Thermal Strain Measurement of heterogeneous interfaces in Electronic Packages

초록

전자 패키지의 소형화 및 구조가 고도화됨에 따라 패키지 간 상호 연결 부위의 신뢰성이 중요해졌다. 특히 컴퓨팅 성능이 높은 첨단 디바이스의 경우 열에 의한 피로 고장은 신뢰성에 있어서 더욱 중요하다. 전자 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 제조 공정 및 운영 환경에서의 열로 인한 미세 변형을 조기 예측을 통해 기계적 특성을 제어하는 것이 요구된다. 기존 접촉식 변형 측정 방법은 마이크로 스케일의 샘플 고정 상태나 주위 환경에 따라 많은 측정 오류가 발생할 수 있다. 정량적 신뢰성 데이터를 얻기 위해서는 솔더 조인트나 이종 재료간 인터커넥트의 균열, 층간 들뜸 등 주요 고장원인을 유발하는 인자를 관찰하고 평가할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 디지털 이미지 상관관계 분석법을 통해 변형 전, 후 이미지를 비교하였으며 열기계적 집중 응력을 계산하여 솔더 인터커넥트 변형률을 정량화했다. 또한 관찰 모듈 시스템과 함께 소형 패키지 샘플의 열역학적 특성 변화를 측정하고, 온도 프로파일설정이 가능한 소형 열 챔버를 개발하였다. 개발된 챔버는 실온에서 400 °C까지의 온도 범위에서 실측이 가능하다. 변형률 측정을 위해 드롭 캐스팅과 스프레이 코팅 방법을 이용하여 패키지 인터커넥션 전체 영역 고대비 패턴을 형성하였다. 이후 기판과 칩, PCB의 휨 등 열팽창 계수 차이로 인한 비탄성 변형률을 시각화 및 분석하여 솔더 조인트 모서리에 부분적으로 집중된 변형을 확인하였다.