TSOP(Thin Small Outline Package)는 가전제품, 자동차, 모바일, 데스크톱 PC등을 위한 저렴한 비용의 패키지로, 리드 프레임을 사용하는 IC패키지이다. TSOP는 BGA와 flip-chip CSP에 비해 우수한 성능은 아니지만, 저렴한 가격 때문에 많은 분야에 널리 사용되고 있습니다. 그러나, TSOP 패키지에서 몰딩공정 할 때 리드프레임의 열적 처짐 현상이 빈번하게 일어나고, 반도체 다이와 패드 사이의 Au 와이어 떨어짐 현상이 이슈가 되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 리드프레임의 구조를 개선하고 낮은 CTE를 갖는 재료로 대체해야 한다. 본 연구에서는 열적 안정성을 갖도록 리드프레임 구조 개선을 위해 수치해석적 방법으로 진행하였다. TSOP 패키지에서 리드프레임의 열적 처짐은 반도체와 다이 사이의 거리(198 um~366 um)에서 안티-디플렉션의 위치에 따라 시뮬레이션을 진행하였다. 안티-디플렉션으로 TSOP 패키지의 열적 처짐은 확실히 개선되는 것을 확인 했다. 안티-디플렉션의 위치가 inside(198 um)일 때 30.738 um 처짐을 보였다. 이러한 결과는 리드프레임의 열적 팽창을 제한하는데 안티-디플렉션이 기여하고 있기 때문이다. 그러므로 리드프레임 패키지에 안티-디플렉션을 적용하게 되면 낮은 CTE를 갖는 재료로 대체하지 않아도 열적 처짐을 향상시킬 수 있음을 기대할 수 있다.
Thermal fatigue strength of the solder joints is the most critical issue for TSOP(Thin Small Outline Package) because the leads of this package are extremely short and thermal deformation cannot be absorbed by the deflection of the lead. And the TSOP body can be subject to early fatigue failures in thermal cycle environments. This paper was discussed distribution of thermal stresses at near the joint between silicon chip and die pad and investigated their reliability of solder joints of TSOP with 42 alloy clad lead frame on printed circuit board through FEM and 3 different thermal cycling tests. It has been found that the stress concentration around the encapsulated edge structure for internal crack between the silicon chip and Cu alloy die pad. And using 42 alloy clad, The reliability of TSOP body was improved. In case of using 42 alloy clad die pad(t=0.03mm). $$\sigma$_{VMmax}$ is 69Mpa. It is showed that 15% improvement of the strength in the TSOP body in comparison with using Cu alloy die pad $($\sigma$_{VMmax}$=81MPa). In solder joint of TSOP, the maximum equivalent plastic strain and Von Mises stress concentrate on the heel of solder fillet and crack was initiated in it's region and propagated through the interface between lead and solder. Finally, the modified Manson-Coffin equation and relationship of the ratio of $N_{f}$ to nest(η) and cumulative fracture probability(f) with respect to the deviations of the 50% fracture probability life $(N_{f 50%})$ were achieved.
이 논문은 파워 잡음 특성이 칩(chip)의 코아 동작에 따라 DDR DRAM용 모듈(Module)과 패키지(package)의 종류의 영향을 받는 다는 것을 보여주고 있다. 이를 분석하기 위해 상용 TSOP-based DIMM 과 FBGA-based DIMM에서 FBGA와 TSOP 패키지형 DRAM 칩을 가지고 임피던스 모양과 파워 잡음을 분석하였다. 일반적인 상식과 달리, FBGA 패키지의 잡음 격리 특성이 TSOP 패키지의 잡음 격리 특성보다 전달되는 잡음에 더 약하고 민감하다는 것이 발견되었다. 또한 자체 및 전달 잡음 특성을 조절하는데 있어서는 모듈상의 디커풀링 커패시터(decoupling capacitors)들 위치가 패키지 자체의 리드선 인덕턴스(lead inductance)보다 더 중요하다는 것을 또한 시뮬레이션 결과들은 보여준다. 따라서 잡음 억제나 잡음 전달로부터 격리의 목표설정 값을 만족시키는 것은 패키지 형태 뿐 아니라 모듈 전체를 고려한 파워 분배 시스템의 설계를 통해서만 얻어질수 있다.
This paper discusses distribution of thermal stress, strain at near the joint and investigates the reliability of solder joints of electronic devices on a printed circuit board. As Electronic devices are composed of different materials, thermal stresses generate at near the interface, such as solder joints and interface between lC device and lead frame pad due to the differences of thermal expansion coefficients, As results of thermal stress, strain, micro crack often occurs thermal fatigue fracture at the interface of different materials, The initiation and propagation of micro crack depend on the environmental conditions, such as storage temperature and thermal cycling. Finally, this paper experimentally shows a way to suppress micro cracks by using Fe-Ni alloy clad lead frame, and investigates crack and thermal fatigue fracture of TSOP(Thin small outline package) type on printed circuit board.
