[논문]코어 물성 변화에 따른 인쇄회로기판의 warpage 개선

윤일성

코어 물성 변화에 따른 인쇄회로기판의 warpage 개선
Warpage Improvement of PCB with Material Properties Variation of Core 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.13 no.2 = no.39, 2006년, pp.1 - 7

초록
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본 논문에서는 솔더 레지스트(solder resist)의 두께와 코어의 물성에 따른 인쇄회로기판의 철의 크기와 형상에 대하여 연구하였다. 인쇄회로기판의 굽힘 변형은 적층되는 재료의 열팽창계수의 차이에 의해 발생한다. 따라서 굽힘 변형의 감소를 위해서는 열팽창계수의 차이가 작은 적층 재료를 사용하는 것이 필요하며, 구조 형상에서도 상면과 하면의 불균일성을 완화시킬 필요가 있다. 또한, 적층 재료에서 코어의 강성을 높여 점의 발생을 억제할 수 있다. 코어를 이루는 복합재료는 적층 순서와 섬유 각에 따른 물성 특성의 방향성에 따라 굽힘과 비틀림이 연성되는 현상을 보이며, 이와 같은 성질을 이용하면 휨을 제어할 수 있다. 본 연구에서는 2층으로 구성된 chip scale package (CSP) 기판의 휨에 대한 연구로, 실험 및 유한 요소해석 툴을 이용하여 개선 결과를 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, warpage magnitude and shape of printed-circuit board in case that properties of core and thickness of solder resist are varied are investigated. The cause of warpage is coefficient of thermal expansion differences of stacked materials. Therefore, we need small difference of coefficient of thermal expansion that laminated material, and need to decrease asymmetric of top side and bottom side in structure shape. Also, we can control occurrence of warpage heightening hardness of core in laminated material. Composite material that make core are exploited in connection with the structural bending twisting coupling resulting from directional properties of fiber reinforced composite materials and from ply stacking sequence. If we use such characteristic, we can control warpage with change of material properties. In this paper, warpage of two layer stacked chip scale package is investigated, and evaluate improvement result using an experiment and finite element method tool.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 Table 1과 같은 층 구성을 갖는 2 층 CSP (chip scale package)의 굽힘 변형 의 개선 방안에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 휨의 개선을 위해 솔더레지스트두께의 변화 및 인쇄회로기판을 이루고 있는 코어의 물성 변화에 따른 영향에 대하여 연구하였다.
측정 시편은 기존 모델과 휨 저감을 위해 상면의 솔더레지스트 두께를 20wn 로 한 경우이이며, 이와 같이 함으로써, 기판의 상면과 하면의 재료의 열팽창 정도를 조절하여 휨을 개선하고자 하였다.

가설 설정

4와 같이 온도가 15(TC에서 상온인 25P로 냉각하였고, 시간에 대한 영향은 무시하였다. 각 구성 물질의 응력 이 없는 상태 (stress fiee)는 150。(2로 가정 하였으며, 각층의 적층을 고려 하여 각각의 물성치를 인가하였으며, 회로가 있는 층은 각 재 질의 점 유율을 고려하여 평균 물성 치 를 사용하였다. (Appendix A)

