• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.960-967
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• 2013

Shape recognition of solder ball bumps in a BGA (Ball Grid Array) is an important issue in flip chip bonding technology. In particular, the semiconductor industry has required faster and more accurate inspection of micron-size solder bumps in flip chip bonding as the density of balls has increased dramatically. The difficulty of this issue comes from specular reflection on the metal ball. Shape recognition of a metal ball is a very realproblem for computer vision systems. Specular reflection of the metal ball appears, disappears, or changes its image abruptly due to tiny movementson behalf of the viewer. This paper presents a practical shape recognition method for three dimensional (3-D) inspection of a BGA using a 5-step ring illumination device. When the ring light illuminates the balls, distinctive specularity images of the balls, which are referred to as "iso-slope contours" in this paper, are shown. By using a mathematical reflectance model, we can drive the 3-D shape information of the ball in aquantitative manner. The experimental results show the usefulness of the method for industrial application in terms of time and accuracy.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제16권7호
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• pp.919-926
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• 2002

In this study, the numerical prediction of the thermal fatigue lie? of a $\mu$BGA (Micro Ball Grid Array) solder joint was focused. Numerical method was performed using the three-dimensional finite element analysis for various solder alloys such as Sn-37%Pb, Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-3.5%Ag-3%In-0.5%Bi during a given thermal cycling. Strain values obtained by the result of mechanical fatigue tests for solder alloys, were used to predict the solder joint fatigue life using the Coffin-Manson equation. The numerical results showed that Sn-3.5%Ag with the 50-degree ball shape geometry had the longest thermal fatigue life in low cycle fatigue. A practical correlation for the prediction of the thermal fatigue life was also suggested by using the dimensionless variable γ. Additionally Sn-3.5Ag-0.75Cu and Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Bi were applied to 6$\times$8$\mu$BGA obtained from the 63Sn-37Pb Solder. This 6$\times$8$\mu$BGA were tested at different aging conditions at 130$\^{C}$, 150$\^{C}$, 170$\^{C}$ for 300, 600 and 900 hours. Thickness of the intermetallic compound layer was measured thor each condition and the activation energy thor their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS ( Energy Dispersive Spectroscopy).

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.50-60
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• 2023

BGA(ball grid array)는 높은 집적도와 우수한 방열 성능을 갖고 있어 널리 이용되는 방식의 패키지이다. BGA에서 솔더볼은 패키지와 PCB를 전기적으로 연결하는 중요한 역할을 하므로, 다양한 기계적 하중 하에서 솔더볼의 비탄성 변형을 이해하는 것은 반도체 패키지의 강건설계에 필수적이다. 본 연구에서는 공정 중 PCB의 휨, die와 substrate 간의 열팽창 계수 차이 등으로 인해 소성변형이 발생한 솔더볼의 초기 형상이 비탄성 변형과 파단에 미치는 영향을 유한요소 해석으로 분석하였다. 시뮬레이션 결과, shear와 bending 하중에서 tilted, hourglass 형상 모두 파단이 발생한 반면, compression 하중이 작용하는 경우는 모두 파단이 발생하지 않았다. Shear와 bending 하중에 compression이 각각 결합될 경우, 응력삼축비가 0보다 작은 값으로 유지되어 파단이 억제되었다. 또한 변형에 취약한 요소의 Lagrangian-Green 변형률 텐서를 이용해 비교한 결과, 동일한 하중 조건이라도 솔더볼의 형상에 따라 변형의 양상에 유의미한 차이가 있음을 확인하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2000년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.850-853
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• 2000

최근에 초정밀 제조업 분야에서 볼의 이용에 관한 연구가 급속히 진행되고 있으며, 일부 반도체 분야에서는 BGA(Ball Grid Array)와 같은 용도로 이용되기도 하며, 볼 자체를 반도체 칩으로 응용하려는 시도가 제안되어 있다. 이러한 적용분야들에서 볼의 진구도, 정밀도 및 청정도 등을 만족시킬 수 있는 가공기술이 선결되어야 한다. 본 연구에서는 초정밀 볼의 가공기술 개발을 목적으로 하여 유리 볼을 대상으로 하고 $H_2O$와 CeO$_2$를 혼합한 연마재를 사용하여 부상회전에 의한 비접촉식 연마방법을 제안하고 가공특성을 조사하였다 연구 결과로서, 비 접촉식 볼의 가공에서는 가공에 앞서 $H_2O$와의 전처리 과정을 거침으로 해서 가공속도를 촉진시킬 수 있다는 사실이 확인되었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년도 춘계 학술대회 개요집
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• pp.206-208
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• 2006

