- 본 문서는 반도체 8대 공정의 여덟 번째 단계인 '패키징 공정'에 대해 다루겠습니다.
- 본 문서는 엔지닉 '반도체 전공면접 합격의 모든 것 - 이론 완성편'을 기반으로 작성하였습니다.
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1. 패키징 공정
- 전공정인 FAB 공정 후, 후 공정은 테스트 공정과 패키징 공정으로 나뉘게 된다.
- 일반적으로 반도체 칩은 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재한다.
- 따라서 반도체를 패키징하는 가장 큰 목적은 반도체 칩에 필요한 전원을 공급하고 반도체 칩과 메인 PCB 간의 신호를 연결함은 물론, 반도체 칩에서 발생되는 열을 방출할 수 있는 기판으로 사용함으로써 반도체 칩을 외부의 습기나 불순물로부터 보호할 수 있게 포장하는 것이다.
- 이러한 목적과 방식으로, 반도체가 제 기능을 할 수 있게 해주는 기술을 반도체 패키징이라고 한다.
2. 패키징 공정 과정
- 패키징 공정은 다음과 같이 진행된다.
1단계. Wafer mounting : Wafer sawing과 Die attach 공정을 진행하기 위해 작업 환경을 준비하는 단계이다.
- 이 공정 중에 웨이퍼는 웨이퍼 프레임이나 다이싱 테이프(Dicing tape)가 동시에 붙여지게 된다.
- 웨이퍼 프레임에는 금속이나 플라스틱 재질이 주로 사용되는데, 휨이나 구부러짐, 오염이나 열을 견딜 수 있어야 한다.
- 다이싱 테이프는 PVC 재질로 되어 있으며, 웨이퍼 프레임과 웨이퍼를 고정시킬 수 있도록 한쪽 면에 합성 접착제가 발라져 있다.
- Wafer mounting이 진행될 때는 물리적 힘에 의한 웨이퍼 자체 손상, 칩이 있는 부분의 스크래치, 테이핑 시 공기 방울의 생성, 테이프 자체가 균일한 장력이 없어 테이프가 비틀거리는 현상 등을 미연에 방지해야 한다.
2단계. Wafer sawing
- Wafer mounting 공정이 끝나면 바로 Wafer sawing이 실시된다.
- IC 패키지를 조립하기 위해 웨이퍼를 조각으로 잘라내는 공정으로, 절단하는 방법은 물리적 톱(Dicing saw)나 레이저를 이용하는 방법이 쓰이고 있다.
3단계. Die attach : Cutting된 다이는 Lead Frame 혹은 PCB(Printed Circuit Board) 위에 옮겨진다.
- Wafer sawing 단계에서 잘라진 칩 또는 다이를 완성된 제품의 기판에 삽입하고 납땜하여 전기적인 회로가 구성될 수 있게 하는 공정이다.
- 완성된 IC 칩을 다이 패트나 반도체 패키지의 리드 프레임에 탑재시키는 공정으로, 크게 Adhesive 방식과 Eutectic 방식으로 나뉜다.
- Die attach 공정이 중요한 이유는 후 공정에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 접착력으로 칩을 고정시킬 수 있고, 적절한 열 전도도 및 전기 전도도를 부여함으로써 칩에서 발생하는 열을 방열시켜 칩 표면의 전하 축적을 방지할 수 있기 때문이다.
📌Lead Frame
- 회로 간에 전기 신호를 전달하고 외부환경으로부터 칩을 보호 및 지지해주는 골격 역할을 한다.
4단계. Boding : 반도체 칩의 전기적 특성을 위해 반도체 칩의 점점과 기판의 접점을 Wire로 연결하는 방식은 전통적인 방식으로 Wire Bonding이라고 한다. 최근에는 Wire Boding 대신 Flip Chip Package 방식을 사용하는 추세이다.
📌Flip Chip Package
- 직접 볼 형태의 돌기를 연결하여 Bonding하는 방식이다.
- 장점은 작은 전기저항을 가지고 속도가 빠르며 작은 Form Factor 구현이 가능하다.
5단계. Molding : 외부환경으로부터 칩을 보호하고 들어갈 제품에 적합한 형태로 화학수지로 패키징하는 과정이다.
6단계. Final Test : 반도체 칩이 정상적으로 작동하는지 확인하기 위해 테스트를 수행한다. 다양한 조건의 전압이나 온습도 등의 조건을 걸어주며 반도체 칩의 전기적, 기능적 특성 및 동작 속도를 측정한다.
