2024

Vol.31 No.1

Editorial Office

Review

  • Journal of the Microelectronics and Packaging Society
  • Volume 29(3); 2022
  • Article

Review

Journal of the Microelectronics and Packaging Society 2022;29(3):43-48. Published online: Nov, 21, 2022

Development of Warpage Simulation Method according to Thermal Stress based on Equivalent Anisotropic Viscoelastic Model

  • Heon-Su Kim1, Hak-sung Kim1,2,†
    1Department of Mechanical Convergence Engineering, Hanyang University, Wangsimni-ro, Seongdong-gu, Seoul 04763, korea, 2Institute of Nanoscience and Technology, Hanyang University, Wangsimni-ro, Seongdong-gu, Seoul 04763, korea
Corresponding author E-mail: kima@hanyang.ac.kr
Abstract

본 연구에서는 재료의 이방성 점탄성 거동을 고려한 해석 기법을 개발하여 휨(Warpage) 해석의 정합성을 개 선하고자 하였다. 먼저, 이방성 점탄성 거동 구현을 위해 구리 패턴(Cu trace) 및 범프(Bump)가 존재하는 패키지를 모델 링 하였다. 복잡한 형상의 범프 영역은 대표체적요소 모델을 기반으로 등가 이방성 점탄성 물성 및 열 팽창계수를 도출 하였다. 도출된 물성을 기반으로 패키지에 0~125도의 열 주기(Thermal cycle)를 가하였으며, 열 주기에 따른 패키지의 휨 경향을 확인하였다. 해석 결과의 검증을 위해 해석 모델과 동일한 패키지를 제작하였고, 쉐도우 모아레 간섭계(Shadow Moire interferometer)를 통해 열 주기에 따른 실제 패키지의 휨 정도를 측정하였다. 결과적으로 구리 패턴, 범프 등의 요 소가 고려된 등가 이방성 점탄성 해석 기법의 적용으로 5 μm 이내의 오차로 패키지의 휨 정도를 계산하고 휨의 형태를 예측할 수 있었다.
In this study, simulation method was developed to improve the accuracy of the warpage simulation based on the equivalent anisotropic viscoelastic model. First, a package with copper traces and bumps was modeled to implement anisotropic viscoelastic behavior. Then, equivalent anisotropic viscoelastic properties and thermal expansion coefficient for the bump region were derived through the representative volume element model. A thermal cycle of 0 to 125 degrees was applied to the package based on the derived mechanical properties, and the warpage according to the thermal cycle was simulated. To verify the simulation results, the actual package was manufactured, and the warpage with respect to the thermal cycle was measured through shadow moiré interferometer. As a result, by applying the equivalent anisotropic viscoelastic model, it was possible to calculate the warpage of the package within 5 μm error and predict the shape of the warpage.

Keywords Package, Warpage, Anisotropic viscoelastic property, Representative volume element model, Finite element method