EMC의 구성재료와 역할
(1) EMC란?
EMC는 리드 프레임, 골드 와이어와 더불어 반도체 후공정에 사용되는 3대 기능성 재료중 하나입니다. EMC 재료는 외부의 열에 의해 3차원 경화구조를 형성하는 열경화성의 고분자소재를 기본으로 재료의 기능강화를 위해 무기소재를 블랜드한 무기/유기 복합소재입니다.
성형특성, 기계적 특성이 우수하고 가격이 저가인 에폭시라는 유기재료를 통하여 EMC의 경화특성이 발현되기 때문에 반도체의 패키징 공정에서 사용되는 몰딩 컴파운드를 Epoxy Molding Compound(EMC)라 부르고 있습니다.
(2) EMC의 성분과 설계
EMC는 다양한 소재를 배합하여 반도체 봉지재로서의 요구특성을 만족시켜야 합니다. 따라서 EMC 설계(Formulation)시에는 용도나 사용환경 및 가격을 중심으로 성형성, 내습성, 접착성, 역학, 열, 전기적특성 등을 동시에 고려하여야 합니다.
EMC 설계가 공학적으로나 공업적으로 고난도의 기술이 필요한 이유는 EMC의 여러 요구특성이 서로 상충되기 때문입니다. 예를 들어, 생산성 증대를 위해 고속, 전자동 공정으로 진행됨에 따라 EMC는 경화속도가 빠른 것을 사용합니다. 그러나 경화속도가 빠를수록 저장성이 떨어지게 되는데 이에 따라 EMC의 저장안정성을 높이기 위해 잠재성 반응촉진제와 같은 특수소재를 사용해야 하므로 제품가격이상승됩니다. 따라서 생산성 향상에 따른 이익을 상쇄시키게 됩니다.
접착성과 이형성도 서로 극단적으로 상충되는 특성입니다. 실리콘 다이나 리드 프레임과의 접착성은 반도체 패키지의 안정성확보에 있어서 핵심이 되는 특성으로 이를 위해서는 흐름성이 좋은 저분자량의 수지를 사용하거나 왁스의 양을 적게 사용해야 합니다. 그러나, 이경우 금형과의 이형성이 상대적으로 낮아져 Sticking과 같은 불량이 일어나기 쉽습니다.
또한 접착성이나 내열성을 높이기 위해서는 다관능성(Multi-Functional) 에폭시수지나 경화제를 사용하여 가교밀도(Cross Linked Density)를 높여야 합니다. 이 경우는 역학적으로 취성(Brittle)을 나타내기 쉽고 특히 가교점의 증가에 비례하여 흡습량이 증가하기 때문에 공정 중에 크랙이 일어나기 쉽습니다.
한편, 흡습성을 줄여 수증기압에 의한 스트레스와 성형물의 열적 스트레스를 낮추려면 필러를 최대한으로 충전시켜야 합니다. 이러한 경우에는 공정중의 급격한 점도상승을 막기 위해 점도가 낮은 수지를 채택합니다. 이러한 ‘고충진필러 + 저점도수지’의 EMC는 구조적으로 성형성이 낮아질 수밖에 없습니다.
이외에도 여러 상충되는 특성이 설계 시에 고려되어야 하는데, 결국 얼마나 최적화시켜서 원하는 성능을 구현하는가가 EMC설계 및 개발의 핵심입니다.
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