• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.404-411
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• 2018

복합재료는 주어진 경화 사이클(cure cycle)로 오토클레이브 공정이 진행됨에 따라 수지의 화학수축, 열팽창계수 등에 의한 제품 내 잔류응력(residual stress)이 발생한다. 이로 인해 spring-in, warpage와 같은 열 변형이 발생하고 최종 제품의 수치 정확성이 감소한다. 구조물의 정밀한 제작이 요구되는 항공우주분야에서는 열변형으로 인한 문제를 해결하는 것이 중요하다. 따라서 복합재료의 경화과정을 예측하고 이해하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 공정과정에 따른 복합재료의 경화메커니즘을 유한요소해석을 통해 예측하였고, 공정에 의해 발생하는 열변형에 대한 화학수축의 영향을 열팽창계수와 비교하여 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.40-50
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• 2023

최근 스마트폰의 부품 수는 급격히 증가하고 있는 반면, PCB 기판의 크기는 지속적으로 감소하고 있다. 따라서 부품의 실장밀도를 개선하기 위해 PCB를 쌓아서 올리는 stacked PCB 구조의 3D 실장 기술이 개발되어 적용되고 있다. Stacked PCB에서 PCB 간 솔더 접합 품질을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 stacked PCB의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 인터포저(interposer) PCB 및 sub PCB의 프리프레그의 물성, PCB 두께, 층수에 대한 휨의 영향을 실험과 수치해석을 통해 분석하였다. 또한 솔더 접합부의 응력을 최소화하기 위해 인터포저 패드 설계 구조에 따른 접합강도를 분석하였다. 인터포저 PCB의 휨은 프리프레그의 열팽창계수가 적을수록 감소하였으며, 유리전이온도(Tg)가 높을수록 감소하였다. 그러나 온도가 240℃ 이상이면 휨의 개선 효과는 크지 비교적 크지 않다. 또한 FR-4 프리프레그에 비하여 FR-5을 적용할 경우에 휨은 더 감소하였으며, 프리프레그의 층수와 두께가 높을수록 휨은 감소하였다. 한편 sub PCB의 경우, 휨은 프리프레그의 Tg 보다 열팽창계수가 더 중요한 변수임을 확인하였고, 두께를 증가시키는 것이 휨 감소에 효과적이었다. 솔더 접합력을 향상시키기 위하여 다양한 인터포저 패드 디자인을 적용하여 전단력 시험을 수행한 결과, 더미 패드를 추가하면 접합강도가 증가하였다. 또한 텀블 시험 결과, 더미 패드가 없을 때의 크랙 발생율은 26.8%이며, 더미 패드가 있으면 크랙 발생율은 0.6%로 크게 감소하였다. 본 연구의 결과는 stacked PCB의 설계 가이드라인 제시를 위한 유용한 결과로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권2호
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• pp.7-15
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• 2012

최근 모바일 기기에 적용되는 반도체 패키지는 초소형, 초박형 및 다기능을 요구하고 있기 때문에 다양한 실리콘 칩들이 다층으로 수직 적층된 패키지의 개발이 필요하다. 패키지 및 실리콘 칩의 두께가 계속 얇아지면서 휨 현상, 크랙 및 여러 다른 형태의 파괴가 발생될 가능성이 많다. 이러한 문제는 패키지 재료들의 열팽창계수의 차 및 패키지의 구조적인 설계로 인하여 발생된다. 본 연구에서는 4층으로 적층된 FBGA 패키지의 휨 현상 및 응력을 수치해석을 통하여 상온과 리플로우 온도 조건에서 각각 분석하였다. 상온에서 가장 적은 휨을 보여준 경우가 리플로우 공정 조건에서는 오히려 가장 큰 휨을 보여 주고 있다. 본 연구의 물성 조건에서 패키지의 휨에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 EMC의 열팽창계수, EMC의 탄성계수, 다이의 두께, PCB의 열팽창계수 순이었다. 휨을 최소화하기 위하여 패키지 재료들의 물성들을 RMS 기법으로 최적화한 결과 패키지의 휨을 약 $28{\mu}m$ 감소시킬 수 있었다. 다이의 두께가 얇아지게 되면 다이의 최대 응력은 증가한다. 특히 최상부에 위치한 다이의 끝 부분에서 응력이 급격히 증가하기 시작한다. 이러한 응력의 급격한 변화 및 응력 집중은 실리콘 다이의 파괴를 유발시킬 가능성이 많다. 따라서 다이의 두께가 얇아질수록 적절한 재료의 선택 및 구조 설계가 중요함을 알 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권3호
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• pp.73-82
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• 2003

