Choi, Kwang-Seong;Lee, Haksun;Bae, Hyun-Cheol;Eom, Yong-Sung;Lee, Jin Ho
ETRI Journal
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v.37
no.2
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pp.387-394
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2015
A novel interconnection technology based on a 52InSn solder was developed for flexible display applications. The display industry is currently trying to develop a flexible display, and one of the crucial technologies for the implementation of a flexible display is to reduce the bonding process temperature to less than $150^{\circ}C$. InSn solder interconnection technology is proposed herein to reduce the electrical contact resistance and concurrently achieve a process temperature of less than $150^{\circ}C$. A solder bump maker (SBM) and fluxing underfill were developed for these purposes. SBM is a novel bumping material, and it is a mixture of a resin system and InSn solder powder. A maskless screen printing process was also developed using an SBM to reduce the cost of the bumping process. Fluxing underfill plays the role of a flux and an underfill concurrently to simplify the bonding process compared to a conventional flip-chip bonding using a capillary underfill material. Using an SBM and fluxing underfill, a $20{\mu}m$ pitch InSn solder SoP array on a glass substrate was successfully formed using a maskless screen printing process, and two glass substrates were bonded at $130^{\circ}C$.
A chemorheological analysis of a no-flow underfill was conducted using curing kinetics through isothermal and dynamic differential scanning calorimetry, viscosity measurement, and solder (Sn/27In/54Bi, melting temperature of $86^{\circ}C$) wetting observations. The analysis used an epoxy system with an anhydride curing agent and carboxyl fluxing capability to remove oxide on the surface of a metal filler. A curing kinetic of the no-flow underfill with a processing temperature of $130^{\circ}C$ was successfully completed using phenomenological models such as autocatalytic and nth-order models. Temperature-dependent kinetic parameters were identified within a temperature range of $125^{\circ}C$ to $135^{\circ}C$. The phenomenon of solder wetting was visually observed using an optical microscope, and the conversion and viscosity at the moment of solder wetting were quantitatively investigated. It is expected that the curing kinetics and rheological property of a no-flow underfill can be adopted in arbitrary processing applications.
In this paper, the effects of conventional and newly developed elastomer modified underfill materials on the mechanical shock reliability of BGA board assembly were studied for application in mobile electronics. The mechanical shock reliability was evaluated through a three point dynamic bending test proposed by Motorola. The thermal properties of the underfills were measured by a DSC machine. Through the DSC results, the curing condition of the underfills was selected. Two types of underfills showed similar curing behavior. During the dynamic bending reliability test, the strain of the PCB was step increased from 0.2% to 1.5% until the failure circuit was detected at a 50 kHz sampling rate. The dynamic bending reliability of BGA board assembly using elastomer modified underfill was found to be superior to that of conventional underfill. From mechanical and microstructure analyses, the disturbance of crack propagation by the presence of submicron elastomer particles was considered to be mainly responsible for that result rather than the shear strength or elastic modulus of underfill joint.
The present study is devoted to investigate the transient flow and to estimate the filling time fur underfill process by using the numerical model established on the fluid momentum equation. For optimization of the design and selection of process parameters, this study extensively presents an estimation of the filling time in the view points of some important factors related to underfill materials and flip-chip geometry. From the results, we conclude that the filling time changes with respect to the under fill materials because of different viscosity, surface tension coefficient and contact angle. It reveals that, as the gap height increases, the filling time decreases substantially, and goes to the saturated values.
In this study, the interfacial reactions and electrical properties of the Sn-35(wt%)Pb-2(wt%)Ag/Cu BGA solder joints after the thermal shock test were investigated with three different kinds of the underfill used commercially. The microstructural evolutions of the solder joints were observed using a scanning electron microscopy (SEM) and the electrical resistance of the solder joints were evaluated with the numbers of thermal shock cycle using the four-prove method. The increase in the $Cu_{6}Sn_{5}$ IMC thickness led to the increase in the electrical resistance with increasing the numbers of the thermal shock cycle. The increase in the electrical resistance of the BGA packages with the underfill was smaller than that without the underfill. The silica contained underfill led to the higher electrical resistance.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.9
no.4
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pp.35-45
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2002
The stresses of the underfill/chip interface due to thermal loading was studied using the finite element method. At first, the effective properties of underfill for several volume fractions of silica particles were calculated by Mori-Tanaka method for three different material sets, and the parameters of singularity for the bimaterial edge and the bimaterial wedge were calculated. Consequently, the stresses at the underfill/chip interface with volume fraction of silica particles were investigated. Five different geometric models of flip-chip assembly involving two kinds of bimaterial strips and three kinds of three-layer models were considered under the assumption that the underfill is homogeneous. It was assumed that all components of the flip-chip assembly were linear elastic and isotropic, and their properties were temperature independent. The analysis was conducted in the context of the uncoupled plane thermo-elasticity under a plane strain assumption.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.16
no.3
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pp.39-43
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2009
In this paper, the flow characteristics of underfill material driven by capillary action between flip-chip and substrate were investigated. Also, the effects of viscosity level and dispensing point of underfill on flow characteristics were investigated. Flip chip package size was $5mm{\times}5mm{\times}0.65^tmm$, the diameter of solder bump was 100 ${\mu}m$, and the pitch was 150 ${\mu}m$. It was full grid area-array type with 1024 I/Os. The glass substrate was used and the gap between the chip and substrate was 50 ${\mu}m$. For the experimental study, three different underfills with different viscous properties($2000{\sim}3700$ cps), and two different types of dispensing methods(center dot and edge dot) were used. The flow characteristics and filling time of underfill were investigated by using CCD camera. The results show that the edge flow was faster than center flow due to the edge effect, which was caused by the resistance of solder bumps. In case of edge dot dispensing type, the filling time was faster due to the large edge effect, compared to center dot dispensing type. Also, it was found that the underfill flow was faster and the filling time decreased as the viscosity level of underfill was decreased.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.2
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pp.225-231
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2012
Drop simulations of the board level in the flip chips with solder joints have been highlighted for years, recently. Also, through the study on the life prediction of thermal fatigue in the flip chips considering underfill, its importance has been issued greatly. In this paper, dynamic analysis using the implicit method in the Finite Element Analysis (FEA) is carried out to assess the factors effecting on flip chips considering underfill. The design parameters are size and thickness of chip, and size, pitch and array of solder ball with composition of Sn1.0Ag0.5Cu. The board systems by JEDEC standard is modeled with various design parameter combinations, and through these simulations, maximum yield stress and strain at each chip are shown at the solder balls. Modal analysis is simulated to find out the relation between drop impact and vibration of the board system.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.3
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pp.59-62
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2013
Experimental analyses on the solder joint reliability of plastic ball grid array under harsh random vibration were presented. The chips were assembled on the daisy chained circuit boards for the test samples preparation, half of which were processed for underfill to investigate the underfill effects on the solder failures. Acceptance and qualification levels were applied for the solder failure tests, and the overall controlled RMS of the power spectrum densities of the steps were 22.7 Grms and 32.1 Grms, respectively. It was found that the samples survived without any solder failure during the tests, demonstrating the robustness of the packaging structure for potential avionics and space applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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