512dramtsoppackage 용반도체봉지제 void … · 2011-12-20 · 대리 :::: 조성진 조 ... -...

용 반도체 봉지제용 반도체 봉지제용 반도체 봉지제용 반도체 봉지제512D RAM TSOP Package512D RAM TSOP Package512D RAM TSOP Package512D RAM TSOP Package

불량 제로화에 관한 신뢰성 향상 지원불량 제로화에 관한 신뢰성 향상 지원불량 제로화에 관한 신뢰성 향상 지원불량 제로화에 관한 신뢰성 향상 지원VoidVoidVoidVoid

최종 보고서최종 보고서최종 보고서최종 보고서( )( )( )( )

2004. 6. 302004. 6. 302004. 6. 302004. 6. 30

주관기관주관기관주관기관주관기관 :::: 주주주주( )C2EM( )C2EM( )C2EM( )C2EM

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 :::: 한국화학연구원한국화학연구원한국화학연구원한국화학연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하∙∙∙∙

본 보고서를 용 반도체 봉지제 불량 제로화에 관“512D RAM TSOP Package Void

한 신뢰성 향상 지원 개발기간 과제의 최종보고서” ( : 2003. 07. 01 ~2004. 06.30)

로 제출합니다.

2004. 06. 302004. 06. 302004. 06. 302004. 06. 30

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주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 조 희 재조 희 재조 희 재조 희 재

부 장부 장부 장부 장 :::: 고 영 욱고 영 욱고 영 욱고 영 욱

대 리대 리대 리대 리 :::: 조 성 진조 성 진조 성 진조 성 진

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 :::: 한국화학연구원한국화학연구원한국화학연구원한국화학연구원

책임연구원책임연구원책임연구원책임연구원 :::: 김 영 철김 영 철김 영 철김 영 철

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연구원연구원연구원연구원 :::: 한 만 옥한 만 옥한 만 옥한 만 옥

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중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

관리번호 03-06-RG

사업명용 반도체 봉지제 불량 제로화에512D RAM TSOP Package Void

관한 신뢰성 향상 지원

키워드 EMC/512D RAM/Slit Die Rheometer/Pacl tilt/Weld line void

사업목표 및 내용

최종 목표1.

성형 신뢰 특성 화 이하 유지: Weld line void zero , pad tilt 5% if,∘

기능 신뢰 특성 내 크랙성: PCT pass, TCT pass, pass∘

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.

적용 시 및 양산 적용시 대두되는 불량 원인의 대부분이 성형시의 성형 특성EMC Test∘

불량으로 이에 대한 근본적인 해결방안 정립이 필수적

실제성형시의 내에서의 온도 및 조건과 동일한 조건에서의 점도 측Cavity Shear Rate∘

정 기술의 확립 및 점도에 의한 성형불량의 상관관계를 규명함.

고장원인분석 및 대처결과3.

에 의한 실제성형시 조건에서의 점도거동파악 및 점도거동에 의한Slit Die Rheometer∘

의 경향 파악Weld line Void

조성 중 에 영향을 주는 조성 변화에 따른 점도 거동 파악EMC Shear thinning effect∘

에 따른 경향 파악Shear Thinning Effect pad tiIt, weld line void∘

및 조성으로의 및 양산화Tilt void zero formulation .∘

신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교4. ( )∙

평가항목

기술적(

성능지표)

전체항목에

서 차지하는

비중 (%)

세계

최고수준 보(

유기업 국가/ )

사업 시험기준

평가규격( )전 후

1. Tilt (%) 35 이하5% 10% 이하5% 현미경

2. Void (%) 35 Zero 5% Zero성형후

외관검사

3. PCT 10 Pass Fail PassPCT

Chamber

4. TCT 10 Pass Fail PassTCT

Chamber

내5. Crack 10 Pass Fail PassReflow,

SAT

합 계 100%

기대효과 기술적 및 경제적 효과3. ( )

신규 의 성형 불량에 대한 원인 파악Package∘

신규 제품설계시의 감소Package Trial and Error∘

본 과제 수행으로 인한 기술력과 신뢰성 확보로 수입시장 대체 및 수출시장 확보∘

적용분야4.

조성으로의 및 양산화Void Zero Formulation

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목 차목 차목 차목 차

제 장 기술 개요제 장 기술 개요제 장 기술 개요제 장 기술 개요1111

제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징1111

기술의 특성기술의 특성기술의 특성기술의 특성1.1.1.1.

기술 용도기술 용도기술 용도기술 용도2.2.2.2.

제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )

1. Void1. Void1. Void1. Void

2. Popcorn crack2. Popcorn crack2. Popcorn crack2. Popcorn crack

성형불량성형불량성형불량성형불량3.3.3.3.

신뢰성 평가신뢰성 평가신뢰성 평가신뢰성 평가4.4.4.4.

제 절 국내외 동향제 절 국내외 동향제 절 국내외 동향제 절 국내외 동향3333 ∙∙∙∙

제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경2222

제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동1 Plastic1 Plastic1 Plastic1 Plastic

제 절제 절제 절제 절2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer

제 장 연구방법제 장 연구방법제 장 연구방법제 장 연구방법3333

제 절 원료제 절 원료제 절 원료제 절 원료1111

수지수지수지수지1.1.1.1.

실리카실리카실리카실리카2.2.2.2.

첨가제첨가제첨가제첨가제3.3.3.3.

제 절 시험제 절 시험제 절 시험제 절 시험2222

- 5 -

제조제조제조제조1. EMC1. EMC1. EMC1. EMC

평가 방법평가 방법평가 방법평가 방법2.2.2.2.

평가 장비평가 장비평가 장비평가 장비3.3.3.3.


제 절 결과제 절 결과제 절 결과제 절 결과3333

제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가4444

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론6666

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부록부록부록부록

- 6 -

제 장 기술개요제 장 기술개요제 장 기술개요제 장 기술개요1111

등의 반도체소자는 외부의 충격과 진동 수분 먼지 분위기 가스등에의해IC, LSl , , ,

보호되거나 방사선 작용등으로부터 안전해야 하며 전기적인 절연열을 적절히 제거

해야 한다 이러한 목적을 충촉시키는 것이 반도체 소자에 사용되는 봉지제이다 반. .

도체소자에서의 방법은 소자의 종류나 요구특성에 따라 상이하며 크게Packaging ,

와 등으로 분류된다hermetic Package plastic Package .

는 금속 유리 및 세라및 등에 의하여 공기와 차단된 불활성 기Hermetic Package ,

체 중에서 재료 물성이 비교적 영향을 적게 받기 동제품의 기밀성과 신뢰Eoansd

성이 우수하여 산업용의 용도로 주로 사용되고 있으나 는 수지재, plastic Package

료가 반도체 및 부위와의 직접 접촉하는 계면에서 밀착chip, goldwire lead frame

성의 불량에 의한 내습성 저하와 수지재료의 제반 물성 영향에 의한 소자특성 저,

하등에 의하여 보다 기밀성과 신회성이 떨어진다 이러한 단점에hermetic Package .

도 불구하고 최근에는 의 활용이 증대되고 있는데 이는plastic Package , transfer

성형에 의한 가공성 향상 수지재료 가격의 저렴 반도체 기술향상 및, , passivation

수지재료의 물성 향상 등의 봉지특성 개선으로 현재 반도체 소자 중 가80~90 %

반도체 용도로 조립 생산되고 있고 이에 따른 봉지제용 수지의plastic Package ,

수요가 급격히 증대되고 있다.

반도체용 는 에폭시 수지 봉지가 대부분을 이루고 있으며 반도체 조립 공Package ,

정 및 중의 한공정으(die bonding, mounting, wire bonding, molding marking)

로 미리 예열된 금형에 종지하고자 하는 반도체 소자 조립품을 하여 에 고정, · cavity

시킨 다음 금형을 닫고 금형 내에서 유동이 갈 되게 하기 위하여 고주파 히타로,

예열한 상 수지를 성형기의 포트 에 넣고 수지가 를 통하여pellet (pot) runner gate

에 이르도록 실린더를 작동시켜 가압하여 성형 제품화 한다 이는 년 대cavity . 1970

초에 실용화되어 현재에는 그 적용범위가 등의 까지 확대되어 동64 M DRAM VLSI

류 제품에서 이의 사용량이 이상을 점유하고 있다 그러나 최근 반도80 % . IC, LSI

체 소자의 고집적화 추세에 따라 소자 크기의 대형화와 배신이 미세화하는 성향으

로 형태도 나 와 같이 소형화 박형화 경향에 따라 소Package flat Package PLCC ,

자와 봉지제 간에 발생하는 옅응력이 반도체의 내습성 내충격성에 큰 영향epoxy ,

을 주어 고 신뢰성 에폭시 봉지제의 개발이 진행되고 있다, .

- 7 -

제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징제 절 기술의 특징1111

기술 특성기술 특성기술 특성기술 특성1.1.1.1.

는 반도체 조립의 최종단계에서 사용되는 원재료로 에폭시를 주재로 하여 경화EMC

제 실리카 충전제 및 각종 첨가제를 포함하는 복합재료이며 저압 트랜스퍼 성형법,

과 조합에 의해 반도체 소자를 봉지하는 단순 밀봉 재료라기 보다는 반도체 소자,

를 외부 환경으로부터 보호하고 프린트 기판에 접속 및 실장을 용이하게 하여 소자

의 신뢰성을 유지하는데 중요한 역할을 하는 반도체 관련 화학소재이다 따라서 지.

금까지 개밭은 주로 반도체의 특성에 관련된 신뢰성에 목표를 두고 행하여져EMC

왔다.

고객과의 적용 시 또는 양산 적용 시 대두되는 불량의 대부분은 성형에EMC Test

서 발생하거나 성형시 잠재되어 사용 중에 생성되는 불량으로 이에 대한 근본적인

해결방법을 찾아내지 않고서는 항상 신뢰성에 대한 불안감을 안고 생산에 임해야

한다 또한 근래에 전자기기의 고기능화나 초속화가 급속하게 진행해 탑재하는 반.

도체 및 의 다양화애 의하여 여러 가지 다양한 성형불량Pacage Package Design

이 발생하기 때문에 이를 해걸 할 수 있는 의 개발이 필수적이다 이러한 성형EMC .

불량 대부분은 의 대의 점도거동에 의하이 제어되어질 수 있다 그러나EMC Cavity .

의 성형 점도거동은 고온 약 과 짧은 시간의 경화반응 약 분 으로EMC ( 175 ) ( 1~2 )

인해 정확한 점도를 예측 할 수 있으며 더불어 현재까지 대부분의 업체에서, EMC

보유하고 있는 점도계는 로Capillary Viscometer 1000~5000S-1

정도의 높은 전단

속도에서 밖에 점도를 측정 할 수 없어 실제 성형으로 발생되는 불량을 해석할수

없었다 일반적으로 내에 의 온도와 는. Cavity EMC Shear rate 160~180 ,

50~100S-1

정도로 알려져 있다.

따라서 실제 성형시의 내에서의 온도 및 와 동일한 조건에서 점도Cavity shear rate

를 측정할 수 있는 기술의 확립 및 성형불량을 최소화 할 수 있는 온도와 전단속도

에 따른 점도 거동을 확립하는 것이 업체나 를 성형하는 반도체업체로서EMC , EMC

는 필수적이라 하겠다 또한 의 구조적 안정성 및 요구되는 신뢰성 기준에. Package

적합한 봉지제의 제조를 위해서는 경화제 및 경화촉진제에 의한 경화특성이 성형성

에 큰 영향을 주기 때문에 경화 조건의 최적화와 초기 경화 특성을 점도 거동과 함

께 검토되어야 한다 는 고온 및 에서의 점도를. Slit Die Rheometer low shear rate

측정할 수 있어 실제 성형시의 에 따른 점도 변화를 측정 가능하기에 본shear rate

연구에 조정에 따른 관례를 확립하고 에서 생산중인 의EMC , Hynix 512M DRAM

에 의한 와 에 의한 발생을 점도 거동에 따른pad shift pad tilt weld line void shear

가 크고 작은 유의차를 발견하여 해결하는데 사용하고자 한다thinning effect .

- 8 -

는 조성물의 입자의 분포도 의양Shear thinning effect EMC silica , silicone oil ,

의 미세입자크기와 양 등의 조절에 의하여 영향을 받는다 이외에도 부품의silica .

실장단계에서 강도 저하 팽창 수축에 따른 열응력 저하 등으로 발생하는 고장을, ,

최소화하기 위하여 봉지제 자체의 흡습율을 낮추고 높은 증기압에서 견딜 수 있는,

있는 강도를 갖도록 설계하기 위하여 봉지제 조성물의 이온성 불순물의 최소화와

경화 조건의 최적화 무기물 충전제의 함량 증진 저흡습 고내열 기능성 에폭시, , ·

수지를 사용하여야 한다 표 에는 수지계 봉지제의 요구특성을 기술하였다. 1-1 .

표 수시계 봉지제의 요구특성표 수시계 봉지제의 요구특성표 수시계 봉지제의 요구특성표 수시계 봉지제의 요구특성1-1.1-1.1-1.1-1.

