Ja-Myeong Koo

Application of Underfill for Flip-Chip Package Using Ultrasonic Bonding

In this study, the reliability of flip-chip (FC) packages with various underfills using ultrasonic bonding was evaluated in temperature and humidity (TH) tests. Fatigue cracks began at the interface between the Au bumps and glass substrate and then propagated through the interface with increasing dwell time in the TH test. The initial electrical resistance of Au bumps with lower viscosity underfill was lower than that of Au bumps with higher viscosity underfill. Entrapped underfill between the Au bumps and glass substrate or void formation between the Au bumps in FC packages was caused by high viscosity of the underfill. As the dwell time of the TH test increased, the electrical resistance of the FC packages increased. The fatigue life of an FC package with underfill that has a higher glass transition temperature (Tg) and lower coefficient of thermal expansion (CTE) value was higher than that of an FC package with underfill with lower Tg and a higher CTE value. Therefore, the properties of underfill affect the fatigue life of FC packages with underfill using ultrasonic bonding.

Effect of Atmospheric Pressure Plasma Treatment on Transverse Ultrasonic Bonding of Gold Flip-Chip Bump on Glass Substrate

This study was focused on the effect of atmospheric pressure plasma treatment conditions on the ultrasonic bonding properties of Au flip-chip bumps on Au-finished glass substrates. The spreading test of de-ionized (DI) water was carried out on the substrate after the treatment. The plasma treatment was performed with three different gases, N2, N2 + O2, and N2 + H2, for various treatment times from 0.3 to 18 s. The surface analysis was carried out after the treatment using Auger electron spectroscopy (AES) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The treatment conditions greatly affected the spreading angle and joint strength. The addition of O2 and H2 gases to N2 gas was effective to improve the wettability of the Au-finished substrate and the bondability between the Au bump and substrate, respectively. The spreading angle rapidly decreased with increasing treatment time from 0.3 to 1 s and then decreased slightly with further increase in the treatment time, whereas the bonding strength peaked after the treatment for 0.5 to 2 s and then decreased.

Ultrasonic Bonding Technology for Flip Chip Packaging

최근 들어, 다양한 형태의 휴대형 전자기기 및 디지털 컨버전스 제품들이 출시되고 있으며, 그 종류와 수요는 해마다 급속도로 증가하고 있다. 전통적으로 기계 부 품의 집합체로 알려진 자동차를 비롯한 운송 수단에도 엔진 효율 증대, 배기가스 감소, 안정성 및 편의성 향상 을 위해서 전자 부품의 양이 증가하고 있는 추세에 있 다. 이러한 전자 부품 및 제품들의 성능을 극대화하기 위해서는 고성능 마이크로프로세서, 대용량의 저장 매체 및 다양한 수동소자들의 개발 뿐 만 아니라, 각 요소들 이 최적 상태로 상호 유기적인 구동이 가능하도록 시스 템화하는 전자 패키징 기술의 개발이 요구된다. 전자 패키징 기술은 칩이나 각종 부품 또는 제품들을 외부의 환경으로부터 보호하고, 필요한 요소들에 전원을 공급하며, 전기적 신호의 원활한 통로 역할을 하는 동시 에 핫 스팟 (hot spot)에서 발생한 열을 외부로 방출시 키는 역할을 수행한다. 하나의 전자 제품이 완성되기 위해서는 다양한 전자 패키징 기술이 요구된다. 이 중에 서, 실리콘 칩을 패키징하는 기술을 1차 레벨이라 하며, 신뢰성이 높고, 작업 속도가 빠르며, 자동화가 용이한 와이어 본딩 (wire bonding) 기술이 일반적으로 사용되 어 왔지만, 최근 기하급수적으로 증가하는 논리 소자들 의 전송 속도와 발열량을 대응하기에는 한계가 있다. 이 에 따라, 솔더 범프나 금속 범프를 사용하여 실리콘 칩 을 기판 상에 실장시키는 플립칩 (flip chip) 기술의 시 장이 점차 증가하고 있다. Prismark 조사에 의하면, 세 계 플립칩 시장 규모는 2001년 411만 웨이퍼에서 2005 년 2,460만 웨이퍼로 급격하게 증가하였다. 플립칩 기 술은 기존 와이어 본딩 기술 대비 임피던스가 1/10 이 하로 낮고, 다이 크기에 유사한 크기로 패키지 크기를 줄 일 수 있는 동시에 우수한 방열 효과를 기대할 수 있기 때문에, 하기와 같은 분야에 필수적으로 요구되는 기술이다.

