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  1. 2012.10.24 Die Attach Adhesive Special Applications

High Stress Absorption
비교적 큰 Die를(>400 x 400 mils. sqr.) Copper Leadframe에 접착시키거나 Stress에 민감한 Device를 접착시키는 경우, 접착제의 Stress 흡수성은 필수적입니다. 그 이유는 Silicon과 Copper와의 열팽창 계수(CTE) 차이로 인한 Thermal Stress가 Die Size가 커짐에 따라 심해지기 때문이며 Thermal Stress가 심한 경우는 Die Delamination 혹은 Die 균열까지도 발생할 수 있습니다.

A. Die에 미치는 Stress는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 

Stress                        =      Stress on the Silicon Chip

K                                =      Constant

CTELF                        =      Coefficient of Thermal Expansion Lead Frame (16.2 - 17.6 ppm / K)

CTEsi                         =      Coefficient of Thermal Expansion Silicon Chip (3 ppm / K)

Tf                               =      Final Temperature

Tc                              =      Curing Temperature

Ead                            =      Elastic Modulus of Adhesive

ELF                            =      Elastic Modulus of  Leadframe

L                                =      Length of Chip

X                                =      Bondline Thickness of Adhesive

 

상기의 공식에 의하면  Die에 미치는 Stress를 줄일 수 있는 방법은 다음과 같습니다.
□ Substrate간의 CTE Mismatch감소
□ 경화온도감소
□ 접착제의 Elastic Modulus 감소
□ Bondline Thickness  증가

 

B. Stress, Strain 및 Elastic Modulus의 관계는 다음과 같습니다.
Modulus of Elasticity(E)  =  Relationship between Stress and Strain in the Elastic Region of a Material
Strain (ε)                       =  Change in Length per Length 
Stress(σ)                       =  Force per Unit Area

 

 

C. Stress 분석 : Suhir는 Die Attach 접착제가 Die 및 접착제에 미치는 Thermal Stress를 분석하였습니다. 그 연구 결론을 간단히 종합해 보면 다음과 같습니다. Die와 Substrate의 열팽창 계수 차이에서 발생하는 Thermal Stress는 Normal Stress이거나 Shear 내지 Peel Stress입니다. Normal Stress는 Die 횡단면에 작용하여 주로 Silicon Die에 영향을 주며 Shear 및 Peel Stress는 Die 와 접착제, 그리고 접착제와 Substrate사이의 접착 표면에 작용, 접착제의 Cohesive와 Adhesive 강도를 결정합니다. Normal Stress의 정도는 Die 중간 부분이 가장 높으며 가장자리에는 전혀 없고 Shear / Peel Stress경우는 그 정도가 Die 가장자리의 횡단면이 가장 높습니다.

 

 

Surface Profilometer Measures h and y:  ROC is Calculated Using Equation

 

(y/2)2    (ROC  - h)2    (ROC)2 

Radius of Curvature Concept

Radius of Curvature Comparison

 

D. Radius of Curvature (ROC : 굽음의 반경) : 접착제의 Stress 흡수성은 간접적으로 ROC를  측정하여 예측할 수 있습니다. ROC의 개념과 측정 방법은 상기의 그림에 나타냈습니다.

일반적으로 Stress 흡수성이 높은 접착제일수록 ROC값은 크며 다음과 같은 변수들이 접착제 ROC값에 영향을 주고있습니다.
□ 두 Substrate의 열 팽창계수 차이 : 열팽창 계수 차이가 클수록 ROC값은 적다.
□ 경화 온도 : 어느 접착제가 상온 경화가 가능하다면 그에 따르는 ROC값은 무한대이다.
□ Die Size : Die가 클수록 ROC값은 적다.
□ Die 두께 : Die가 두꺼울수록 ROC값은 크다.
□ Leadframe두께 : Leadframe이 두꺼울수록 ROC값은 크다.
□ Bondline의 두께 및 Die Tilt : 일반적으로 Bondline이 두꺼울수록 ROC값도 커지며 Die Tilt도 ROC값에 영향을 미친다.
위에 언급한 대로 ROC값은 여러 변수들에 의해 상당한 영향을 받으므로 접착제 선택에 있어서의  Data Sheet상 ROC치수 비교는 신중을 기해야 합니다.

 

 

 

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