시험 조건

Operating LIFEContinuous operation at rated supply voltage; Ambient

temperature is 125 ; Test duration is 1,000 hrs

High temperature

storage

Continuous storage in air; Non-operating ambient

temperatures is 150-65 to 150 with no Ambient dwell;

Test duration is 1,000 cycles. For BGA Packages the

non-operating extremes are -45 to 150 ; Test duration is

1,000 hrs

Temperature cycle

w i t h

Preconditioning

Alternation hot and cold air; Non-operating extremes are -6

5 to 150 with no Ambient dwell; Test duration is 1,000

cycles. For BGA Packages the non-operating extremes are

-45 to 150

Power cycle

Device electrical load cycled ON and OFF as required to

cycle junction temperature between room Ambient and

maximum T rise; Test duration is 500 hrs

- 9 -

T e m p e r a t u r e

Humidity bia with

Pre-conditioning

Continuous operation at rated supply voltage and minimum

power Ambient temperature is 85-65 to 150 with no

Ambient dwell; Test duration is 1,000 cycles. For BGA

Packages the non-operating extremes are -45 to 150 ;

RH is 85%; Test duration is 1,000 hrs

Autocleave with

preconditioning

Continuous storage in saturated steam; non-operating

Ambient temperature is 121 ; Pressure is 15 psi; Test

duration is 500 hrs

Biased pressure

Pot

Continuous storage in saturated steam with rated supply

voltage applied between supply and ground pins; Ambient

temperature is 115 ; Pressure is 10 psi; Test duration is 168

hrs

Thermal shock

Alternating hot and cold fluids; Non-operating extremes are

-65 to 150 with no Ambient dwell; Test duration is 100

cycles. This test is an alternative to temperature cycles.

E l e c t r o s t a t i c

Discharge

Human body Model, ±2,000 V minimum; all pins to supply,

ground and adjacent pins; 0 , 200 VΩ

SEM inspection of

metalization

Examination of worst-case contacts, vias, oxide steps, etc;

Coverage must be >50 % of design cross-sectional area

Thermal resistanceJunction temperature less than 150 at maximum power and

temperature

Resistance to

solvents

1) alcohol & mineral spirits; 2) Bioact EC7; 3) Loncot Erge#

520 detergent(or equivalent)

Lead integrity

Condition as appropriate to Package style A) Tension,

88ounces for 30 seconds; B1) Bending, 15°are; B2) Lead

fatigue, 3 bends with weight applied; C) Torque

SolderabilityEight (8) hour steam age, followed by 5 second dwell in

solder at 235 ; rosin-based flux; 95

Solder heatTwelve (12) second dwell in solder at 260 ; rosin-based

flus; 95

Bond integrityTwo(2) pass hot functional (or continuity) test at Ambient

temperature or 100 minimum

Flammability UL-94, V-0

Memory enduranceProgram/erase cycle; Bake at 150 ; Electrical test Test

duration is 100 cycles

- 10 -

기술 용도기술 용도기술 용도기술 용도2.2.2.2.

는 반도체소자를 외부의 열 수분 충격으로부터 보호하고 소자를 구성하는EMC , ,

의 원활한 연결을 유지하기 위하여 반도체 소silicone chip, gold wire, lead frame

자의 주변을 밀봉하는 열경화성 수지이다 반도체 산업 초기에는 세라믹스나 금속.

을 이용한 방법으로 반도체 소자를 봉지하였으나 고성능화되고hermatic Packaging

수요가 증가함에 따라 기존의 방법으로는 그 요구에 부응할 수 없기 때문에 plastic

방법으로 저압 트랜스퍼 성형을 통하여 높은 생산성 확보와 윈가 절감에Packaging

의한 범용화를 가능하게 하였다 그 결과 높은 가격에도 플라스틱의 배 불구. ( 10 )

하고 년대 중반 이후 선 차단효과가 우수하고 열안정성이나 감도가 뛰어나1980 α

자동차 고온 군수 등 특수 용도에 사용되는 세라믹 봉지제를 제외하고 전자부품, , , ,

의 이상이 플라스틱 봉지제를 채택하고 있으며 현재 사용되고 있는 수지로90 % ,

는 에폭시 수지 실리콘 수지 수지 페놀 수지 등이 있으며 반도체용으로는, , PPS ,

대부분 에폭시 수지가 사용되고 있다 에폭시 수지는 실리카 충전제 등과.

형태를 사용되고 있다 는 무기 충전물인 에compound . EMC silica (70 ~90 wt%),

폭시 수지의 경화제로 사용되는 페놀계 수지 는 반도체 외관을 흑색으(5~10 wt%) ,

로 착색하는 등 여종의 원료로 구성되는 복합소재이다carbon black (1 wt%) 10 .

는 반도체 소자의 금액면에서 차지하는 비중은 낮으나 소자를 보호하는 구조재EMC

료이기 때문에 반도체의 기능에 중요한 영향을 미친다 의 재료 중. EMC 70~90

를 점유하는 는wt% silica SiO2 단일 성분 이상 으로 구성되어 있기 때문(99.7 % )

에 리드프레임 본딩와이어와 반응하여 소자를 부식시켜 반도체의 성능과 수명에,

치명적인 영향을 미치는 철분등 불순물과 등 이온성분을 천연의 소재 중 최Na, Cl

소로 함유하고 있다 또한 로 경도가 높고 결정질 구조로 열팽창도가 낮기. Mohs. 7

때무에 소자 재료간의 열응력 차이로 인한 파손과 균열을 방지할 수 있도록 기계적

인 강도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 소자를 가동할 때 발생하는 열을 외부로,

방출는 열전도도가 우수하다 따라서 천연의 비금속 광물 중 비교적 고가이고.

과정에서 금횽 등 장비들을 마모시키는 결점에도 불구하고 반도체 소자의molding

구조재료인 의 주요 원료로 사용되고 있다EMC .

- 11 -

제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인제 절 신뢰성 고장의 원인2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )

신뢰성이란 특정 조건과 특정 하에서 일정 시간동안에 일어나는 전기적 외, stress ,

형적 기계적인 특성으로 봉지제에서 신뢰성평가 또한 실제 이 사용되는 동안, chip

일러날 수 있는 잠재적인 을 평가를 통해 알아내고 원인failure mechanism failure

을 규명 및 제거 하는 것을 말한다.

최근에 용 등 반도체 소자의 성능이 증가하256M DRAM, 512M DRAM, 1G DRAM

면서 반도체 패키지 등은 신뢰성 특히 내습성을 향상시키기 위해 충전제를, silica

고충진하면서 의 용융점도를 급격히 높여 성형 과정에서 이 상 하 방향EMC chip) ·

으로 치우치는 현상이 발생하고 소자대의 내부구조를 변하게 하Chip tilt , Package

여 미충진 발생 및 가 쏠리거나 끊어지는 문제를 발생시킨gold wire wire sweep

다 이외에도 고장문제 그리고 반도체 신뢰성 시험에서의 문제 등이 발생. , failgure

하고 있다 따라서 양산화에 여러 충전밀도를 최적화하고 수지의 종류에 따. EMC ,

를 유동 특성 및 수축현상을 고려하여 고장 물제를 해결하고 있다 그림 은. 1-1 IC

작동 시 주어진 외부 환경적인 요인이나 조립 공정에서 부여된 조건 등으로chip

인해 발생될 수 있는 고장 이다 조립공정에서 발생할 수 있는 문제로 계면간mode .

결합의 문제 시의 의 등이 포함된다, wire sweep, die attach void, EMC void .

각 문제점의 현상을 살펴보면 잘못된 계면 결합의 초기 시험에는 나타나지screen

않으나 신뢰성 시험인 혹은 소드미 시험과정에서 이, thermal cycle shock circuit

되거나 로 발견된다 은 계면 결합에 부여하는 조건이 적합open short . wire sweep

하지 않아 의 밀림이나 들의 부딪히므로 발생die bonding layout, wire bonds wire

하며 등으로 쉽게 발견된다 현재 을 해결하기 위해서 의 길, X-ray . wire sweep wire

이를 최소화하고 내부에 의 흐름을 조절한다 의 경우, Package EMC . 512M DRAM

에는 성형시 애로기술을 해곁하기 위해 윗면과 아래면의 흐름을 동일하게 만chip

드는 것이 이런 성형불량을 해결하기 위해 윗면과 아래면의 흐름을 동일하게chip

만드는 것이 이런 성형불량을 예방하기 위한방법이다.

아래에는 성형성과 공정상의 문제 등으로 신뢰성이 고장 에 가장 큰 원인이mode

되는 항목을 정리하였다.

- 12 -

그림 봉지용 의 신뢰성 평가 및 고장사례그림 봉지용 의 신뢰성 평가 및 고장사례그림 봉지용 의 신뢰성 평가 및 고장사례그림 봉지용 의 신뢰성 평가 및 고장사례1-1. IC EMC1-1. IC EMC1-1. IC EMC1-1. IC EMC

1. Void1. Void1. Void1. Void

는 단계에서 부적절한 경화나 재료내부의 휘발성 물질이 외부로 유Void die attach

출되면서 발생된다 일반적으로 각 조립공정에서 허용하는 의 크기는 규정되고. void

있으나 로 인한 공기층은 봉지제 대의 열적 저항을 높이며, void , high power

의 경우에는 낯은 으로 온도 변화점을 증가시켜 결과적으device heat dissipation ,

로 사용시간을 단축시키기 때문에 화를 목표로 하고 있다chip void zero .

봉지제 대의 는 몇 가지 복합적인 인자로서 발상이 된다 일반적으로 의void . EMC

예열처리하는 동안 을 다루는데 또는 가 와 맞지 않pellet mold pot size pellet site

거나 로 인한 흐름의 차이로 인허 현상이 발생하여, poor mold cavity· race track

등이 생성되면 결국에는 신뢰성의 고장 가 된다air vent block mode .

- 13 -

2. Popcorn crack2. Popcorn crack2. Popcorn crack2. Popcorn crack

반도체 패키지를 기판에 표면 실장하는 과정에서 고온 에 노출 되면(215~260 ) ,

보관 중에 외부로부터 흡수된 내부의 수분이 급격하게 부피 팽창하여 수Package

증기압으로 인한 패키지 파괴 가 일어난다 이런 현상은 반도체 패(Popcorn Crack) .

키지 내부에 열응력을 증가시킬 수 있어 일 충격과 같은 가혹 시험 조건하에서도

의 파괴를 야기 시킬 수 있다 그림 는 내부 존재 수분의 팽창으로 인Package . 1-2

한 고장이다Package .

그림그림그림그림 1-2. Package popcorn crack1-2. Package popcorn crack1-2. Package popcorn crack1-2. Package popcorn crack

성형불량성형불량성형불량성형불량3.3.3.3.

알려진 반도체 내에 의 전단율 은cavity EMC (Shear rate) 50 ~ 100 s-1(160~180 )

정도로 대부분의 점도계는 측정범위가 1000~5000s-1

정도의 Capillary Viscometer

로 높은 전단 속도에서의 점도 밖에 측정할 수 없어 실제 성형불량을 최소화하기

위한 점도를 확인하기가 쉽지 않았다 따라서 실제 성형시의 내에서의 온도. cavity

및 조건과 동일한 조건에서의 점도를 측정할 수 있는 기술의 확립 및shear rate

점도에 대한 성형불량의 상관관계를 확립하는것이 필수적이다 그림 은 일반적. 1-3

인 성형시 의 를 흐를 때를 나타낸 것이다 그림 는 성형EMC Package cavity . 1-4

불량이 발생하는 내에서의 흐름이다Package cavity EMC .

그림그림그림그림 1-3. Single bottom injection gate of Package1-3. Single bottom injection gate of Package1-3. Single bottom injection gate of Package1-3. Single bottom injection gate of Package

- 14 -

그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황1-4. Package1-4. Package1-4. Package1-4. Package

그림 에서 확인되듯이 균형적이지 못한 의 흐름은 의 형상1-3, 1-4 A EMC cavity ,

다공성 의 사이즈와 위치 및 조성물의 유동 특성lead frame (porosity), device EMC

점도 및 유동성 에 의존하는 두 흐름 영역 사이의 형태와 간격 때( ) (Top & Bottom)

문이다 그림 는 성형불량으로 발생된 의 그림이다. 1-5 weld line .

그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황그림 성형불량이 발생되는 상황1-5. Package1-5. Package1-5. Package1-5. Package


반도체 조립회사에서는 반도체 제조 기술만큼이나 까다로운 규정을 적용하며 반도

체 봉지재의 신뢰성평가 결과를 요구하고 있다 이러한 반도체에서 의 신뢰성 문제. A

를 해결하기 위하여 전 세계적으로는 JEDEC(Joint Electron Device Engineering

기준을 통하여 평가를 진행하고 있다Council) .

반도체의 신뢰성은 반도체 칩에 실장 후 단 장기 시험 방법을 통하여 수명을EMC

만족시킬 수 있는가를 평가한다 그림 은 의 적용 가능시간 이며. 1-6 device , failure

가속 신뢰성 시험은 표 에 보여주었다 그림 은 고장분석방법의 흐름도이1-2 . 1-7

다 봉지제 고장 시험은 본 를 통한 단계로 진행 이 된다 그림 은. flow chart . 1-8

가속 신뢰성 평가 진행시 흐름도이고 초기 실뢰성 평가고서 반도체소자로의test ,

사용 가능성을 평가 한다.

- 15 -

그림그림그림그림 1-6. Device Life time1-6. Device Life time1-6. Device Life time1-6. Device Life time

- 16 -

표 신뢰성 평가표 신뢰성 평가표 신뢰성 평가표 신뢰성 평가1-2.1-2.1-2.1-2.

