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FCCSP용 기판의 warpage에 미치는 설계인자와 두께편차 영향에 대한 수치적 해석
Numerical Analysis on the Design Variables and Thickness Deviation Effects on Warpage of Substrate for FCCSP 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.3, 2012년, pp.57 - 62  

조승현 (동양미래대학교 기계공학부) ,  정헌일 (LG이노텍) ,  배원철 (삼성전자)

초록
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본 논문에서는 FCCSP용 기판의 휨에 미치는 설계인자와 두께편차의 영향도를 분석하고 최적설계조건을 도출하기 위해 유한요소법에 의한 수치해석을 사용하였고 다구찌법에 의한 파라메타설계와 분산분석을 수행하였다. 해석 결과에 의하면 휨에 미치는 영향은 코어재료가 가장 크고 층별 두께(솔더레지스트, 프리프레그, 회로층)의 영향도는 낮은 것으로 분석되었다. 이때 솔더 레지스트와 프리프레그의 두께는 감소할수록 기판 휨은 감소하지만 회로층의 두께는 증가할수록 기판 휨이 감소하였다. 또한, 기판 휨에 대한 두께편차의 영향도 분석결과에 의하면 두께편차의 조합에 따라 기판휨은 최대 40%까지 증가하였다. 이것은 비록 개별 층의 두께편차가 기판품질 수준에 부합하더라도 두께편차 조합조건에 따라 기판 휨이 크게 달라질 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 제조공정에서 기판 휨을 줄이기 위해서 기판두께편차는 최적화되고 정밀하게 제어되어야 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, numerical analysis by finite element method, parameter design by the Taguchi method and ANOVA method were used to analyze about effect of design deviations and thickness variations on warpage of FCCSP substrate. Based on the computed results, it was known that core material in substra...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 4층 FCCSP용 기판의 각 층 두께가 기판의 warpage에 미치는 영향을 다구찌법과 유한요소법으로 분석하고 warpage를 최소화할 수 있는 최적 조건을 도출하였다. 또한, 제조공정상 불가피하게 발생하는 두께편차가 warpage에 미치는 영향도 함께 분석하였다.
  • 본 연구에서는 4층 FCCSP용 기판의 warpage에 미치는 설계인자들의 영향도 분석을 위해 유한요소해석을 수행 하였다. 해석결과에 의하면 기판의 코어와 프리프레그 재료의 영향도가 가장 높게 나타났으며 탄성계수가 높고 열팽창계수가 낮은 재료가 warpage 감소에 유리하였다.

가설 설정

  • Table 3은 이와 같이 계산된 회로층의 탄성계수와 열팽창 계수를 나타내었다. 회로층의 포아송비는 0.3으로 일정하다고 가정하였다. Table 4는 Table 2의 재료를 기준으로 다구찌법을 사용하여 warpage에 미치는 설계인자들의 영향도를 분석하기 위해 4인자 2조건을 나타낸 표이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트기기의 수요가 급증함에 따라 FCCSP 패키지용 기판은 어떻게 변화하고 있는가? 최근 스마트기기의 폭발적인 수요증가로 Flip Chip Chip Scale Package(FCCSP)의 수요가 급증하고 스마트기기의 성능이 높아지며 디자인이 다양화되는 추세에 따라 FCCSP 패키지용 기판도 박판화, 고밀도화, 다양한 사이즈화가 진행되고 있다.1)
FCCSP 기판의 warpge가 증가하고 있는 이유는 무엇인가? 이와 같은 FCCSP 패키지에는 언더필과 솔더조인트의 박리와 크랙, 솔더 조인트의 미결합 등 기판의 낮은 강성 도와 warpage 때문에 발생하는 많은 신뢰성 불량들이 존재하고 있으며2-7), 패키지와 기판 레벨의 warpage를 감소시키기 위한 연구가 학계와 산업계에서 지속적으로 진행되고 있다.8-9) 특히, 최근 FCCSP 기판의 코어두께가 감소하거나 코어가 없는 코어리스 구조가 확대되면서 기판의 warpage 가 증가하고 있으며 이러한 warpage는 패키지의 신뢰성불량과 생산성 하락에 근원적 원인이 되고 있다.10-11)
FCCSP 기판의 낮은 강성도와 warpage 때문에 발생하는 신뢰성 불량은 무엇인가? 이와 같은 FCCSP 패키지에는 언더필과 솔더조인트의 박리와 크랙, 솔더 조인트의 미결합 등 기판의 낮은 강성 도와 warpage 때문에 발생하는 많은 신뢰성 불량들이 존재하고 있으며2-7), 패키지와 기판 레벨의 warpage를 감소시키기 위한 연구가 학계와 산업계에서 지속적으로 진행되고 있다.8-9) 특히, 최근 FCCSP 기판의 코어두께가 감소하거나 코어가 없는 코어리스 구조가 확대되면서 기판의 warpage 가 증가하고 있으며 이러한 warpage는 패키지의 신뢰성불량과 생산성 하락에 근원적 원인이 되고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Mario A. Bolanos, "Semiconductor IC Packaging Technology Challenges:The Next Five Years", SPAY025, Texas Instruments. 

  2. X. J. Fan, et al., "Design and optimization of thermo-mechanical reliability in wafer level packaging" Microelectronics reliab., 50(4), 536 (2010). 

  3. Ming-Yi Tsi, et al., "Investgation of thermomechanical behaviors of flip chip BGA packages during manufacuring process and thermal cycling", IEEE Trans. Compon. Pack. -Technol. 27(3), 568 (2004). 

  4. Darveaux et al., "Reliability of Plastic Ball Grid Array Assembly", Ball Grid Array Technology, McGraw-Hill, New York (1995). 

  5. Lau et al., "Electronic Packaging: Design, Materials, Process, and Reliability" McGraw-Hill, New York (1997). 

  6. Zhang Wenge, et al., "The effects of underfill epoxy on warpage in flip-chip assembles", IEEE Trans. Compon. Pack. Manufact.Technol - Part A, 21(2), 323 (1998). 

  7. R. Darveaux, C. Reichman, N. Islam, "Interface Failure in Lead Free Solder Joints", Proc. 56th Electronic Components and Technology Conference(ECTC) (2006). 

  8. Seunghyun Cho, et al., "Estimation of warpage and thermal stress of IVHs in flip-chip ball grid arrays package by FEM", Microelectron Reliab., 48, 300 (2008). 

  9. Lau John H, et al., "Effects of Build-Up Printed Circuit Board Thickness in the Solder Joint Reliability of a Wafer Level Chip Scale Package(WLCSP)", Trans. Comp. Packag. Technol., 25(1), 3 (2002). 

  10. Elva Lin, et al., "Advantage and challenge of coreless Flipchip BGA Microsystems", IMPACT, pp.346 (2007). 

  11. Chiu Christine, et al., "Challenges of thin core PCB Flip Chip package on advanced Si Nodes", Proc. 57th Electronic Components and Technology Conference(ECTC) (2007). 

  12. Cho et al., "New dummy design and stiffener on warpage reduction in Ball Grid Array Printed Circuit Board", Microelectronics Reliab., 50, 242 (2010). 

  13. MARC 2011 user manual, Volume A : Theory and user information, (2011). 

  14. 박성현, 현대실험계획법, 민영사, (2003). 

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