Bare Die 플립칩 패키지의 Dynamic Bending 신뢰성 연구

초록

최근 전자패키징 기술의 발달로 많은 IT 전자제품이 다기능 고집적화 및 경박단소화 되고 있다. 이에 따라 전자제품에 적용되는 칩패키지도 소형화 되고 있는 추세이다. 따라서 현재 널리 사용되고 있는 BGA방식의 패키지보다 bare die 플립칩 패키지의 수요가 증가하고 있다. 또한, BGA패키지에 비해 bare die 플립칩패키지의 제조비용이 저렴하고 성능이 우수하기 때문에 가격경쟁력이나 전자제품의 성능면에서 bare die 플립칩 패키지의 사용이 더욱 유리해지는 상황이다. 하지만 BGA타입의 패키지와 비교하여 bare die 플립칩 패키지는 신뢰성이 확보되지 않아 아직까지는 널리 사용되지 못하고 있다. 솔더 접합부의 신뢰성으로는 thermal cycling 시험과 같은 고주기 피로 특성과 drop test와 같은 저주기 피로 특성이 중요하게 고려되고 있다. 일반적으로 무연솔더의 고주기 피로 특성은 대부분 신뢰성이 충분히 확보되는 것으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 저주기 피로 특성 측면에서 신뢰성을 확인하고자 하였다. 대표적인 저주기 피로 특성 시험으로는 내충격 신뢰성 평가인 JEDEC board level drop test(JESD22-B111)가 있다. 하지만 JEDEC board level drop test는 많은 수의 시편이 필요하고, 또 실험시 고비용이 발생된다는 단점이 있기 때문에 본 연구에서는 자체적으로 저주기 피로특성평가를 위해 제작한 drop tester를 사용하여 dynamic bending거동을 확인하고자 하였다. 자체 제작된 drop tester의 시편은 PCB위에 한 개의 chip이 실장되기 때문에 적은 수로도 시험이 가능하다. 실험 시편은 1-layer의 FR-4 PCB와 size 8x8mm, pitch 800um의 chip을 daisy chain 방식으로 연결하였다. Failure 조건은 sample rate 50kHz, sample time 0.3s로 총 15000번의 저항을 측정하여 100Ω이상으로 설정하였다. 실험 방법은 제작된 chip을 실장한 PCB의 후면에 100g추를 일정 높이에서 자유낙하시켜 충격을 주는 방식을 사용하였고, 매 실험마다 높이를 변화시켜 PCB가 받는 strain을 증가시켰다. 이때 PCB가 받는 strain의 변화는 0.2~1.5%까지 측정하였다. 실험에 사용된 솔더 조성은 대표적인 중온 무연솔더인 SAC305 조성과 Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In의 4원계 조성, 그리고 4원계 솔더에 미량원소가 첨가된 5원계 솔더 조성이다.