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휨을 고려한 칩 패키지의 EMC/PCB 계면 접합 에너지 측정
Measurement of EMC/PCB Interfacial Adhesion Energy of Chip Package Considering Warpage 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.26 no.4, 2019년, pp.101 - 105  

김형준 (KAIST 기계공학과) ,  안광호 (KAIST 기계공학과) ,  오승진 (KAIST 기계공학과) ,  김도한 ((주)심텍 연구개발그룹) ,  김재성 ((주)심텍 연구개발그룹) ,  김은숙 ((주)심텍 연구개발그룹) ,  김택수 (KAIST 기계공학과)

초록
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칩 패키지에는 생산 공정 및 운송, 보관 과정에서 발생하는 외부 환경 변화로부터 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 보호하기 위해 에폭시 몰딩(epoxy molding compound, EMC)이 사용된다. PCB와 EMC의 접합 신뢰성은 제품의 품질 및 수명에 중요한 요소이며 이를 보증하기 위해 제품 설계 및 생산 단계에서 그 접합 에너지를 정밀하게 측정하고, 이에 영향을 끼치는 요소를 통제하여 공정을 최적화 시켜야 한다. 본 논문은 이중 외팔보(double cantilever beam, DCB) 시험을 이용하여 휨(warpage)이 있는 칩 패키지의 EMC와 PCB의 계면 접합 에너지를 측정하고 보정하는 방법에 대해 소개한다. DCB 시험법은 이종 재료의 계면 접합 에너지를 측정하는 전통적인 방법이며 정밀한 접합 에너지 측정을 위해 평평한 기판이 필수적이다. 그러나 칩 패키지는 내부 구성 요소들의 열팽창 계수 차이로 인해 휨이 발생하기 때문에 평평한 기판을 제작하여 정밀한 접합 에너지를 측정하는데 어려움이 있다. 이를 극복하고자 본 연구에서는 휨이 있는 칩 패키지로 DCB 시험법을 위한 시편을 제작하고, 기판의 복원력을 보정하여 접합 에너지를 계산하였다. 보정된 접합에너지는 동일 조건에서 제작된 칩 패키지 중 휨이 없는 시편을 선별하여 측정한 접합 에너지와 비교, 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The adhesion reliability of the epoxy molding compound (EMC) and the printed circuit board (PCB) interface is critical to the quality and lifetime of the chip package since the EMC protects PCB from the external environment during the manufacturing, storage, and shipping processes. It is necessary t...

주제어

#Chip Package   #EMC   #PCB   #Adhesion   #Warpage  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 휨이 있는 칩 패키지의 복원력을 보정하여 접합 에너지를 측정하는 방법을 구축하였다. 물체를 변형한 후 접합할 경우 전체 구조물은 변형된 물체의 복원력에 영향을 받는다.

가설 설정

  • 9 GPa의 탄성계수를 얻었다. 변환에 사용된 푸아송 비(Poisson’s ratio)는 0.45로 가정하였다.14)
  • 본 연구를 통해 휨(warpage)을 가진 칩 패키지의 EMC/PCB 계면 접합 에너지를 DCB 시험을 이용하여 정밀하게 측정하였다. 휨을 가진 시편을 평평하게 압착했을 때 시편이 가지는 복원력은 평평한 시편을 동일한 휨 양을 갖게 하기 위해 가해야 하는 힘과 같다는 가정을 통해 시편의 복원력을 계산하였다. 이를 이용하여 휨이 있는 시편에 대한 복원력을 계산 및 보정하여 계면 접합 에너지를 측정하는 방법을 구축하였다.
  • 물체를 변형한 후 접합할 경우 전체 구조물은 변형된 물체의 복원력에 영향을 받는다. 휨이 있는 패키지에 압력을 가해 모든 면을 완전히 접합 했을 때 패키지에 작용하는 복원력은 휨이 없는 칩 패키지에 동일한 양의 휨을 발생시키기 위해 가하는 힘과 동일하다고 가정하였다13). 단순한 고체 역학적 해석으로 휨의 정도에 따른 복원력을 계산하였으며 이를 이용하여 측정된 계면 접합 에너지를 보정해 주었다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DCB 시험법이란? 본 논문은 이중 외팔보(double cantilever beam, DCB) 시험을 이용하여 휨(warpage)이 있는 칩 패키지의 EMC와 PCB의 계면 접합 에너지를 측정하고 보정하는 방법에 대해 소개한다. DCB 시험법은 이종 재료의 계면 접합 에너지를 측정하는 전통적인 방법이며 정밀한 접합 에너지 측정을 위해 평평한 기판이 필수적이다. 그러나 칩 패키지는 내부 구성 요소들의 열팽창 계수 차이로 인해 휨이 발생하기 때문에 평평한 기판을 제작하여 정밀한 접합 에너지를 측정하는데 어려움이 있다.
기존의 DCB 시험법의 한계점은? DCB 시험법은 이종 재료의 계면 접합 에너지를 측정하는 전통적인 방법이며 정밀한 접합 에너지 측정을 위해 평평한 기판이 필수적이다. 그러나 칩 패키지는 내부 구성 요소들의 열팽창 계수 차이로 인해 휨이 발생하기 때문에 평평한 기판을 제작하여 정밀한 접합 에너지를 측정하는데 어려움이 있다. 이를 극복하고자 본 연구에서는 휨이 있는 칩 패키지로 DCB 시험법을 위한 시편을 제작하고, 기판의 복원력을 보정하여 접합 에너지를 계산하였다.
칩 패키지에 사용되는 것은? 칩 패키지에는 생산 공정 및 운송, 보관 과정에서 발생하는 외부 환경 변화로부터 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 보호하기 위해 에폭시 몰딩(epoxy molding compound, EMC)이 사용된다. PCB와 EMC의 접합 신뢰성은 제품의 품질 및 수명에 중요한 요소이며 이를 보증하기 위해 제품 설계 및 생산 단계에서 그 접합 에너지를 정밀하게 측정하고, 이에 영향을 끼치는 요소를 통제하여 공정을 최적화 시켜야 한다.
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참고문헌 (14)

