임피던스 분석을 이용한 솔더 조인트의 실시간 수명 예측 방법 연구

권대일(Daeil Kwon) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11

This paper presents a PHM (Prognostics and health management) based method to predict solder joint remaining life in real time. During stress testing of solder joints, TDR (time domain reflectometry) coefficient, as a measure of RF impedance, exhibited early sensitivity to solder joint degradation in the form of non-linear increase prior to the end of life. The early sensitivity to degradation was trended as representative responses using support vector regression for remaining solder joint life prediction. During accelerated life testing, the TDR coefficients were continuously compared with the representative responses in order to detect anomalies and to predict the remaining life. This method successfully predicted solder joint failures prior to their actual failures. The results implied this approach using a data-driven prognostic algorithm can be an effective means to predict solder joint failures in real time without having a system model or complicated algorithms and assumptions.

Recent Trends in the Research of PHM Techniques

Daeil Kwon(권대일),Joo-Hyung Kim(김주형),Gyuhae Park(박규해),Suk-Joo Bae(배석주),Dawn An(안다운),Hyunseok Oh(오현석),Byeng Dong Youn(윤병동),Gyunyoung Heo(허균영),Joo-Ho Choi(최주호) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.10

Symbolic Time Series Analysis를 이용한 MLCC의 고장전조감지

권대일(Daeil Kwon),박주영(Juyoung Park) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11

건전성 예측관리(PHM) 기술을 이용한 스마트 제조

권대일(Daeil Kwon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.5월

전자패키지 신뢰성 예측을 위한 최적 구간중도절단 시험 설계

권대일,신인선,Kwon, Daeil,Shin, Insun 한국마이크로전자및패키징학회 2015 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.22 No.2

Qualification includes all activities to demonstrate that a product meets and exceeds the reliability goals. Manufacturers need to spend time and resources for the qualification processes under the pressure of reducing time to market, as well as offering a competitive price. Failure to qualify a product could result in economic loss such as warranty and recall claims and the manufacturer could lose the reputation in the market. In order to provide valid and reliable qualification results, manufacturers are required to make extra effort based on the operational and environmental characteristics of the product. This paper discusses optimal interval censoring design for reliability prediction of electronic packages under limited time and resources. This design should provide more accurate assessment of package capability and thus deliver better reliability prediction.

슈퍼컴퓨터에 사용되는 저전력 프로세서 패키지의 신뢰성 평가

박주영,권대일,남덕윤,Park, Ju-Young,Kwon, Daeil,Nam, Dukyun 한국마이크로전자및패키징학회 2016 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.23 No.2

전력가격의 상승으로 데이터센터의 운영비 부담이 늘어나는 가운데, 슈퍼컴퓨터에 저전력 프로세서를 사용하여 데이터센터의 전력소모를 감소시키는 연구가 활발하다. 일반적으로 모바일 기기 등의 운용환경을 기준으로 신뢰성 평가가 이루어지는 저전력 프로세서를 슈퍼컴퓨터에 사용하는 경우 상대적으로 가혹한 운용환경으로 인해 물리적, 기계적 신뢰성 문제가 발생할 수 있다. 이 논문은 슈퍼컴퓨터 운용 환경을 바탕으로 저전력 프로세서 패키지의 수명을 평가하였다. 먼저 문헌조사, 고장모드 및 치명도 분석을 통해 저전력 프로세서 패키지의 주요 고장원인으로 온도 사이클을 선정하였다. 부하-온도 관계를 확인하기 위해 단계적인 부하를 가하며 프로세서의 온도를 측정하였다. 가장 보수적인 운용조건을 가정하고 온도 사이클에 관련된 고장물리 모델을 이용한 결과 저전력 프로세서 패키지의 기대수명은 약 3년 이하로 예측되었다. 실험 결과를 바탕으로 저전력 프로세서 패키지의 기대수명을 향상하는 방법을 제시하였다. While datacenter operation cost increases with electricity price rise, many researchers study low-power processor based supercomputers to reduce power consumption of datacenters. Reliability of low-power processors for supercomputers can be of concern since the reliability of many low-power processors are assessed based on mobile use conditions. This paper assessed the reliability of low-power processor packages based on supercomputer use conditions. Temperature cycling was determined as a critical failure cause of low-power processor packages through literature surveys and failure mode, effect and criticality analysis. The package temperature was measured at multiple processor load conditions to examine the relationship between processor load and package temperature. A physics-of-failure reliability model associated with temperature cycling predicted the expected lifetime of low-power processors to be less than 3 years. Recommendations to improve the lifetime of low-power processors were presented based on the experimental results.

