[반도체 공정] 반도체 패키지의 목적, 패키지 개발 트렌드

 

 

반도체 패키지의 목적, 패키지 개발 트렌드

Semiconductor Package

 

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들어가기전

반도체 공정 기술이 발전함에 따라 반도체 패키지의 중요성이 커지고 있다. 반도체 패키지를 본격적으로 공부하기 전, 반도체 패키지의 정의와 목적 패키지 개발 트렌드를 알아보도록 한다. 

 

 

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반도체 패키지의 정의

반도체 패키지는 웨이퍼에서 칩으로 잘라내고, 단품화하는 공정을 통해 만들어져 칩을 보호하는 외부 포장이다. 

• 0차 패키지 : 웨이퍼에서 칩을 잘라내기
• 1차 패키지 : 칩을 단품화
• 2차 패키지 : 단품을 모듈 또는 카드에 실장
• 3차 패키지 : 모듈 또는 카드를 마더 보드에 장착하는 것

 

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반도체 패키지의 목적

반도체 패키지의 목적은 크게 4가지로 나눌 수 있다.

1. 기계적 보호 Protection

패키지는 반도체를 외부의 화학적, 기계적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 

2. 전기적 연결 Electrical Connection

반도체에 전원을 공급하고 신호의 입출력을 위해서 칩과 시스템의 전기적 연결이 필요하다.

3.기계적 연결  Mechanical Connection

반도체가 시스템의 원하는 위치에 제대로 장착되어있기 위해서는 기계적 연결 또한 필요하다.

4.열 방출 Heat Dissipation

반도체의 성능은 열 발산과 밀접한 연관을 가지고 있다. 칩에서 발생하는 열을 제대로 방출하지 않는다면 트랜지스터가 동작이 되지 않는 상황이 올 수 있으며 소자의 열화를 발생시킬 수 있으므로 열을 잘 방출할 수 있는 패키지의 구조는 중요하다. 

 

 

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반도체 패키지 개발 트렌드

• Thermal Dissipation 열 방출 - 열전도도 높은 재료, 열 방출 구조 및 설계
• High Speed 고속 전기 전달 - 반도체의 빠른 속도에 따라 전기적 연결을 담당하는 패키지도 대응해야함
• Small Form Factor - 반도체 application 웨어러블 등 소형화
• Stacking - 적층 기술
• Low Cost
• High Reliability - 반도체 application의 다양화. 극한의 환경에서도 사용.

현재 반도체 칩을 생산할 때 웨이퍼 레벨에서는 5nm, 3nm까지 양산, PCB 기판의 경우 100um이다. 반도체 패키지 기술은 PCB기판에 실장하며 이 차이를 보상해주는 방향으로 발전되어왔다. (표면실장, BGA, FlipChip, Fan out WLCSP, TSV 등)

 

 

 

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반도체 패키지 개발 과정

반도체 패키지의 개발은 보통 양산하는 칩에 새로운 패키지 설계를 검증/개발하는 과정으로 시작된다. 

반도체 패키지(서브스트레이트, 리드프레임을 위한 배선 설계)는 칩의 설계 시부터 고려한다. 칩과 패키지가 결합되어 특성이 최적화할 수 있도록 하기 위함이다. 패키지 사용 가능성을 검토할 때 전기/열/구조 해석을 하게 된다. 가능성 검토 결과를 바탕으로 칩 설계 엔지니어에게 피드백을 하고 이 과정이 모두 끝나면 웨이퍼가 제작을 시작한다. 이 때 서브스트레이, 리드프레임 설계를 완료하고 패키지 공정을 위한 툴도 모두 준비한다. 그렇게 반도체는 패키지 공정까지 마친 후, 실제적인 특성과 성능, 공정이 잘 진행되었는지 확인 할 수 있다. 

 

 

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본 게시물은 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트 책을 요약한 글입니다.

도서명 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트

저자 서민석