최근 인쇄회로기판(printed wiring board, PWB)은 마이크로 전자패키지분야에서 디자인 또는 제조측면에서 핵심기술로 인식되고 있다. PWB는 열적특성이 다른 여러 재료가 적층되어 있는 구조이고 제조공정을 지나는 동안에 각 층의 재료는 서로 다른 열팽창률을 나타나게 되어 워피지, 수축, 크기 등의 많은 불량을 발생시킨다. PWB의 열변형 특성은 제조공정 변수 중 솔더레지스트의 부피변화에 의하여 많은 영향을 받으므로 본 연구에서는 각각 2층, 4층 PBGA 및 CSP의 열변형 특성을 솔더레지스트 공정에 따라 분석하고자 하였다. 솔더레지스트의 부피분율이 30%이상일 경우, 2층 PWB의 열변형이 4층 PWB보다 최대 40%로 높게 측정되었다. 이와 같은 이유는 4L PWB는 고인성 특성을 지닌 프리프레그와 동박이 추가적으로 적층되어 있으므로 솔더레지스트의 열변형을 상쇄시키기 때문이다. 반면에 솔더레지스트의 부피분율이 30%이하일 경우, PWB의 층수 및 디자인에 관계없이 유사한 열변형 특성을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1049-1056
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• 2014

전자 부품을 이루고 있는 재료들은 여러 다른 열팽창계수를 가지고 있다. 새롭게 개발된 재료나 적용하려는 온도범위가 다른 경우에는 실제 제품을 구성하고 있는 그 재료 자체의 열팽창계수를 측정할 필요가 있으며 이에 대한 신뢰성 있는 측정방법이 필요하다. 재료의 온도가 변화하면, 그에 부착된 스트레인 게이지 저항체의 출력은 기계적인 하중뿐 아니라 온도변화에 의해서도 복합적으로 발생한다. 본 논문에서는 이러한 스트레인 게이지의 특성을 이용하여 온도가 증가함에 따라 변하는 변형률을 측정하고 이로부터 재료의 열팽창계수를 구하는 방법을 실험적으로 제시하였다. 실험의 신뢰성을 검증하기 위해서 일반적으로 열팽창계수가 잘 알려진 탄소강, 알루미늄 및 구리시편을 사용해서 열팽창계수를 측정하고 그 결과를 비교하여 열팽창계수 측정방법의 신뢰성을 평가하였다. 또한 이 방법을 전자 패키지를 구성하고 있는 새로운 전자재료에 적용하여 무섬유 패키지 기판의 온도에 따른 열팽창계수를 측정하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권2호
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• pp.245-253
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• 2010

전자기기부품에 적용되는 회로기판의 패키지 공정상에서 가해지는 온도변화에 따른 신뢰성 평가시 발생되는 문제들은, 주로 회로기판을 구성하고 있는 기본 재료들의 열팽창 계수 차이 및 시간의존성 물성에 의해 영향을 받는다. 특히, 인쇄회로기판 내부 회로층 사이에서 절연 역할을 수행하는 유리섬유강화 복합재료와 같은 수지몰딩 고분자 재료는 온도에 따른 물성변화 뿐만 아니라, 변형 및 하중이 가해지는 시간에 대한 물성변화도 고려해야 하는 점탄성 성질을 나타낸다. 본 논문에서는 인쇄회로기판에 사용되는 주요 고분자 재료인 유리섬유강화 복합재의 시간 및 온도에 따른 점탄성 특성을 규명하기 위하여, 단축인장 모드의 응력완화 시험과 크리프 시험을 각각 수행하였다. 또한, 고분자 재료 점탄성 물성의 영향성을 파악하기 위하여, 유한요소해석을 이용한 인쇄회로기판의 예비가열 공정 상에서 가해지는 온도변화에 따른 열변형을 평가하였다. 이러한 해석결과를 바탕으로, 인쇄회로기판과 같이 고분자재료를 사용하는 전자회로 구조물의 수치해석 기반의 열변형 예측시 점탄성 물성의 고려 필요성을 검증하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권3호
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• pp.57-65
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• 2015

