Abstract
Unlike common device, MEMS(micro-electro-mechanical system) device consists of very small mechanical structures which determine the performance of the device. Because of its small mechanical structure inside. MEMS device is very sensitive to thermal stress caused by CTE(coefficient of thermal expansion) mismatch between its components. Therefore, its characteristics are affected by material properties. process temperature. and dimensions of each layer such as chip, adhesive and substrate. In this study. we investigated the change of the thermal stress in the chip attached to a substrate. With computer-aided finite element method (FEM), the computer simulation of the thermal stress was conducted on variables such as bonding material, process temperature, bonding layer thickness and die size. The commercial simulation program, ABAQUS ver5.6, was used. Subsequently 3-layer test samples were fabricated, and their degree of bending were measured by 3-D coordinate measuring machine. The experimental results were in good agreement with the simulation results. This study shows that the bonding layer could be the source of stress or act as the buffer layer for stress according to its elastic modulus and CTE. Solder adhesive layer was the source of stress due to its high elastic modulus, therefore high compressive stress was developed in the chip. And the maximum tensile stress was developed in the adhesive layer. On the other hand, polymer adhesive layer with low elastic modulus acted as buffer layer, and resulted in lower compressive stress. The maximum tensile stress was developed in the substrate.
마이크로 머신 소자는 일반전자 소자와 달리 소자 자체에 미세한 기계적 구조물을 갖고 있으며, 이의 구동을 통하여 센서 또는 엑츄에이터의 기능을 갖게 된다. 이 소자들은 그 작동 요구특성에 따라 패키지의 기계적, 환경적 격리를 요구하거나 분위기조절이 요구되는 등 까다로운 패키지 특성을 필요로 한다. 또한 미세한 작동소자들로 인하여 열 및 열응력에 매우 민감하며, 패키지방법에 따라 구동부위의 작동 특성이 크게 변화할 수 있다. 본 연구에서는 마이크로 머신 소자가 패키지 상에 접촉되어 패키지 될 때, 소자의 접촉 재료 및 공정온도, 크기 등이 마이크로 머신 소자에 미치는 열응력을 연구하였다. 유한요소해석법을 사용하여 소자에 미치는 열응력과 이로 인한 마이크로머신 소자의 물리적 변형을 예측하고, 이를 통하여 마이크로 머신 소자 패키지에 최소한의 열응력을 미치는 소자접속 재료의 선별과 패키지 설계의 최적화를 이루고자 하였다.