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온도변화에 따른 MEMS 자이로스코프 패키지의 미소변형 측정
주진원,최용서,좌성훈,김종석,정병길,Joo Jin-Won,Choi Yong-seo,Choa Sung-Hoon,Kim Jong-Seok,Jeong Byung-Gil 한국마이크로전자및패키징학회 2004 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.11 No.4
MEMS 소자의 패키지는 일반적으로 패키징 과정에서 큰 온도변화를 받게 되는데, 이에 의한 패키지의 변형은 패키지 및 소자의 신뢰성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 진동형 MEMS 자이로스코프 센서의 패키지를 대상으로 하여, 온도변화로 인한 열변형 거동에 대한 광학실험과 해석을 수행하였다. 이를 위하여 실시간 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 MEMS 패키지의 굽힘변형 거동 및 인장변형에 대한 해석을 수행하였다. MEMS 칩과 EMC 및 PCB의 열팽창계수 차이로 인하여 패키지는 $125^{\circ}C$ 이하에서는 전체적으로 아래로 볼록한 굽힘변형이 발생하였으며, 온도 $140^{\circ}C$를 정점으로 그 이상의 온도에서는 반대의 굽힘변형이 발생하였다. MEMS의 주파수에 영향을 줄 수 있는 칩 자체의 수축변형률은 약 $481{\times}10^{-6}$로 측정되어서 MEMS 설계시 이를 고려하여야 함을 알 수 있다. In MEMS devices, packaging induced stress or stress induced structure deformation become increasing concerns since it directly affects the performance of the device. In this paper, deformation behavior of MEMS gyroscope package subjected to temperature change is investigated using high-sensitivity moire interferometry. Using the real-time moire setup, fringe patterns are recorded and analyzed at several temperatures. Temperature dependent analyses of warpages and extensions/contractions of the package are presented. Linear elastic behavior is documented in the temperature region of room temperature to $125^{\circ}C$. Analysis of the package reveals that global bending occurs due to the mismatch of thermal expansion coefficient between the chip, the molding compound and the PCB. Detailed global and local deformations of the package by temperature change are investigated, concerning the variation of natural frequency of MEMS gyro chip.
구멍뚫기방법을 이용한 깊이방향으로 변하는 잔류응력 측정방법
주진원,박찬기,Ju, Jin-Won,Park, Chan-Gi 대한기계학회 1998 大韓機械學會論文集A Vol.22 No.2
The numerical procedure for calculating non-uniform residual stress fields by using relieved strain data from incremental hole drilling method is presented. Finite element calculations are described to evaluate the relieved coefficients required for the determination of residual stresses. From the results of simulations it is found that this numerical method is well adopted to measuring non-uniform residual stress in the hole depth range of 0.8 times of the hole diameter from the surface. In order to examine the practicability of this method, the hole drilling procedure for the four point bending test is performed. This method is applied to the measurement of residual stresses in the cold-rolled steel pipe. It is shown that the magnitude of residual stress in the pipe is not negligible when compared with yield stress and the residual stress should be duly considered in designing structures with this pipes.
Flip Chip PBGA 패키지의 온도변화에 대한 변형거동 해석
주진원,김도형,Joo, Jin-Won,Kim, Do-Hyung 한국마이크로전자및패키징학회 2006 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.13 No.4
본 논문에서는 FC-PBGA 패키지를 대상으로 하여 온도변화에 따른 열변형에 대한 실험과 해석을 수행하였다. 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 굽힘변형 거동 및 솔더볼의 변형률에 대한 해석을 수행하였다. 한 개의 패키지가 PCB에 연결되어 있는 단면 패키지 결합체와 두 개의 패키지가 PCB의 양쪽에 연결되어 있는 양면 패키지 결합체의 변형 거동을 비교하였다. FC-PBGA의 단면 패키지 결합체 패키지의 최대 굽힘변위는 결합되지 않은 패키지보다 20%정도 작게 발생된 것으로 나타났으며 앙면 패키지의 경우는 대칭성으로 인하여 칩 윗면의 최대 굽힘변위가 단면패키지보다 반 정도 작게 발생되었다. 솔더볼의 파손에 큰 영향을 미치는 유효변형률은 단면 패키지 결합체의 경우 칩 가장자리의 바로 바깥쪽 솔더볼에서, 양면 패키지 결합체의 경우는 칩 가장자리의 바로 안쪽 솔더볼에서 가장 큰 값을 가졌으며, 그 최대값은 양면패키지 결합체의 경우가 50%정도 더 큰 것으로 나타났다. Thermo-mechanical behavior of flip-chip plastic ball grid array (FC-PBGA) packages are characterized by high sensitive $moir\'{e}$ interferometry. $Moir\'{e}$ fringe patterns are recorded and analyzed for several temperatures. Deformation analysis of bending displacements of the packages and average strains in the solder balls for both single and double-sided package assemblies are presented. The bending displacement of the double-sided package assembly is smaller than that of the single-sided one because of its symmetric structure. The largest effective strain occurred at the solder ball located on the edge of the chip and its magnitude of the double-sided package assembly is greater than that of single-sided one by 50%.