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가혹환경에서 FBGA 패키지의 흡습물성 및 이온 마이그레이션 신뢰성 평가 = Evaluation of hygroscopic properties and reliability for ionic migration of FBGA packages under harsh condition
서명 / 저자 가혹환경에서 FBGA 패키지의 흡습물성 및 이온 마이그레이션 신뢰성 평가 = Evaluation of hygroscopic properties and reliability for ionic migration of FBGA packages under harsh condition / 최종국.
저자명 최종국 ; Choe, Jong-Guk
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2013].
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초록정보

Nowadays, from small portable devices to large vehicles, the proportion of electronic components keeps increasing. However, those devices are exposed to various environmental conditions, e.g. thermal, mechanical and hygrothermal loadings which can degrade its reliability. Especially hygrothermally induced reliability problems might lead to catastrophic accidents such as sudden car accelerations. In this study, ionic migration failure which rapidly occurs under hygrothermal condition of multi-chip package (MCP) was investigated. MCP consists of two chips, adhesive, a spacer, located between chips and used to make space for wire bonding on bottom chip, and a board. In this study, two types of MCP with different spacer were considered. The difference between them is that PSPACER has to be used with adhesive but PWBL does not. According to previous research, it is known that MCP with PSPACER is easier to fail than that with PWBL even if diffusivity of PSPACER is much lower than that of PWBL under highly accelerated stress test (HAST) condition of 130 °C /85 %RH. Diffusivity and solubility, which depend on temperature and relative humidity, of component materials were obtained. Finally, moisture concentration of each type of spacers in MCP, which had been exposed to the HAST condition for 24 hours, were investigated by finite element analysis and it was found that two chips hinder moisture diffusion, but adhesive absorbs huge amount of moisture and supplies it to the spacer through short path length. This is because diffusivity and solubility of the adhesive show higher values than those of the other component materials. Considering that relative humidity increase accelerates ionic migration, PSPACER is more dangerous than PWBL.

이번 HAST 신뢰성 해석 모델 개발 과제를 위하여 확산이론과 흡습물성에 대하여 정리하였다. 과제의 목표는 패키지 재료(EMC 5종, WBL 3종, PWBL 2종) 의 흡습 물성을 측정하는 것이며 그 물성은 습기의 확산속도, 포화습기용량, 습기팽창계수이다. JEDEC 표준이나 기존의 연구자들이 사용한 평가방법을 정리하였고 그 방법을 따라 온도와 상대습도에 대한 함수로 물성을 평가하였다. 마지막으로 ABAQUS를 이용한 유한요소해석 방법을 정리하였으며 HAST 조건(130 ℃/85 %RH)에서 패키지 내부의 습기 확산을 구하고 재료별 습기 농도 차이를 통해 이온 마이그레이션의 가능성에 대하여 알아보았다. 해석 결과 습기에 의한 응력을 고려하였을 때, 열응력만을 고려하였을 때보다 약 50 %이상 응력이 증가하는 것을 확인했다. 그렇지만 이것보다 우선적으로 파괴기준(failure criteria)을 강도 기준으로 볼 것인지 계면파괴인성치를 기준으로 볼 것인지를 수립해야 한다. 계면파괴인성치를 보는 것이 더욱 합리적이라고 생각되는데 계면파괴인성치는 습기에 노출될 경우 더 작아지는 경향이 있기 때문이다. 습기에 의해 파괴기준이 내려가면서 응력이 증가한다면 두 가지 경우를 모두 고려하는 것이 타당할 것이다. 마지막으로 Cu-ion migration 가능성에 대해 알아보았다. EMC는 2-1을 사용하는 것이 SPACER의 습기 농도를 가장 작게 만들었다. SPACER의 차이로는 PSPACER를 사용하는 것이 PWBL을 사용하는 것보다 위험한 것으로 나타났다. 이것은 PSPACER를 사용할 때 WBL을 함께 사용하기 때문이며 WBL의 확산계수가 크고 포화습기용량이 온도의 함수로 나타나 HAST 조건에서 마치 펌프처럼 습기를 흡수해 주위로 공급하기 때문이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 13045
형태사항 vi, 54 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Jong-Guk Choe
지도교수의 한글표기 : 이순복
지도교수의 영문표기 : Soon-Bok Lee
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 51-52
주제 이온 마이그레이션
전자 패키지
가속수명시험
하스트
흡습물성
ionic migration
electronic package
highly accelerated stress test
HAST
hygroscopic
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