제안 방법

는 X, y 방향의 물성 이 비슷하므로 0。, 15°, 30°, 45° 의 경우에 대하여 영향을 파악하였다.
12 mm이다. 기판은 크게 모울드 게이트(mold gate), 더 미 (dummy), 유닛(unit) 부분으로 나눌 수 있으며, 각각의 부분에는 신호전달을 위해 회로가 형성되어 있지만, 본 연구에서는 해석의 용이성을 위해 미세한 회로의 모델링은 하지 않았으며, 각 부분에 평균 물성을 적용하여 모델링하였다. 굽힘 변형 해석을 위해 유한요소 해석 상용 툴인 ABAQUS를 이용하였으며, 각 적층을 고려하여 모델링하였다.
복합재료인 코어는 적층에 따른 물성 변화가 가능하므로 코어의 물성 변화를 위해서 총 60 Rm의 두께를 갖는 코어 를 30 |im 두께 의 2층 판으로 적층된 형상으로 모델 링하였다. 기판의 단면을 보면 Fig.
솔더 레지스트 두께의 변화 및 코어의 섬유각 변화에 따른 물성치의 차이에' 의해 휨의 크기와 형상에 대한 결과를 도출하였다. 상면의 솔더 레지스트를 5 gm 높인 경우 기판의 휨이 약 24.
인쇄회로기판의 열 변형에 의한 휨은 각 층을 이루고 있는 구성 재료간의 열팽 창계수의 차이에 의해 발생하며, 층 구성을 이루고 있는 재료 중 복합재료인 코어의 물성을 변화시켜 그에 따른 휨의 영향을 보았다.
첫째는 솔더 레지스트의 두께의 변화에 따른 기판의 굽힘 변형의 영향을 파악하고, 두 번째로는 코어의 적층 각을 변화시켜, 굽힘 및 비틀림에 대한 성질을 향상 시키고자 한다.
코어가 30)im의 2장으로 적층된 경우이며, 각층의 섬유각을 변화시켜 전체 코어의 물성 변화에 따른 휨 경향을 도출하였으며, 섬유각이 0°, 15°, 30°, 45° 의 경우에 대하여 총 16가지 경우에 대한결과는 다음과 같다.

대상 데이터

본 논문에서는 기판의 휨 측정을 위하여 fig. 6과 같은 Mitutoyo사의 비 접촉식 3차원 측정 기 인 quick vision을 이용하였으며, 해상도는 ±0.1 皿이다 .
해석모델의 크기는 190 X 48.175 mm (가로 x 세로), 두께 0.12 mm이다. 기판은 크게 모울드 게이트(mold gate), 더 미 (dummy), 유닛(unit) 부분으로 나눌 수 있으며, 각각의 부분에는 신호전달을 위해 회로가 형성되어 있지만, 본 연구에서는 해석의 용이성을 위해 미세한 회로의 모델링은 하지 않았으며, 각 부분에 평균 물성을 적용하여 모델링하였다.
휨의 측정은 fig. 7과 같이 9개의 점을 측정하여 최소 지점과 최대 지점과의 편차를 기판의 휨으로 하였으며, 총 10개의 시편을 측정하였다.

이론/모형

기판은 크게 모울드 게이트(mold gate), 더 미 (dummy), 유닛(unit) 부분으로 나눌 수 있으며, 각각의 부분에는 신호전달을 위해 회로가 형성되어 있지만, 본 연구에서는 해석의 용이성을 위해 미세한 회로의 모델링은 하지 않았으며, 각 부분에 평균 물성을 적용하여 모델링하였다. 굽힘 변형 해석을 위해 유한요소 해석 상용 툴인 ABAQUS를 이용하였으며, 각 적층을 고려하여 모델링하였다.

성능/효과

기판의 설계에 있어서 회로의 변경에 따른 적층 재료의 조성의 변화는 어려움이 있으므로, 솔더레지스트 두께 편차 및 더미 부분의 구리 조성을 변경하는 방법을 많이 사용하지만, 이에 더하여 제품 두께의 변화 없이도 가능한 코어의 강성을 변화시키면 더 좋은 휨 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
8에서 실험 값과 시뮬레이션 결과의 형상이 유사한 결과를 보이며, 상면의 솔더레지스트를 15 皿에서 20 皿1로 5 pm 만큼 상향시 킨 결과이다. 실험값은 평균 0.39 mm 로 기존 모델 대비 약 26 % 감소하는 경향을 보였으며, 시뮬레이션 결과는 약 0.55 mm로 24.5% 감소하는 경향을 보였다. 기판의 유한요소 해석에 있어서, 물성치 및 모델링의 문제가 많은 영향을 미친다.
앞의 결과에서 알 수 있듯이 복합재료는 비강성과 비강도가 등방성 재료에 비해 크며, 섬유 각을 변화 시 켜 원하는 방향으로 강성 과 강도를 조절 할 수 있으므로, 휨의 크기 감소 및 형상제어가 가능함을 알 수 있다.

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