시험 목적 조건

Temperature/

Humidity test

(85/85)

To evaluate the reliability of encapsulated

Package in humid environment without bias

(or with bias)

85 /85 % RH

0.5. 1000 hrs


Cycling (T/C) or

Thermal shock

(T/S) test

To determine the resistance of solid

state devices to alternage exposure at

extreme of high and low temperature

-65 /+150 :

condition "C"

-55 /+125 :

condition "B"

0 . 5 0 0 , 1 0 0 0

cycles

H i g h l y

A c c e l e r a t e d

Temperature/Hu

midity test(HAST)

To evaluate the reliability of non-hermetic

Packages solid state device in severe

temperature/ humidity/pressure under bias (or

not)

85 /85 %

RH/33.5 psi

A u t o c l a v e

( p r e s s u r e

cooker) test

To confirm the Package integrity through the

evaluation of moisture resistance for

non-hermetic IC Packages. No reliability test

121 /100%

RH 29.7 psi

H i g h l y


storage (HTS)

test

To determine the effect on solid state

electronic devices of storage at elevated

temperature without electrical stress.

150

- 17 -

그림 고장분석그림 고장분석그림 고장분석그림 고장분석1-7. Flow1-7. Flow1-7. Flow1-7. Flow

- 18 -

그림 평가그림 평가그림 평가그림 평가1-8. Preconditioning (or MRT) Procedure Flow1-8. Preconditioning (or MRT) Procedure Flow1-8. Preconditioning (or MRT) Procedure Flow1-8. Preconditioning (or MRT) Procedure Flow

표 가속 신뢰성 시험 조건표 가속 신뢰성 시험 조건표 가속 신뢰성 시험 조건표 가속 신뢰성 시험 조건1-3.1-3.1-3.1-3.

시험 조건

Precondition

(JEDEC/IPC standard J-STD-020)

85 /85% RH

85 /60% RH

30 /60% RH

special request

Solder reflow : 220 /240 /260

Temperature/Humidity (85/85 test) 85 /85% RH

Temperature cycling (Air to air)-65 +150 : condition "C"

-55 +125 : condition "B"

Thermal shock (Liquid to liquid) -65 +150 : condition "C"

HAST

(Autoclave, pressure cooker test)

130 /85% RH/33.5 psi

(121 /100% RH/2atm)

High temperature storage 150

- 19 -

제 절 국내 외 동향제 절 국내 외 동향제 절 국내 외 동향제 절 국내 외 동향3 ·3 ·3 ·3 ·

과거 반도체 발전은 고성능을 가진 칩 개발 분야에 지속적인 발전을 해왔지만 최,

근에는 봉지하는 패키지의 물리적 특성에 따른 제약이 많다는 것이 인식되었다 현.

재 패키징 기술은 칩의 크기 축소 열 방출 능력 및 전기적 수행능력 향상 신뢰성, ,

향상 그리고 가격 저하 등이 패키징 기술에 좌우되어지고 있다 현제는 반도체 디, .

바이스의 고집적화와 고성능화를 뒷받침해 줄 수 있는 패키징 능력 향상을 위하여

반도체 패키지의 소재나 구조 그리고 생산 단계의 복합적인 대책이 필요하게 된다.

반도체 메모리에 대한 기술동향은 년대 최초의 로부터 출발 년대의1940 TR , 1960

를 경유하여 에 이르게 되었고 년대 이후 눈부신 과학기술의 발IC , LSI, VLSI 1990

달과 함께 디지털시대로의 진전이 가속화됨에 따라 각종 전자기기 휴대기기 가전, ,

기기의 소형화 다기능화가 급속도로 진행되면서 이에 따른 반도 체 패키징의 소형,

화 박형화 다편화 등의 고밀도 실장화와 저전력화 저가격화의 요구뿐만 아나라, , ,

고집적화 고속화를 지향하여 빠르게 밭전되고 있다 이러한 기술 요구에 대응하기, .

위해 크기는 축소되고 수는 증가해야 하는 문제가 대두되면서, I/O TSOP, TQFP,

등 신규 가 등장하였다 이에따라 분야도 년마다 배BGA, CSP Package . DRAM 3 4

씩 대용량화를 시켜 왔으며 이외에도 이요구하는 방향으로 기술발전을 계속system

하고 있다 의 대용량화는 현재 이 양산중이며. DRAM 64, 128, 256, 512M DRAM ,

와 시제품개발 자체가 계속해서 발표되고 있어 기술은1G 4G DRAM DRAM

시대 에 돌입했다고 볼 수 있다Gigabit .「」

반도체 봉지제는 재료의 일부분으로서 기술동향에 따라 성능 변화가 이Package ,

루어지고 있으며 이는 가 주로 반도체 소자를 봉지하는 목적으로 사용되기 때EMC

문에 반도체의 발전역사와 더불어 그 맥을 같이 해왔다 반도체의 응용분야가 확대.

되고 꾸준한 메모리 분야의 수요증가로 와 성능에 맞게 소형화 박형화 고성능size , ,

및 다기능화로 방식이 점차 다양화 하는 경향에 맞춰 의 기술 변Package Package

화도 타입인 경우 와 같은 에서lead frame P-DIP through hole device (THD)

과 같은 를 거쳐 가 주류를 이quad flat surface mount device(SMD) thin Package

루고 있으며 제품이 개발되고 있는 한편 기판인 경우CSP lead frame laminate

년대 초의 여러 가지 에 이어서90 ball grid array (BGA) chip scale

가 사용되고 있고 최근에 기술이 에 응용되어Package(CSP) , flip chip CSP

가 개발되고 있다 기술발전과 더불어 기술과 제조기FC-CSP . Device molding EMC

술도 향상되어 왔다 종래의 이상 두께의 에서 이하 두께의. 1.4 QFP, SOP 1,0

박형으로 반도체 소자의 두께는 최소화 되면서 면적은 넓어지기 때문에 반도체의

현상 봉지제의 유동에 의해 의 현상 의 현warpage , pad and chip tilt , wire sweep

상이 발생하여 반도체의 신뢰성에 직접적인 영향을 주게 된다.

- 20 -

반도체 기술 및 동향을 및 로 구분 하였다 그림 에EMC, Memory Package . 1-10

보여주었다.

반도체의 실장 밀도가 증가하거나 또는 칩의 의 증가에 따라 와pin count Package

의 소재가 변화하고 있다 표 에는 반도체의 메모리 및 기EMC 1-4 , Package EMC

술동향을 나타낸 것이다.

그림 및 유기 소재 발전 방향그림 및 유기 소재 발전 방향그림 및 유기 소재 발전 방향그림 및 유기 소재 발전 방향1-10. IC Package EMC1-10. IC Package EMC1-10. IC Package EMC1-10. IC Package EMC

의 점도와 경화반응은 성형성에 영향을 미쳐 의 조성과 제조공정을 변화EMC EMC

시킴으로써 조정이 이루어지고 사용 중 수분의 기화에 의찬 계면박리 및 크랙 재,

료간의 열팽창 차이 등에 의한 크랙 계면박리 및 또는 불량이 최, wire open short

소화 되도록 내습성 향상 재료의 불순물 최소화 및 와 간의 접착성, EMC lead frame

향상 형태의 개선과 더불어 기술 동향은 이루어지고 있다Package

- 21 -

표 반도체의 및 동향표 반도체의 및 동향표 반도체의 및 동향표 반도체의 및 동향1-4. Memory, Package EMC1-4. Memory, Package EMC1-4. Memory, Package EMC1-4. Memory, Package EMC

Memory 256K, 1M 4M 16M 64M 256M

Package

type

PDIP,

SOICSOJ TSOP TSOP TSOP

Ash(%) 74-78 80-85 84-86 86-88 90

E

M

C

T

r

e

n

d

Epoxy

Resin

Novolac

저순도( )

Novolac

저점도( )

Novolac

저점도( )Biphenyl

Biphenyl

Naphtalene

SilicaFused

각상 구상( > )

Synthetic

각상 구상( < )

Synthetic

각상 구상( << )

반마이크론실

리카

Synthetic

각상 구상( << )

Synthetic

구상( )

Fea-

tures가공성 높은 점착성

고강도성

저흡습성

고강도성

저흡습성

고강도성

저흡습성

저수축성

이러한 크랙이나 계면박리 등의 현상은 패키지의 소형 박형화의 진행에 의 해 더,

욱 일어나기 쉽기 때문에 의 저흡습 고접착 등을 목표로 현재는 계, EMC , biphenyl

애폭시 수지나 계 에폭시 수지를 사용한 봉지재로multifunctional PN , naphthalene

가 개발되어 메모리 를 중심으로 표면 실장형 패키지에 채용되고 있다 최근device .

에는 반도체의 고기능화에 따른 신뢰성 향한 요구에 의해 신뢰성 인가 조건과 평가

조건이 더욱 엄격해 지고 이러한 조건을 만족하기 위해 의 기능 강화도 활발히EMC

검토되고 있다 이외에도 최근에 유럽을 중심으로 전기 전자 재료에 사용되는 환경.

오염 물질의 사용을 제한하려는 움직임이 있으며 이에 따라 반도체용 재료에서도

환경 친화성이 중요한 요구특성으로 부각되고 있다 반도체 공정 중 공정. soldering

중에는 안티몬 산화물 브롬계 에폭시 수지 공정에서 사용되는 납, soldering (Lead)

을 사용하지 않는 용 기술로 납을 사용하지 않을 경우 실장 온도가Pb free EMC

로 상승하여 반도체의 신뢰성은 취약하게 한다 따라서 봉지제의 흡습220~26O .

을 극소화 하고 고온강도를 상승시켜야 한다 공정 온도의 상승으로 인해, .

에 이 발생 하여 신뢰성에 문제가 된다 따라서 공정의 신뢰Package crack . Pb free

성 향상 및 배합 설계를 우선적으로 한다 최근에는 경량화된 기술 추세에. TSOP

맞추어 패키지에서 크기가 차지하는 비율이 에 육박해 소량을 사용하면서die 80 %

도 수율과 신뢰성을 높이기 위해 스트레스가 적으며 습기에 대한 저항이 높은

계 계 계 등의 재료가 개발되고DCPD , Biphenyl , Multiphenol molding compound

있다.

- 22 -

에폭시 수지에는 계를 로 한 범용타입과 을 중bisphenol A base o-cresol novolac

심으로 한 상기와 같은 특수 타입들이 있으며 봉지제로는 내열성 내습성이 우수한,

수지들이 주로 사용되고 있다 최근에 반도체 칩의 고집적화가 급속히 빨라지고 있.

어 국내 산업은 특수용의 원자재인 수지와 실리카를 일본으로부터 전EMC epoxy

량 수입하고 있어 원료의 안정적인 확보가 가장 큰 문제이다 연도별 세계 및 국내.

반도체 메모리 시장 현황을 표 에 수록하였다 이중 가 재료1-5 . 1.0~1.5 % EMC

시장이라 할 수 있으며 등을 앞세운 일본Sumitomo Bakelit, Nitto Denko, Hitachi

업체가 세계 시장의 이상을 점유하고 있고 년 기준 국내의 반도체 봉지80 % , 2002

제 시장도 일본 업체에 과점되어 류와 메모리 시장 일부가 국산화 되었어Discrete

도 금액면으로 일본 업체가 시장의 이상을 과점하고 있다 표 는 반도체55% . 1-5

시장 동향 조사이다.

는 년을 기준으로 반도체 산업 경기의 회복과 더불어 내수와 수출이EMC 2002

년까지 꾸준한 상승세를 가질 것이라 보고 있으며 년을 기준으로 국내2005 , 2005

시장은 메모리보다는 비메모리 분야의 성장이 기대된다 표 은 국내 시장. 1-6 EMC

동향이다 도 년에 비해 성장이 예측되나 국내 국산화 비율에는 변. EMC 2003 15 % ,

화가 없다고 본다.

국내 반도체 메모리 이상에서 차지하는 시장의 비중이 로 비중이55 % EMC 0.4 %

월등히 낮으나 상당부분이 외국의 파운드리 업체가 위탁되이 패키징되고 있는 것으

로 예측된다.

표 세계 반도체 메모리 시장 동향표 세계 반도체 메모리 시장 동향표 세계 반도체 메모리 시장 동향표 세계 반도체 메모리 시장 동향1-5.1-5.1-5.1-5.

- 23 -

표 국내 시장 동향표 국내 시장 동향표 국내 시장 동향표 국내 시장 동향1-6. EMC1-6. EMC1-6. EMC1-6. EMC

- 24 -

국내 업체로서는 주 을 비롯한 개 업체가 국산화가 물량기준으로는( ) C2EM 4 60 %

정도 이상을 대체하였으나 금액 기준으로는 아직도 이상을 수입해도 의존하55 %

고 있다 이는 반도체 봉지제가 고가의 반도체를 포장해주는 역할을 하는 반면에.

칩 단가의 이내의 적은 비용을 차지하고 있으며 다구나 지금까지 별문제 없이5%

사용하고 있어 신규나 대체 개발의 필요성을 인식하지 못하고 있기 때문이다 이에.

대응은 세계 시장의 신개발 품목을 우선적으로 개발하여 국내 외의 반도체 생산 업•

체에 사용 인증을 받는 것이 시장 개척에 가장 필요한 항목일 것이다.

- 25 -

제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경제 장 이론적 배경2222

제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동제 절 의 점도 거동1 Plastic1 Plastic1 Plastic1 Plastic

열경화성 수지의 성형성성은 구성성분의 한 특징에 의존한다 열가소성rheological .

수지의 가 일차적으로 온도와 에 따른 영향을 받는 것과melt viscosity· shear rate

같다 는 경화 반응이 진행됨에 따라 점도 상승이 일. Reactive molding compound

정하지 않다 따라서 의 거동을 이해하기 위해서는. molding compound rheological

과정의 최작화만킁이나 재료의 특성 을 이해하는 것이molding , , process modeling

중요하다 그림 은 에 따른 의 각 유체의 특성에 따른. 2-1 shear rate shear stress

명칭을 보여주며 기울기는 점도 거동이다 는. EMC shear thinning (Pseudoplastic)

거동이다.

