TSV구조의 Via계면과 Cu-Sn 합금-Cu 플립칩 접합부의 열에 의한 역학적 특성 평가

Abstract

모바일과 유비쿼터스 센서 네트워크 센서 시대가 도래함에 따라 가볍고, 작고, 얇고, 멀티기능을 구현할 수 있는 부품에 대한 요구가 증대하고 있다. 이에 대한 여러 가지 솔루션 중 MCM(Multi Chip Module)의 개념을 수직 방향으로 확장시킨 3D IC가 최근 각광을 받고 있다. 이는 물리적인 한계에 부딪힌 반도체 집적 공정의 한계를 극복하여 지속적으로 무어의 법칙에 맞춰 집적도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소재와 공정이 달라도 3차원적으로 집적이 가능하여 메모리와 프로세서로 대표되는 디지털 칩뿐만 아니라 아날로그/RF, 수동소자, 전력소자, 센서/액추에이터, 바이오칩 등을 하나로 패키징 할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 솔더 접합 기술인 Flip chip packaging 기술은 한 개의 chip내에 1000개 이상의 I/O를 구현 할 수 있어 현대 각광을 받는 패키징 기술이다. 또한 Si 웨이퍼에 구멍을 뚫어 Chip들을 위로 쌓아 올리면서 한층 한층씩 접합을 시키는 MCP(Multi Chip Packaging)는 고집적, 고밀도의 패키징 기술의 하나로써 I/O의 개수를 더욱 많이 구현할 수 있다는 장점이 있다. MCP 기술 중 TSV(Through Via Hole)의 구조는 Si 웨이퍼에 구멍을 뚫어 연결하는 방법으로 위로 쌓아올린 칩들을 직접 연결할 수 있어 다른 방법에 비해 보다 작은 접합면적에서 많은 기능을 실행할 수 있다. 이러한 기술을 시행하기 위해서는 미세 솔더 범프를 필요로 한다. 본 연구에서는 MCP 방법 중 하나인 TSV구조에서의 플립칩 접합기술을 이용 할 때 장치의 디자인의 변화에 따른 열응력분포를 확인하여 신뢰성을 평가하고자 하고, 시뮬레이션 변수를 TSV 직경, 솔더 두께, TSV 피치, 언더필 두께로 선택하여 솔더계면과 비아계면에서의 열 하중에 의해 발생하는 열응력들을 분석하여 신뢰성을 평가하고자 한다. 열응력값에 대한 해석은 Abaqus/CAE 프로그램을 이용하였고, 신뢰성의 평가는 Minitab16을 이용하여 Taguchi 직교 9배열법에 의해 81번의 계산 통하여 각각의 변수에 대한 열응력의 결과값으로 신뢰성을 평가하였다.