미국 국립표준기술연구소(NIST)와 캘리포니아대학교 샌디에이고(UCSD) 및 기타 기관의 연구자들은 반도체 첨단 패키징에 사용되는 고충전 에폭시 재료의 경화 진행과 열화에 대한 내성을 예측하는 방법을 조사한 연구를 발표했다.
이러한 재료는 underfill이라는 이름으로 불리며, 미세 접합과 플립칩(flip-chip) 기술 같은 응용 분야에 사용된다. 그 기능은 기계적 강도를 높이고 열-기계적 응력을 재분배하며 솔더 접합부의 신뢰성을 향상하는 것이다. 그러나 성능은 조성에만 좌우되지 않는다. 경화 과정에서 경화가 얼마나 완전히 진행되는지와 사용 기간 동안 열적으로 얼마나 안정적인지도 영향을 미친다.
연구자들은 무엇을 측정했는가?
연구팀은 시차주사열량법(DSC)과 열중량 분석(TGA)을 사용했으며, 확산 효과를 통합한 동역학 모델도 활용했다. 분석 결과 겉보기 활성화 에너지는 반응이 진행됨에 따라 변했으며, 높은 변환율에서 급격히 증가했다. 이는 경화 과정이 단일 단계가 아니라 확산 제어의 영향을 받는 다단계 거동을 포함한다는 점을 시사한다.
이 특성을 처리하기 위해 연구자들은 Kamal–Sourour 모델을 수정한 2단계 모델을 사용하고, 두 번째 단계에 확산 효과를 도입했다. 발표된 초록에 따르면 이 모델은 유리화 단계에 도달한 이후의 변환율 예측 능력을 향상했으며, 오븐 내부의 열처리 일정에 따른 경화를 모사하는 데도 사용됐다.
실제로 무엇이 달라지는가?
연구 결과는 열처리 일정 설계가 일정한 시간이나 온도에만 의존하는 대신 경화 후반 단계를 추적하는 정량적 모델에 기반할 수 있음을 보여준다. 연구에 따르면 예측된 처리 일정은 거의 완전한 경화도를 달성했다. 이를 통해 엔지니어들은 생산 또는 시험 단계로 넘어가기 전에 재료가 요구되는 변환을 완료했는지 평가할 수 있다.
연구자들은 또한 저온 분쇄(cryomilling)가 TGA 측정에 미치는 영향을 시험했으며, 검출 가능한 화학적 변화를 일으키지 않으면서 결과의 반복성을 향상한다는 사실을 확인했다. 연구는 또한 ASTM E1641/E1877 두 프로토콜에 따라 열적 수명을 추정했으며, 질소 환경에서 5% 질량 손실 기준을 사용했다. 그 결과 추정치는 온도에 크게 의존하는 것으로 나타났다.
이 소식이 중요한 이유는 무엇인가?
이 연구는 경화 중 재료의 거동과 열적 신뢰성 평가를 연결하는 틀을 제시한다. 이는 미세 접합과 다중 재료가 패키지가 작동 주기를 견디는 능력에 영향을 미치는 첨단 패키징에서 중요하다. 그러나 연구 결과는 특정 재료나 공정에 대한 포괄적인 산업 표준 승인을 의미하지 않는다. 고충전 에폭시와 특정 측정 조건을 기반으로 하며, 내열성 추정도 질소에서의 질량 손실에 근거하기 때문이다. 따라서 이러한 추정치를 실제 작동 조건과 다양한 상용 재료에 적용하는 방식은 추가 검증이 필요한 과제로 남는다.
논문 제목은 “Predicting Cure Evolution and Thermal Endurance of a Highly Filled Epoxy Underfill for Advanced Packaging”이며, Journal of Polymer Science에 2026년 게재되었고 DOI는 10.1002/pola.70283이다. 출처는 뉴스 게시일을 2026년 9월 11일로 제시하는 한편, 논문은 2026년 8월에 발표된 것으로 명시한다.