KR19990028773U - 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는항온항습챔버 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정 하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 인가용 챔버를 개시한다. 본 고안의 챔버는, 패키지 내에 함유된 습기 함유량을 측정하기 위하여 흡습 분위기를 제공하기 위한 것으로서, 상기 저울은, 무게 측정을 위한 반도체 패키지가 안치되는 시료접시와, 상기 시료접시가 안치되는 접시받이와, 상기 접시받이에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 시료접시와 연결되어, 상기 시료접시에 하중이 걸리면, 원래의 위치로부터 하강하고, 하중이 제거되면, 원래의 위치로 복원하는 탄성부재를 포함한다.

Description

반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버

본 고안은 반도체 패키지의 몸체부의 습기 흡입량을 측정하기 위한 반도체 패키지의 습기 흡수량 측정 장치에 관한 것으로서, 단시간내에 흡습 분위기를 제공하기 위한 챔버내에, 흡수된 습기의 량을 측정할 수 있는 저울을 구비한 챔버에 관한 것이다.

에폭시 몰딩 컴파운트(Epoxy Molding Compound:EMC)는 반도체 소자를 외부의 열, 수분, 충격 등으로부터 보호하는 열경화성수지 봉지재이다. 이 EMC는 주재료인 에폭시 수지 및 몇종의 재료들이 혼합된 일종의 복합재료로서, 주로 사용되는 곳은 반도체 분야이다. 하나의 반도체가 만들어지기까지는 여러공정을 거치게 되는데, 크게는 칩 제조공정과 패키지 제조공정으로 나눌 수 있다.

칩 제조공정은 말 그대로 칩의 설계 및 배선의 형성등 반도체 칩의 제조와 연관된 공정이다. 패키지 제조공정은 직접적으로 칩의 제조와 관계는 없지만 칩을 외부의 환경으로부터 보호하고 칩의 성능을 최적, 극대화시키기 위해 필요한 공정이다. EMC는 패키지 제조공정중 칩을 봉지하는 몰딩공정에 사용되게 된다. EMC의 역사는 반도체의 발전역사와 그 맥을 같이 해 왔다. 반도체는 1940년대에 최초의 트랜지스터로부터 출발하여 1960년대의 집적회로를 경유하여 현재의 초고집적회로에 이르게 되었다. 이런 칩의 발전역사와는 별도로 칩을 봉지하는 기술을 초창기에는 세라믹이나 캔을 이용한 허메틱 패키징(Hermetic Packaging)방법을 사용하였으나, 점차 칩이 고성능화되고 칩에 대한 수요가 증가함에 따라 기존의 허메틱 패키징 방법으로는 이러한 요구에 부응할 수 없기 때문에 EMC를 사용하는 플라스틱 패키징 방법이 나타나게 되었다.

플라스틱 패키징의 가장 큰 장점은 낮은 가격으로 대량생산이 가능하다는 점이지만, 칩을 보호하는 신뢰성 측면, 특히 내습성 측면에서는 허메틱 패키징 방법에 비해 떨어진다는 중대 단점을 지니고 있다.

또한, 반도체 제품(엄밀히 말하자면 패키지)에 대한 여러 가지 요구, 즉 칩의 집적용량은 대형화 되지만, 최종 반도체 제품의 크기는 소형, 경량화 추세가 가속화 되므로써 플라스틱 패키징 방법이 해결해야 할 문제가 끊임없이 대두되고 있는 실정이다. 따라서 플라스틱 패키징의 주재료로 사용되는 EMC에 문제해결의 초점이 모아지고 있으며, 그에 대한 기대도 커지고 있다.

이러한 EMC는 몇가지 주재료 이외에 여러 가지 보조재료가 서로 섞여있는 일종의 복합재료이다.