고온히터 솔더접합부의 신뢰성 평가 및 예측

박은주,권대일,사윤기,Park, Eunju,Kwon, Daeil,Sa, Yoonki 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.2

본 논문에서는 고온히터의 주 고장 원인이 되는 단자대 솔더 접합부의 손상 원인을 파악하여 사용 수명을 예측하는 방법을 제시하였다. 고온 히터 사용에 따르는 온도 스트레스로 인한 단자대 솔더 접합부의 영향을 알아보기 위해 동일한 부하 조건을 재현할 수 있는 고온히터 시편을 제작하였다. 고온히터 단자대의 단락은 주로 솔더접합부 내의 금속간 화합물이나 void로 인한 crack발생에서 기인한다. 가속시험을 통한 고장 재현을 위해 고온히터 시편을 $170^{\circ}C$의 오븐에서 장시간 동안 노출시키며 솔더 내부의 금속간 화합물 조성과 void의 변화를 측정하였다. 솔더 내의 금속간 화합물 층의 변화를 확인하기 위해서 주사전자현미경을 이용한 단면 분석을 시행하였고, 시편의 온도 스트레스로 인한 void 변화를 측정하기 위해 저항분광법을 이용한 특정 기준 주파수와 위상에 대한 신호를 실시간으로 측정하는 동시에 microCT를 이용하여 void 분율을 간헐적으로 관찰하였다. 시험결과 고온 노출 시간이 증가함에 따라 솔더 내부의 void의 분율이 증가하는 것을 확인하였으며 위상차 변화와 높은 상관관계가 있음을 확인하였다. 이 상관관계를 통해 온도 스트레스에 노출된 고온히터의 수명을 비파괴적으로 예측할 수 있음을 제시하였다. This paper proposes an approach to predict the reliability of high temperature heaters by identifying their primary failure modes and mechanisms in the field. Test specimens were designed to have the equivalent stress conditions with the high temperature heaters in the field in order to examine the effect of stress conditions on the solder joint failures. There failures often result from cracking due to intermetallic compound (IMC) or void formation within a solder joint. Aging tests have been performed by exposing the test specimens to a temperature of $170^{\circ}C$ in order to reproduce solder joint failures in the field. During the test, changes in IMC formation were investigated by scanning electron microscopy (SEM) on the cross-sections of the test specimens, while changes in void formation were monitored both by resistance spectroscopy and by micro-computed tomography (microCT), alternately. The test results demonstrated the void volume within the solder increased as the time at the high temperature increased. Also, the phase shift of high frequency resistance was found to have high correlation with the void volume. These results implied the failure of high temperature heaters can be non-destructively predicted based on the correlation.

