 분리, 납댐접합부에서 발생하는 열피로파손등이 있으며 단일칩모듈의 경우는 칩과 EMC 사이의 층간박리 및 팝콘균열현상, EMC 혹은 EMC/리드프레임의 파손 등이 해결을 요하는 문제로 남아있다. 본연구에서는 이러한 문제점을 해결하고 반도체 패키지의 신뢰성향상을 위하여 총 6개의 세부연구를 진행하였다. 그

반도체 패키징에서 야기될 수 있는 가장 큰 기계공학적인 문제점은 패키지의 파손 및 손상이다. 차세대 반도체 패키징방식으로 부각되고 있는 다중칩 모듈의 경우, 기계공학적인 문제점은 열응력에의한 다층배선망의 파손과 재료접착면에서의 층간 분리, 납댐접합부에서 발생하는 열피로파손등이 있으며 단일칩모듈의 경우는 칩과 EMC 사이의 층간박리 및 팝콘균열현상, EMC 혹은 EMC/리드프레임의 파손 등이 해결을 요하는 문제로 남아있다. 본연구에서는 이러한 문제점을 해결하고 반도체 패키지의 신뢰성향상을 위하여 총 6개의 세부연구를 진행하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 플립칩 접합방식에서 소더범프의 피로수명 및 파손방지기준 개발을 위한 체계적인 해석기법을 정립하였다. 2. 열하중이 작용하는 경우, 패키지내에 존재하는 다종재료 접합점에 대한 파손인자를 계산하는 방법을 개발하였다. 3. 패키지파손의 신뢰성평가를 위한 수치해석 및 파괴인성실험 기법을 정립, 리드프레임과/EMC계면의 파괴인성치를 정량화 하였다. 4. EMC재료의 배합과정과 열응력해석을 연게하는 해석방법을 개발하고 EMC배합최적화를 통한 EMC의 열응력저하 방안을 제시하였다. 5. 핀을 이용한 냉각방식을 선택하여 효율적인 패키지 냉각방식을 제시하였다. 6. 리드프레임의 산화가 리드프레임/EMC의 계면 접착력에 미치는 영향을 조사하고 최적의 산화조건을 제시하였다.

목차 Contents

• 제1장 서론...19
• 제2장 국내외 기술개발 현황...22
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...23
• 제1절 납땜접합부의 피로현상 및 신뢰성 향상을 위한 수명 예측기법에 관한 연구...23
• 1. 개요...23
• 2. 소더범프의 형상예측...25
• 가. 소더범프 형상의 수학적 모델...25
• 나. 소더형상의 수치해석...29
• 다. 수치해석 프로그램의 검증...30
• 3. 유한요소 해석...38
• 가. 유한요소 모델링...38
• 나. 유한요소 해석결과...43
• 4. 온도사이클을 받는 소더범프의 열피로 과정...53
• 5. 소더범프형상이 피로수명에 미치는 영향...56
• 6. 온도사이클이 피로수명에 미치는 영향...59
• 7. 결론...66
• 제2절 다중 적층(Multi-layered)패키징의 재료접합부에서의 물리적 특성에 관한 연구...69
• 1. 개요...69
• 2. 열 하중하의 두상태 보존 적분...71
• 3. 등방성 재료로 구성된 재료 접합점에 대한 두상태 M-적분의 적용...75
• 4. 수치해석의 예제...76
• 5. 결론...87
• 제3절 서로 다른 재료의 접합부분에서의 파괴역학적 연구...94
• 1. 개요...94
• 2. 계면파괴역학...95
• 가. J적분과 위상각...95
• 나. 수정 J적분...98
• 다. 상호매개적분...98
• 3. 온도와 습기조건에 따른 계면파괴 인성치의 측정...100
• 가. 실험방법...100
• 나. 실험결과 및 고찰...103
• 4. 패키지 해석을 위한 수치해석 시스템...106
• 가. EMC의 물성치 측정...106
• 나. 수치해석 시스템...114
• 5. 패키지 균열 및 층간박리에 대한 평가...123
• 가. 패키지균열에 대한 수치해석...123
• 나. 층간박리에 대한 수치해석...125
• 6. 결론...128
• 제4절 반도체 패키지용 EMC의 열응력 저하를 위한 연구...130
• 1. 개요...130
• 2. EMC의 재료상수해석...133
• 가. 체적탄성계수, 전단계수, 탄성계수...133
• 나. 열팽창계수...138
• 다. 열전도계수...139
• 라. 충전재의 형상효과를 고려한 재료상수의 해석...140
• 3. 실험 및 고찰...144
• 가. 시편제작...144
• 나. 실험...144
• 다. 실험결과 및 고찰...145
• 4. 패키지 열응력의 유한요소해석...153
• 가. 열응력해석...153
• 나. 모델링 및 재료상수 설정...154
• 다. FEM 해석결과 및 고찰...156
• 5. 결론...169
• 제5절 패키지에서의 핀을 이용한 냉각 방법의 연구...177
• 1. 개요...177
• 2. 연구방법 및 이론...179
• 가. 지배방정식 및 수치적 접근 방법...180
• 나. 실험적 접근 방법...187
• 3. 연구 수행 내용 및 결과...194
• 가. 수직핀의 자연대류...194
• 나. 상향 수평핀의 자연대류...203
• 다. 하향 수평핀의 자연대류...207
• 라. 수직핀의 강제대류...212
• 4. 결론...225
• 제6절 리드프레임의 산화가 구리/EMC 계면접착력에 미치는 영향...228
• 1. 개요...228
• 2. 전자패키징 방법...231
• 가. Wafer separation...232
• 나. Die-attach...232
• 다. Wire bonding...232
• 라. Molding & post molding curing...233
• 마. Code marking...233
• 바. Trimming and forming...233
• 사. Solder dipping/solder plating...233
• 아. Burn-in & test...234
• 3. 연 reduction technique...235
• 다. X-ray photoelectron spectrometer...238
• 라. 접촉각 측정...239
• 마. Pull strength test...239
• 4. Cu/EMC 계면접착력에 미치는 산화물의 영향...241
• 가. Pull strength test...241
• 나. 파괴분석...243
• 5. Corrosion inhibitor 처리가 리드프레임의 산화 및 면접착력에 영향...251
• 가. Corrosion inhibitor에 의한 적외선 분광분석...252
• 나. 리드프레임 표면 전처리 조건의 결정...254
• 다. Corrosion inhibitor가 산화에 미치는 영향...256
• 라. Corrosion inhibitor처리가 리드프레임/EMC 계면접착력에 미치는 영향...257
• 마. 세척용액을 이용한 리드프레임의 표면처리가 리드프레임/EMC 계면접착력에 미치는 영향...259
• 6. 결론...261
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...276
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...283
• 제6장 참고문헌...286