The reliability of BGA (ball grid array) package with OSP (organic surface preservative) surface finish under thermal cycle was investigated by using SEM (scanning electron microscopy), EDS(energy dispersive spectroscopy), image tool and ball shear test. The IMCs (intermetallic compounds) were increased with increasing number of thermal cycles. However, the shear strengths of solder ball were decreased with increasing number of thermal cycles. The order of solders which had the highest shear strength as follow: Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu, Sn-0.7wt%Cu, Sn-37wt%Pb.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 춘계학술발표대회 개요집
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• pp.19-21
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• 2005

The ball shea. tests for ball grid array (BGA) and flip chip packages were carried out with different displacement rates to find out the optimum condition of the displacement rate for this test. The BGA packages consisted of two different kinds of solder balls (eutectic Sn-37wt.%Pb and Sn-3.5wt.%Ag) and electroplated Au/Ni/Cu substrate, whereas the flip chip package consisted of electroplated Sn-37Pb solder and Cu UBM. The packages were reflowed up to 10 times, or aged at 443 K up to 21 days. The variation of the displacement rate resulted in the variations of the shear properties such as shear force, displacement rate at break, fracture mode and strain rate sensitivity. The increase in the displacement rate led to the increase of the shear force and brittleness of solder joints.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.65-70
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• 2008

본 연구에서는 BGA(Ball Grid Array) 솔더 접합부에 high impact가 가해졌을 경우 접합부의 기계적 특성에 대해서 연구하였다. 시편은 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 표면 처리된 FR-4 기판 위에 직경이 500 ${\mu}m$인 Sn-37Pb 솔더볼을 BGA 방식으로 배열하고 리플로우(Reflow)를 통하여 제작하였다. HTS(High Temperature Storage) 테스트를 위해, 시편을 일정한 온도의 $120^{\circ}C$에서 250시간 동안 시효처리(Aging)를 실시하였다. 시효처리 후, 각각의 시편은 고속 전단 시험기(Dage-4000HS)를 이용하여 속도 변수는 0.01, 0.1, 1, 3 m/s로 설정하여 고속전단 시험을 실시하였다. 전단시험 후, 솔더 접합 계면과 파면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통하여 관찰하였다. 솔더 접합 계면에는 $Ni_3Sn_4$의 금속간 화합물이 성장하였으며, 시효처리 후, 솔더 접합 계면에 생성된 금속간 화합물의 두께가 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다. 전단 시험 결과, 전단 속도가 빨라짐에 따라 전단 강도값은 증가하는 경향을 나타내었다. 솔더 접합부의 파단은 전단 속도와 시효처리 시간에 따라 다양한 파괴 모드로 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 파괴 모드는 연성파괴 형상을 보이다가 전단속도가 증가함에 따라 취성 파괴 형상으로 변하는 것을 알 수 있었다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.1115-1121
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• 2015

Fast inspection of solder ball bumps in ball grid array (BGA) is an important issue in the flip chip bonding technology. Particularly, semiconductor industry has required faster and more accurate inspection of micron-size solder bumps in flip chip bonding, as the density of balls increase dramatically. In this paper, we describe an inspection approach of BGA balls by using 5-step ring illumination device and normalized cross-correlation (NCC) method. The images of BGA ball by the illumination device show unique and distinguishable characteristic contours by their 3-D shapes, which are called as "iso-slope contours". Template images of reference ball samples can be produced artificially by the hybrid reflectance model and 3D data of balls. NCC values between test and template samples are very robust and reliable under well-structured condition. The 200 samples on real wafer are tested and show good practical feasibility of the proposed method.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.53-59
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• 2005

본 논문에서는 비젼 시스템을 사용하여 마이크로 BGA 소자의 2차원 결함을 검사하는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 방법은 정밀도를 높이기 위해 부화소 알고리즘을 사용하였으며, 입력된 영상에서 패키지 영역을 추출하고, 추출된 영역에서 볼 탐색창 방법을 사용하여 볼 영역을 추출한다. 이렇게 추출된 볼 영역에 대해 결함검사에 필요한 파라미터들을 추출하고, 이들을 사용하여 소자의 불량 유무를 판정한다. 모의실험을 통해 볼 검사 정밀도의 평균 오차가 17[${\mu}m$]가 됨을 확인하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제19권3호
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• pp.311-316
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• 2001

This paper presents that the affecting factors to the solderability and initial reliability. It is the factor that the coefficient of thermal expansion between package and PCB(Printed Circuit Board), the quantity of solder paste and reflow condition, and Au thickness of the solder ball pad on polyimide tape. As the reflow soldering condition for 48 ${\mu}BGA$ is changed, it is estimated that the quantity of Au diffusion at eutectic Sn-Pb solder surface and initial bonding strength of eutectic Sn-Pb solder and lead free solder. It is the result that quantitative measurement of Au diffusion quantity is difficult, but the shear strength of eutectic Sn-Pb solder joint is 842 mN at first reflow and increases 879 mN at third reflow. The major failure mode in solder is judged solder fracture. So, Au diffusion quantity is more affected by reflow temperature than by the reflow times.