FCBGA의 TIM유무에 따른 열변형 시뮬레이션

초록

최근 반도체 산업에서의 전기소자는 빠른 처리속도, 다기능, 소형화를 요구하고 있고, 이를 충족하기 위해 Flip Chip Bump로 칩과 패키지 기판을 연결하는 방식인 Flip Chip Ball Grid Array (FCBGA) 방식을 적용하고 있다. 하지만 Chip의 소형화는 내부 온도를 상승시켜 열 변형이 수반되며, 과도할 경우 Non-wet, Crack, Stretch joint 등 Bump와 기판의 접촉에서 다양한 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위해 주로 Thermal Interface Material (TIM)을 사용하여 소자간의 열 전달을 높여 내부의 열 방출 향상을 통한 내부온도의 상승을 완화시킨다. 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램인 COMSOL Multiphysics를 이용하여 FCBGA 패키지에서 Si-chip과 Lid사이에 TIM이 위치할 때 Chip의 발열에 따른 열 응력 분포와 Warpage의 정도를 해석하였다. TIM의 영향을 확인하기 위해 TIM의 유무에 따른 영향과 Chip에서 발생하는 온도를 각각 40, 50, 60 ℃로 설정하여 Chip의 온도에 따른 열 변형과 열응력에 대한 영향을 해석하였다. 그 결과 TIM이 없을 때와 Chip의 발생온도가 60 ℃일 때의 열 응력과 열 변형이 높게 나타났다. 본 연구를 통해 향후 반도체 패키지의 열 변형을 예측 ?분석하여 TIM의 물성을 토대로 열 변형 완화에 기여하고자 한다.