충진재는 문자 그대로 충진을 위해 사용되는 재료로서 함량면에서는 가장 많은 부분을 차지하는 재료이다. 충진재의 사용 목적은 열팽창 계수의 저하, 열전도도의 증진 및 기계적 특성의 증진등을 위해 사용되고 있다. 현재 EMC용 충진재료로는 여러 무기재료중 실리카를 사용하고 있는데 이와 같은 이유는 상기의 특성이외에 화학적, 전기적 특성이 뛰어나고 내습성 및 내열특성이 뛰어나 반도체 적용재료로서 적당하기 때문이다. 실리카의 종류는 특성상 크게 두 가지-결정형 실리카와 용융형 실리카-로 분류될 수 있으며, 적용되는 패키지에 따라 선택적으로 사용하게 된다.

그러나, 현재 반도체의 주종인 고집적회로 이상의 칩에 적용되는 패키지의 두께는 점점 얇아지고 있기 때문에 열팽창 계수가 낮은 용융형 실리카가 주로 사용된다. 또한, 실리카의 형상에 따라 각상 실리카와 구상 실리카로 나눌 수 있는데, EMC의 내습성의 증진을 위해 실리카의 함량을 증가시킬 때, EMC의 흐름성을 증진시키기 위한 목적으로 구상 실리카를 사용하기도 한다.

또한, 실리카 이외의 충진재로 현재 주목받고 있는 무기재료로는 α-알루미나, 알루미늄 나이트라이트(AIN)등이 있는데, 이는 실리카에 비해 뛰어난 열전도성을 갖고 있기 때문이다. 그러나, 이러한 재료들은 금속에 대한 마모도가 높으며, 불순물의 함량이 높고, 열팽창 계수가 높은 점등 아직도 해결해야 할 문제가 많이 남아 있다.

플라스틱 패키징 공정의 생산이 가능하기 위해서는 성형성 및 기계적, 전기적 특성 및 내습성 등을 모두 고려하여야 하는데, 이와 같은 이유로 여러 수지중 에폭시 수지가 채택되었다.

O-크레졸 노볼락(O-Cresol Novolac)형 에폭시 수지는 높은 내열성과 우수한 내습성을 지니고 있어 현재 가장 널리 쓰인다. 하지만, 점차 고신뢰성의 EMC가 요구되어지는 실정에서, 낮은 용융정도를 지니므로써, 무기재료인 충진재를 많이 함유하여 흡수성을 낮게 하는 바이페닐형 에폭시등 새로운 에폭시들이 점차 주목받고 있다.

EMC는 열경화성 수지로서, 에폭시 수지와 반응하여 경화 구조를 생성시키는 경화제를 사용한다. EMC에 사용되는 경화제로는 페놀 노볼락형 수지를 주로 사용하는데, 이것은 O-Cresol 노볼락형 에폭시와 마찬가지로 우수한 전기적 성질 및 내습성을 가지고 있다.

에폭시 수지와 경화제인 페놀수지의 경화반응에 필요한 시간의 조절을 위해 촉매가 사용된다. 사용되는 촉매로는 아민류, 포스핀류, 루이스 베이스류 등이 있다.

EMC에 주로 사용되는 커플링제로는 실란이 있다. 실란의 기본적인 역할은 무기 재료인 실리카와 유기재료인 수지를 서로 결합시켜 주는 역할이다.

이외에도 이형제, 착제제, 개질제 및 난연제등이 사용되고 있다.

패키지의 신뢰성과 관련된 특성으로는, 유리전이온도, 열팽창 계수, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 수분흡수율, 접착성, 열전도도가 있다. 상기의 특성치는 서로 독립적으로 존재하기 보다는 서로 영향을 미치면서 존재한다. 유리전이온도가 낮을수록 수분흡수율과 탄성율이 낮아지며, 유리전이온도가 높을수록 수분흡수율과 강도가 커지게된다. 또한 유리전이온도가 높아지게 되면, 패키지내의 자유부피가 증가되어 수분흡수율이 증가하게 된다.

현재 칩 집적기술 및 패키징 기술은 날로 발전하여 반도체 제품들이 초경량, 초소형화가 되어가고 있는 추세이다. 조립이 일단 끝난 패키지들은 인쇄회로기판에 실장되어 반도체 제품에 쓰이기 위한 하나의 단위를 형성하게 된다. 이때, 제품 부피의 최소화를 위하여 인쇄회로기판 실장시 부피가 최소화되는 표면 실장형의 패키지가 선호되고 있다.

