반도체 웨이퍼 열공정에 사용되는 파워단자부의 전기-열 해석 (Electrical-thermal analysis of packaged power terminals for thermal processing of semiconductor wafers)

서지정보

· 발행기관 : 한국마린엔지니어링학회
· 수록지 정보 : 한국마린엔지니어링학회지 / 41권 / 9호 / 781 ~ 786페이지
· 저자명 : 우대성, 김경준

초록

히터 플레이트의 강건성은 웨이퍼 공정의 신뢰도에 필수적이다. 하지만, 열적으로 유발되는 고장은 히터 모듈의파워단자부에 빈번하게 발생한다. 따라서, 파워단자부의 열특성은 주의 깊게 조사되어야 하므로, 파워단자부의 유한요소해석 전기-열모델이 도출되었고, 측정에 의해 검증되었으며, 해석에 적용되었다. 모델을 활용하여 봉지재의 열전도율, 기판 두께, 발열부 면적이 열성능에 미치는 매개변수적 영향을 연구하였다. 기본 조건하의 파워단자부의 발열부는 기판대비 10K 고온이며, 1 K/mm 의 상당한 온도 구배가 발열부에서 발생됨이 밝혀졌고, 매개변수 영향 연구에 의해서는 봉지재 열전도율이 0.2 W/m-K 에서 5W/m-K 로 25배 증가해도 발열부 최대온도는 단지 0.6% 감소하는 미미한 봉지재 열전도율 영향이 밝혀졌다. 또한, 기판두께가 0.5mm에서 5mm로 증가 시 축방향 온도차는 61% 감소되는 상당한 기판 두께의영향이 발견되었다. 반면에, 발열부 면적이 3배 증가할 때 최대온도는 0.5% 감소하는 상대적으로 미미한 발열부 면적 영향이 확인되었다.

영어초록

Robustness of heater plates is crucial for reliable wafer processing. Nevertheless, thermally-induced failures often occur at the packaged power terminals of heater modules. Hence, the thermal behaviors of the packaged power terminals should be carefully explored. Finite element analysis electrical-thermal models of the packaged power terminals were developed, validated by measurements, and then utilized for the analysis. The models investigated parametric influences including the thermal conductivity of the encapsulant, substrate thickness, and the area of the heating element on the thermal performance. The study has found that for the nominal conditions, a 10K higher temperature of the heating element compared with the substrate and a considerable axial temperature gradient of 1K/mm have occurred. The parametric study has found a negligible effect of the thermal conductivity of the encapsulant; though the thermal conductive of the encapsulant increases by 25 times, from 0.2W/m-K to 5W/m-K, the maximum temperature of the heating element decreases by only 0.6%. The study has also found that the effect of the substrate thickness is considerable; the axial temperature difference alleviates by 61% with the increase of the substrate thickness from 0.5mm to 5mm. However, the effect of the area of the heating element is found to be relatively moderate; the maximum temperature reduces by just 0.5% with the increase of the area of the heating element by 3 times.

참고자료

· 없음