반도체 산업 이해하기-⑩ : 반도체 8대 공정의 여덟 번째 패키징 공정
이제 반도체 8대 공정의 마지막 단계인 '패키징(Packaging) 공정' 이다. 패키징 공정은 반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들고, 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정이다.
반도체 산업에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 시리즈로 포스팅하였으니 반도체에 대해 더 많은 기초 상식을 알고 싶으시면 아래 글을 참고하시기 바랍니다.
반도체 산업 이해하기-① : 반도체란 무엇이며, 역할과 종류에 대한 기초 지식
반도체 산업 이해하기-② : 반도체 8대 공정 개념 이해하기
반도체 산업 이해하기-③ : 반도체 8대 공정 # 1 '웨이퍼 제조 공정'
반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정 # 2 '산화 공정'
반도체 산업 이해하기-⑤ : 반도체 8대 공정 # 3 '포토 공정'
반도체 산업 이해하기-⑥ : 반도체 8대 공정 # 4 '식각 공정'
반도체 산업 이해하기-⑦ : 반도체 8대 공정 # 5 '증착 & 이온주입 공정'
반도체 산업 이해하기-⑧ : 반도체 8대 공정 # 6 '금속배선 공정'
반도체 산업 이해하기-⑨ : 반도체 8대 공정 # 7 'EDS 공정'
반도체 산업 이해하기-⑩ : 반도체 8대 공정 # 8 '패키징 공정'
패키징(Packaging) 공정이란?
패키징 공정은 반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있는 길을 만들어주고 외부 환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정이다.
이전 공정에서 완성된 웨이퍼의 반도체 칩은 낱개로 하나씩 잘라내는데, 이렇게 잘린칩을 베어 칩(bare chip) 또는 다이(die)라고 한다. 이상태의 칩은 외부와 전기신호를 주고받을 수 없으며 외부 충격에 손상되기 쉬운 상태이기 때문에 패키징 공정이 필요하다.
패키징 공정의 단계
패키징 공정은 웨이퍼 절단, 칩 부착, 칩 연결, 몰딩, 페키징 테스트의 단계로 이루어 진다.
1단계 : 웨이퍼 절단(Dicing / Wafer Sawing)
패키징 공정에 들어가면 먼저 웨이퍼를 낱개의 칩으로 분리해야 한다. 웨이퍼 자체에만 수백 개의 칩이 촘촘히 배열되어 있으며, 각각의 칩은 스크라이브 라인(Scribe Line)으로 구분되어 있다. 웨이퍼 절단 단계에서는 이 스크라이브 라인을 따라 다이아몬드 톱이나 레이저 광선을 이용해 절단한다.
※ 스크라이브 라인은 웨이퍼 제조 공정에서 웨이퍼 명칭을 설명한 바 있으니 아래 그림을 참고하세요
웨이퍼 절단 방법은 크게 3가지로 나뉜다.
▶ 블레이드 다이싱(Blade Dicing) : 미세한 다이아몬드 입자로 코팅된 얇은 블레이드(Blade)로 웨이퍼를 절단하는 방법, 일반적으로 가장 많이 사용
▶ 레이저 다이싱(Laser Dicing) : 레이저를 이용, 얇은 웨이퍼나 좁은 스크라이브 라인에서도 쉽게 절단 가능
▶ 플라즈마 다이싱(Plasma Dicing) : 플라즈마 식각 이용, 스크라이브 라인이 매우 좁을 때도 사용 가능
2단계 : 칩 부착(Die Attach)
웨이퍼에서 칩을 모두 절단했다면 분리된 칩(다이)들은 리드프레임(Lead Frame) 또는 PCB(Ptrinted Circuit Board) 위에 옮겨 진다. 리드프레임은 반도체 칩과 외부 회로 간 전기 신호를 주고 받을 수 있도록 연결하고, 칩을 외부 환경으로부터 보호하며 지지해주는 골격 역할을 한다.
3단계 : 금선 연결(칩 연결)
금선 연결은 기판과 칩이 전기신호를 주고받을 수 있도록 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 연결하는 공정이다. 금선 연결의 종류는 와이어 본딩과 플립 칩 본딩이 있다.
| 와이어 본딩(Wire Bonding) | 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) |
| 칩의 접점과 기판의 접점을 얇은 금선으로 연결하는 공정 | 칩과 기판을 볼 형태의 범프로 직접 연결하는 방식 |
| 전통적으로 사용된 방식 | 전기 저항이 작고 속도가 빠름 |
4단계 : 성형(Molding) 공정
성형 공정은 열이나 습기 등 물리적인 환경에서 반도체 집적회로를 보호하고, 원하는 형태의 패키지 모양으로 만들기 위한 공정이다.
원하는 패키지 형태의 금형을 만들고, 반도체 칩과 혼합 화학재료(EMC, Epoxy Molding Compound)를 넣어 밀봉하면 우리가 아는 반도체의 모양이 완성된다.
5단계 : 패키지 테스트(Package Test)
패키지 테스트는 패키징 공정이 완료되면 반도체 제품의 불량유무를 선별하는 테스트이다. 완제품 형태의 반도체를 검사하기 때문에 '파이널 테스트(Final Test)'라고도 한다.
패키지 테스트는 반도체를 검사장비에 넣고 전압, 온도, 습도 등 다양한 조건을 설정하여 전기적 특성, 기능적 특성, 동작 속도 등을 테스트 한다. 또한, 테스트 결과 데이터는 분석을 통해 제조공정이나 조립공정에서 제품의 질을 개선하거나 생산 효율성을 높이는데 사용된다.
결론
패키징 공정은 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 공정이다. 최근 고성능 반도체 수요가 늘어나면서, 패키징 공정의 중요성이 부각되고 있다. 또한, 인텔(Intel) 주도로 생태계를 만들어가고 있는 반도체 미세공정의 차세대 격전지 중 하나로 꼽히는 칩릿(chiplet)도 최첨단 패키징 기술의 일종이다. 앞으로 패키징 공정도 중요한 반도체 산업으로 더욱더 부각될 수 있다는 말이다.
여기까지 반도체 8대 공정에 대해 알아보았다. 계속해서 반도체 뿐만아니라 국내외 주요 산업에 대해 포스팅할 예정이니 많은 관심부탁드립니다.
댓글