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  1. 2013.01.14 광경화형 접착제
  2. 2013.01.10 UBM(Under Bump Metallurgy)
  3. 2013.01.09 Electrical Properties
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The curing mechanism and composition of photo-curing adhesives

 

광경화형 접착제란 차광 되어 있는 상태에서는 액상을 유지하고, 광이 조사되면 경화반응을 개시하는 접착제입니다. 또한 감광하는 광의 파장에 따라 UV경화형 접착제나 가시광 경화형 접착제로 분류됩니다. 광경화형 접착제는 라디칼 중합형과 양이온 중합형의 2종류로 대별할 수 있는데 (상기표), 라디칼 중합형에는 반응성 수지로서 아크릴계 및 폴리엔/폴리티올계가 있고, 이들 수지와 광조사에 의해 라디칼을 생성하는 중합촉매로 된 것입니다. 양이온 중합형은 반응성수지로서 에폭시, 옥세탄 및 비닐에테르가 있으며, 이들 수지와 광조사에 의해 양이온을 생성하는 중합촉매로 된 것입니다.
라디칼생성 메커니즘 및 양이온생성 메커니즘을 살펴 보면, 아크릴계 및 폴리엔/폴리티올계 광경화형 접착제에 배합되어 있는 광중합개시제는 UV나 가시광이 조사 됨으로써 중합에 필요한 활성 라디칼을 생성합니다.

 

 

The UV-based complex curing adhesive

 

아크릴계 광경화형 접착제로서 상기표에 나타낸 바와 같은 혐기 경화성, 열경화성 등의 복합경화형과 자외선(이하UV) 경화형 접착제, 및 UV투과성이 나쁜 재료에 적응할 수 있고, 저수축과 후막경화 등의 기능을 가지며, 광일렉트로닉스, 액정관계를 중심으로 용도개척이 추진되고 있는 가시광 경화형 접착제에 대하여 나타낸 것입니다.
에폭시계 및 비닐에테르계 광경화형 접착제에 배합되어 있는 광중합 개시제는 UV가 조사됨으로써 중합에 필요한 양이온을 생성되며, 중합 메커니즘은 양이온 중합을 따르며, 아크릴계 광경화형 접착제는 라디칼 중합성을 가진 아크릴 올리고머, 아크릴 모노머, 광중합 개시제(UV용: 벤조인에테르계, 벤조페논계, 아세토페논계, 티옥산톤계 등, 가시광선용: 캄퍼퀴논, 벤질, 4,4'-디메톡시벤질), 광증감제 (디메틸아미노에틸메타크릴레이트, n-부틸아민, 트리에틸아민, 4-디메틸아미노안식향산이소아밀)로 구성되며, UV경화형과 가시광 경화형의 차이는 개시제의 적용에 있습니다.

 

 

 

 

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UBM이란 반도체칩의 Al 또는 Cu 전극상에 직접 솔더 또는 Au 범프를 형성하기 어렵기 때문에 접착이 용이하고 칩으로의 확산을 방지하도록 전극과 범프간에 형성하는 다층 금속층으로서 접합층, 확산방지층, wettable 층의 세가지 층으로 구성됩니다.


(1) UBM의 역할과 조건
UBM층을 설계하고 제작할 때의 고려사항은 다음과 같습니다.
․ 웨이퍼상의 칩패드 최종 금속층이나 패시베이션 층과 접착력이 좋아야함
․ 칩패드 최종 금속층과 범프간에 전기저항이 낮아야함
․ 솔더의 확산을 효과적으로 방지하여야함
․ UBM의 최종층은 솔더와 Wetting성이 좋아야함
․ 외부로부터 IC 금속배선을 보호하여야함
․ Si 웨이퍼에 작용하는 응력을 최소화하여야함
․ 테스트가 끝난 probed 웨이퍼에 적용가능하여야함