Longitudinal Ultrasonic Bonding of Electrodes between Rigid and Flexible Printed Circuit Boards

In this study, two electrodes between a flexible printed circuit board (FPCB) and a rigid PCB (RPCB) are bonded using longitudinal ultrasonic vibration. The surface finish of the electrode of the RPCB is fixed as an electroless Ni/immersion Au (ENIG), whereas two different surface finishes are employed for the FPCB: immersion Sn and ENIG. Electrodes of the RPCB and FPCB are successfully bonded using longitudinal ultrasonic vibration. While a continuous intermetallic compound (IMC) of (CuxAu1-x)6Sn5 is formed at the ENIG/Sn interface, a Au–Ni–P reaction layer is formed with an un-bonded region at the ENIG/ENIG interface. The peel strength of the ENIG/Sn joint is higher than that of the ENIG/ENIG joint. Results of peel tests show that the bonding conditions have a significant effect on joint integrity.

Interfacial reactions and mechanical properties of In–48Sn solder joint with electroplated Au/Ni ball grid array (BGA) substrate after multiple reflows

The interfacial reactions and ball shear properties of an In–48wt%Sn solder joint with an electroplated Au/Ni ball grid array substrate were investigated with increasing numbers of reflows using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive x-ray spectrometry, inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, x-ray diffractometry, and bonding testing. After one reflow, two different intermetallic compound (IMC) layers, AuIn and AuIn 2 , were formed at the solder–substrate interface. The AuIn was completely transformed into the AuIn 2 after three reflows. The AuIn 2 IMC layer broke off, and a thin continuous Ni 3 (Sn x In 1– x ) 4 IMC layer was formed between the molten solder and the exposed Ni substrate after four reflows. After 10 reflows, the AuIn 2 IMC layer completely spalled off the substrate and the Ni 3 (Sn x In 1– x ) 4 IMC layer was dissolved into the molten solder. These interfacial reactions greatly affected the shear properties of the solder joint.

Flip-chip Bonding Technology and Reliability of Electronic Packaging

IT (Information Technology) 산업의 급속한 발전과 새로운 서비스 요구로 인해, 최근 반도체는 무게와 크기 측면에서 기존 반도체에 비해 더욱 작고 가벼운 방향으 로 진화하고 있으며, 다양한 데이터의 처리 및 멀티미디 어 기능을 구현하기 위해 한 개의 패키지 내에 복수의 소자 또는 칩을 통합시키는 새로운 방식의 반도체 패키 징 기술의 수요가 증가되고 있다. 특히, 크기와 무게가 작은 패키지를 요구하는 휴대용 통신기기 및 멀티미디 어 기기 시장의 급격한 증가는 고집적의 새로운 반도체 패키지 기술의 수요가 비약적으로 증가될 것임을 보여 준다. 전자.정보통신 산업이 이렇게 발전함에 따라 카메라, 게임기, 전화, PDA (Personal Digital Assistants) 등과 같은 멀티미디어 시스템 전자 제품들이 휴대전화로 빠 르게 융합화 되고 있다 (Fig. 1참조). 이러한 전자 제품 의 진화에 따라 빠른 신호처리가 가능한 고성능 반도체 칩의 개발 및 칩과 칩 또는 칩과 다른 주변 장치들간의 상호 신호전달을 위한 전자패키징 (electronic packaging) 기술의 발전 또한 요구되고 있다. 특히, 전 자 및 반도체 패키징 분야에 있어서 재료, 부품, 기판 및 모듈 (module)의 고성능화 (high performance), 고집적 화 (high density integration), 다기능화 (multi functionality) 및 소형화 (miniaturization)에 대한 요구 가 점차 증대되고 있다. 기술적인 측면에서 90년대 중반 까지의 패키징은 칩의 물리적인 보호와 보드와 칩 간의 전기적 연결을 제공하는 것이 중요한 문제였으나, 최근 들어 칩의 고성능화뿐만 아니라 다기능화와 칩 성능의 최적화, 발열처리 문제 등에서 패키징의 역할이 더욱 중 요해지고 있다. 최종 시스템에서 패키지의 역할은 IC 칩들이 동작할 수 있도록 파워 (power)와 시그널 (signal)을 전달하며 다른 시스템과 전기적 연결이 가능 하도록 채널을 공급하여 인터패이싱 (interfacing)이 가 능하도록 하는 동시에, 전체 시스템을 물리적으로 보호 하여 신뢰성을 보장하는 역할을 수행한다. 최근 전자 제 품의 성능은 칩 자체보다는 패키징 구조에 의한 신호지 연에 의해 결정되고 있으며, 전체 신호지연의 약 50% 가량을 차지하고 있다. 따라서 패키징 기술 개발의 발전 이 점차 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이를 개선하기 위해서 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 고에서는 최신 마이크로 시스템 패키징 분야에서 주목받고 있는 플립칩 (Flip-chip) 본딩의 기술 및 종류, 접착제를 이용한 플립칩 본딩, 초음파를 이용한 플립칩 본딩, 플립칩 패키지의 일렉트로마이그레이션 (electromigration) 현 상, 3차원 실장 (3 Dimensional Packaging) 기술 및 금주석 (Au-Sn) 솔더를 이용한 패키징기술에 대해서 간 략히 소개하고자 한다.

