• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.90-95
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• 2001

Thermo-mechanical and flexural behavior of a wire-bond plastic ball grid array (WB-PBGA) are characterized by high sensitive $moir{\acute{e}}$ interferometry. $Moir{\acute{e}}$ fringe patterns are recorded and analyzed at several various bending loads and temperature steps. At the temperature higher that $100^{\circ}C$, the inelastic deformation in solder balls became more dominant. As a result the bending of the molding compound decreased while temperature increased. 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. The results also show that $moir{\acute{e}}$ interferometry is a powerful and effective tool in experimental studies of electronic packaging.

• 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.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.28-32
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• 2003

Thermo-mechanical behavior of a ceramic ball grid array(CBGA) package assembly and wire bond ball grid array(WB-PBGA) package assemblies are characterized by high sensitive moire interferometry. Moire fringe patterns are recorded and analyzed at various temperatures in a temperature cycle. Thermal-history dependent analyses of global and local deformations are presented, and bending deformation(warpage) of the package and shear strain in the rightmost solder ball are discussed. A significant non-linear global behavior is documented due to stress relaxation at high temperature. The locations of the critical solder ball in WB-PBGA package assemblies are documented.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권3호
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• pp.37-44
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• 2013

유연 솔더가 실장된 패키지와 무연 솔더가 실장된 패키지의 온도에 따른 변형 거동은 솔더 자체의 물성치 뿐만 아니라 패키지를 구성하는 재료의 물성치에도 큰 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 논문에서는 스트레인 게이지의 온도특성을 이용하여 미지 재료의 열팽창계수를 결정하는 방법을 정립하고, 반도체 패키지 몰딩 화합물의 열팽창계수를 실험적으로 구하였다. 탄소강과 알루미늄 시편을 기준 시편으로 사용하고 스트레인 게이지 측정을 통하여 온도에 따른 유연 솔더용 몰딩 화합물과 무연 솔더용 몰딩 화합물의 열팽창계수를 구하고, 무아레 간섭계를 이용하여 비접촉적으로 열팽창 계수를 측정하여 결과를 비교하였다. 기준 시편에 따른 두 가지 스트레인 게이지 실험 결과와 무아레 실험 결과가 잘 일치하여서 실험방법에 신뢰성이 있는 것을 보였다. 유연 솔더용 몰딩 화합물의 경우에는 열팽창계수가 온도에 관계없이 약 $15.8ppm/^{\circ}C$로 측정되었고, 무연 솔더용의 경우에는 $100^{\circ}C$이하의 온도에서 몰딩 화합물의 열팽창계수는 약 $9.9ppm/^{\circ}C$이었으나 $100^{\circ}C$이상에서는 온도가 증가함에 따라 열팽창계수가 급격하게 증가되어 $130^{\circ}C$에서는 $15.0ppm/^{\circ}C$의 값을 가졌다.