Flexible 반도체 패키지용 열계면 소재의 특성 평가 및 수명 예측 = Characterization and Lifetime Prediction of Thermal Interface Materials for Flexible Semiconductor Packages

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 플렉서블 반도체 패키지 중 하나인 COF(Chip-on-film)를 적용하여 고온, 고습, 고압의 UHAST 환경에서 실리콘 기반 TIM의 벌크 및 패키지 열성능, 전기 저항, 계면 상태를 하나의 통합 체계로 평가하고, 최종적으로 수명 예측을 통해 플렉서블 패키지의 평가 방법에 대한 프레임워크를 구축하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 Hot disk TPS 방법으로 벌크 열전도도를 측정하였고, COF 기반 TTV에서 시스템 열저항을 측정하였으며, FT/RA 를 통한 전기저항 및 SAM을 적용한 계면 상태를 분석하였다. 이 과정을 통해 열계면재료의 열, 전기, 기계적 특성을 통합적으로 평가하고, 가속 환경시험 하에서의 열화 메커니즘을 규명하고자 하였다.
실험 결과, 열 계면 재료 상태에서의 열전도도는 초기 대비 6.2～7.3% 상승하여 고습 노출 동안 미세 공극 감소와 필러 간 접촉 개선 효과가 있음을 확인하였다. 패키지 상태에서의 열저항은 TIM 미적용 대비 약 38～47% 저감되었으며, 시간 경과에 따라 완만히 더 낮아지는 계면 안정화 경향을 확인하였다. 전기적 시험에서는 모든 비교군에서 전기저항 변화율이 약 6.9%의 수준으로 유사하게 증가하였으며, 분석 결과 알루미나 필러 함량보다는 실리콘 매트릭스의 수분 차단 능력과 접촉 계면의 안정성이 플렉서블 패키지 수명에 더 크게 좌우됨을 예상하였다. 이러한 평가 방법과 분석 결과는 향후 플렉서블 전자기기의 TIM 선정, 조립 조건 설정, 목표 수명 설계에 직접 활용될 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 필요성 8
• 제 2 장 선행연구 분석 12
• 2.1 이론적 배경 및 선행연구 고찰 12
• 2.1.1 이론적 배경 12
• 2.1.2 선행 연구 고찰 17
• 2.2 열특성 평가 방법 21
• 2.2.1 벌크 열 특성 평가 22
• 2.2.2 시스템 열저항 평가 23
• 2.2.3 전기적 특성 평가 24
• 2.2.4 계면 건전성 평가 26
• 2.3 신뢰성 평가 및 수명예측 모델 29
• 2.4 연구의 차별성 및 필요성 30
• 제 3 장 실험 방법 32
• 3.1 평가 재료 제작 방법 32
• 3.1.1 TIM의 제조 및 특성 분석 32
• 3.1.2 COF의 제작 방법 36
• 3.2 시편 제작 및 조립 사양 42
• 3.2.1 Hot Disk 열전도도 측정용 시편 42
• 3.2.2 TTV 열성능 평가용 시편 43
• 3.2.3 SAM 비파괴 계면 분석용 시편 44
• 3.3 UHAST 기반 신뢰성 평가 기법 46
• 3.4 측정 방법 47
• 3.4.1 TPS 기반 열전도도 측정 방법 47
• 3.4.2 TTV 기반 열저항 측정 및 열성능 평가 방법 49
• 3.4.3 전기적 특성 평가 방법 53
• 3.4.4 SAM 평가 방법 57
• 제 4 장 실험 결과 61
• 4.1 Hot Disk 측정 결과 61
• 4.1.1 실험 결과 61
• 4.1.2 결과 분석 64
• 4.2 TTV 기반 열성능 평가 결과 71
• 4.2.1 실험 결과 71
• 4.2.2 결과 분석 75
• 4.3 전기적 특성 평가 및 수명 예측 77
• 4.3.1 실험 결과 77
• 4.3.2 결과 분석 80
• 4.4 SAM 기반 계면 열화 평가 83
• 제 5 장 결론 및 향후 연구 87
• 5.1 연구 내용 및 실험 구성 요약 87
• 5.2 종합적 해석 및 기술적 의의 89
• 5.3 향후 연구 방향 91
• [참고 문헌] 93