(2) UBM 시스템
첫 번째는 Cr/Cr-Cu/Cu 시스템으로 Evaporation이나 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하는 것으로 IBM, Motorola, MCNC, Unitive 등에서 많이 사용하고 있습니다. 이 구조는 60년대에 이래 오랫동안 사용되어 왔기 때문에 고용융점 솔더에서는 높은 신뢰성을 가지는 UBM 구조입니다. 그러나 증착방법을 이용하므로 범핑가격이 높고 Sn의 함량이 높은 저용융점을 솔더의 경우 Cr-Cu 합금내의 Cu와 Sn의 반응으로 금속간 화합물(IMC)을 형성하여 접착력을 약화시키고 범프의 박리와 같은 불량을 야기시키는 단점이 있습니다.
두 번째는 TiW/Cu 미니범프 시스템으로 솔더를 전해도금방식으로 증착하는 경우에 많이 사용됩니다. 이 시스템은 IZM, 모토롤라, Citizen 등에서 솔더의 증착방법으로 전해도금을 사용하는 경우에 주로 사용되는 UBM 시스템이며 여기서 Cu 미니범프는 Reflow 중 발생하는 금속간화합물의 성장을 충분히 고려하여 Cu 층을 약 5~10um 두께로 형성시킨 두꺼운 Cu 층을 말합니다. 이 재료들은 PbSn 공정솔더에서 사용되고 있으나 현재 안정성 측면에서 신뢰도가 떨어지는 것이 단점입니다. LCD 구동 IC를 전해도금방법으로 금범핑하는 경우에는 TiW/Au UBM을 많이 사용합니다.
세 번째는 Al/NiV/Cu 시스템으로 FCD(구 FCT), 앰코 등에서 적용중에 있습니다. 이 UBM 시스템은 Cu가 완전히 소모되고 난 뒤에 솔더와 Ni이 직접 만나게 되는데 Ni이 솔더와의 Wetting성이 양호하기 때문에 현재 솔더 범핑 시장에서 가장 많이 사용되고 있습니다.
네 번째는 무전해 도금된 Ni UBM 은 PacTech, ICI등에서 적용하고 있는 것을 가격이 저렴한 것이 장점이나 probed 웨이퍼에 사용이 곤란하고 신뢰성 확보와 미세피치에 대응이 어렵다는 단점이 있습니다.

 

 

 

 

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Volume Resistivity 측정법

 

⑴ Volume Resistivity
일반적으로 Volume Resistivitiy는 접착제의 X, Y, Z축 방향 Average Conductivity를 측정하는 것으로 전도성 접착제뿐만 아니라 절연성 접착제도 측정이 가능합니다. 전도성 접착제의 경우 RLC Digibridge System과 동등한 측정 Capability를 가진 Ohm Meter를 사용할 수도 있으나 일반적으로 전도성접착제 생산업체에서는 Gen Rad 1689 Precision RLC Digibridge System을 사용하여 측정합니다. Non Conductive Adhesive의 경우에는 Beckman Model L-8을 사용하고 있습니다. 참고적으로, Volume Resistivity는 상기그림에서와 같이 Four Point Probe System을 이용하여 2 Point에 전압을 걸고 다른 2 Point에서 전류를 측정한 후 상기의 공식에 의해 구하여집니다.

 

 

Bond Joint Resistance 측정방법

 

⑵ Bond Joint Resistance
Bond Joint Resistance는 Volume Resistivity와는 달리 전도성 접착제 Joint의 Bond Line을 통하는 전기저항을 Z축의 방향으로 측정하는 것으로서 일반적으로 전도성접착제 생산업체에서는 GenRad 1689 Precision RLC Digibridge System을 사용하고 있으며 Test Specimen은 상기그림과 같이 50㎛ 두께로 고순도 Gold Plating된 302 Type Stainless Steel(4"x1"x0.062")에 Film이나 Conductive Material을 1"x0.5"만큼 도포한 후 다른 Strip을 Overlap시킨 후 경화해서 만듭니다.


⑶ Dielectric Constant
일반적으로 전도성접착제 생산업체에서는 MIL-STD-883(Method 5011)에 준하여 25℃에서 1KHz와 1MHz 주파수의 교류전압 Condition에서 절연성 접착제의 Dielectric Constant를 측정하고 있으며 1KHz Test에는 GenRad 1689 Precision RLC Digibridge System을, 1MHz Test에는 GenRad Model 1687B를 사용하고 있습니다. 일반적으로 Polymer의 Dielectric Constant는 1KHz와 1MHz에서 6.0이하입니다.

 

 

 

 

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