중앙 접착 공백을 없애는 PDA 전면 접합과 글라스 비아 장기 신뢰성

결론

양면 스퍼터 후 도금으로 채운 비아는 위아래 끝이 금속 연결과 고정을 맡아 초기 통전과 형상을 확보한다. 그러나 스퍼터가 깊은 내벽까지 닿지 않아 충진을 마친 뒤에도 비아 가운데에 접착 공백이 남는다. 구리와 유리는 열팽창이 달라 가열(125 °C) 때 구리가 팽창·돌출하며 접합부에 전단·인장 응력이 생기고, 냉각(−55 °C) 때는 계면이 구리 수축을 구속하며 접합 경계에 박리·전단 하중이 반복된다(Demir 등 2017, 비아 끝단 FEM). 가운데가 비어 있으면 이 반복 하중이 비접합 구간의 경계에 몰린다. 코닝 특허 US11171094B2는 같은 완전 충진 원통형 비아에서 접착 구간만 달리해 비교했다. 위아래만 접착하고 중앙에 접착층이 없는 부분 접착과, 중앙까지 접착층이 이어진 전체 접착이다. 특허 Table 1의 열해석 예측에서 균열 없이 견디는 최대 비아 직경은 원통형 25 → 30 μm(20% 증가), 테이퍼형 17 → 19 μm, 중앙이 좁은 형상 25 → 27 μm로 세 형상 모두 전체 접착이 컸다. 응력 해석(Fig. 12–13)에서도 부분 접착은 중앙과 표면 부근에 응력이 집중되고, 전체 접착은 접착 길이가 늘어난 만큼 열변형을 두께 방향으로 나눠 전달했다. Demir 등(IEEE TCPMT, 2017)은 두께 100 μm 유리, 지름 30 μm 컨포멀 비아로 만든 데이지체인 24개(비아 192개)를 −55 ~ 125 °C, 극온 15분 유지 조건으로 3,000회 열사이클했다. 실온 4선식 저항은 안정적으로 유지됐지만, 같은 시편의 단면 SEM에서는 비아 입구·표면 배선 주변에 구리–유리 계면 박리와 비아 코너의 유리 균열이 관찰됐다. 비아 끝단에서 떨어진 깊은 내벽에서는 박리와 균열이 없었고, 국소 응력이 낮고 측벽 접착이 유지된 결과로 해석됐다. 장기 수명은 저항만이 아니라 박리·균열의 개시와 성장까지 포함해 판단해야 한다. 쿨스는 유리–PDA–구리로 이어지는 연속 계면을 비아 중앙까지 형성하는 PDA 전면 접합을 제시한다. 깊은 내벽까지 접합면을 만들어 중앙 접착 공백을 없애고 구리가 유리에서 떨어지는 거동을 구속하며, 비접합 구간 끝단에 몰리던 하중을 전 길이 계면으로 나눠 전달해 계면 손상의 개시와 확장을 억제하는 설계다. 이 비교는 코닝 특허의 해석과 문헌 관찰을 근거로 한 설계 방향이며, PDA 전면 접합 구조의 열사이클 실측 결과는 이 자료에 포함되지 않았다.

참고문헌

1. 1. Corning, US11171094B2 (2021)
2. 2. Demir et al., IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology 7(6), 829–837 (2017)

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