유한요소 해석을 이용한 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 과정에서의 휨 현상 분석

김금택,권대일,Kim, Geumtaek,Kwon, Daeil 한국마이크로전자및패키징학회 2018 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.25 No.1

기술의 발전과 전자기기의 소형화와 함께 반도체의 크기는 점점 작아지고 있다. 이와 동시에 반도체 성능의 고도화가 진행되면서 입출력 단자의 밀도는 높아져 패키징의 어려움이 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 산업계에서는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FO-WLP)에 주목하고 있다. 또한 FO-WLP는 다른 패키지 방식과 비교해 얇은 두께, 강한 열 저항 등의 장점을 가지고 있다. 하지만 현재 FO-WLP는 생산하는데 몇 가지 어려움이 있는데, 그 중 한가지가 웨이퍼의 휨(Warpage) 현상의 제어이다. 이러한 휨 변형은 서로 다른 재료의 열팽창계수, 탄성계수 등에 의해 발생하고, 이는 칩과 인터커넥트 간의 정렬 불량 등을 야기해 대량생산에 있어 제품의 신뢰성 문제를 발생시킨다. 이러한 휨 현상을 방지하기 위해서는 패키지 재료의 물성과 칩 사이즈 등의 설계 변수의 영향에 대해 이해하는 것이 매우 중요하다. 이번 논문에서는 패키지의 PMC 과정에서 칩의 두께와 EMC의 두께가 휨 현상에 미치는 영향을 유한요소해석을 통해 알아보았다. 그 결과 특정 칩과 EMC가 특정 비율로 구성되어 있을 때 가장 큰 휨 현상이 발생하는 것을 확인하였다. As the size of semiconductor chip shrinks, the electronic industry has been paying close attention to fan-out wafer level packaging (FO-WLP) as an emerging solution to accommodate high input and output density. FO-WLP also has several advantages, such as thin thickness and good thermal resistance, compared to conventional packaging technologies. However, one major challenge in current FO-WLP manufacturing process is to control wafer warpage, caused by the difference of coefficient of thermal expansion and Young's modulus among the materials. Wafer warpage induces misalignment of chips and interconnects, which eventually reduces product quality and reliability in high volume manufacturing. In order to control wafer warpage, it is necessary to understand the effect of material properties and design parameters, such as chip size, chip to mold ratio, and carrier thickness, during packaging processes. This paper focuses on the effects of thickness of chip and molding compound on 12" wafer warpage after PMC of EMC using finite element analysis. As a result, the largest warpage was observed at specific thickness ratio of chip and EMC.

산업인공지능 기반 제조 생산성을 고려한 솔더링 공정 조건 분석

강문식(Moonsik Kang),권대일(Daeil Kwon) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

대량 생산 환경에서 많은 제조 공정의 목표는 제품의 품질 저하 없이 생산량과 생산 속도를 지속적으로 향상시키는 것이다. 이러한 목표는 한정된 공정시간과 같은 현장 제약조건과 연관되며, 현장 제약조건은 때때로 제조 공정 조건을 결정하는데 영향을 미칠 수 있다. 이 연구에서는 공정 조건 선택을 위한 산업인공지능 기반 분석 방법을 태양광 모듈 제조 공정에 적용하여, 솔더링 시간 및 솔더 접합력을 고려한 솔더링 공정 조건을 도출하고자 한다. 온도 상승 속도, 최대 온도, 냉각 속도 등 솔더링 공정 변수가 솔더 접합력에 미치는 영향을 조사하였고, 원하는 생산속도와 접합력 기반 품질을 확보하기 위한 솔더링 공정 조건을 도출한다. 본 연구는 품질관리 고도화와 함께 생산성 향상에 기여할 것으로 기대된다. In mass manufacturing environment, the objectives of many manufacturing process are to continuously enhance the volume and the rate of production without compromising product quality. This requirement is associated with constraints, such as limited process time, which may sometimes affect process parameter selection. In this work, industrial AI based analysis is studied for soldering process parameter selection between soldering time and solder joint adhesion during solar panel manufacturing. The effect of soldering process parameters, including heating rate, peak temperature, cooling rate, on solder joint adhesion was examined. The optimal condition of soldering process parameters to achieve the desired rate of production and adhesion-based product quality was determined. This study is expected to contribute to advanced product quality management with enhanced productivity.

반도체 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지에서 몰드의 두께가 휨 현상에 미치는 영향 분석

김금택(Geumtaek Kim),권대일(Daeil Kwon) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.4