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오늘은 반도체 패키징에 관해 공부를 해봤습니다.
반도체 패키징의 기능
반도체 패키징의 과정
반도체 패키징 기술
FOWLP공정
FOPLP공정
TSV기술
플립칩방식
등 관련 기술 동향에 대해서도 알아봤습니다.
저도 배우는 과정이라 부족한 부분이 있을 수 있으니
부족한 부분이 있으면 댓글로 알려주세요^^
패키징 공정 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
반도체 8대공정 8탄, 패키징 공정(Packaging) 개념정리
패키징 공정(Packaging) 개념정리. 안녕하세요. 블로그 포스팅 순서와 헷갈리실까봐 반도체 공정의 순서에 대해 간략하게 요약 후 패키징 공정 개념 …
Source: yeonidoggi.tistory.com
Date Published: 4/13/2022
View: 6202
[반도체 8대 공정] 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 …
반도체를 외부환경으로부터 보호하고, 전기적으로 연결해주는 패키징 (Packaging) 공정 · 1) 웨이퍼 절단. △ 개별 절단된 칩 · 2) 칩 접착(Die attach).
Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 1/24/2022
View: 5987
반도체 ‘패키징’으로 제품 가치를 높이는 사람들_P&M기술담당
반도체 패키지(Package) 공정은 반도체 특성을 구현한 웨이퍼(Wafer)나 칩(Chip)을 제품화하는 단계다. 제조 공정을 거친 웨이퍼나 칩에는 수많은 …
Source: news.skhynix.co.kr
Date Published: 6/11/2021
View: 2416
반도체 패키징 공정기술의 이해와 전망
반도체 패키징 공정기술의. 이해와 전망. 김병욱 (재)전북테크노파크 책임연구원. 연구진. 2015 이슈앤테크 vol.42. Issue&Tech. CONTENTS . 반도체 산업의 발전.
Source: t1.daumcdn.net
Date Published: 1/13/2022
View: 8216
반도체 공정 – 패키징 공정 – 코딩게임
패키징 공정이란, FAB 공정에서 완성된 웨이퍼 중 정상 동작하는 칩을 Back Grinding, Bonding, Molding 하여 전기적 연결 및 그 회로를 보호한 완성 …
Source: slaks1005.tistory.com
Date Published: 12/11/2021
View: 4688
반도체 후공정 (패키징) – 한국과학기술기획평가원
패키징 공정은 전공정에서 제작된 집적회로소자를 포장하여 완성품으로 제작하는 과정으로,. 향후 반도체 소자의 고집적・다기능 구현을 위한 핵심 기술로 주목.
Source: www.kistep.re.kr
Date Published: 9/13/2022
View: 5841
[반도체 8대공정] 8. 패키징 공정(기본+TSV 공정)
전공정을 거친 후 낱개로 잘린 칩, 즉 Die는 외부와 전기신호를 주고받을 수 없으며, 외부 충격에 의해 손상되기 쉽다. 즉 반도체 칩을 기판이나 전자 …
Source: cvlab.tistory.com
Date Published: 12/8/2022
View: 1139
패키징(Packaging) 공정 – 반도체 – velog
반도체를 외부환경으로부터 보호하고 전기적으로 연결해주는 패키징 공정 · 낱개로 하나하나 잘라낸 완성된 웨이퍼의 반도체 칩 · 외부와 전기신호를 주고 …
Source: velog.io
Date Published: 3/28/2022
View: 5557
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- Author: 디벨럽_DEVELOP
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- Date Published: 2020. 6. 8.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=WfzkC7hUfuQ
반도체 8대공정 8탄, 패키징 공정(Packaging) 개념정리
반도체 8대공정 8탄,
패키징 공정(Packaging) 개념정리
안녕하세요.
블로그 포스팅 순서와 헷갈리실까봐 반도체 공정의 순서에 대해 간략하게 요약 후 패키징 공정 개념정리 들어가겠습니다.
우선 웨이퍼공정을 통해 웨이퍼를 제작합니다 . 다음으로 Oxidation 을 해주고 그 위에 PR을 도포한 후 Exposure 함으로써 회로 패턴을 웨이퍼 상에 남깁니다. 회로 패턴에서 불필요한 부분은 Etching 해주고 전기적 특성을 입히기 위해 Deposition 해줍니다. 그 후, 전기적 신호들이 이동할 수 있게끔 금속배선을 깔아줍니다.( Metalization ) 완성된 반도체 칩은 EDS Test 를 통해 양품/불량품으로 분류합니다.
여기까지 블로그에 정리되어 있고 이제 마지막 공정인 Packaging에 대해 알아보겠습니다.
Packaging이란 쉽게 말해 반도체 칩을 탑재될 전자기기에 적합한 형태로 만드는 공정이라고 보시면 되겠습니다. 좀 더 자세히 설명하자면 반도체 칩을 외부와 신호를 주고받을 수 있도록 해주고(Bonding) 외부환경으로부터 보호하는 형태를 만드는 과정(Molding)이 Packaging 공정입니다.
그럼 지금부터 Packaging 공정이 어떻게 이루어지는지에 관하여 알아보도록 하겠습니다.
1. Wafer Sawing
Wafer 상에 있는 수백 개의 Die를 Scribe Line을 따라 Diamond Saw와 같은 장비를 활용하여 Cutting 해줍니다.
2. Die attach
Cutting된 Die는 Lead Frame 혹은 PCB(Printed Circuit Board ) 위에 옮겨집니다. 여기서 Lead Frame은 회로 간에 전기 신호를 전달하고 외부환경으로부터 칩을 보호 및 지지 해주는 골격 역할을 수행합니다.
