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점탄성 물성치를 고려한 WB-PBGA 패키지의 열-기계적 변형 거동
Thermo-mechanical Behavior of WB-PBGA Packages Considering Viscoelastic Material Properties 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.2, 2012년, pp.17 - 28  

김만기 (충북대학교 기계공학부) ,  주진원 (충북대학교 기계공학부)

초록
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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.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is known that thermo-mechanical properties of solder material and molding compound in WB-PBGA packages are considerably affected by not only temperature but elapsed time. In this paper, finite element analysis (FEA) taking material nonlinearity into account was performed for more reliable predict...

주제어

#WB-PBGA package   #Thermal deformation analysis   #Moir $\acute{e}$ Interferometry   #Thermo-mechanical behavior   #Viscoelastic behavior   #Molding compound  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BGA(ball grid array) 패키지의 장점은? BGA(ball grid array) 패키지는 면적대비 높은 연결밀도, 좋은 표면 실장특성과 더 나은 전기적, 열적 성능, 낮은 높이 등의 장점으로 개발되어 WB-PBGA(wire bond PBGA), 패키지나 FC-PBGA(flip chip PBGA) 패키지의 형태로 널리 사용되고 있다. 이러한 BGA 패키지의 특성을 평가하고 설계의 신뢰성을 확보하기 위해서는 패키지의 온도변화로 인한 열-기계적인 거동을 예측하고 검증하는 것이 필요하다.
점탄성 거동이 발생한 재료의 특징은? 점탄성 거동은 외부 하중에 의한 변형이 일어날 때 점성과 탄성의 특징이 동시에 나타나는 현상을 말하며, 온도 뿐 아니라 시간에도 의존적인 거동을 보인다. 이러한 재료는 특히 유리전이온도(glass transition temperature :Tg)가 나타나는 지점에서 탄성계수가 급격히 감소하며, 열팽창계수는 급격히 증가하는 거동을 보인다. Fig.
전자 패키지의 유한요소 해석을 해석하기 위해 무엇을 이용하는가? 전자 패키지의 유한요소 해석을 위해서는 접합재료나 패키징 재료 등 구성 재료의 물성치 입력이 필수적인데 많은 연구자들이 실험과 측정을 통해 발표한 재료 물성치를 이용한다. 그러나 WB-PBGA 패키지를 구성하는 솔더볼 재료나 수지 복합재의 열-기계적 물성치는 온도에 대단히 큰 영향을 받을 뿐 아니라, 상황에 따라 온도가 유지되는 시간에도 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
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참고문헌 (22)

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  22. J. Chang, L. Wang, J. Dirk and X. Xie, "Finite Element Modeling Predicts the Effects of Voids on Thermal Shock Reliability and Thermal Resistance of Power Device", Welding Journal, 85 pp.63 (2006). 

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