반도체이야기:반도체패키징소재와원가절감이야기,2편

撰稿 기술연구소정규익
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안녕하세요,앰코인스토리독자여러분!완연한봄이네요。꽃피고따뜻한날이많아서,필자는겨우내무거웠던옷도정리하고봄맞이대청소도하면서조금씩봄을즐기고있습니다。지난달에언급했던,원가절감에의노력에대한이야기를이어가겠습니다。지난호에는재료에대해살펴봤다면,이번에는제조공정과패키지구조에대해서알아보도록하겠습니다。

대면적화

반도체장비들은대부분1년365일멈추지않고가동됩니다。간혹뉴스에서반도체공장에정전이발생해큰손해를봤다는소식을접할수있는데요,그만큼세밀하고민감한공정이라장비역시일정한상태를유지해야합니다。그래서꺼지지않고항상유지가되어있어야하지요。장비가쉬지않고가동되고있다면,같은시간내더많은제품을생산해야원가절감을할수있습니다。어떻게하면더많은제품을생산할수있을까요?

첫번째는기판의대면적화입니다。말이좀생소하게들릴수있지만쉽게말해한번에많이만들수있도록넓은면적의기판을사용하는것입니다。최종제품의크기는작게는수毫米에서,크게는수십毫米에이릅니다。그런제품을낱개로작업하지않고여러개가배치된스트립으로만들어서작업합니다。일반적으로패키징의모든공정은스트립단위로이루어집니다。引线接合이나倒装芯片接合을시작해서모든공정이마치기까지스트립단위로공정이진행되는데요,앞서설명한대로스트립크기가넓어져서더많은패키징개수를한번에처리할수있다면,공정비용을낮출수있습니다。아래그림은<引线框패키지의스트립>입니다。크기가점점더커지면서배치된패키징개수도더많아졌음을알수있습니다。그렇다면여기서질문이,스트립크기가클수록좋다면지금보다두배,세배더크게만들면되지않을까요?

▲QFN条带大小

딱잘라말해,그렇게되면패키징공정이어려워집니다。몰딩공정을생각해볼까요?그림을보면,EMC가녹아서금형한쪽끝에서흘러들어가서빈곳없이구석구석을채우는데,경화도같이진행됩니다。요즘은패키징두께도점점얇아져서EMC가흘러가는공간도좁아지는데전보다더먼거리를흐르면서모든공간을채우는것도더어려워지겠지요。그래서새로운EMC를개발하고몰딩을하는장비도그에걸맞게개선되어야합니다。

몰딩을해결했다고해서끝이아닙니다。스트립크기가커진만큼변형,翘曲도같이커질수있습니다。翘曲가커지면焊球을붙일때도각각의패키지로자를때에도공정에어려움이따릅니다。하지만이모든수고를통해가격경쟁력을가질수있기에계속연구를이어가고있는것이지요。

在条带▲模具流动行为
▲몰딩공정후의스트립翘曲

패키징구조

패키징가격의상당부분은기판(基板)이차지합니다。원가절감의또다른시도는基板의가격을낮추기는데에멈추지않고기판자체를생략하는데이르렀습니다。

▲패키징원가구조비교
사진출처:https://goo.gl/yoYL4F

국내외의기판제작업체에서만든기판을사용하지않고,RDL(再分配层)공정을통해패키징업체에서직접기판을제작하는방식입니다。이런종류의패키지를WLP(晶圆级封装)라고부릅니다。预浸와核心대신에수嗯두께의RDL,钝化등으로기존의强化기판을대체할수있습니다。아울러I / O개수가증가하는추세를따라잡기위해칩크기보다큰FOWLP(扇出WL)에대한관심이더증가하고있습니다。

▲(좌)扇入VS扇出WLP비교/(우)FOWLP제조과정
사진출처:(좌)https://goo.gl/xgJy1b /(우)https://goo.gl/RmNUcn

FOWLP의장점은기판비용이없어서원가절감을기대할수있습니다。FCCSP에비해Cu柱혹은焊料凸点와같은芯片과기판사이의인터커넥션도생략할수있습니다。기판이없기에더얇은두께도구현할수있습니다。기판을구성하는두꺼운절연체(预浸渍,核心)가없기에방열효과개선도기대할수있습니다。

▲FOWLP와경쟁패키지사이즈비교
사진출처:https://goo.gl/yoYL4F

이렇게기판을생략하면,당연히기판을생산하는업체입장에서는고민을넘어서생존을걱정해야할처지입니다。국내외기판제조업체에서FOWLP에대항할수있는面板FOWLP개발하는중인데요,FOWLP는공정의기본단위인웨이퍼크기가제한되어있습니다。현재12인치크기인데,이보다더큰웨이퍼적용은현실적으로많은어려움이있습니다。웨이퍼크기에제한된WLP대신에面板FOWLP는PCB기판을사용하므로웨이퍼보다더큰면적을사용할수있습니다。아래그림에서는12인치웨이퍼에3배에해당하는면적으로패키징할수있습니다。원형의웨이퍼에비해사각형의面板이면적활용율에훨씬좋습니다。공정상에발생할수있는문제만잘해결된다면WLP에비해분명가격경쟁력이있는것으로평가되겠지요。

▲晶圆와面板면적비교
사진출처:https://goo.gl/mkKmmZ
▲晶圆및面板면적에따른원가비교
사진출처:https://goo.gl/yoYL4F

맺는말

두번에걸쳐서패키징에서원가절감을위해어떤노력과연구를하는지살펴보았습니다。아무래도사람마음은조금이라도더싼가격을찾기마련입니다。어제보다오늘에는더나은기능과더낮은가격을기대하며전자제품이전시된곳을사람들은유심히쳐다보고있습니다。한번에끝나지않고패키징업체의숙명과도같다고생각합니다。원가절감의관점에서패키징을이해하는데도움이되었기를바랍니다。

다음호에는또어떤이야기를이어나갈지또고민속으로빠져들것같군요!부족함에도제이야기에관심가져주시는분들이많으시더라고요。좀더재미있고유익한내용으로다시찾아뵙겠습니다。(응원은언제나환영입니다)

출처:앰코인스토리(http://amkorinstory.com/)
http://amkorinstory.com/1889