다층 박막 광학 필터 디바이스의 패키징시 솔더 조인트의 피로파괴 수명 해석

Fatigue Life Analysis for Solder Joint of Optical Thin Film Filter Device

광통신용 광학부품의 신뢰성 특성은 솔더 조인트의 열 사이클에 따른 소성(Plastic)과 크립(Creep) 변형에 가장 큰 영향을 받는다. 열 사이클에 따른 소성과 크립 변형 증가로 인해 정렬 틀어짐이 발생하며 이는 광손실 변화의 주요인이 된다. 또한, 소성과 크립 변형량이 증가 또는 계속 누적이 될 경우 솔더의 피로수명 한계로 인해 제품 불량 발생의 원인이 된다. 이러한 열적 사이클에 따른 광부품의 신뢰성을 확보하기 위해 본 논문에서는 유한요소해석법(FEM)을 적용하였다. 소성과 크립 변형의 변화량을 유한요소해석으로 계산하고 이를 크립 피로 파괴(Creep-Fatigue) 수명 예측 모델에 적용하여 그 수명을 예측하였다. 솔더와 모재와의 계면 또는 솔더 내부에서 생성되는 온도에 따른 소성과 크립 변형을 파악하기 위해 텔코디아(Telcordia)의 광부품 신뢰성 온도 사이클(-40 to 75)을 적용하였다. 승온과 냉각 속도의 변화에 따른 영향을 검토하기 위해 1/min, 10/min 및 50/min으로 변화를 주고 유지 시간을 1시간으로 고정할 경우의 결과를 비교 분석하였다.

Plastic and creep deformations of a solder joint on thermal cycle play an important role in the reliability of optical telecommunication components. Solder joint strain is increased with the thermal cycle time and it causes mis-alignments and power loss in the optical component. Furthermore, the component can be failed since the deformation exceed the limitation of the fatigue life. We applied the finite element analysis method to solve the problem of the solder joint reliability on thermal cycle. Plastic and creep deformations are calculated by the finite element method. And, the fatigue lire is predicted by using creep-fatigue prediction models with calculated strains. The temperature conditon of the analysis was referred from the Telcordia reliability schedule (-40 to 75). Also, the three ramp renditions, 1/min, 10/min and 50/min, and dwelling time were considered to analyze the differences of results.