  1. D. K. Shin, Y. H. Song, and J. Im, "Effect of PCB surface modifications on the EMC-to-PCB adhesion in electronic packages", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 33(2), 498 (2010). 

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  2. D. R. Moore, A. Pavan, and J. G. Williams, "Fracture Mechanics Testing Methods for Polymers Adhesives and Composites", Elsevier Science, ch. 3, Oxford, U.K (2001). 

  3. G. Kim, J. Lee, S.-H. Park, S. Kang, T.-S. Kim, and Y.-B. Park, "Comparison of Quantitative Interfacial Adhesion Energy Measurement Method between Copper RDL and WPR Dielectric Interface for FOWLP Applications (in Korean), J. Microelectron. Packag. Soc., 25(2), 41 (2018). 

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  4. M. F. Kanninen, "An augmented double cantilever beam model for studying crack propagation and arrest", International Journal of fracture, 9(1), 83 (1973). 

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  5. I. Lee, S. Kim, J. Yun, K. Park, and T.-S. Kim, "Interfacial toughening of solution processedAg nanoparticle thin films by organic residuals", Nanotechnology,23(48), 485704 (2012). 

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  6. T. Yoon, W. C. Shin, T. Y. Kim, J. H. Mun, T.-S. Kim, and B. J. Cho, "Direct Measurement of Adhesion Energy of Monolayer Graphene As-Grown on Copper and Its Application to Renewable Transfer Process", Nano Letters, 12(3), 1448 (2012). 

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  7. W. Kim, J. Choi, J.-H. Kim, T. Kim, C. Lee, M. Kim, B. J. Kim, and T.-S. Kim, "Comparative Study of the Mechanical Properties of All-Polymer and Fullerene-Polymer Solar Cells: The Importance of Polymer Acceptors for High Fracture Resistance", Chemistry of Materials, 30(6), 2102 (2018). 

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  8. C. Kim, T.-I. Lee, M. S. Kim, and T.-S. Kim, "Mechanism of warpage orientation rotation due to viscoelastic polymer substrates during thermal processing", Microelectronics Reliability, 73, 136 (2017). 

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  9. M.-Y. Tsai, H.-Y. Chang, and M. Pecht, "Warpage analysis of flip-chip PBGA packages subject to thermal loading", IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 9(3), 419 (2009). 

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  10. H.-W. Liu, Y.-W. Liu, J. Ji, J. Liao, A. Chen, Y.-H. Chen, N. Kao, and Y.-C. Lai, "Warpage characterization of panel fanout (P-FO) package", Proc. 64th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), IEEE (2014). 

  11. G. Kelly, C. Lyden, W. Lawton, J. Barrett, A.Saboui, H. Pape, and H. J. B. Peters, "Importance of molding compound chemical shrinkage in the stress and warpage analysis of PQFPs", IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: Part B, 19(2), 296 (1996). 

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  12. C. Kim, H. Choi, M. Kim, and T.-S. Kim, "Packaging Substrate Bending Prediction due to Residual Stress (in Korean)", J. Microelectron. Packag. Soc., 20(1), 21 (2013). 

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  13. S. C. Liu, and S. J. Hu, "Variation simulation for deformable sheet metal assemblies using finite element methods", Journal of manufacturing science and engineering, 119(3), 368 (1997). 

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  14. D.-L. Chen., T.-C. Chiu, T.-C. Chen, M.-H. Chung, P.-F. Yang, and Y.-S. Lai, "Using DMA to simultaneously acquire Young's relaxation modulus and time-dependent Poisson's ratio of a viscoelastic material", Procedia Engineering, 79, 153 (2014). 

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