그림 유체 종류별 와 와의 관계그림 유체 종류별 와 와의 관계그림 유체 종류별 와 와의 관계그림 유체 종류별 와 와의 관계2-1. shear rate shear stress2-1. shear rate shear stress2-1. shear rate shear stress2-1. shear rate shear stress

다음으로는 유체의 종류와 그에 따른 특성 및 거동을 보이는열경화shear thinning

성 수지의 와 점토와의 상관관계이다shear rate .

- 26 -

유채의 종류유채의 종류유채의 종류유채의 종류1.1.1.1.

Newtonian fluid

나 는 일정 압력과 온도에서 가gas simple(low molecular weight) liquid viscosit

인 유체를 칭한다 예constant ) gas, nonecolloidal liquid

Ideal ore perfect fluid

가 로 가 없으므로 가 는 아님Viscosity zero shear Newtonian fluid ideal fluid .

Non-Newtonian fluid (shear thinning flow behavior)

유체의 점도는 가 증가함에 따라 감소한다Shear thinning shear rate .

유체의 특성별 분류유체의 특성별 분류유체의 특성별 분류유체의 특성별 분류2.2.2.2.

Time independent flow

Bingham plastic fluid : simplest non-newtonian fluid.①

Shear stress τ0 is required to initiate flow water suspensions of rock, or

grains. sewage sludge, slurry, wax

Pseudo plastic fluid : polymeric solutions, suspensions of paper pulp or②

고분자물 펄프의 용액pigments, ,

Dilatent materials(fluid) : viscosity increases with increasing shear rate.③

수지 고온 유리starch suspensions in water, beach sand. ( , , asphalt)

Time dependent flow

에서 와 의 관계가 가 작용되- Non-Newtonian flow shear stress shear rate stress

는 시간에 의존되는 것들

- shear stress change with duration of shear.

요변성 액체Thixotropic liquid ( )①

에 의해 가 되어 가constant shear rate structure break down shearstress decrease.

마요네즈 등( , paints, int )

Rhoeopectic materials②

에서 가 일정한 전단율에서 전단응력이 시간경과constant shear rate shear stress

에 따라 증가 방치하면 대개 처음구조를 회복, .

(bentonite sols, Vanadium pentoxide sols etc.)

- 27 -

유래의 의존성유래의 의존성유래의 의존성유래의 의존성3. Non Newtonian shear rate3. Non Newtonian shear rate3. Non Newtonian shear rate3. Non Newtonian shear rate

Shear thinning behavior

Cross model①

η∞ 가 일때 점도: ‘γ ∞

Power law model②

η ≫ η∞, η∞ 일 때≫η

n: power law index

n = 1 : newtonian

n < 1 : shear thinning

은 거동을 보이는 유체의 흐름 특성을 모사하- Power law model shear thinning

는데 널리 쓰이고 있음

- Typical power-law parameters of a selection of well known matter ials for a

particular range of shear rate

전단점도 측정 기기전단점도 측정 기기전단점도 측정 기기전단점도 측정 기기4.4.4.4.

Brookfield Viscometer

비커의 유체에 잠겨 회전하는 작은 실린더에 걸리는 를 하면bob( torque Cfkrh

Ω1: angular velocity

b = r1/r0

n=d(ln C)/d(ln Ω1)

범위' : 0.1~10Sγ-1

r1 의 반경: bob

비교적 점도가 낮은 유체의 점도 측정에 널리 사용됨-

- 28 -

Cone-and-Plate rheometer

형상의 상부와 형상의 하부 사이에 시료를 위치시키고 하부 를 회cone plate plate

전시키면서 를 측정함torque

의 각도: cone ( <4°)θ

의 반경a : cone

비교적 점도가 높은 유체의 낮은 범위- ‘ (10 sν-1의 점도 측정에 널리 쓰임)

Capillary rheometer

모세관을 통하여 유체를 흐르게 하는 데 소요되는 압력과 유속을 변화시켜 shear

거동을 보이는 유채의 점도 측정 특히 고분자 응융체 의 점도를 측정thinning ( )

γw : shear rate at wall

Q : volumetric flow rate

반경a : capillary

σw : shear stress at wall

P : pressure drop

길이L : capillary

일반적으로 가 이상일 때 대부분의 와- L/a 20 ( carillary rheometer die)

위와 같은 식의 적용이 가능함.

만일 값이 크지 않은 경우 다음과 같은 보정이 필요함- L/a Bagley

nb 보정치: Bagley

Slit Die Rheometer

폭 높이 를 통하여 유채를 흐르게 하는 데 소요되는 압력과 유속을 변Slit( : b, : h)

화시켜 거동을 보이는 유체 특히 고분자 용융체 점도를 측정shear thinning ( )

- 29 -

표 은 점도 측정 장치의 분류 및 특징과 점도 측정 장치의 측정시 문제점 을2-1

보여준다.

표 점도 측정 장치 분류 및 특징표 점도 측정 장치 분류 및 특징표 점도 측정 장치 분류 및 특징표 점도 측정 장치 분류 및 특징2-1.2-1.2-1.2-1.

측정항목 ShearRate(s-1) 문제점

SliteDie

Rheometer

일정 온도 일정 하에, Shear Rate•

서의 유동에 따른 점도 변화

점도의 의존성Shear Rate•

용 점도식의Simulation parameter•

산출

10 ~ 2000

SpiralFlow

Rheometer

(RPA)

일정 온도 일정 압력하에서의 유,•

동에 따른 점도 변화

수백100 ~

점도에 의존( )

제Shear Rate•

어가 어려움

Capillary

Rheometer최저 용융 정도•

수백 이상

점도에 의존( )

시간에 따른 점•

도 변화를 얻기

어려움

Parallel

Plate

Rheometer

승온시의 점도 변화•

일정 온도에서의 점도 변화•

점도의 의존성Shear Rate•

이하10

가Shear Rate•

낮아 실제 성형

조건 대응이 어려

움

그림 는 각 점도 측정 장비의 측정 구역을 도식화 한 것이다 그림에서 확인하2-2

듯이 의 전단 영역은Slit Die Rheometer 101~103이다.

그림 측정 장비별 진단속도 영역그림 측정 장비별 진단속도 영역그림 측정 장비별 진단속도 영역그림 측정 장비별 진단속도 영역2-2.2-2.2-2.2-2.

- 30 -

제 절제 절제 절제 절2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer2 Slit Die Rheometer

내부를 흐를 때 점도 측정의 최대 목표는 경화시간이 짧은 의 성EMC cavity EMC

형시 실제 점도를 정확히 측정하여 의 용도와 목적에 맞게 점도를 조절하Package ·

여 성형 공정에서 신뢰성 의 원인인 및failure void, weld line, knit line wire

등의 성형 불량을 개선하고자 하는데 있다sweep .

일반적으로 높은 탄성 유체나 고분자 용융 유체의 경우는 에서의 정low shear rate

적전단점도를 측정하는 것이 매우 어렵다 특히 에서 점도를 구하. zero shear rate

기 위해서는 전단율에 따른 점도 변화 결과들을 외삽하여 구할 수 있는데 이를 위,

해서는 주파수에 따른 점도 변화 값을 측정하여 전단율에 따른 점도 변화 값으로

변환해야 한다 충전제가 다량 함유된 의 점도 변화를 파악하는데는 대부분 경. EMC

험적이거나 비경험적인 수지들을 적용하여 사용하고 있다 하지만 현재 의 점. , EMC

도를 측정하고자하는 노력과 함께 대표적인 점도 측정 장비들 중 기존의 점도EMC

측정 장치와는 다른 특징을 가진 를 개발하였다 기존 점도 측Slit Die Rheometer .

정 장비들인 등이 전도 기동 측정Parallel Rheometer, Capillary Rheometer EMC

시의 조절이 어려움 경화 시간에 따른 점도 변화를 얻기 힘든 점shear rate , EMC ,

실제 반도체 실장 적용시의 보다 낮은 에서 점도를Package shear rate shrear rate

측정하가 때문에 실제 공정상 적용 대응이 어려운 점등의 문제를 개선한 Slit Die

는 다음 가지 항의 기존 점도 측정 장비와의 차이점으로 의 전도Rheometer 3 , EMC

측정과 공정상 와의 관계를 정밀하게 관측할 수 있다failure

기존의 시간에 따른 압력의 변화를 점도의 변화로 나타낼 수 있어서 압력으로만

예측할 수 있던 것을 점도로 나타낼 수 있다.

실제 에서의 전단속도에 따른 점도 거동을 측정할 수 있으며 의Packaging ,EMC

점도 거동 측정값으로 에서의 를 나타낼 수 있다는 장점이 있다DSC Cure Kinetics

를 이용차여 점도와 시간을 초기 점도와 최고 점도를 측정할Slit Die Rheometer

수 있으며 초기 점도에 이르는 경화 시간과 최고 점도에 도달 할 때의 경화 시간,

을 측정할 수 있다.

- 31 -

에 대한 점도의 측정은 현재까지 여러 차례 연구 시도되어 왔다 대표적인 예EMC , .

를 들면 등은 모세관 레오미터와 을접합하여Blyler[1] Transfer Molding Machine

점프를 측정하였는데 전단속도 변차에 따른 점도 변화가 크지 않음을 보여주고 있

고 은 를 이용하여 온도와 경화도에, Turng and Wang[2] Parallel Plate Rheometer

따른 점도 변화를 가열 속도를 변화시키면서 측청하였다 그리고 등은. Nguyen[3]

를 이용하여 온도와 경화도 외에 전단속도를 변화시키면서 점도Slit Die Pheometer

를 측정하였는데 전단속도를 변화시킬 경우에는 경화촉매를 사용하지 않고 측정하

였다 전도거동 측정장비 중 는 위의 점도변화 값을 측정. , Parallel Plate Rheometer

차여 전단율에 따른 점도변화 값으로 변환해서 를 예측하는 유용한, shear vlscosity

식들 중 많이 사용되어지는 식을 응용해서 점도 거동을 측정한 식 은Cox~Merz 1

식이다Cox-Merz[4] .

γ 전단율:

η*복합접도:

주파수:ω

식 는 로 유동 특성을 파악하게 되는 경우에는 낮은 범2 Parallel Plate Rheometer

위의 전단율에서의 정적전단점도 를 측정하는 것이 어렵(Steady shear viscosity), η

기 때문에 실험에 의해 용이하게 측정할 수 있는 복합점도 를 결정하며 정적 전( *)η

단점도로 전환하는 유용한 식이다 이 식은 점도 변화가 변현에 무관한 순수 수지.

에 있어서는 적용이 가능하지만 수지가 고농도 충전제 즉 의 경우에는 변형, , EMC

률 변화에 따른 점도 거동이 달라지기 때문에 잘 맞지 않다 그러므로 조성물. EMC

에 대해서는 정적 건단점도를 유효전단을(Effective shear rate), γm 의 함수로 표ω

시한 식을 사용하여 점도 거동을 측정할 수 있다 식 는Modified Cox-Merz[5] · 2

식이다Modified Cox-Merz .

γm 최대변형률:

- 32 -

하지만 를 사용하여 측정하는 점도 거동은 전단속도Parallel Plate rheometer 1 s-1

이하의 에서의 점도 측적에만 적합하며 또 온도를 실제 성형 온도low shear rate ,

인 까지 올리는데 많은 시간이 걸리기 때문에 단시간에 경화되는 의 점175 EMC

도 거동 측정에는 적합하지 않다 기존에 이 장비를 사용하여 정도의 낮은. 100

온도와 1 s-1이하의 낮은 전단속도서 점도를 측정한 후 이를 외삽하여 실제 가공

공장에서의 점도 값을 예측하는 방법으로 이용하였다.

는 와 같은 열경화 수지가 가지는 경화시간이 짧다는 문제Slit Die Rheometer EMC

의 수지들의 점도 거동을 볼 수 있다 이 저도 거동 측정 장비는 등이 등이. Han

제작하였고 다양한 재료들을 시험하여 그 유용함을 검증 받아오고 있는 장비이다.

그림 과 그림 는 에서의 시간에 따른 압력과 점도의 변2-3 2-4 Slit Die Rheometer

화 및 시간에 따른 유동율과 전단율이다 그림 의 는 기존의. 2-3 (1) Time-Pressure

시간에 따른 압력의 변화를 의 점도의 변화로 나타낼 수 있어서(2) Time-Viscosity

압력으로만 예측할 수 있던 것을 점도로 나타낼 수 있는 것이다.

(1) Time-Pressure(1) Time-Pressure(1) Time-Pressure(1) Time-Pressure (2) Time -Viscosity(2) Time -Viscosity(2) Time -Viscosity(2) Time -Viscosity

그림 시간에 따른 압력과 점도 비교그림 시간에 따른 압력과 점도 비교그림 시간에 따른 압력과 점도 비교그림 시간에 따른 압력과 점도 비교2.32.32.32.3

(1) Time - Flow rate(1) Time - Flow rate(1) Time - Flow rate(1) Time - Flow rate (2) Time -Shear rate(2) Time -Shear rate(2) Time -Shear rate(2) Time -Shear rate

그림 시간에 따른 유동률과 전단율의 비교그림 시간에 따른 유동률과 전단율의 비교그림 시간에 따른 유동률과 전단율의 비교그림 시간에 따른 유동률과 전단율의 비교2-4.2-4.2-4.2-4.

- 33 -

그림 의 는 시간에 따른 유동률로 예측하던 기존의 측정을2~4 (1) Time Flow rate

의 전단율로 측정하여 실제 성형 시에 많은 도움을 줄 수 있(2) Time-Share rate

다.