인쇄회로기판 실장시 필요한 고온의 솔더링 온도를 패키지가 통과해야 하기 때문에 크랙등이 발생할 경우, 칩에 결정적인 손상을 줄 수 있다.

조립된 패키지가 공기중에 노출되어 흡수된 수분이 솔더링 과정시 고온에서 증기화되면서 높은 압력을 유발시킨다. 이 압력은 주로 패키지의 밑면에 집중이 되어 발생하게 되는데 이 힘이 패키지의 강도보다 크게 됐을 때 크랙이 발생하게 된다. 이러한 크랙의 발생빈도는 패키지의 두께가 얇거나 패키지에서 칩이 차지하는 비율이 큰 제품일수록 높게 나타난다.

이처럼, 반도체 패키지에서 수분 함량은 중요한 요소이기 때문에, 선택된 EMC 재료에 대하여 수분 함량을 측정할 필요가 있다.

이를 위하여, 종래에는, 패키징 공정이 완료된 상태에서 패키지의 무게를 측정한 다음, 항온 항습성의 챔버내에 패키지를 소정 시간동안 유지시키고, 이후에 챔버로부터 패키지를 분리하여 패키지의 무게를 측정한다. 이 측정된 무게를 챔버에 장입하기 전의 패키지 무게와 비교하므로써, 수분함량을 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 챔버와 측정하기 위한 장치가 분리되어 있기 때문에, 챔버로부터 패키지를 주기적으로, 또는 원하는 시간에 맞추어 분리하여 측정하기 때문에 시료에 대한 일정관리가 어렵고, 무게를 재는 시점을 통일할 수 없기 때문에 타시편과 중간 데이터를 비교하기 어려우며, 아울러, 구동시간과 노력이 많이 소요된다. 또한, 챔버내의 수분 흡수분위기에서의 노출이 완료된 후, 수분 흡수량 측정장치에서 무게를 측정하기까지의 과정동안 수분 흡수량의 변화가 생길 수 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수분 함유량 측정을 챔버내에서 할 수 있는 저울을 갖는 항온 항습 인가용 챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 것으로서, 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울의 단면도.

도 2는 도 1의 저울을 갖는 챔버의 블록 구성도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 탄성부재 2 : 시료접시

3 : 접시받이 4 : 더스트 링

5 : 로드셀 10 : 챔버

20 : 저울 30 : 아날로그/디지털 변환기

40 : 저장부 50 : 표시부

본 고안의 챔버는, 패키지 내에 함유된 습기 함유량을 측정하기 위하여 흡습 분위기를 제공하기 위한 것으로서, 상기 챔버내에서 항온, 항습 분위기에서 유지되는 반도체 패키지의 무게를 측정하기 위한 저울을 포함하며, 상기 저울은, 상기 저울은, 무게 측정을 위한 반도체 패키지가 안치되는 시료접시와, 상기 시료접시가 안치되는 접시받이와, 상기 접시받이에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 시료접시와 연결되어, 상기 시료접시에 하중이 걸리면, 원래의 위치로부터 하강하고, 하중이 제거되면, 원래의 위치로 복원하는 탄성부재를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 챔버내에 설치된 저울의 단면도이고, 도 2는 도 1의 저울을 갖는 챔버의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 저울(20)은 항온 항습 분위기에서의 노출을 위하여 챔버내의 소정 위치에 설치된다. 상기 저울(20)은, 그의 제일 하부에, 상부에 하중이 걸릴 때, 무게 데이터를 아날로그 신호로서 출력하는 로드셀(Loadcell:5)이 설치된다. 상기 로드셀(5)의 둘레에는 먼지나 다른 불순물의 침투를 방지하기 위한 더스트 링(4)이 선택적으로 설치된다. 상기 로드셀(5)의 상부에는 테스트를 위한 반도체 패키지가 올려지는 시료접시(2)가 설치되며, 상기 시료접시(2)와 상기 로드셀(5)의 사이에는 상기 시료접시(2)가 안치되는 접시받이(3)가 설치된다. 상기 시료접시(2)는 상하진동이 가능한 방수 및 방열 수지로 된 탄성부재(1)와 연결된 상태로 설치되는데, 이 탄성부재(1)는, 테스트중에 고온 및 고열에 의하여 로드셀(5)이 영향을 받는 것을 방지하는 동시에, 상부에 반도체 패키지가 올려져서 하중이 인가될 때, 원래의 위치로부터 하강하고, 하중이 제거되면, 원래의 위치로 복원하는 탄성력을 갖도록 주름진 구조를 갖는다.

