KAIST, 온도 제어해 반도체 패키징 내구성 40% 향상

급랭과 재가열로 구성된 접합 온도 기반의 EMC 경화 공정 시스템(KAIST 제공)

김성수 KAIST 기계공학과 교수

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 반도체 부품의 온도가 높아지면 반도체 수명이 급격히 줄어들고 작동하지 않기 때문에 반도체 패키지의 온도 조절이 중요하다.

KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 김성수 교수 연구팀이 메사추세츠공과대학(MIT) 브라이언 워들(Brian L. Wardle) 교수 연구팀과 함께 반도체 패키지의 신뢰성 강화를 위한 '접합 온도 제어 기반의 경화 공정'을 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

반도체 패키지의 주된 재료인 EMC(Epoxy Molding Compund: 수분, 열, 충격 등 다양한 외부 환경으로부터 반도체 회로를 효과적으로 보호하는 회로 보호재)는 열을 가하면 화학반응이 일어나 단단해지는데 이 현상을 경화 반응이라고 한다.

경화 공정은 시간에 따른 온도 및 압력 변화를 반도체 패키지의 두께가 얇아짐에 따라 공정 후 재료간 열수축 차이로 인한 뒤틀리는 휨(Warpage) 현상이 나타나게 된다.

이에 연구팀은 EMC와 기판사이 접합 온도를 정확히 예측하고 휨현상을 제어할 수 있는 경화 공정을 개발했다.

연구팀은 반도체 패키지의 접합 온도를 낮추기 위해 두 재료의 접합이 일어나는 온도 직전에 급격히 온도를 낮춰주는 접합 온도 제어 기반의 EMC 경화 공정 기술을 개발하고, 이러한 과정을 통해 패키지의 접합 온도와 사용 온도 차이를 줄여줌으로써 요소 간 열수축 차이에 의한 길이 변화 차이를 최소화해 휨을 줄였다.

이를 통해 기존 EMC 경화 공정 대비 반도체 패키지의 휨은 27% 감소했으며, EMC와 기판 경계면의 기계적 강도는 약 40% 증가했다.

또 급랭 과정을 포함하는 경화 공정을 거친 EMC의 기계적 물성은 기존 공정과 차이가 없음을 확인했다.

김성수 교수는 “접합 온도 제어 기반의 새로운 EMC 경화 공정은 반도체 패키지에서 지속적으로 대두되고 있는 휨 문제를 해결해 반도체 패키지의 수율을 향상시킬 뿐만 아니라 내구성도 강화할 수 있을 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.

KAIST 기계공학과 박성연 박사가 제1 저자로 참여하고 한국연구재단, BK 사업 그리고 국제협력사업 시그니처 프로젝트의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제 저명 학술지 ‘ACS applied materials & interfaces’에 지난 3월1일 게재됐다. 또 해당 논문의 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.