KAIST, 온도 제어로 반도체 패키징 내구성 40% 높여

기사내용 요약
기계공학과 김성수 교수팀, MIT와 공동연구서 새 경화공정 확보
반도체 패키지 휨 문제 해결, 수율 및 내구성 강화

[대전=뉴시스] 급랭과 재가열로 구성된 접합 온도 기반의 EMC 경화공정 시스템. 그림(a)는 급랭과 재가열로 구성된 EMC의 경화 사이클을 위한 실험 모식도이고 (b)는경화 수축 기반 접합 온도 분석, (c)는 급랭 온도에 따른 접합 온도, 휨, 잔류 스트레인, 계면응력 비교평과 결과다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 기계공학과 김성수 교수 연구팀이 메사추세츠공과대학(MIT) 브라이언 워들(Brian L. Wardle) 교수팀과 함께 반도체 패키지의 신뢰성을 높인 '접합 온도 제어 기반의 경화공정'을 개발했다고 2일 밝혔다.

반도체 패키지의 보호재인 EMC는 열을 가하면 화학반응이 일어나 단단해지는 경화반응(Curing reaction)이 생긴다.

경화공정에서는 시간에 따른 온도 및 압력변화로 반도체 패키지의 두께가 얇아짐에 따라 공정 후 재료간의 열수축 차이로 인한 뒤틀리는 휨(Warpage) 현상이 나타난다.

이를 위해 공동연구팀은 EMC와 기판사이 접합 온도를 정확히 예측하고 휨현상을 제어할 수 있는 경화공정을 개발했다.

연구팀에 따르면 열경화성 고분자인 EMC는 경화공정 중 기판과 접합이 발생하는 온도 직전에 상온으로 급랭을 하게 되면 경화반응을 억제해 접합 온도를 상온에 가깝게 유도할 수 있고 이후 재가열을 통해 EMC를 완전히 경화시킬 수 있다.

이 과정을 통해 패키지의 접합 온도와 사용 온도 차이를 줄여 요소 간 열수축 차이에 의한 길이 변화 차이를 최소화해 휨을 줄일 수 있다.

이를 위해서는 두 재료 사이의 정확한 접합 온도를 분석하는 것이 중요하며 연구팀은 경화공정 중에 발생하는 EMC의 화학적 수축을 고려한 접합 온도를 구하는 식을 확보, 변형율 측정 시스템을 통해 이를 검증했다.

새로운 경화 공정을 통해 기존 EMC 경화공정 대비 반도체 패키지의 휨은 27% 감소했으며 EMC와 기판 경계면의 기계적 강도는 약 40% 상승했다.

또 급랭과정을 포함하는 경화공정을 거친 EMC의 기계적 물성은 기존 공정과 차이가 없음을 확인했다.

연구 책임자인 김성수 교수는 "접합 온도 제어 기반의 새로운 EMC 경화공정은 반도체 패키지에서 지속적으로 대두되고 있는 휨 문제를 해결, 반도체 패키지의 수율을 향상시킬 뿐만 아니라 내구성도 강화할 수 있을 기반 기술이 될 것"이라고 설명했다.

KAIST 기계공학과 박성연 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 저명 학술지인 'ACS applied materials&interfaces'에 지난 3월 1일자로 표지논문으로 게재됐다.(논문명 : Electronic packaging engineered by reducing the bonding temperature via modified cure cycles).

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