Electrical characterization of differential stretchable transmission line

The rise of wearable computing and biomedical technologies demands development of flexible and stretchable interconnects. This paper presents the design and characterization of differential stretchable transmission line. The transmission line is embedded in the low cost Polyurethane thin film which has excellent stretchablility and flexibility, and the copper pattern is optimized as a zigzag shape to allow stretch maintaining the mechanical reliability. The electrical characteristics were measured as the line stretches by using 4-port network analyzer with house made calibration kits. Especially, the measurement was made without common ground connections between near-end and far-end VNA ports and differential characteristics are successfully extracted. Measured differential mode characteristic impedance is 94-Ω at the normal length and slightly increased as the line stretches due to the deformation of the line. The insertion loss is 0.035dB/mm at 1-GHz from the beginning and slightly reduced as the line stretches. It is shown that the line can be elongated up to 25% guaranteeing the electrical and mechanical reliability.

Electrical characterization of adhesive flip chip interconnects for microwave application

Microwave performance of the anisotropic conductive film (ACF) and nonconductive film (NCF) interconnects was investigated by measuring the scattering parameters (S-parameters) of the flip chip modules employing the films. To compare the accurate intrinsic microwave performance of the ACF and NCF interconnects without lossy effect of chip and substrate, a de-embedding technique was employed. The effects of two chip materials, Si and quartz (SiO2), and of the metal pattern gap between the signal line and ground plane in the coplanar waveguide (CPW) on the microwave performance of the flip chip module were also investigated. The transmission properties of the quartz were markedly improved over those of the Si chip, which was not suitable for the measurement of the S-parameters of the flip chip interconnect. Extracted impedance parameters showed that the microwave performance of the flip chip interconnect with NCF was slightly better than that of the interconnect with ACF, mainly due to the inductive effect of the conductive particle surface and capacitance of the epoxy matrix in the ACF interconnect.

Ultrasonic Bonding of Electrodes of Rigid and Flexible Printed Circuit Boards with Non-Conductive Film (NCF)

This study investigated the feasibility of ultrasonic bonding of a rigid printed circuit board (RPCB) to a flexible printed circuit board (FPCB) with a non-conductive film (NCF) for improving the long-term reliability and lowering the manufacturing cost. Peel tests of the joints were carried out with increasing bonding time to optimize the bonding condition. High-temperature storage and thermal cycling tests were carried out to evaluate the reliability. The RPCB was successfully bonded to the FPCB with NCF using a transverse ultrasonic bonding. The optimum time taken for bonding was 3 sec. The joints with NCF showed a good reliability after the high-temperature storage test at 125°C for 1,000 h and the thermal cycling test for 1,000 cycles.

Reliability Evaluation of Electronic Circuit Printed Using Metallic Ink

최근 전자 제품에 대한 가치 및 평가 기준이 변화하고 있다. 소비자들의 선택의 기준에 있어서 제품의 가격과 성능뿐만 아니라, 고장 없이 오랫동안 사용할 수 있는 제품, 즉 신뢰성이 높은 제품에 대한 선호도가 증가하고 있다. 이러한 제품 개발을 위해서는 제품 설계 단계부터 다양한 신뢰성 평가 및 피드백 과정들을 수행해야 한다. 하지만 과도한 신뢰성 평가는 금전적인 낭비를 초래하며, 제품 출시를 지연시켜 회사의 경쟁력을 약화시키는 주요 원인으로 작용할 수 있다. 따라서 합리적인 신뢰성 평가 방법의 고완 및 효율적인 평가가 이루어져야 함은 자명하다. 또한, 단순한 신뢰성 평가보다는 실질적인 환경에 가까운 복합 시험 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 한정된 제품 크기 내에서 다양한 기능을 수행할 수 있는 멀티미디어기기 및 디지털 컨버전스 제품에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다