의 특징은 실제 에서의 진단속도에 따른 점도 거동을Slit Die Rheometer Packaging

측정할 수 있으며 의 점도 거동 측정값으로 에서 를 나타낼, EMC DSC Cure Kinetics

수 있는 장점이 있다 다음의 식 은 이다 에서의 실험값을. 3 Kamal's equation . DSC

식 을 이용하여 를 변환할 수 있다3 cure kinetics .

경화도:α

온도T :

그림 는 를 이용하여 측정한 경화거동과 를 통하여 측2-5 Slit Die Rheometer DSC

정한 수지의 을 나타낸 것이다 를 사용하여 측정한conversion . Slit Die Rheometer

경화거동에 대한 결과 값과 의 경화 거동 값이 일치한다DSC .

- 34 -

그림 와 의 경화도 비교그림 와 의 경화도 비교그림 와 의 경화도 비교그림 와 의 경화도 비교2-5. Slit Dir Rheometer DSC2-5. Slit Dir Rheometer DSC2-5. Slit Dir Rheometer DSC2-5. Slit Dir Rheometer DSC

성형불량의 문제 중 점도는 를 사용하여 각 실EMC Package , Slit Die Theometer

장 영역에 맞는 를 적용하여 얻어진 결과를 통해 성형 불량을 개선할 수shear rate

있다 이러한 를 사용하여 얻은 점도 거동은 의 점도 거동. Slit Die Rheometer , EMC

을 측정하는데 사용되어지는 이본적인 식을 적용하여 해석이 가능하다.

으로 열경화성 수지에 대한 경화과정에서의 점도 측정에Marcosko equation

대한 대표적인 식 이다4 .

전단점도:η

η0 영점전단을 점도:

경화도:α

αg 겔화점도:

전단율:γ

- 35 -

그러나 수지는 열경화성 수지가 갖고 있는 일반적인 금도 측정의 어려움 외에EMC

실제 봉지 공정 온도인 의 가공온도에서 정도의 짧은 정화 시간175 30~40 sec

문제와 의 높은 첨가제 함량으로 인한 거동60~70 % yield stress , high shear rate

의존성 그리고 아주 높은 점도 등의 문제를 추가로 갖고 있다 이외에도 점도 측정.

범위가 넓다는 것은 말할 수 있는데 공정에서의 경우는 전단속도, I~5,000 s-1정

도 온도는 정도 범위에서 이루어진다, 70~130 .

다음의 식 는 의 점도 거동을 측정하는데 사용되는 두 가지의 적용식 중 하5 EMC

나인 식이다Cross-Exponential-Marcosko .

점도:η

n* : B

Tb : temperature

C1 : constant

C2 : constant

αg : constant

또 다른 식 은 식이다6 Herschel-Bulkley-WLF Marcosko .

- 36 -

점도:η

온도T :

전단속도:γ

τy0, Ty, K0, TG, CA, CB, CA, C2, αg 도 거동의 변수

다음의 그림 은 점도를 시간에 따른 점도변화로 나타낸 것이다2-6 EMC . Slit Die

를 이용하여 초기 점도와 최고 점도를 측정할 수 있으며 초기 점도에Rheormeter ,

이르는 경주 시간과 최초 점도에 도달할 때의 경화 시간을 측정할 수 있다.

그림 의 시간에 따른 점도 거동그림 의 시간에 따른 점도 거동그림 의 시간에 따른 점도 거동그림 의 시간에 따른 점도 거동2-6. Slit Rheometer2-6. Slit Rheometer2-6. Slit Rheometer2-6. Slit Rheometer

- 37 -

그림 은 변화에 따른 의 점도 변화를 나타낸 것이다 실제 성형2-7 shear rate EMC .

시 의 를 흐르는 범위에서의 점도를 측정할 수 있는EMC Cavity Slit Die Rheometer

는 기존의 여러 측정 장비들이다 공정 적합성 면에서 적합하다고 할 수 있다 그리. .

고 이론적 식에 의해서 측정된 와 를 이용하여 측징된data Slit Die Rheometer data

가 일치하는 것도 볼 수 있다 이 장비의 진단속도 측정범위는. 1~2,000 s-1정도이

기에 성형시 발생되어지는 및 등의 점도에 의해서EMC void, knit line weld line

발생되어지는 문제점을 파악할 수 있기 때문에 실험을 통하여 성형불량 문제들을

개선하는데 크게 기여하고 있다고 볼 수 있다.

그림 에 따른 의 점도그림 에 따른 의 점도그림 에 따른 의 점도그림 에 따른 의 점도2-7. Shear rate EMC2-7. Shear rate EMC2-7. Shear rate EMC2-7. Shear rate EMC

조성물을 사용하여 반도체 을 할 때 실제 성형 온도는 에EMC chip Packaging , 175

서 정형한다 하지만 기존까지 점도를 측정하기 위해 연구되었던 장비는 실제 실험.

온도까지 온도를 올리는데 많은 시간이 걸리거나 성형 온도까지 올리더라도 짧은,

경화시간을 가지는 가 점도를 측정하기도 전에 경화가 되는 단점이 발생한다EMC .

- 38 -

그림 성형온도 별 경화시간에 따른 점도 변화그림 성형온도 별 경화시간에 따른 점도 변화그림 성형온도 별 경화시간에 따른 점도 변화그림 성형온도 별 경화시간에 따른 점도 변화2-8.2-8.2-8.2-8.

는 이런 짧은 시간에 경화가 되어버리는 의 점도를 실제 온Slit Die Rheometer EMC

도에서 측정하여 공정에 적합한 관경에서의 점도를 측정하여 에 기여EMC Package

하고 있다 그림 에서는 실제 성형 온도 범위 와 다른 점도 측정. 2-8 (175 ) EMC

장비의 온도 범위 에서의 점도를 측정하여 비교하였다 실제 성형온도(145 ) . (175

에서의 이론적으로 계산한 와 장비를 이용하여 측정한) data Slit Die Rheometer

가 다른 온도 범위에서 측정 비교한 값들보다 더 잘 일치하는 것들 볼 수 있data

다 그림 는 성형온도 별 강화시간 에 따른 점도 변화인 그림 을 온도에 따, 2-9 2-8

른 점도 변화로 나타낸 것이다.

는 여러 가지 점도 측정 장비와는 다르게 공정에 적합한 환경에Slit Die Rheometer

서의 점도 압력 온도 및 경화시간 등을 측정하여 그 를 바탕으로, , , data void wire

등의 성형불량을 개선하는데 활용할 수 있다sweep .

- 39 -

그림 성형 온도에 따른 점도 변화그림 성형 온도에 따른 점도 변화그림 성형 온도에 따른 점도 변화그림 성형 온도에 따른 점도 변화2-9.2-9.2-9.2-9.

- 40 -

제 장 연구방법제 장 연구방법제 장 연구방법제 장 연구방법3333

제 절 원료제 절 원료제 절 원료제 절 원료1111

수지수지수지수지1.1.1.1.

봉지재의 유기소재인 에폭시 수지와 경화제는 무기물 충진제를 비롯하여 봉지EMC

제 주요 구성성분이다 이러한 에폭시 수지는 경화제와의 당량비 경화조건 및 성형. ,

조건에 따라 물총 변화를 가지는 특성이 있다 봉지제용으로 사용하고 있는. EMC

에폭시 수지는 반도체 칩의 밭전 속도 및 환경 문제에 맞추어memory, Package

봉지제 개발도 더불어 요구하며 고내열설 고접착성 내흡습성 및 저점도성 등 우, , ,

수한 특성을 가짙 수 있는 분자 구조 합성 및 소재로의 적합성 평가가 진행되EMC

고 있다.

현재 소재에 적용되는 에폭시 수지는EMC o-cresol novolak, biphenyl,

및 등이 있으며 본 연구에multifunctional phenol nuvolak modified bisphenol F ,

서 평가에 사용한 에폭시 수지 구조이다 표slit die rheometer o-cresol novolak .

은 에폭시 수지와 원료특성이다3-1 o-cresol novolak .

표 에폭시 수지의 기본적 성질표 에폭시 수지의 기본적 성질표 에폭시 수지의 기본적 성질표 에폭시 수지의 기본적 성질3-1.3-1.3-1.3-1.

- 41 -

에폭시 의 구성물질로 고재의 기능적 성질인 전기적 기계적matrix EMC Package ,

및 열적 등의 기본특성을 부여하고자 사용하는 경화제는 phenol aralkyl ( -xyleneρ

및 등이 있glycol methyl ether), multifunctional phenol novolak phenol novolak

다 본 연구에서 에폭시 수지제 적용한 경화제는. o-cresol novolak phenol

계와 계를 선정하였으며 표 은 경화제의 구조와novolak phenol aralkyl 3-2, 3-3

원료 특성이다.

표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성3-2. Phenol novolak3-2. Phenol novolak3-2. Phenol novolak3-2. Phenol novolak

- 42 -

표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성표 경화제 원료 특성3-3. Phenol aralkyl3-3. Phenol aralkyl3-3. Phenol aralkyl3-3. Phenol aralkyl

실리카실리카실리카실리카2.2.2.2.

내열성 내화학성 내습성 내충격성 및 강도 부여를 위하여 사용되는 봉지제, , , EMC

의 충전재로는 실리카 (SiO2 를 사용한다 이리한 실라카는 두 가지 종류) .

로 분류를 한다 첫 번째로는 결정구조 배열에 따라 결정성과 비결정성 실리카 로.

구분하고 두 번째로는 입자의 형태에 따라서 각상 구상 등으로분류할, , edgeless,

수 있다 다음의 가지 항은 봉지제 충전제로 사용할 수 있는 실리카의 요구조건과. 3

실리카의 사용 조건이다.

와 반응하여 소자를 부식시켜 반도체의 성능과 수명Lead frame, bonding wire

에 치명적인 영향을 미치는 Fe+1등 불순물과 Na

+, Cl

-등 이온 성분을 천연의 소

재 중 최소로 함유하고 있다.

경도가 높고 결정질구조로 열팽창도가 낮기 때문에 소자 재료간의 열 응력 차이

로 인한 파손과 균열을 방지할 수 있도록 기기적인 강도를유지할 수 있다.

소자를 가동할 때 발생하는 열을 외부로 방출하는 옅전도도가 우수하다.

본 연구에 작용되고 있는 실리카는 평균 입경(φ50 이 로 서로 다른 종) 25 3

의 구상 실리카를 단독 또는 혼합하여 사용하였다 그침 은 구상실리카의. 3-1

입도 사진을 나타내었다.

- 43 -

그림 구상 실리카 사진 및 입도분도그림 구상 실리카 사진 및 입도분도그림 구상 실리카 사진 및 입도분도그림 구상 실리카 사진 및 입도분도3-1. SEM3-1. SEM3-1. SEM3-1. SEM

첨가제첨가제첨가제첨가제3.3.3.3.

에서 에폭시 경화제 실리카 외에 경화 속도 및 이형성과 물성향상을 위해 다EMC , ,

양한 종류의 첨가제를 사용한다 다음은 대표적으로 사용하는 첨가제에 대해. EMC

간략히 소개하였다.

촉매는 에폭시 수지와 경화제로부터 발생하는 화학반응을 조절하며 경화속도와o ,

경화도를 제어하여 제품의 저장안정성을 향상시키는데 중요 한 역할을 한다.

이형제는 내부 이형제와 외부 이형제가 있다 에폭시 수지의 강한 적착성은o .

공정 중 또는 공정에 어려움을 주기 때문에 성형Packaging molding compounding

성을 증진시키기 위하여 금형과 에폭시 수지의 접착력을 낮추어야 하기에 인위적으

로 이형제를 엄가한다 그리고 가공온도를 통해서도 금형과의 접착력을 제어할 수.

있다 액상과 분말상태로 왁스와 탄화수소계 왁스를 사용하고 있다. carnauba .

할로겐계 난연제는 엑폭시 수지의 고유 가연성 때문에 에폭시 수지 골 격에 난연o

기능을 추가시킨 것으로 일반적으로 이 치환된Br diglycidyl ethers of bisphenol

가 사용된다 비 할로겐 수지의 스스로진화하려는 성질과는 달리 분해온A(DGEBA) .

도에 따라 브롬을 유리시키므로 난연화차가 이루어 진다.

- 44 -

이 외에도 난연효과를 발현시키기 위하여 혼합하는 또 따른 방법은 반응성이 없는

인이 포함된 희석제 염소처리 된 왁스 수산화처리 된 알루미늄과 여러 가지의 인, ,

유도체들이 사용되고 있다 과 현상 제품 등은 응력 완화제로 사. Silicone oil rubber

용한다.

제 절 시 험제 절 시 험제 절 시 험제 절 시 험2222

제조제조제조제조1. EMC1. EMC1. EMC1. EMC

각 원재료는 에 맞게 원료 특성이 제어된다Package .

충전제 에폭시 수지 경화제 및 다양한 첨가제는 각각의 질량을 약, , 2-3

로 을 한다base weighing .

다음으로 실리카 표면처리를 위하여 실리카에 를 분사한 다coupling agent .

분 동안 에서 을한다1 high speed mixer(Hfixer chopper rpm = 2,000) mixing .

에폭시 수지 경화제 촉매와 이형제 및 착색제 등을 분 동안 혼합한다, , 1 .

(Agitator rpm = 200)

혼합된 실리카와 에폭시 수지 등을 함께 해서 약 분 동안 혼합한다Mix 1 .

가 제조가 제조가 제조가 제조. EMC. EMC. EMC. EMC

표 는 본 연구라서 제조에 적용하였던 배합비이며 예비 실험부터 적합성3-4 EMC ,

평가 실험까지의 배합비의 범위를 나타낸 것이다.

