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EMC의 제조 공정도

EMC의 제조공정은 에폭시와 경화제로 구성된 유기재료와 실리카 및 다양한 첨가제를 혼합하여 분산시키는 분산공정,  펠렛(Pellet)형태로 제조하는 타정(Pelletizing)공정으로 구성됩니다.

EMC의 품질은 유/무기재료의 분산된 정도에 의존하므로 분산공정이 핵심공정입니다. 1차 Dry Blending과 2차 Melt Blending으로 구성됩니다. 1차 Dry Blending에서 Micron  수준으로 분산시킨 원료를 Melt Blending공정에서 분자수준으로 완전히 분산시켜버립니다. 이 때, 미량 첨가제의 분산을 위해 첨가제를 선분산(Pre-treatment)시키기도 합니다. 분산방법 및 공정기술은 제조업체의 기술  Knowhow에 해당하여 공개되지 않습니다.

EMC는 원기둥 모양의 펠렛으로 제조, 공급되며, EMC의 생산성은 펠렛 제조공정에 크게 좌우됩니다. 따라서 제조업체에서는 타정공정의 최적화를 위해 많은 노력을 기울이게 됩니다.

EMC는 열경화성 복합재료로 외부의 열에 의해 경화반응이 일어나게 됩니다. 이를 통해  EMC의 용융점도는 급격히 상승되고 최종적으로는  3차원 경화된 제품을 얻을 수 있습니다. EMC의 경화속도는 온도에 비례하여 빨라지며, 정량적으로는 임의의 온도에서 Gel Time으로 표현됩니다. Gel Time이 짧을수록 경화속도가 빠른 것을 의미하고, 일반적인 반도체용  EMC의 경우  175℃에서  20~30초를 나타냅니다. EMC의 Melt Blending공정은  100~130℃에서 진행되므로 부분적인 경화반응을 피할 수는 없습니다. 따라서 공정후의 경화반응 정도의 조절이 EMC 제조기술의 핵심이라 할 수 있습니다.

제조공정별 경화반응 진행도

EMC의 공정별 경화정도를 위 그림에 나타내었습니다. 단계 A는 경화반응이 일어나지 않은 상태이며 원료의 단순혼합에서  Dry Blending이 된 상태까지 포함합니다. 단계 B는 Melt Blending을 통해 부분 경화가 일어난 상태로 경화된 정도는  10% 이내입니다. 이 단계는 EMC의 품질을 크게 좌우하는 매우 중요한 단계로 이 단계에서는 경화정도를 일정하게 유지시키는 것이 필수적입니다. 이는 모든  EMC가 이 단계를 마지막으로 펠렛으로 제조되어 공급되기 때문입니다. 단계 C는 펠렛 상태의 EMC를 반도체에 성형한 후의 상태로 경화반응이 90% 이상입니다. 반도체 조립시의 EMC의 성형공정 후에도 경화반응이 완결되지 않았으므로 일정온도에서 일정시간동안 후경화 (PMC, Post Mold Cure)를 시켜 EMC의 경화반응을 완결합니다.

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CSP의 구성은 칩접속 방법, 어셈블리, 기판, 보호 방법에 따라 여러 종류로 구성될 수 있습니다.

현재 대표적인 CSP 종류는 4가지로 구분될수 있습니다..

1) Flexible Substrate

2) Rigid Substrate

3) 리드프레임

4) Wafer Level CSP

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EMC는 열에 의해 경화되어  3차원 경화구조를 형성하는 에폭시 및 경화제로 구성되는 유기재료와 기계적,  전기적 성능향상을 위한 무기재료로 실리카(Silica)를 위주로 하는 필러를 기본 구성요소로 합니다. 그 외에 빠른 경화특성을 부여하기 위해 촉매,  유기재료와 무기재료 사이의 결합력을 높이기 위해 커플링제(Coupling Agent),  몰딩 작업 시 이형성 확보를 위한 왁스(Wax),  착색제(Colorant),  난연제(Flame Retardant) 등의 첨가제로 구성됩니다.

에폭시와 경화제는  EMC의 경화특성 및 점탄특성을 결정하는 주요 성분으로 각각 o-크레졸 노볼락계 에폭시 수지와 페놀 노볼락계 페놀수지 등이 사용되고 있습니다.  또한, 경화반응의 온도와 시간은 경화촉매로 조절할 수 있습니다. EMC에 적용중인 촉매로는 이미다졸계, 인계, 및 사이클로아민계 등이 있습니다. EMC에 사용되는 무기계 필러는 고순도의 비정질 실리카가 대부분이며 특히 고열전도도가 필요한 경우에는 열전도도가 높은 결정성 실리카를 사용합니다. 필러의 함량이 높을수록 EMC에 요구되는 내습성, 기계적, 전기적 특성 등은 향상되지만 용융점도가 급격히 상승하여 성형불량이 많이 발생합니다.  따라서 용융점도를 최소화하면서 필러의 함량을 높이는 고충진 기술이 활발히 연구되고 있으며 현재는 필러 함량  92wt%까지의 제품이 양산, 공급되고 있습니다.

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