스트레인 게이지를 이용한 패키지 재료의 열팽창계수 측정

양희걸,주진원,Yang, Hee-Gul,Joo, Jin-Won 한국마이크로전자및패키징학회 2013 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.20 No.3

It is well known that thermal deformation of electronic packages with Pb-Sn solder and with lead-free solder is significantly affected by material properties consisting the package, as well as those of the solder itself. In this paper, the method for determining coefficient of thermal expansion(CTE) of new material is established by using temperature characteristic of strain gages, and the CTE of molding compound are obtained experimentally. The temperature-dependent CTE of molding compound for Pb-Sn solder and that for lead-free solder are obtained by using strain measurements with well known steel specimen and aluminium specimen as reference specimens, and the CTE's are also measured non-contactly by using moire interferometry. Those results are compared, and the agreement between the two types of strain gage experiment and the moire experiment show the strain gage method used in this paper to be reliable. In the case of the molding compound for Pb-Sn solder, the CTE is measured as approximately $15.8ppm/^{\circ}C$ regardless of the temperature. In the case for the lead-free solder, the CTE is measured as of approximately $9.9ppm/^{\circ}C$ below the temperature of $100^{\circ}C$, and then the CTE is increased sharply depending on the temperature, and reaches to $15.0ppm/^{\circ}C$ at $130^{\circ}C$. 유연 솔더가 실장된 패키지와 무연 솔더가 실장된 패키지의 온도에 따른 변형 거동은 솔더 자체의 물성치 뿐만 아니라 패키지를 구성하는 재료의 물성치에도 큰 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 논문에서는 스트레인 게이지의 온도특성을 이용하여 미지 재료의 열팽창계수를 결정하는 방법을 정립하고, 반도체 패키지 몰딩 화합물의 열팽창계수를 실험적으로 구하였다. 탄소강과 알루미늄 시편을 기준 시편으로 사용하고 스트레인 게이지 측정을 통하여 온도에 따른 유연 솔더용 몰딩 화합물과 무연 솔더용 몰딩 화합물의 열팽창계수를 구하고, 무아레 간섭계를 이용하여 비접촉적으로 열팽창 계수를 측정하여 결과를 비교하였다. 기준 시편에 따른 두 가지 스트레인 게이지 실험 결과와 무아레 실험 결과가 잘 일치하여서 실험방법에 신뢰성이 있는 것을 보였다. 유연 솔더용 몰딩 화합물의 경우에는 열팽창계수가 온도에 관계없이 약 $15.8ppm/^{\circ}C$로 측정되었고, 무연 솔더용의 경우에는 $100^{\circ}C$이하의 온도에서 몰딩 화합물의 열팽창계수는 약 $9.9ppm/^{\circ}C$이었으나 $100^{\circ}C$이상에서는 온도가 증가함에 따라 열팽창계수가 급격하게 증가되어 $130^{\circ}C$에서는 $15.0ppm/^{\circ}C$의 값을 가졌다.

고감도 그림자 무아레 기법을 이용한 모바일 전자부품의 변형 측정

양희걸,주진원,Yang, Hee-Gul,Joo, Jin-Won 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.1

모바일 기기 내부에 있는 전자부품들은 반도체 칩이나 그 밖의 여러 가지 재료로 구성되어 있다. 이러한 전자부품들은 매우 얇고, 구성된 재료들은 다양한 열팽창 계수를 가지고 있으므로 온도 변화나 외부 하중에 의해서 쉽게 굽힘이 일어난다. 그림자 무아레 방법은 비접촉으로 전체 영역에 걸친 면외변위를 측정하는 광학적 방법이지만 측정 감도를 $50{\mu}m/fringe$ 이내로 하기 어려워서 반도체 패키지의 굽힘변형을 측정하기에는 적당하지 않은 면이 있었다. 본 논문에서는 그림자 무아레 기법의 여러 실험조건들을 최적화하여 $25{\mu}m/fringe$의 향상된 감도를 갖는 측정 방법을 구현하였다. 또한 이로부터 위상이동에 의해 기록되는 4장의 그림자 무늬를 영상 처리하여 감도가 4배 향상된 그림자 무늬를 얻어내고 이를 스마트폰의 소형 전자부품들에 적용하여 온도변화에 따라 발생하는 굽힘 변위를 $5{\mu}m/fringe$의 고감도로 측정하였다. The electronic components in mobile device are composed of electronic chips and various other materials. These components become extremely thin and the constituent materials have different coefficient of thermal expansion, so that considerable warpages occurs easily due to temperature change or external load. Shadow $moir{\acute{e}}$ is non-contact, whole field technique for measuring out-of-plane displacement, but the measurement sensitivity is not less than $50{\mu}m/fringe$, which is not suitable for measuring the warpage of the electronic components. In this paper, we implemented a measurement method with enhanced sensitivity of $25{\mu}m/fringe$ by investigating and optimizing various experimental conditions of the shadow $moir{\acute{e}}$. In addition, four $moir{\acute{e}}$ fringe patterns recorded by the phase shift are processes to obtain a $moir{\acute{e}}$ fringe patterns with a sensitivity four times higher. The measurement technique is applied to small electronic components of a smart phone for measuring warpage with a high sensitivity of $5{\mu}m/fringe$ at room temperature and at the temperature of $100^{\circ}C$.

