Measurement and Evaluation of Thermal Expansion Coefficient for Warpage Analysis of Package Substrate

Microelectronics components contain various materials with different coefficients of thermal expansion (CTE). Although a large amount of published data on the CTE of standard materials is available, it occasionally becomes necessary to measure this property for a specific actual material over a particular temperature range. A change in the temperature of a material causes a corresponding change in the output of the strain gage installed on the specimen because of not only the mechanical load but also the temperature change. In this paper, a detailed technique for CTE measurement based on these thermal characteristics of strain gages is proposed and its reliability is evaluated. A steel specimen, aluminum specimen, and copper specimen, whose CTE values are well known, were used in this evaluation. The proposed technique was successfully applied to the measurement of the CTE of a coreless package substrate composing of electronics packages.

패키지 기판의 Warpage 해석을 위한 열팽창계수의 측정 및 평가

전자 부품을 이루고 있는 재료들은 여러 다른 열팽창계수를 가지고 있다. 새롭게 개발된 재료나 적용하려는 온도범위가 다른 경우에는 실제 제품을 구성하고 있는 그 재료 자체의 열팽창계수를 측정할 필요가 있으며 이에 대한 신뢰성 있는 측정방법이 필요하다. 재료의 온도가 변화하면, 그에 부착된 스트레인 게이지 저항체의 출력은 기계적인 하중뿐 아니라 온도변화에 의해서도 복합적으로 발생한다. 본 논문에서는 이러한 스트레인 게이지의 특성을 이용하여 온도가 증가함에 따라 변하는 변형률을 측정하고 이로부터 재료의 열팽창계수를 구하는 방법을 실험적으로 제시하였다. 실험의 신뢰성을 검증하기 위해서 일반적으로 열팽창계수가 잘 알려진 탄소강, 알루미늄 및 구리시편을 사용해서 열팽창계수를 측정하고 그 결과를 비교하여 열팽창계수 측정방법의 신뢰성을 평가하였다. 또한 이 방법을 전자 패키지를 구성하고 있는 새로운 전자재료에 적용하여 무섬유 패키지 기판의 온도에 따른 열팽창계수를 측정하였다.