The electrical performance of a package is extremely important for high speed digital system operations. CSP(chip scale package) is known to have better electrical performance than the convnetional packages. In this paper, the electrical performance of the BLP(bottom leaded plastic) package, a kind of CSP, has been alayzed by both simulation and real measurement. The electrical perfdormance of a BLP was compared with that of the conventioanl TSOP(thin small outline package). The leadinductanceand lead capacitance were used for the comparison purposes. The new BLP design provides much better electrical performance that TSOP package. It has about 40% favorable parameter values.
본 논문에서는 μspring 패키지의 구조와 제조공정을 소개하고, 전기적 특성을 μBGA와 비교 분석한 결과를 제시하였다. μBGA에서와 같이 μSpring 패키지의 연결선 인덕턴스 값은 기존의 TSOP 패키지의 반 이하로서 월등한 고속 신호 전달 특성을 제공하게 된다. 또한 μSpring CSP 패키지의 경우 가장 열악한 substrate trace를 가진 핀에서도 2.9nH로 평가되어, Rambus DRAM module의 인덕턴스 규격 상한 값 4nH에 비하여, 약 25% 정도의 margin을 제공한다. μSpring CSP패키지는 μBGA의 약 50%의 제조 비용으로서 μBGA가 만족시키지 못하는 JEDEC Level 1 규격을 충족시킬 뿐만 아니라, thermal cycle 1000회를 통과하는 높은 신뢰성을 제공하여 강력한 경쟁력을 가진다.
Nowadays there are magnetic sensors in a wide variety of equipment such as computers, cars, airplanes, medical and industrial instruments. In many of these applications the magnetic sensors offer safe and non-invasive means of detection and are more reliable than other technologies. The electric current in a conductor generates a magnetic field detected by this type of sensor. This work aims to define a package dedicated to an electrical current sensor using a MTJ (Magnetic Tunnel Junction) as a sensing device. Four different proposals of packaging, three variations of the chip on board (CoB) package type and one variation of the thin small outline package (TSOP) were analyzed by COMSOL modeling software by simulating a brad range of current injection. The results obtained from the thermal and magnetic analysis has proven to be very important for package improvements, specially for heat dissipation performance.
Solder joint is the weakest part which connects in mechanically and electronically between package body and PCB(Printed Circuit Board). Recently, the reliability of solder joint become the most critical issue in surface mounted technology. The solder joint interconnection between plastic package and PCB is susceptible to shear stress during thermal storage due to the mismatch in coefficient of thermal expansion between plastic package and PCB. A general computational approach to determine the effect of solder joint shape on the fatigue life presented. The thermal fatigue life was estimated from the engelmaier equation which was obtained from the temperature cycling loading($-65^{\circ}C$ to $150^{\circ}C$). As result of the simulation, TSOP structure has the shortest thermal fatigue life and the same structure Copper lead has 2.5 times as much fatigue life as Alloy 42 lead. In BGA structure, fatigue life time extended 80 times when underfill material exists.
본 논문에서는 μspring 패키지의 구조와 제조공정을 소개하고, 전기적 특성을 μBGA와 비교 분석한 결과를 제시하였다. μBGA에서와 같이 μSpring 패키지의 연결선 인덕턴스 값은 기존의 TSOP 패키지의 반 이하로서 월등한 고속 신호 전달 특성을 제공하게 된다. 또한 μSpring CSP 패키지의 경우 가장 열악한 substrate trace를 가진 핀에서도 2.9nH로 평가되어, Rambus DRAM module의 인덕턴스 규격 상한 값 4nH에 비하여, 약 25% 정도의 margin을 제공한다. μSpring CSP패키지는 μBGA의 약 50%의 제조 비용으로서 μBGA가 만족시키지 못하는 JEDEC Level 1 규격을 충족시킬 뿐만 아니라, thermal cycle 1000회를 통과하는 높은 신뢰성을 제공하여 강력한 경쟁력을 가진다.
Because of the low melting temperature of solder, each temperature cycle initiates an irrecoverable creep deformation at the solder interconnection which connects the package body with the PCB. The crack starts and propagates from the position where the creep deformation is maximized. This work has tried to compare and analyze the thermal fatigue life of solder interconnection which is affected by the lead material, the size of die pad, chip thickness, and interface delamination of 48-Pin TSOP under the temperature cycle ($0^{\circ}C$~1$25^{\circ}C$). The crack initiation position and thermal fatigue life which are calculated by using FEA method are well matched with the results of experiments. The thermal Fatigue life of copper lead frame is extended around 3.6 times longer than that of alloy 42 lead frame. It is maximized when the chip size is matched with the length of the lead. It tends to be extended as the thickness of chip got thinner. As the interfacial delamination between die pad and EMC is increased, the thermal fatigue life tends to decrease in the beginning of delamination, and increase after the delamination grew after 45% of the length of die pad.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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