인쇄회로기판 B²it(Buried Bump Interconnection Technology) 구조의 열적-기계적 거동특성 해석

Thermo-mechanical Behavior Characteristic Analysis of B²it(Buried Bump Interconnection Technology) in PCB(Printed Circuit Board)

최근 인쇄회로기판(PCB)의 제품트랜드는 박형화, 고밀도화로 대표되지만 휨(Warpage) 억제, 신뢰성확보와 같은 기술적 난제로 인해 박형화와 고밀도화에 많은 제약을 받고 있다. B²it(Buried Bump Interconnection Technology) 공법은 기판의 핵심공정 중 하나인 드릴링 공정이 생략되어 인쇄회로기판을 낮은 제조비용으로 박형화할 수 있는 기술로 개발되고 있다. 본 논문은 B²it공법이 적용된 인쇄회로기판의 열적-기계적 거동특성을 유한요소해석(FEA)을 통해 고찰한 논문으로서 패키징레벨에서 방열효과와 신뢰성 등에 벙프의 재료, 형상 등이 미치는 영향 등을 분석하였다. 해석결과에 의하면 B²it공법이 적용한 인쇄회로기판은 기존 비아구조를 가진 인쇄회로기판에 비해 칩에서 발생하는 열의 확산이 신속하고 패키징의 휨을 억제하는데도 유리하며 칩에서 발생하는 응력도 낮추지만 솔더-조인트의 응력은 증가시키게 된다. 따라서 패키징의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 범프의 형상, 재료 등을 패키징을 구성하고 있는 모든 요소들을 고려하여 최적화하는 것이 필요하다.

Although thin PCBs(Printed Circuit Boards) have recently been required for high density interconnection, high electrical performance, and low manufacturing cost, the utilization of thin PCBs is severely limited by warpage and reliability issues. Warpage of the thin PCB leads to failure in solder-joints and chip. The B²it(Buried Bump Interconnection Technology) for PCB has been developed to achieve a competitive manufacturing price. In this study, chip temperature, package warpage, chip stress and solder-joints stress characteristics of the PCB prepared with B²it process have been calculated using thermo-mechanical coupled analysis by the FEM(Finite Element Method). FEM computation was carried out with the variations in bump shapes and kinds of materials under 1.5W power of chip and constant convection heat transfer. The results show that chip temperature distribution reached more quickly steady-state status with PCB prepared with B²it process than PCB prepared with conventional via interconnection structure. Although B²it structures are effective on low package warpage and chip stress, with high strength bump materials arc disadvantage for low stress of solder-joints. Therefore, it is recommended that optimized bump shapes and materials in PCB design should be considered in terms of reliability characteristics in the packaging level.