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문제 정의
- 또한 기존의 내제적인 해석방식[1]으로는 낙하충격 시 PCB(printed circuit board) 보드 및 솔더볼, 칩 등에 작용하는 하중이 PCB나사 부분부터 파장의 형태로 하중이 전달되므로 선형 해석으로는 구현할 수 없어 이를 정확이 구현하기 위해 외제적인 해석을 통한 낙하해석이 선행되어야한다. 따라서 본 연구에서는 외재적 해석 프로그램인 ANSYS, LS-DYNA를 이용하여, JEDEC 실험규격에 명시된 보드레벨 낙하 시험에 대한 사항에 따라 보드레벨 낙하 시뮬레이션을 수행하고자 한다. 보드레벨 낙하 시뮬레이션은 3차원 모델링 프로그램을 이용하여 칩 패키지를 설계하고 유한요소해석 프로그램을 이용해 낙하 실험과 동일하게 조건을 설정하여 일정 시간동안 정해진 양과 형태의 가속도로 충격량을 가하여 해석을 진행한다.
- 본 논문에서는 낙하충격시험을 통한 새로운 조성의 무연 솔더 물성치의 적합성을 판단하는 일련의 과정을 유한요소해석을 이용하여 수행하였다. 본 해석 방법은 시간적 그리고 경제적으로 효율적이고, 비전문가가 봤을 때도 직관적으로 알기 쉽고 신뢰할 수 있는 해석방법을 제시하기 위하여 실물 낙하시험과 유사한 조건을 사용하여 낙하충격해석과 피로수명 시뮬레이션을 수행하였다.
- 그러나 솔더볼과 PCB사이에 충격을 흡수하여 충격에 의한 파손을 방지하는 연질의 UBM(under bump metalization) 박판 구조층의 생략으로 해석결과와 실험결과와의 수치적 차이를 다소 나타났다. 이러한 부분은 추가적으로 연구를 진행하여 보완해야 하지만 비선형 동적해석 결과를 통하여 수명을 예측하는 방식의 새로운 해석방식을 통해 낙하충격수명을 예측하는 새로운 가능성을 제시하였다.
- 하지만 충격이 전달되어지는 나사 구멍 부위에 비해 상하 자유도가 있는 PCB 중심 쪽이 더 큰 가속도를 가지고 있어 실제 조건보다 더 가혹한 하중을 부가한 것으로 이전 연구를 통해 알 수 있었다. 이를 외재적인 방법으로 나사구멍에 충격 가속도를 부여함으로써 실제 PCB의 거동과 더욱 유사한 결과를 얻고자 했다[3]. 이에 대한 하중 조건은 Fig.
- 보드레벨 낙하 시뮬레이션은 3차원 모델링 프로그램을 이용하여 칩 패키지를 설계하고 유한요소해석 프로그램을 이용해 낙하 실험과 동일하게 조건을 설정하여 일정 시간동안 정해진 양과 형태의 가속도로 충격량을 가하여 해석을 진행한다. 해석 후 PCB 중앙의 가속도 값과 그래프 형태를 알아봄으로써 해석의 신뢰성을 판단하고자 한다. 해석결과에서 솔더볼에 작용하는 응력을 통해 전체 모델에서 파단이 예상되는 접합부의 위치를 파악하고, 파단 예상지점에 작용하는 반작용 하중(reaction load)을 이용하여 솔더 접합부의 파단시점을 예측하여 실험결과와 비교하고자 한다.
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