스트레인 게이지를 이용한 열팽창 계수 측정

양희걸(Hee Gul Yang),주진원(Jin Won Joo) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

This paper presents how to obtain the thermal expansion coefficient by using strain gage. For this experiment, each of two strain gage attaching specimen was heated to the same temperature interval. In order to measure up to 180 , the high-temperature-wire, high-temperature-lead-wire and high-temperature-bond were used. Thermal expansion coefficient was obtained through the difference of the axial strain between test material and reference material. This experiment suggest the more simply, regardless of the size and thickness of the material to get the thermal expansion coefficient

그림자 무아레를 이용한 warpage 측정에서의 정밀도 향상 연구

양희걸(Hee Gul Yang),주진원(Jin Won Joo) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.11

Shadow moire is intensifying for measurements of warpage of electrical devices. While the method have served nicely, there is a demand for high sensitivity. In this paper, in order to enhance the sensitivity, the non-zero Talbot distance to achieve the large dynamic range as well as high precision was utilized. An optimal optical configurations of the system for the best fringe contrast was also proposed. the non-zero Talbot distance to achieve the large dynamic range as well as high precision was utilized. An optimal optical configurations of the system for the best fringe contrast was also proposed.

패키지 기판의 Warpage 해석을 위한 열팽창계수의 측정 및 평가

양희걸(Hee Gul Yang),주진원(Jin Won Joo) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.10

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. Microelectronics components contain various materials with different coefficients of thermal expansion (CTE). Although a large amount of published data on the CTE of standard materials is available, it occasionally becomes necessary to measure this property for a specific actual material over a particular temperature range. A change in the temperature of a material causes a corresponding change in the output of the strain gage installed on the specimen because of not only the mechanical load but also the temperature change. In this paper, a detailed technique for CTE measurement based on these thermal characteristics of strain gages is proposed and its reliability is evaluated. A steel specimen, aluminum specimen, and copper specimen, whose CTE values are well known, were used in this evaluation. The proposed technique was successfully applied to the measurement of the CTE of a coreless package substrate composing of electronics packages.

스트레인 게이지를 이용한 열팽창계수의 측정

주진원, 양희걸 충북대학교 산업과학기술연구소 2011 산업과학기술연구 논문집 Vol.25 No.1

-본문참고-

SUS 물탱크의 실물구조시험 및 안전성 평가

주진원, 양희걸 충북대학교 건설기술연구소 2011 충북대학교 건설기술연구소 논문집 Vol.30 No.2

-본문참고-

SUS 물탱크의 실물구조시험 및 안전성 평가

주진원 ( Jin Won Joo ),양희걸 ( Hee Gul Yang ) 충북대학교 건설기술연구소 2011 建設技術論文集 Vol.30 No.2

국내의 한 업체에서는 SUS 패널을 볼트 조립식으로 결합하여 5 m 높이의 200 톤 용량 물탱크를 개발하였다. 이러한 5 m 높이의 물탱크에서는 수압에 의한 응력과 변형이 예측하지 못할 정도로 커질 수 있으므로 물탱크에 대한 안정성 평가가 필수적으로 확보되어야 한다. 본 논문에서는 스트레인 게이지를 이용하여 200 ton 물탱크의 실물구조시험을 수행하였다. 이를 위하여 23개의 지점에 스트레인 게이지를 부착하고, 실제 설치되어 있는 물탱크에 단계적으로 물을 채워가며 변형률을 측정하였다. 또한 변형률 측정결과를 이용하여 각 지점에서의 응력을 계산하고 허용응력과 비교하여 SUS 물탱크의 안전성을 평가하였다. 계산된 응력은 1.5 m 지점의 중앙부 프린지, 저면 프린지, 내부 stay에서 가장 크게 발생되었는데 그 크기는 만수 시 985~1141 kgf/cm2로 계산되어서 허용응력과 비교하면 안전에 문제가 없는 것으로 판단되었다. Large capacity water storge tank having a height of 5 meters has been developed by a domestic manufacturers. The water tank is made of stainless steel(STS444) panel for ensuring hygienes. In order to evaluate the safety of the tank, structural test is performed by using strain gages. Strain measurement are conducted for twenty three strain gages attached on selected critical location under the stepwise static pressure of actual installed water tank. Changes in strain as increase of water height and strain distributions are investigated . In addition, stresses are calculated and compared with allowable stress to evaluate the safety of the SUS water tank. Results show that the stress level is most severe at the position of 1.5 m high central fringe, bottom fringe and inside stay. The maximum tensile stresses are calculated as 985 kgf cm2 to 1141 kgf cm2, and these stress level is evaluated low enough to secure the safety of the structure.

토크렌치 교정기의 개발 및 특성평가

주진원 ( Jin Won Joo ),양희걸 ( Hee Gul Yang ) 충북대학교 산업과학기술연구소 2012 산업과학기술연구 논문집 Vol.26 No.1

This paper describes the design process and evaluation results of a torque wrench calibrator. High precision torque cell whose capacities are 100, 200 N. m has been developed, prior to the development of whole torque wrench calibrator. In order to evaluate characteristics such as sensitivity, nonlinearity errors, hysteresis errors and repeatability errors, the calibration test was performed using a standard torque machine. Calibration test results show that the torque cell has maximum rated output of 1.43331 mV/V and is estimated to be within 0.018% Fs in accuracy. In addition, the torque wrench calibrator developed in this paper is estimated to have very high accuracy within 0.03% FS.

그림자 무아레 가시도 향상을 위한 이미지 기록방법연구

박용욱(Yong Uk Park),양희걸(Hee gul Yang),주진원(Jin Won Joo) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.4-2