패키징 공정 프로세스

반도체 패키징 공정은 반도체 특성을 구현한 칩을 제품화하는 단계이다. 제조 공정을 거친 칩은 수많은 미세 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 작동하지 않는다. 패키징 공정을 통해 외부와의 전기적 연결 통로를 만들고, 열 방출을 돕는 구조를 구축한 뒤, 외부 환경으로부터 보호하는 물질을 입혀 반도체를 완성한다.

최근에는 반도체 칩과 외부로 연결되는 전기적인 통로를 최대한 짧게 만들고, 이를 많이 구현하는 것이 기술의 핵심이다. 또한 하나의 패키지 안에 많은 칩을 쌓는 적층 기술을 확보하는 것도 패키징 공정 기술의 핵심으로 자리 잡고 있다.

 

패키징 공정 과정

패키징 공정 (출처 - Sk하이닉스 뉴스룸)

 

라미네이션 공정(Lamination) : 다른 말로 Tape Mount라고 불리는 공정으로 회로가 새겨진 웨이퍼 위에 테이프를 붙이는 작업이다. 이 테이프는 패키징 공정 과정에서 웨이퍼의 물리적, 화학적인 손상을 막는 보호막 역할을 한다.

 

백그라인드 공정(Back Grinding) : 웨이퍼 뒷면을 얇게 가공하는 공정이다. 이를 통해 웨이퍼를 제품 특성에 맞춰 필요한 만큼 얇게 만들 수 있다. 최근 반도체 소형화 추세에 맞게 제품의 높이를 최대한 낮추는 데 기여하는 공정이다. 

소우 공정(Sawing) : 웨이퍼를 낱개의 다이(Die, 웨이퍼 상엣서 잘라낸 하나의 칩)로 잘라 나누는 공정이다. 커팅 방법으로는 Dual Cutting(두 개의 날로 절단하는 방식), Step Cutting(첫날이 커팅 라인을 만드로, 이어지는 날이 커팅하는 방법), Bevel Cutting(엣지가 있는 날로 커팅하고, 이어지는 날로 커팅하는 방법), Laser dicing(레이저 펄스를 보내 자르는 방법)이 있다.

커팅 방법

다이 어태치 공정(Die attach) : 낱개의 다이를 기판 위에 부착하는 공정이다. 다이(칩)을  Epoxy, LOC tape, WBL tape를 이용하여 여러 Substrate(Lead Frame, PCB, Ceramic)에 물리적으로 붙이는 공정이다. 이 공정에서 얼마나 많은 칩을 어떻게 적층 하는지에 따라 제품 용량, 기능, 패키지 구조가 결정된다.

 

와이어 본딩 공정(Wire Bonding) : 반도체 칩이 외부와의 전기적 신호를 주고받을 수 있는 구조를 완성하는 공정이다. 반도체 칩의 전극과 Lead Frame과 같은 Substrate의 전극을 와이어 등으로 연결한다. 와이어 본딩(Wire Bonding)공정과 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding, FCB) 공정으로 구분된다. 와이어 본딩 공정은 칩과 기판을 가느다란 금속선으로 연결하는 작업을 의미하고, 플립칩 본딩 공정은 칩 바닥에 범프(Bump)를 부착한 후 고온의 열로 기판의 전극에 접합(Soldering)해 전기적으로 연결하는 작업을 의미한다.

몰딩 공정(Molding) : 칩과 기판을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 외곽을 감싸는 공정이다. 칩과 기판을 금형에 넣고 에폭시 수지(Epoxy Mold Compound, EMC)를 이용해 반도체 칩 외곽을 감싸는 방식이다. 외부 충격 방지, 칩의 열 방출, 수분 침투에 의한 부식 방지, 내부 소자의 전기적 열화 방지, 기계적 안전성 부여에 목적을 두고 있다.

몰딩 과정

* Warpage 이슈 : 몰딩 공정에서 온도 차이로 인해 물질 간 열팽창 계수 차이로 제품이 휘어지는 현상이다. 몰딩 공정 중 175도에서 상온으로 온도가 감소함에 따라 물질간의 열팽창 계수 차이에 의해 패키지가 휘어져 불량이 초래된다.

 

마킹 공정(mark) : 반도체 칩 표면에 해당 반도체의 고유명칭, 제조일, 제품 특성, 일련번호, 랏트넘버등을 표시한다. 공정 방법으로는 Ink mark와 Laser mark가 있다.

 

솔더 볼 어태치 공정(Solder Ball attach) : BGA 등의 패키지 형태에서 반도체 칩과 인쇄회로기판(PCB)의 패드 사이에 만들어진 Solder ball을 접합하여 전기적 신로가 전달이 가능하도록 하는 공정이다. Substrate Bottom 부분에  Solder ball attach를 진행한다. Solderv ball이 Substrate에 잘 붙기 위해서 반드시 Flux를 바른 후 Ball Attach를 진행해야 한다.

Solder Ball attach