반도체 패키지는 여러 가지 다양한 재료로 구성되어 있으며, 제조시나 사용 환경에서 온도가 변하면 각 재료의 열팽창 계수의 차이로 인하여 굽힘변형이 발생하게 된다. 그림자 무아레 방법은 비접촉으로 전체 영역에 걸친 면외변위를 측정하는 광학적 방법이지만 측정 감도가 $50{\mu}m/fringe$ 이상이어서 반도체 패키지의 굽힘변형을 측정하기에는 적당하지 않은 면이 있었다. 본 논문에서는 그림자 무아레 시스템에 위상이동 기법을 적용하여 $12.5{\mu}m/fringe$의 향상된 감도를 갖는 측정장치를 구성하였다. 그림자 무아레 측정에서 나타나는 탈봇 현상을 고려하여 1/2 탈봇 영역에서 변형을 측정할 수 있도록 실험을 수행하였다. 위상이동에 의해 기록되는 4장의 그림자 무늬를 영상처리하여 감도가 4배 향상된 그림자 무늬를 얻어내었다. 본 논문에서 개발한 측정방법을 기존의 섬유강화 패키지 기판과 무섬유 패키지 기판에 적용하여 상온과 약 $100^{\circ}C$의 환경에서 발생하는 굽힘변형을 측정하였다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권2호
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• pp.57-67
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• 2022

The curing characteristics of naphthalene type epoxy resin systems according to the change of curing agent were investigated to develop a new next-generation EMC(Epoxy Molding Compound) with excellent warpage characteristics, low thermal expansion, and excellent fluidity for WLP(Wafer Level Package). As epoxy resins, DGEBA, which are representative bisphenol type epoxy resins, NE-16, which are the base resins of naphthalene type epoxy resins, and NET-OH, NET-MA, and NET-Epoxy resins newly synthesized based on NE-16 were used. As a curing agent, DDM (Diamino Diphenyl Methane) and CBN resin with naphthalene moiety were used. The curing reaction characteristics of these epoxy resin systems with curing agents were analyzed through thermal analysis experiments. In terms of curing reaction mechanism, DGEBA and NET-OH resin systems follow the nth curing reaction mechanism, and NE-16, NET-MA and NET-Epoxy resin systems follow the autocatalytic curing reaction mechanism in the case of epoxy resin systems using DDM as curing agent. On the other hand, it was found that all of them showed the nth curing reaction mechanism in the case of epoxy resin systems using CBN as the curing agent. Comparing the curing reaction rate, the epoxy resin systems using CBN as the curing agent showed a faster curing reaction rate than them with DDM as a hardener in the case of DGEBA and NET-OH epoxy resin systems following the same nth curing reaction mechanism, and the epoxy resin systems with a different curing mechanism using CBN as a curing agent showed a faster curing reaction rate than DDM hardener systems except for the NE-16 epoxy resin system. These reasons were comparatively explained using the reaction rate parameters obtained through thermal analysis experiments. Based on these results, low thermal expansion, warpage reduction, and curing reaction rate in the epoxy resin systems can be improved by using CBN curing agent with a naphthalene moiety.

• Journal of Welding and Joining
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• 제15권6호
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• pp.105-115
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• 1997

A numerical study is performed to predict the thermal response of a detailed card assembly during infrared reflow soldering. The card assembly is exposed to discontinuous infrared panel heater temperature distributions and high radiative/convective heating and cooling rates at the inlet and exit of the oven. The convective, radiative and conduction heat transfer within the reflow oven as well as within the card assembly are simulated and the predictions illustrate the detailed thermal responses. The predictions show that mixed convection plays an important role with relatively high frequency effects attributed to buoyancy forces, however the thermal response of the card assembly is dominated by radiation. The predictions of the detailed card assembly thermal response can be used to select the oven operating conditions to ensure proper solder melting and minimization of thermally induced card assembly tresses and warpage.

• Composites Research
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• 제27권4호
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• pp.174-181
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• 2014

본 연구에서는 탄소섬유 강화 복합재의 점탄성 성질을 적용한 유한요소 해석에 대해서 기술하였다. 고온의 성형과정에서 발생하는 가장 중요한 문제 중 하나는 잔류응력의 발생이다. 잔류응력으로 인해 성형이 끝난 후 뒤틀림, 균열이 일어 날 수 있으며 이는 완성품에 심각한 결함을 가져올 수 있다. 잔류응력의 주요 원인은 점탄성이며 고온의 성형과정에서 열팽창계수의 차이와 수지의 시간 및 온도에 대한 물성의 변화로 인해 발생하는 탄소섬유 강화 복합재의 특징이다. 화학 수축도 잔류응력에 많은 영향을 주며 이를 고려한 뒤틀림 예측에서 오차를 줄일 수 있는 중요한 요소이다. 본 연구는 복합재 성형에 사용된 온도변화에 대한 경화도와 점탄성 효과, 화학수축을 유한요소 해석으로 수행하기 위한 기법을 연구하고, 점탄성의 영향성을 연구하였다. 기존에 연구되어 있는 논문을 참고하여 서브루틴의 타당성을 검증한 후 나아가 복합재의 적층각의 변화에 따른 응력과 변형을 해석해 봄으로써 실제 복합재의 성형 시 발생하는 휨 현상에 대한 예측방법을 제시하였다.