- 45 -

표 배합비표 배합비표 배합비표 배합비3-4. EMC3-4. EMC3-4. EMC3-4. EMC

항목 배 합 비( wt%) 비고

Silica 80~85

Epoxy 7~11

Hardener 6~10

Coupling agent 0~1.5

Flame retardant 0.8~2.0

Sb2O3 0.7~2.0

Catalyst 0.1~0.3

Silicone oil 0~3.0

Silicone rubber 0~3.0

Wax 0.1~2.0

Carbon black 0.2~0.3

Total 100

나 혼합나 혼합나 혼합나 혼합....

혼합은 을 한 조성물을 에서 최적화가 이루premixing EMC twin extruder(Kneader)

어지도록 훈련을 한다 훈련 조건은 를 로 하고 의 회. feeding speed full , kneading

전수는 으로 하여 훈련을 한다50 rpm .

다 냉각다 냉각다 냉각다 냉각....

최적화가 이루어지도록 훈련시킨 조성물을 온도와 습도가 일정하게 환경조건이 유

지되는 실내에서 냉각시킨다.

라 분쇄라 분쇄라 분쇄라 분쇄....

냉각시킨 조성물을 작은 상태의 분말로 분쇄하기 위하여 분쇄기를 사용EMC pellet

하여 상태로 분쇄를 한다powder .

마마마마. Tablet molding. Tablet molding. Tablet molding. Tablet molding

상태로 분쇄된 를 을 평량하여 직경이 원동형 을Powder EMC 7±0.2g 16 tablet

제작할 수 있는 타정기기를 사용하여 높이 약 의 실19±0.5 Slit Die Rheometer

험 을 제조하였다EMC sample .

바바바바. Processing(Transfer molding). Processing(Transfer molding). Processing(Transfer molding). Processing(Transfer molding)

제조된 는 을 이용하여EMC powder transfer molding machine spiral flow, gel

등의 물성을 측정하였다time, bleed flash .

- 46 -

평가 방법평가 방법평가 방법평가 방법2.2.2.2.

가 물성평가가 물성평가가 물성평가가 물성평가. EMC. EMC. EMC. EMC

봉지제 특성 측정방법은 제조사별로 자사제품의 품질 관리 및 신제품 개발은EMC

물본 신뢰성 향상을 기하기 위하여 기업별로 제정한 평가기준을 근거로 하여 진행

하였으며 현재 본 연구를 주관하고 있는 주 의 특성평가 방법을 중심으로, ( ) C2EM

하여 정리하였다.

(1) Spiral flow(1) Spiral flow(1) Spiral flow(1) Spiral flow

가 실험기구 및 장치가 실험기구 및 장치가 실험기구 및 장치가 실험기구 및 장치( )( )( )( )

Transfer molding machine①

측정방법에 의한 제작한Spiral flow mold(EMM-I_66) mold)②

Balance : accuracy 0.01 g③

Micrometer : accuracy 0.01④

나 실험방법 및 측정값의 적용나 실험방법 및 측정값의 적용나 실험방법 및 측정값의 적용나 실험방법 및 측정값의 적용( )( )( )( )

를 을 정량한다EMC powder 20 (±0.2 g) .①

두께를 약 유지cull 3※

조건Transfer moIding machine②

Mold temp. : 175

Transfer speed : 2.5~ 10 m/sec.

Transfer pressure : 70±2 /

Cure time: 90 sec

를 에 넣고 기기를 작동시킨다Powder transfer pot .

분리 후 값을 잰다 측정은 회 실시 후 평균값을 사용Mold S/F . ( 3 )

개방 후 에 다시 넣기까지의 시간 및 재현성에 유의mold press※

(2) Gel time(2) Gel time(2) Gel time(2) Gel time


측정방법을 사용JIS-6910①

Hot plate (175 )②

Spatula(stainless steel)③

Needle④

- 47 -


의 온도를 설정Hot plate 175±0.5①

약 을 를 이용하여 위에 놓고 압착하면서 문지른EMC powder 1 g spatula plate②

다 동시에 를 작동한다. stop watch .

용융 압착된 시료를 를 이용하여 얇은 피막으로 만든다spatula .③

을 인용하여 피막 위에 일련의 선을 그어 가 점성을 잃고 표면상태Needle EMC (④

의 변화 동시 관찰 굳어지는 점을 종결점으로 하여 를 멈추고 시간을) stop watch

잰다.

(3) Bleed/Flash test(3) Bleed/Flash test(3) Bleed/Flash test(3) Bleed/Flash test


Transfer molding machine①

Bleed mold②

Balance : accuracy 0.01 g③

Micrometer : accuracy 0.01④


분말을 을 정량한다EMC 20 (± 0.2 g) .①

이는 의 두께가 유지cull 3※

조건Transfer molding machine②

Mold temp. : 175

Transfer speed : 2.5 ~10 /sec

Transfer pressure : 7D±2 kg/ (1,000 psi)

Cure time : 120 sec

분말을 에 넣고 기기를 작동시킨다transfer pot .③

분리 후 각 의 수지를 잰다Mold 50, 30, 20, 10, 5, 2 .④

(4) Hot hardness(4) Hot hardness(4) Hot hardness(4) Hot hardness

가 실험기구 및 장치( )

경도계Shore D①


혹은 측정 시 발생되는 의 중앙을 경도계Spiral flow Bleed flash cull shore D①

로 측정한다.

측정은 개방 후 초 이내에 실시함으로 원칙으로 한다mold 10 .②

- 48 -

나 실험 방법나 실험 방법나 실험 방법나 실험 방법. Slit Die Rheometer. Slit Die Rheometer. Slit Die Rheometer. Slit Die Rheometer

조성물의 유동성 겔화시간 및 경도를 측정하는 물성 평가 방법과 본 연구에EMC ,

서 주요하게 사용되었던 는 조성물의 실제 성형 시의 점도Slit Die Rheometer EMC

를 각각의 단계 에 맞춰 적용되어지는 점도를 측정하여 성형Packaging (shear rate)

불량 및 등 불량 개선을 연구하여 신뢰성 향상에 기여하. void, crack wire sweep

고자 사용하였다 현재 를 이용하여 점도 및 를 측정. Slit Die Rheometer shear rate

하는 방법이 표준화되어 있지 않기 때문에 본 연구에서는 장비Slit Die Rheometer

의 측정 범위 내에서 점도 및 전단속도를 측정하였으며 그 측정 방법은 한국과학,

연구원에서 본 과제에서 연구하는 범위 내에서 측정 방법을 정의하였다.

조성물의 점도를 를 사용하여 최적의 실험 결과를 얻기 위EMC Slit Die Rheometer

한 환경 조건은 여러 가지의 변수들을 적용하여 얻을 수 있었다 먼저 조성물. EMC

이 실제 공정에서의 조건인 성형 온도는 를 맞추기 위하여175 Slit Die

의 가 사이에 맞물리는 사이와 온도를 여러번 측정한 결과Rheometer mold clamp

실제 성형온도와 유사한 결과 를(178 ), (Slit Die Rheometer set temp. 170 )

얻은 결과로 본 연구의 성형온도를 결정하였다 는 조성물이. plunger speed EMC

의 부분을 흘러가기 전에 빠른 시간 내에 충분히 용융되어서 최적 환경조mold slit

건에서 를 채운 뒤에 부분을 흘러가게 하기 위하여 의 최대속도reserve slit plunger

로 해서 측정하였지만 에 따른 점도 변화가 있을 것 같아서 속도를, plunger speed

범위로 하여 점도를 측정한 결과 점도에 변화를 주지 않는 것을60~100 /sec ,

알 수 있었다 그리하여 조성물에 최대한 열에 의한 물성의 영향을 줄이기 위. EMC

하여 속도는 로 결정하였다 다음은 가 를 지나서 부100 mm/sec . EMC reserve slit

분을 흐르면서 압력센서를 지나며 점도를 측장하기에 을 지날 때의 속도를 조절slit

함으로써 가 변화를 조절할 수 있다 그러므로 를 조절해서shear rate . ram speed

각 에 따른 점도를shear rate

를 조절해서 각 에 따른 점포를 측정하여 실제 에서의 점도와shear rate Packaging

를 조절해서 등의 문제점 개선에 영향을 미친다 를shear rate void . Ram speed

shear rate 50, 250, 500, 750, 1,000 s-1를 측정하기 위하여 0.05~1.00 /sec

범위에서 조절하여 점도를 측정하였다 경화시간은 장비의 경. Slit Die Rheometer

화시간이므로 실험 결과에 영향을 주지 않기에 의 짧은 경화시간에 맞춰서 약EMC

의 경화시간을 결정하였다90 sec .

- 49 -

그림 성형 방법그림 성형 방법그림 성형 방법그림 성형 방법3-2. EMC3-2. EMC3-2. EMC3-2. EMC

요소기술요소기술요소기술요소기술EMCEMCEMCEMC

내에서의 점도 거동내에서의 점도 거동내에서의 점도 거동내에서의 점도 거동Cavity ControlCavity ControlCavity ControlCavity Control

및 의 점도조절및 의 점도조절및 의 점도조절및 의 점도조절- Epoxy Hardner- Epoxy Hardner- Epoxy Hardner- Epoxy Hardner

의 양 조절의 양 조절의 양 조절의 양 조절- Catalyst- Catalyst- Catalyst- Catalyst

의 양 및 조절의 양 및 조절의 양 및 조절의 양 및 조절- Filter Particle Size- Filter Particle Size- Filter Particle Size- Filter Particle Size

기타 에 의한 조절기타 에 의한 조절기타 에 의한 조절기타 에 의한 조절- Additive- Additive- Additive- Additive

그림 내에서의 온도에 따른 점도 변화그림 내에서의 온도에 따른 점도 변화그림 내에서의 온도에 따른 점도 변화그림 내에서의 온도에 따른 점도 변화3-3. Cavity3-3. Cavity3-3. Cavity3-3. Cavity

- 50 -

평가 장비평가 장비평가 장비평가 장비3.3.3.3.

가가가가. Slit Die Rheometer with transfer molding machine. Slit Die Rheometer with transfer molding machine. Slit Die Rheometer with transfer molding machine. Slit Die Rheometer with transfer molding machine

실험 기구 및 장치실험 기구 및 장치실험 기구 및 장치실험 기구 및 장치(1)(1)(1)(1)

가 폭 높이 를 가지는( ) Slit size mold : 0.5 , 5 mold

나 의( ) System : Nanoflow Corporation Nanoflow ver. 2003

실험 방법 및 측정값의 적용실험 방법 및 측정값의 적용실험 방법 및 측정값의 적용실험 방법 및 측정값의 적용(2)(2)(2)(2)

가 를 악 을 정량한다( ) EMC powder 7.0±0.2 g .

나 높이 의 원통형 을 타정한다( ) 19±0.5 tablet .

다 조건다 조건다 조건다 조건( ) Molding press( ) Molding press( ) Molding press( ) Molding press

Mlold temp. : 175①

Plunger speed : 60 ~100 /sec②

Ram speed : 0.05~1.00 /sec③

Cure time : 90 sec④

- 51 -

나나나나. Kneader. Kneader. Kneader. Kneader


가( ) Kneader size : Inside diameter 50

Total length 660

나( ) Type : T-2 (L/D=132)

다( ) RPM : 61 ~ 240

라( ) Design pressure : 3 kg/ G

마( ) Design temperature : 100 (Barrel)

100 (Jacket)

바( ) Barrel effective volume : 0.78 L

사( ) Electrics : 220 V, 3 PH, 60 Hz

아( ) Output : 7.5 kW, 4 P, 1/10 (with pilot motor)

- 52 -

다다다다. IR reflow. IR reflow. IR reflow. IR reflow


가( ) IR reflow system :

나( ) Object printed circuit board : Width 50 ~ 350

Length max. 400

Thickness 0.6 ~ 3.2

다( ) Input power source : AC 220 V±100 %, 60 , 3 φ

라( ) Outside dimensions : Overall length 2000

Overall width 950

Overall height 1510 ± 40

마( ) Substrate flow direction : From left to fight

바( ) Munsell 5Y 8/1

사( ) Total weight of equipment : Approx. 400 kg

- 53 -

라라라라. Scanning acoustic microscope. Scanning acoustic microscope. Scanning acoustic microscope. Scanning acoustic microscope


가가가가( ) Application frequency( ) Application frequency( ) Application frequency( ) Application frequency

50 to 500 - Flaw detection of concrete

0.5 to 12 - Flaw detection of metal and welding

10 to 100 - Ceramics, electronic components

100 to 1000 - Surfaces of materials

- 54 -


의 신뢰성 평가는 현재 한 기술로 진행했다 표512 M DRAM JEDEC level 1 pass .

는 규정이다3-5 JEDEC Level 1 .

본 연구에서의 신뢰성 평가는 반도체 협조로 진행하였으며 표 은 신뢰성Hynix , 3-6

평가 항목 및 조건이다.

표표표표 3-5. JEDEC Level 13-5. JEDEC Level 13-5. JEDEC Level 13-5. JEDEC Level 1

Soak Requirements

StandardAccelerated

Equivalent

Time ConditionsTime

(hour)Conditions

Time

(hour)Conditions

JEDEC

LevelUnlimited

30≤

/85% RH168+5/-0

85 /85%

RH- -

표 의 신뢰성 평가 항목 및 시험조건표 의 신뢰성 평가 항목 및 시험조건표 의 신뢰성 평가 항목 및 시험조건표 의 신뢰성 평가 항목 및 시험조건3-6. EMC3-6. EMC3-6. EMC3-6. EMC

항목 조건

Bake 125 , 24 hrs

Temperature/Humidity 85 /85% RH, 168 hrs

IR reflow 3 cycle

PCT 121 /100 RH/2 atm, 96 hrs

HAST 130 / 85 R/ 1.9 V, 96 hrs

Thermal cycle -55 / 125 , 200 cycle

High Temperature Storage (HTS) 150 , 168 hrs

- 55 -

는 하이닉스 반도체에서 를 성형한다 는EMC 66 pin TSOP Package . Tablet size φ

를 사용한다 성형된 는 시킨 후14, 3.8g . Package post-cure (175 , 2 hr)

에 맞도록 흡습 시킨 후 를JEDEC Level 1 (85 /85 % RH, 168 hrs) IR reflew

획 실시하여 봉지제의 및 박리 을3 crack (delamination) SAT(scanning acoustic

로 하단의 현상과 외부 및 를 확인하여 성형microscope) Package flow void die tilt

성과 신뢰성을 평가한다.

