• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권2호
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• pp.11-19
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• 2009

모아레 간섭계를 이용하여 와이어 본딩 플라스틱 볼 그리드 (WB-PBGA) 패키지의 열-기계적인 거동 특성을 연구하였다. 실시간 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계 에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 각각 얻고, 그로부터 굽힘변형 거동 및 솔더볼의 변형률에 대한 해석을 비교하여 수행하였다. 본 실험에서는 full grid와 perimeter with central connections 및 perimeter의 배열 형태를 갖는 세 가지 패키지를 사용하였으며, 이 배열 형태를 비교하여 굽힘변형 및 솔더볼의 평균변형률을 자세하게 해석하였다. 솔더볼의 유효변형률은 WB-PBGA-FG의 경우 칩 가장자리 바로 바깥쪽 솔더볼에서, WB-PBGA-P/C의 경우 가운데 연결 솔더볼의 가장 바깥 솔더볼에서, WB-PBGA-P의 경우는 칩과 가장 기까운 안쪽 솔더볼에서 최대값을 가지는 것으로 나타났다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권9호
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• pp.1572-1581
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• 2004

The purposes of the paper are to apply the axiomatic design methodology to the design of PBGA package with polyimide coating under hygrothermal loading in the IR soldering process and to suggest more reliable design conditions by stress analysis. The analysis model is a 256-pin perimeter Plastic Ball Grid Array (PBGA) package with the polyimide coating surrounding chip and above surface of BT-substrate. The polyimide coating is suggested to depress the maximum stresses occurred on the stress concentration positions. The axiomatic design methodology is proved to be useful to find the more reliable design conditions for PBGA package. Finally, the optimal values of design variables to depress the stress in the PBGA package are obtained.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권11호
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• pp.1646-1655
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• 2004

A description of the basic principles of moire interferometry leads to the design of a eight-mirror four-beam interferometer for obtaining fringe patterns representing contour-maps of in-Plane displacements. The technique is implemented by the optical system using an environmental chamber for submicro-displacement mesurement. In order to estimate the reliability and applicabili쇼 of the system developed, the measurement of coefficient of thermal expansion (CTE) for a aluminium block is performed. Consequently, the system is applied to the measurement of thermal deformation of a WB-PBGA package assembly. Temperature dependent analyses of global and local deformations are presented to study the effect of the mismatch of CTE between materials composed of the package assemblies. Bending displacements of the packages and average strains of solder balls are documented. Thermal induced displacements calculated by FEM agree quantitatively with experimental results.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권7호
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• pp.1302-1308
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• 2002

Thermo-mechanical and flexural behavior of a wire-bond plastic ball grid array (WB-PBGA) package are characterized by high sensitive moire interferometry. Moire fringe patterns are recorded and analyzed for several bending loads and temperatures. At the temperature higher than $100^{\circ}C$, the inelastic deformation in solder balls become more dominant, so that the bending of the molding compound decreases while temperature increases. The deformation caused by thermally induced bending is compared with that caused by mechanical bending. The strain results show that the solder ball located at the edge of the chip has largest shear strain by the thermal load while the maximum average shear strain by the bending moment occurs in the end solder.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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• pp.1027-1032
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• 2003

Thermo-mechanical behavior of flip-chip plastic ball grid array (FC-PBGA) packages are characterized by high sensitive $Moir{\acute{e}}$ interferometry. $Moir{\acute{e}}$ fringe patterns are recorded and analyzed for several temperatures. Deformation analysis of bending displacements of the packages and average strains in the solder balls for a single-sided package assembly and a double-sided package assembly are presented. The bending displacement of the double-sided package assembly is smaller than that of the single-sided one. The largest of effective strain occurred in the solder ball located at the edge of the chip and its magnitude of the double-sided package assembly is greater than that of single-sided one.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.17-26
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• 2010

반도체 패키지에 사용되고 있는 유연 솔더는 환경 보호 필요성 대문에 무연 솔더로 빠르게 대체되고 있다. 이와 같은 무연 솔더에 대한 여구는 주로 재료의 발견과 공정 적응성의 관점에서 이루어졌을 뿐, 기계적인 성질이나 신뢰성의 관점에서의 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 무아레 간섭계를 이용하여 유연 솔더와 무연 솔더 실장 WB-PBGA 패키지 결합체의 온도변화에 대한 열-기게적 거동을 해석하였다. 실시간 무아레 간섭계를 이용하여 각 온도 단계에서 변위 분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 유연과 무연의 솔더 조인트를 갖는 WB-PBGA 패키지의 굽힘 변형 거동 및 솔더 볼의 변형률을 비교 분석하였다. 분석결과를 보면 유연 솔더 실장 패키지 결합체의 솔더 볼은 칩경계 부근인 #3 솔더 볼에서 발생하는 전단변형률이 파손에 큰 영향을 미치며, 무연 솔더가 실장된 패키지 결합체의 솔더 볼은 가장 바깥 부근인 #7 솔더 볼에서 발행하는 수직 변형률이 파손에 큰 영향을 미칠 것으로 예측된다, 또한 무연 솔더 실장 패키지 결합체는 같은 온도 조건에서 유연 솔더 실장된 패키지에 비해 굽힘 변형이 휠씬 크게 발생될 뿐 아니라 솔더 볼의 유효변형률도 10% 정도 크게 발생하는 것으로 나타나서 열변형에 의한 파손에 취약할 것으로 예측된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권4호
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• pp.17-25
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• 2006

