가혹환경에서 FBGA 패키지의 흡습물성 및 이온 마이그레이션 신뢰성 평가

Abstract

이번 HAST 신뢰성 해석 모델 개발 과제를 위하여 확산이론과 흡습물성에 대하여 정리하였다. 과제의 목표는 패키지 재료(EMC 5종, WBL 3종, PWBL 2종) 의 흡습 물성을 측정하는 것이며 그 물성은 습기의 확산속도, 포화습기용량, 습기팽창계수이다. JEDEC 표준이나 기존의 연구자들이 사용한 평가방법을 정리하였고 그 방법을 따라 온도와 상대습도에 대한 함수로 물성을 평가하였다. 마지막으로 ABAQUS를 이용한 유한요소해석 방법을 정리하였으며 HAST 조건(130 ℃/85 %RH)에서 패키지 내부의 습기 확산을 구하고 재료별 습기 농도 차이를 통해 이온 마이그레이션의 가능성에 대하여 알아보았다. 해석 결과 습기에 의한 응력을 고려하였을 때, 열응력만을 고려하였을 때보다 약 50 %이상 응력이 증가하는 것을 확인했다. 그렇지만 이것보다 우선적으로 파괴기준(failure criteria)을 강도 기준으로 볼 것인지 계면파괴인성치를 기준으로 볼 것인지를 수립해야 한다. 계면파괴인성치를 보는 것이 더욱 합리적이라고 생각되는데 계면파괴인성치는 습기에 노출될 경우 더 작아지는 경향이 있기 때문이다. 습기에 의해 파괴기준이 내려가면서 응력이 증가한다면 두 가지 경우를 모두 고려하는 것이 타당할 것이다. 마지막으로 Cu-ion migration 가능성에 대해 알아보았다. EMC는 2-1을 사용하는 것이 SPACER의 습기 농도를 가장 작게 만들었다. SPACER의 차이로는 PSPACER를 사용하는 것이 PWBL을 사용하는 것보다 위험한 것으로 나타났다. 이것은 PSPACER를 사용할 때 WBL을 함께 사용하기 때문이며 WBL의 확산계수가 크고 포화습기용량이 온도의 함수로 나타나 HAST 조건에서 마치 펌프처럼 습기를 흡수해 주위로 공급하기 때문이다.