제 절 결과제 절 결과제 절 결과제 절 결과3333

1. Screen test1. Screen test1. Screen test1. Screen test

본 연구에서는 에서의 점도 거동을 관찰하기 전에 기본 적인Slit Die Rheometer ,

의 경화 특성을 관찰하였다 현제 의 신뢰성 만족을 위해EMC . , 512M DRAM Slit Die

의 실험은 다음 각 가지 기준의 변화를 종하여 을 제작하였다Rheometer 8 sample .

표 은 본 연구에서 적정 점도 선정을 위하여 변화된 조건을 보여준다3-7 . Low

에서는 점도를 낮춰주기 위해서는 를 낮추거나shear rate resin viscosity silicone

함량을 높이거나 실리콘 비표면적이 적은 샘플을 사용하고 점도를 높여주기 위oil ,

해서는 사용 흑은 등을 적용한다coupling agent silicone powder .

표 에서 점도 조절 변화 조건표 에서 점도 조절 변화 조건표 에서 점도 조절 변화 조건표 에서 점도 조절 변화 조건3-7. EMC3-7. EMC3-7. EMC3-7. EMC

에서 점도 강* Low shear rate

하 효과가 있는 원재료

를 낮춘 샘플1. Resin viscosity

를 사용한 샘플2. Silicone oil

실리카 비표면적이 적은 샘플3.

사용 샘플4. W-1 Wax

에서 점도 상* Low shear rate

승 효과가 있는 원재료

처리제품1. C/A

사용 제품2. Silicone powder

를 높인 제품3. Resin viscosity

실리카 비표면적이 높은 제품4.

- 56 -

표 은 각 에 대한 기본 성능 평가결과이다3-8 sample . Spiral flow, bleed flash,

등을 평가하였으며 경화조건이 결정되면gel time, resin viscosity , EMC , Slit Die

에서의 평가 후 와 의 요구 조건과 경화Rheometer low shear rate high shear rate

조건을 비교하였다.

표 기본성능 평가결과표 기본성능 평가결과표 기본성능 평가결과표 기본성능 평가결과3-8. EMC3-8. EMC3-8. EMC3-8. EMC

- 57 -

그림 는 의 증가에 따른 실리카의 비표면적이 다른 실리카의 점도3~4 shear rate

거동을 보여준다 전반적인 점도의 변화는 에서는 점도가 높으나. low shear rate ,

로 갈수록 점도가 감소하는 를 보여 주고 있high shear rate , shear thinning effect

다.

a)a)a)a)

- 58 -

b)b)b)b)

그림 실리카 비표면적 종류에 따른 변화시의 점도 변화그림 실리카 비표면적 종류에 따른 변화시의 점도 변화그림 실리카 비표면적 종류에 따른 변화시의 점도 변화그림 실리카 비표면적 종류에 따른 변화시의 점도 변화3-4. shear rate3-4. shear rate3-4. shear rate3-4. shear rate

변화에 따른변화에 따른변화에 따른변화에 따른a) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscosity

변화에 따른변화에 따른변화에 따른변화에 따른b) shear rate minimum viscosityb) shear rate minimum viscosityb) shear rate minimum viscosityb) shear rate minimum viscosity

비표면적이 가장 큰 와 경우는 에 따른 정도가 전반적으로 높10.5 /g shear rate

으며 비표면적 을 기준으로 비표면적이 낮은 쪽의 실리카를 선택하는 것, 5.3 /g

이 요구하는 점도 거동에 일치 한다고 본다.

그림 는 의 비표면적과 의 결과와 에 따른 결과를3-5 sample spiral flow shear rate

비교하였다 비표면적 을 재외하고는 성형성과 비표면적의 변화에 따른. 10.3 /g

점도의 변화가 크지 않았다 또한 비표면적이 크면 점도가 늦고 비표면적이 작으면. ,

점도가 낮은 경향을 따른다.

이는 비표면적이 낮은 경우 점도를 낮추며 비표면적이 높으면 점도를 높이는 것과,

동일한 경향을 확인하였다 따라서 비표면적 변화에 따른 점도 변화에 서는. 3.8

이하의 비교적 를 적용함이 옳다고 판단된다/g silica .

- 59 -

그림 실리카 비표면적 종류에 따른그림 실리카 비표면적 종류에 따른그림 실리카 비표면적 종류에 따른그림 실리카 비표면적 종류에 따른3-5. low shear rate, midium shear rate, high3-5. low shear rate, midium shear rate, high3-5. low shear rate, midium shear rate, high3-5. low shear rate, midium shear rate, high

에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계shear rate S/Fshear rate S/Fshear rate S/Fshear rate S/F

그림 은 의 첨가랑에 따른 점도의 변화를 관찰한 것이3~6 high surface area silica

다 는 내습성과 불순물의 최소화라는 반도체 봉지제의 요. High surface area silica

구조건에 부합해 기존 풍전제로 봉지제에 사용되는 의 일부를 대체하고 있다silica .

비표면적이 높은 를 첨가할 경우의 점도 변화를 관찰하였high surface area siIica

다 결과를 보면 첨가량 를 넣을 경우 를 제외하고는 첨가량. 1.5 wt% , zero viscosity

에 따라 점토의 변화 거동이 크게 보이지는 않으나 를 기준으로, 1.0 st% high

부근에서의 점도의 거동이 일정해지므로 본 연구에서 에서 유도하shear rate , EMC

고자 하는 점도 거동을 보여준다.

- 60 -

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 첨가량 따른 변화시의 점도변화그림 첨가량 따른 변화시의 점도변화그림 첨가량 따른 변화시의 점도변화그림 첨가량 따른 변화시의 점도변화3-6. High surface area silica shear rate3-6. High surface area silica shear rate3-6. High surface area silica shear rate3-6. High surface area silica shear rate


변화에 따른변화에 따른변화에 따른변화에 따른b) silicar rate minimum viscosityb) silicar rate minimum viscosityb) silicar rate minimum viscosityb) silicar rate minimum viscosity

- 61 -

그림 은 실리카 첨가량에 따른 성형성과 각37 high surface area silica shear rate

에서 점도고동을 비교하였을 경우에도 를 제외하고는 성형에도 무리가 없1.5 wt%

음을 확인하였다.

그림 첨가량에 따른그림 첨가량에 따른그림 첨가량에 따른그림 첨가량에 따른3-7. High surface area silica low shear rate, minium shear3-7. High surface area silica low shear rate, minium shear3-7. High surface area silica low shear rate, minium shear3-7. High surface area silica low shear rate, minium shear

에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계rate, high shear rate S/Frate, high shear rate S/Frate, high shear rate S/Frate, high shear rate S/F

- 62 -

그림 은 미세 의 함량을 변화시킨 경우의 점도 거동을 관찰하3-8 silica 0 ~18 wt%

였다.

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 미세 첨가량에 따른 변화시의 점도 변화그림 미세 첨가량에 따른 변화시의 점도 변화그림 미세 첨가량에 따른 변화시의 점도 변화그림 미세 첨가량에 따른 변화시의 점도 변화3-8. silica shear rate3-8. silica shear rate3-8. silica shear rate3-8. silica shear rate



- 63 -

내에 미세입자가 증가할수록 점도가 높아짐을 확인할 수 있으며 초기 점도의EMC ,

경우 실리카 함량이 증가함에 따라 점도가 증가하나 미세실리카 첨가의 경6 wt%

우에는 의 초기 점도값과 에 따른 점zero viscosity, minimum viscosity silicar rate

도의 변화가 동일한 거동을 보인다 의 함량의 경우 에 따른 점도. 6 wt% shear rate

의 변화가 크지 않으므로 첨가되어지는 미세실리카의 함량이 적정하다 본다 그림.

에서의 의 결과를 비교하였을 경우 미세 실리카 함량에 따른 성형성에는3-8 S/F ,

큰 영향을 미치지 않았다.

그림 미세 첨가량에 따른 에서의 점도그림 미세 첨가량에 따른 에서의 점도그림 미세 첨가량에 따른 에서의 점도그림 미세 첨가량에 따른 에서의 점도3-9. silica Iow shear rate, high shear rate3-9. silica Iow shear rate, high shear rate3-9. silica Iow shear rate, high shear rate3-9. silica Iow shear rate, high shear rate

변화 값과 와의 상관관계변화 값과 와의 상관관계변화 값과 와의 상관관계변화 값과 와의 상관관계S/FS/FS/FS/F

- 64 -

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 종류별 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 종류별 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 종류별 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 종류별 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화3-10. silica shear rate3-10. silica shear rate3-10. silica shear rate3-10. silica shear rate



- 65 -

그림 첨가량 변화에 따른 에서의점도그림 첨가량 변화에 따른 에서의점도그림 첨가량 변화에 따른 에서의점도그림 첨가량 변화에 따른 에서의점도3-11 Silica Iow shear rate, high shear rate3-11 Silica Iow shear rate, high shear rate3-11 Silica Iow shear rate, high shear rate3-11 Silica Iow shear rate, high shear rate

변화 값과 의 상관관계변화 값과 의 상관관계변화 값과 의 상관관계변화 값과 의 상관관계S/FS/FS/FS/F

그림 은 종류가 다른 실리카의 비율 변화를 통하여3-10, 3-11 S1, S2 shear rate

에 따른 점도 거동과 값을 비교하였다 에서 의 비율이 증가함에 따, S/F . S1, S2 S2

라 점도 변화는 경향성을 보이지 않는다.

- 66 -

첨가제로 박형 봉지제에 적용하는 는 그림 에서 함량 변화에silicone powder 3-12

따른 점도의 변화를 보면 에서는 함량이 증가함에 따라 점도가 증, low shear rate

가하나 에서는 함량에 따른 거동의 경향성이 관찰되지 않는다, high shear rate .

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 함량에 따른 변화시의 점도변화그림 함량에 따른 변화시의 점도변화그림 함량에 따른 변화시의 점도변화그림 함량에 따른 변화시의 점도변화3-12. Silicone powder shear rate3-12. Silicone powder shear rate3-12. Silicone powder shear rate3-12. Silicone powder shear rate

및 변화에 따른및 변화에 따른및 변화에 따른및 변화에 따른a) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscosity


- 67 -

또한 그림 의 기본특성 평가결과인 와의 값도 성형성에 무리가 없다고 판3-13 S/F

단되어 첨가에 따른 점도에 대찬 영향은 없음이 확인되었다silicone powder .

그림 함량에 따른그림 함량에 따른그림 함량에 따른그림 함량에 따른3-13. Silicone powder low shear rate, midium shear rate,3-13. Silicone powder low shear rate, midium shear rate,3-13. Silicone powder low shear rate, midium shear rate,3-13. Silicone powder low shear rate, midium shear rate,

에서의 점도 변화 값과 와의 상관과계에서의 점도 변화 값과 와의 상관과계에서의 점도 변화 값과 와의 상관과계에서의 점도 변화 값과 와의 상관과계high shear rate S/Fhigh shear rate S/Fhigh shear rate S/Fhigh shear rate S/F

- 68 -

그림 는 첨가량 변화에 따른 점도와 성형성의 관계를 도식3-14, 3-15 silicone oil

화 한 것이다 그림과 표에서 관찰하듯이 의 함량에 따른. silicone oil low shear

부근에서이 점도의 형향은 관찰되지만 부근에서는 함량 변화rate high shear rate

에 따른 점도 영향에 미비하다.

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 침가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 침가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 침가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 침가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화3-14. Silicone oil shear rate3-14. Silicone oil shear rate3-14. Silicone oil shear rate3-14. Silicone oil shear rate


- 69 -

그림 첨가랑 변화에 따른 에서그림 첨가랑 변화에 따른 에서그림 첨가랑 변화에 따른 에서그림 첨가랑 변화에 따른 에서3-15. Silicone oil low shear rate, high Shear rate3-15. Silicone oil low shear rate, high Shear rate3-15. Silicone oil low shear rate, high Shear rate3-15. Silicone oil low shear rate, high Shear rate

의 점도 변화 값과 와의 상관관계의 점도 변화 값과 와의 상관관계의 점도 변화 값과 와의 상관관계의 점도 변화 값과 와의 상관관계S/FS/FS/FS/F

또한 함량이 증가함에 따라 경향성이 보이지도 않으므로 부근에서Iow shear rate

의 점도가 높을 경우 의 함량을 증가할 경우 점도 조절이 가능하다고 본silicone oil

다.

- 70 -

그림 은 촉매양의 변화에 따른 변화시의 와3-16, 3-17 shear rate row shear rate

에서의 점도 변화이다high shear rate .

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 촉매 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 촉매 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 촉매 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화그림 촉매 첨가량 변화에 따른 변화시의 점도 변화3-16. shear rate3-16. shear rate3-16. shear rate3-16. shear rate

및 변화에 따른및 변화에 따른및 변화에 따른및 변화에 따른a) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscosity


- 71 -

에서의 촉매는 경화 속도에 큰 영향을 주는 첨가제이다 따라서 촉매 첨가량을EMC .