본 논문에서는 FC-PBGA 패키지를 대상으로 하여 온도변화에 따른 열변형에 대한 실험과 해석을 수행하였다. 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 굽힘변형 거동 및 솔더볼의 변형률에 대한 해석을 수행하였다. 한 개의 패키지가 PCB에 연결되어 있는 단면 패키지 결합체와 두 개의 패키지가 PCB의 양쪽에 연결되어 있는 양면 패키지 결합체의 변형 거동을 비교하였다. FC-PBGA의 단면 패키지 결합체 패키지의 최대 굽힘변위는 결합되지 않은 패키지보다 20%정도 작게 발생된 것으로 나타났으며 앙면 패키지의 경우는 대칭성으로 인하여 칩 윗면의 최대 굽힘변위가 단면패키지보다 반 정도 작게 발생되었다. 솔더볼의 파손에 큰 영향을 미치는 유효변형률은 단면 패키지 결합체의 경우 칩 가장자리의 바로 바깥쪽 솔더볼에서, 양면 패키지 결합체의 경우는 칩 가장자리의 바로 안쪽 솔더볼에서 가장 큰 값을 가졌으며, 그 최대값은 양면패키지 결합체의 경우가 50%정도 더 큰 것으로 나타났다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권2호
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• pp.17-28
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• 2012

WB-PBGA 패키지를 구성하는 솔더볼 재료나 수지 복합재의 열-기계적 물성치는 온도에 대단히 큰 영향을 받을 뿐 아니라, 온도가 유지되는 시간에도 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 무연 솔더 WB-PBGA 패키지의 변형 거동을 신뢰성 있게 해석하기 위하여 재료의 비선형성을 고려한 유한요소 해석을 수행하고 무아레 간섭계 실험결과와 비교하였다. 먼저 수지 복합재의 점탄성 거동을 파악하기 위해 수지 접합재와 패키지 기판으로 구성된 이종접합체를 대상으로 하여 수지 복합재의 온도와 시간에 종속적인 점탄성 거동에 대해 유한요소 해석을 수행하고 결과를 분석하였다. 무연 솔더가 실장된 WB-PBGA의 열-기계적 거동을 파악하기 위하여 솔더는 점소성 물성치를, 수지 복합재는 점탄성 물성치를 적용하여 온도 변화에 따르는 유한요소 변형해석을 수행하여 실험결과와 비교하였다. 결과적으로 패키지의 변형은 수지 복합재의 재료 모델에 따라 대단히 크게 달라지며, 수지 복합재는 온도와 시간에 영향을 받는 점탄성 물성으로 해석해야 함을 알 수 있었다. 본 논문에서와 같은 SAC 계열 무연 솔더 WB-PBGA 패키지의 경우 유리전이 온도가 $135^{\circ}C$ 정도로 비교적 높은 B-type 수지 복합재의 점탄성 물성치를 적용했을 때 상대적으로 신뢰성 있는 해석 결과를 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권4호
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• pp.380-387
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• 2009

The reliability concerns of solder interconnections in flip chip PBGA packages are produced mainly by the mismatch of coefficient of thermal expansion(CTE) between the module and PCB. Finite element analysis has been employed extensively to simulate thermal loading for solder joint reliability and deformation of packages in electronic packages. The objective of this paper is to study the thermo-mechanical behavior of FC-PBGA package assemblies subjected to temperature change, with an emphasis on the effect of the finite element model, material models and temperature conditions. Numerical results are compared with the experimental results by using $moir{\acute{e}}$ interferometry. Result shows that the bending displacements of the chip calculated by the finite element analysis with viscoplastic material model is in good agreement with those by $moir{\acute{e}}$ inteferometry.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권2호
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• pp.21-28
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• 2010

본 논문에서는 온도 사이클이 진행되는 동안 비선형 거동과 크립 거동을 보이는 FC-PBGA 패키지 솔더볼의 변형거동을 알아보기 위하여 시간에 종속하는 거동을 적용 시킬 수 있는 점소성 모델과 크립 모델에 대하여 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과의 신뢰성을 평가하기 위하여 무아레 간섭계를 이용하여 온도변화에 따른 열변형 실험을 수행하였다. 전체적인 굽힘변위는 Anand 모델과 변형률 분리 모델 모두 실험결과와 잘 일치하였으나 솔더볼의 변형률은 Anand 모델의 경우 큰 차이를 보이고 변형률 분리 모델의 경우 상당히 일치하는 계산결과를 얻었다. 따라서 본 논문에서는 변형률 분리 모델을 이용하여 시간에 종속하는 FC-PBGA 패키지 솔더볼의 크립 거동을 검토하였다. 솔더를 포함한 패키지에 온도변화가 생길 때 고온에서는 시간이 지남에 따라 크립 거동에 의해 솔더의 응력이 점차 완화되는 현상을 나타내고 있음을 알 수 있었다.