패키징 공정이 완료된 반도체 패키지를 항온 항습 분위기를 갖는 상기한 구조의 챔버내에 장입한 다음, 소정 시간동안 유지시킨다. 항온, 항습 분위기에서 소정 시간 유지 후에, 상기 패키지의 무게를 측정한다.

측정된 패키지의 무게는 사용자가 측정시점에 따라 선택적으로 확인하도록 할 수 있는데, 이를 위하여, 도 2에 도시한 것처럼, 저울(20)의 로드셀에서 측정한 아날로그 무게 데이터를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(30)와, 변환된 디지털 신호를 저장하는 저장부(40)와, 변환된 디지털 신호를 영상 데이터로서 표시하는 표시부(50)가 상기 챔버(10)에 제공된다. 상기 저장부(50)로는 램(RAM) 또는 롬(ROM)이 사용될 수 있다.

상기한 무게 데이터의 표시를 위한 표시장치는 챔버(10)의 외벽에 설치할 수 있으며, 상기 챔버(10)와는 분리된 별도의 장치로서 구성할 수도 있다.

아울러, 상기 챔버(10)에는 챔버(10)내의 온도와 습도를 측정하기 위한 센서를 장착하고, 이를 확인하기 위한 표시장치를 제공하는 것도 가능하며, 이 경우, 상기 센서 또한 아날로그/디지털 변환기(30)에 연결하여 구성하므로써, 챔버(10)내의 온도 및 습도, 패키지의 무게를 모두 표시할 수 있는 장치의 구현이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 항온 항습 챔버는 그의 내부에 무게 측정용 저울을 구비하여, 항온 항습 분위기에서의 노출시간에 따라서, 또는 노출이 완료된 후, 그때마다의 무게를 측정하여 저장해 놓을 수 있으므로, 시료의 테스트를 위한 일정관리가 용이해지고, 그에 따라 측정에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다. 또한, 무게 측정을 위하여, 항온, 항습 분위기에서의 노출후, 반도체 패키지를 챔버로부터 외부로 이동시키지 않아도 되므로, 측정된 데이터의 정확성을 높일 수 있다.

여기에서는 본 고안의 특정 실시예에 대해서 설명하고 도시 하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 고안의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (7)

1. 패키지 내에 함유된 습기 함유량을 측정하기 위하여 흡습 분위기를 제공하는 습기 제공용 챔버에 있어서, 상기 챔버내에 안치된 패키지의 습기 함유량을 측정하기 위한 저울을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저울은, 무게 측정을 위한 반도체 패키지가 안치되는 시료접시와, 상기 시료접시가 안치되는 접시받이와, 상기 접시받이에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 시료접시와 연결되어, 상기 시료접시에 하중이 걸리면, 원래의 위치로부터 하강하고, 하중이 제거되면, 원래의 위치로 복원하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 저울은 상기 로드셀로 먼지와 같은 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위한 더스트 링을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부재는 챔버내의 습기와 열기가 저울내로 침투하는 것을 방지하기 위한 방열 및 방수 기능을 갖는 수지막인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 저울에 연결되어 상기 저울로부터 입력된 반도체 패키지 무게의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 전환하는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 입력된 디지털 데이터를 영상으로 표시하는 표시부와, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 입력된 무게 데이터를 저장하는 저장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 저장부는 램인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버
7. 제 5 항에 있어서, 상기 저장부는 롬인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 수분 흡수량을 측정하기 위한 저울을 갖는 항온 항습 챔버.