증가할 경우 초기 경화 속도가 빨라지므로 통일 에서 촉매양이 증가함에, shear rate

따라 점도가 높아지며 점도와 결과에서도 빠른 경화특성으로 인해 촉매량 변, · S/F

화를 하지 않은 경우보다 기본 특성 평가 결과 값이 낮음을 확인하였다.

본 촉매량 변화 실험 결과에서는 전체 경화 속도와 미반응물 화 현상과 관련이, gel

있는 첨가제인 촉매량의 변화는 일정 경화 조건 선정이 완료된 후 촉매사용량을 통

한 미세한 점도 조절 시도는 부적절하다고 판단된다.

그림 촉매 첨가량 변화에 따른 에서의그림 촉매 첨가량 변화에 따른 에서의그림 촉매 첨가량 변화에 따른 에서의그림 촉매 첨가량 변화에 따른 에서의3-17. low shear rate, high shear rate3-17. low shear rate, high shear rate3-17. low shear rate, high shear rate3-17. low shear rate, high shear rate

점도 변화 값과 와의 상관관계점도 변화 값과 와의 상관관계점도 변화 값과 와의 상관관계점도 변화 값과 와의 상관관계S/FS/FS/FS/F

- 72 -

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화3-18. Coupling agent shear rate3-18. Coupling agent shear rate3-18. Coupling agent shear rate3-18. Coupling agent shear rate

변화에 빠른변화에 빠른변화에 빠른변화에 빠른a) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscosity


- 73 -

는 유기소재와 무기소재간의 결합력 향상을 위해서 일반적으Coupling agent (C/A)

로 계를 적용한다는 것은 널리 알려져 있다 따라서 의 함량 조절을 통해silane . C/A

점도에 대한 영향을 그림 과 에서 보여주고 있다 첨가시3-18 3-19 . C/A Iow shear

에서의 점도는 의 함량이 증가함에 따라 점도가 높아지나rate C/A , high shear rate

에서는 의 함량 변화에 따른 점도 변화가 관찰되지 않는다 따라서C/A . low shear

에서 성형시 발생할 수 있는 를 제거하기 위해서 와 함량을rate EMC failure C/A 0.1

가 적당하라고 판단된다wt% .

그림 실리카 함량에 따른그림 실리카 함량에 따른그림 실리카 함량에 따른그림 실리카 함량에 따른3-19. coupling agent low shear rate, high shear3-19. coupling agent low shear rate, high shear3-19. coupling agent low shear rate, high shear3-19. coupling agent low shear rate, high shear

에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계rate S/Frate S/Frate S/Frate S/F

- 74 -

a)a)a)a)

b)b)b)b)

그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화그림 함량에 따른 변화시의 점도 변화3-20. Wax shear rate3-20. Wax shear rate3-20. Wax shear rate3-20. Wax shear rate

변화에 빠른변화에 빠른변화에 빠른변화에 빠른a) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscositya) shear rate zero viscosity


- 75 -

그림 과 은 변화에 따른 와 에서의3-20 3-21 wax low shear rate high shear rate

함량에 따른 점도 변화와 기본 특성 평가 결과와의 상관관계를 도식화 하였다.

는 성형성 이형성 향상을 위해 봉지제 구성 성분의 한가지로 공정상 외부 이Wax ,

형성 향상과 성형성을 향상시키기 위해 내부활제와 외부활제고 에서는 두가지EMC

를 적용한다.

그림 함량에 따른그림 함량에 따른그림 함량에 따른그림 함량에 따른3-21. Wax low shear rate, midium shear rate, high shear3-21. Wax low shear rate, midium shear rate, high shear3-21. Wax low shear rate, midium shear rate, high shear3-21. Wax low shear rate, midium shear rate, high shear

에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계에서의 점도 변화 값과 와의 상관관계rate S/Frate S/Frate S/Frate S/F

- 76 -

그러나 첨가시 적정량을 첨가하지 못할 경우 내 외부 활제의 역할을수행하Wax ⦁

지 못하고 외부로 흘러나와 오염의 원인이 되기도 한다 따라서, , lead frame . wax

첨가시에는 최소량을 사용하면서 에 따른 점도의 변화가 본 연구에서 요shear rate

구하는 범위와 일치하는 경우를 선정하는 것이 중요하다 변화 결과에서는 점. Wax

도의 변화가 를 넘지 않는 경우 와 에서1.0 wt% low shear rate high share rate

점도 영향이 없다고 판단된다.

- 77 -

제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가제 장 신뢰성 평가4444

신뢰성 평가는 를 진행하여 로 평가하였으며 의 협조로MRT test SAT Hynix JEDEC

에 준한 시험에 대한 평가 결과를 얻을 수 있었다Level 1 .

신뢰성 평가 결과시에 적용한 은 의 점도 결과를 통하여sample Slit Die Rheometer

배합비의 변화를 준 것으로 진행하였으며 표 은 신뢰성평가 결과의 배합변화, 4-1

첨가제와 배합량 변화를 보여준다.

표 배합비 변화표 배합비 변화표 배합비 변화표 배합비 변화4-1.4-1.4-1.4-1.

첨가제 변화 비고

Silicone oil 증량 기존 자사 제품 기준

Silicone rubber 제거

미세 실리카 감량

Coupling agent 감량

표 는 조건을 보여준다4-2 MRT test .

표 조건표 조건표 조건표 조건4-2. Test4-2. Test4-2. Test4-2. Test

항목 조건

Mold Condition

Temp: Top-175 , Bottom - 175

Clamp presure : 40.9 ton

Transfer pressure : 1.5 ton

Transfer Time : 8.6 sec

Transfer speed : 2.5 ./sec

M/C Time " 22.7 sec

Cure Time : 45 sec

Preheat Time : 1sec

- 78 -

항목 조건

Scanning Acoustic

Microscope

Test Equipment : Sonix UHR-2000

Operation Condition : 75 MHz,

Gain : 40dB, Scan:60, mmStep : 45

Vel : 30.19 /S, Acc. : 5000 /s,

Data Increment : 100 microns

Focus : -8.8650

MRT test Conditin

Soak Condition : 85%/85 24 hrs

Test device : 512M DRAM 66TSOP II

회I.R Reflow condition : Reflow 3

Peak Temperature : 259.4

150 Over time : 108 sec



Pre-heat (150-180 ) : 45sec

IR Reflow : Tamura TRS 35-20N

Reflow Checker : Malcom RC-8

결과결과결과결과1. MRT test1. MRT test1. MRT test1. MRT test

- 79 -

가 신뢰성평가 샘플 기본 물성 평가가 신뢰성평가 샘플 기본 물성 평가가 신뢰성평가 샘플 기본 물성 평가가 신뢰성평가 샘플 기본 물성 평가....

표 은 결과를 평가로 확인한 결과이다 로 박리를 확인한 결4-3 MRT test SAT . SAT

과로 전체적으로 붉은색을 나타내는 부분이 없을수록 박리 상태가 양호하다고 판단

된다 본 연구결과에서는 의 저 점도제품이 빨간색으로 표시되어 나. low shear rate

타나는 박리상태가 적은 양호한 결과를 보이고 있다.

표 평가 결과와 평가 결과표 평가 결과와 평가 결과표 평가 결과와 평가 결과표 평가 결과와 평가 결과4-3 MRT SAT4-3 MRT SAT4-3 MRT SAT4-3 MRT SAT

SampleSampleSampleSample 평가 결과평가 결과평가 결과평가 결과SATSATSATSAT

개선품개선품개선품개선품423-01423-01423-01423-01

비교품비교품비교품비교품423-02423-02423-02423-02

- 80 -


비교품비교품비교품비교품423-02423-02423-02423-02

비교품비교품비교품비교품423-03423-03423-03423-03

부분의 평가 결과부분의 평가 결과부분의 평가 결과부분의 평가 결과2. Bottom Weld line2. Bottom Weld line2. Bottom Weld line2. Bottom Weld line

표 평가표 평가표 평가표 평가4-4. Weld line4-4. Weld line4-4. Weld line4-4. Weld line


개선품개선품개선품개선품423-01423-01423-01423-01

- 81 -


비교품비교품비교품비교품423-02423-02423-02423-02

비교품비교품비교품비교품423-03423-03423-03423-03

비교품비교품비교품비교품423-04423-04423-04423-04

부분의 점도를 낮출수록 에서의 자국이 희미하게Low shear rate bottom weld line

나타나며 그 표시가 줄어들고 있음을 나타내고 있다 이는 내부에서의 낮은. cavity

점도가 정형 흐름을 원활하게 하도록 도움으로 상하간의 흐름의 불균형으로chip

발생하는 와 형성을 낮추어 주고 있음을 확인하였다die tiIt weld line .

- 82 -

신뢰성 걸과 검토신뢰성 걸과 검토신뢰성 걸과 검토신뢰성 걸과 검토3.3.3.3.

표 는 개선제품인 을 하이닉스에서 신뢰성 테스트한 결과이며 하이닉스4-5 423-01

에서의 신뢰성결과는 전 항목에서 양호한 결과를 나타내었다.

표 신뢰성 평가 결과표 신뢰성 평가 결과표 신뢰성 평가 결과표 신뢰성 평가 결과4-5.4-5.4-5.4-5.

Test Item Duration Result Acc/Rej Remark

Bake(125 ) 24 hr - Accept -

TH(85 /85RH) 24 hr - Accept -

IR reflow 3 cycles - Accept -

PCT(121 /100RH/2atm) 96 hrs 0/45 Accept -

HAST(130 /85TH/1.9V) 96 hrs 0/45 Accept -

T/C(-55 /125 ) 200 cycles 0/45 Accept -

HTS(150 ) 168 hrs 0/45 Accept -

PKG construction - - Accept -

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론5555

표 은 실험 결과를 통하여 의 조성변화에 따른5-1 Slit Die Rheometer EMC shear

의 변화를 통하여 실제 성형성 및 신뢰성이 우수한 제조를 위한 첨가제의rate EMC

적정량을 결정한 결과이다 신뢰성 평가는 본 결과를 기초로 하여 배합량을 결정한.

로 진행하였다EMC .

표 조성별 변화에 따른 평가 결과표 조성별 변화에 따른 평가 결과표 조성별 변화에 따른 평가 결과표 조성별 변화에 따른 평가 결과5-1.5-1.5-1.5-1.

조성변화 결 과

1실리카

비표면적 크기실리키 비표면적이 이하의 것3.84 /g .

2High surface area

silica이하 사용 적합0.5 wt%

3 미세 silica미세 실리카가 전혀 첨가되지 않은 경우 에서low shear rate

의 점도고동이 적합

4 실리카 함량비 조절실리카의 함량비에 따른 와low shear rate high shear rate

에서의 점도의 영향은 없음

5 Silicone powder의 경우도 전혀 첨가하지 않은 경우가Toughening agent

의 적정 정도 만족low shear rate .

6 Silicone Oil 의 경우에는 이상 이하 적용Silicone oil 0.5 wt% 1.5 wt%

7 Catalyst 촉매의 양은 가 적정0.07~0.15 wt%

8 Coupling agent 이하가 적당하다고 판단됨0.1 wt%

9 Wax 사이에서 첨가량 적정0.5~1.0 wt%

표 에서 결과를 통하여 의 양산품과 본 연구를 통하여 개선한 제5-2 512M DRAM ,

품의 점도와 기본 특성을 비교하였다.

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표 에 따른 점도와 기본 특성표 에 따른 점도와 기본 특성표 에 따른 점도와 기본 특성표 에 따른 점도와 기본 특성. 5-2. Shear rate. 5-2. Shear rate. 5-2. Shear rate. 5-2. Shear rate

표

본 신뢰성 사업을 통하여

로 조성에 따른 에 영향을 주는 점1. Slit Die Rheometer EMC shear thining effect

도 거동 를 파악 할 수 있었다data .

가 적은 원재료 선정으로 최적의 을 선정2. Shear thining effect formulation 512M

에서 발생되는 의 성형 신뢰성 불량 해결 및 가솔DRAM TSOP tilt & weld line void

신뢰성을 만족하는 제품을 개발하였다.

이로서 본 사업을 통하여 구축된 원재료별 점도 거동 특성에 대한 확보는 신data

규 의 제품 설계시 발생되는 성형불량에 대한 원인 파악의 도구로 활용이Package

가능하게 되었다.

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참고 문헌참고 문헌참고 문헌참고 문헌

1. S. Han, K. K. Wang, C. A. Hieber, and C. Cohen, J Rheol., 41, 177 (1997)

2. W. P. Cox, and E. H. Merz, J. Polym. Sci, 28, 619 (1958)

3. D. Doraswamy, A. N. Mujumdar, and A. B. Metzner J. of Rheol., 35,647

(1991)

4. J. M. Castro, and C. W. Marcosko, SPE Technical Paper, 26, 434 (1980)

5. M. R. Karnal and M. E. Ryan, Polym Eng. Sci., 20, 857 (1980)

6. L. L. Blyler, H. E. Bair, P. Hubbauer, S. Matsuoka, D. S. Pearson, G. W.

Poelzing, R. C. Progelhof, and W. G. Thierfelder, Polm. Eng. Sci, 26, 1399

(1986)

7. L. S. turng and V. W. Wang, J. Reinforced Plastic composites, 12, 506

(1993)

8. L. T. Nguyen, A. Danker, N. Santhiran, and C. R. Shervin, ASME Winter

Annual meeting (1992)

9. M. M. Cross, J. Colloid Sci., 20, 417 (1965)

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512dramtsoppackage 용반도체봉지제 void … · 2011-12-20 · 대리 :::: 조성진 조 ... -...

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