3. Bonding
반도체 칩의 전기적 특성을 위해 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 Wire로 연결하는 방식이 전통적인 방식으로 Wire Bonding 이라고 합니다. 최근에는 Wire Bonding 대신 Flip Chip Package 방식을 사용하는 추세입니다.
Flip Chip Package란 회로와 기판을 Wire로 연결하는 대신 직접 볼 형태의 돌기를 연결하여 Bonding 하는 방식입니다. 이 방식의 장점은 작은 전기저항을 가지고 속도가 빠르며 작은 Form Factor 구현이 가능합니다 .
4. Molding
Molding은 외부환경으로부터 칩을 보호하고 들어갈 제품에 적합한 형태로 화학수지로 Packaging 하는 과정입니다.
5. Final Test
일상생활에서 볼 수 있는 반도체 칩의 형태가 완성되었습니다. 이제 이 반도체 칩이 정상적으로 작동하는 지를 확인하기 위해 테스트를 수행합니다. 다양한 조건의 전압이나 온습도 등의 조건을 걸어주어 반도체 칩의 전기적 , 기능적 특성 및 동작 속도를 측정합니다.
이러한 모든 공정을 거쳐 양품 판정을 받은 반도체 칩 만이 우리가 사용하는 전자기기 안에 들어가게 됩니다.
여기까지 반도체 8대공정, 패키징 공정 개념정리를 마무리하겠습니다.
이 글을 읽고 계시는 여러분들이 조금이나마 반도체 8대공정을 이해할 수 있는 자료가 되었길 바라며
여기서 반도체 8대공정 시리즈 연재를 마칩니다.
피드백이나 질문은 댓글로 남겨주시면 감사하겠습니다.
[반도체 8대 공정] 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징 (Packaging) 공정 – 삼성반도체이야기
반도체 칩은 제품으로 출하되기 전 양품, 불량품을 선별하기 위한 테스트를 거치게 됩니다. 지난 시간에는 웨이퍼 완성 단계에서 이루어지는 테스트 ‘EDS 공정(Electrical Die Sorting)’에 대해 알아 봤는데요. 반도체 8대 공정 시리즈의 마지막으로 완벽한 반도체 제품으로 태어나기 위한 단계 ‘패키징(Packaging) 공정’에 대해 알아보겠습니다.
반도체를 외부환경으로부터 보호하고, 전기적으로 연결해주는 패키징 (Packaging) 공정
전공정을 통해 완성된 웨이퍼의 반도체 칩은 낱개로 하나하나 잘라내는데, 이렇게 잘린 칩을 베어칩(bare chip) 또는 다이(die)라고 합니다. 그러나 이 상태의 칩은 외부와 전기신호를 주고받을 수 없으며, 외부 충격에 의해 손상되기 쉬운데요. 반도체 칩, 즉 집적회로(IC)가 기판이나 전자기기에 장착되기 위해선 그에 맞는 포장이 필요합니다. 이와 같이 반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어주고 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정을 ‘패키징(Packaging)’이라고 합니다.
패키징은 집적회로와 전자기기를 연결하고 고온, 고습, 화학약품, 진동/충격 등의 외부환경으로부터 회로를 보호하기 위한 공정입니다. 그렇다면 이렇게 중요한 패키지 공정의 단계에 대해 알아볼까요?
1) 웨이퍼 절단
▲ 개별 절단된 칩
먼저, 웨이퍼를 낱개의 칩으로 분리해야 합니다. 웨이퍼에는 수백 개의 칩이 촘촘히 배열되어 있고, 각 칩은 스크라이브 라인(Scribe Line)으로 구분되어있는데요. 이 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼를 다이아몬드 톱이나 레이저 광선을 이용해 절단합니다. 웨이퍼 절단 작업은 웨이퍼를 톱질하고 잘라낸다는 의미에서 ‘웨이퍼 소잉(Wafer Sawing)’이나, ‘다이싱(Dicing)’이라 불립니다.
2) 칩 접착(Die attach)
▲ 칩의 지지대 역할을 하는 리드프레임
절단된 칩들은 리드프레임(Lead Frame) 또는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 옮겨집니다. 리드프레임은 반도체 칩과 외부 회로 간 전기신호를 전달하고, 외부 환경으로부터 칩을 보호, 지지해주는 골격 역할을 합니다.
3) 금선 연결
반도체의 전기적 특성을 위해 기판 위에 올려진 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 가는 금선을 사용하여 연결하는 공정을 와이어본딩(Wire Bonding)이라고 합니다.
▲ 와이어 방식과 플립칩 방식 비교
전통적인 와이어본딩 방식 외에 반도체의 속도를 향상시키기 위해 칩의 회로와 기판을 직접 볼 형태의 범프(Bump, 돌기)로 연결하는 패키징 방식도 있는데요. 플립칩(Flip Chip) 패키지라고 불리는 이 기술은 와이어본딩보다 전기 저항이 작고 속도가 빠르며, 작은 폼팩터(Form Factor) 구현을 가능하게 합니다. 범프의 소재로는 주로 금(Au) 또는 솔더(Solder, 주석/납/은 화합물)가 사용됩니다.
4) 성형(Molding) 공정
▲ 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 성형(Molding) 공정
금속 연결 공정까지 끝나면 열, 습기 등의 물리적인 환경으로부터 반도체 집적회로를 보호하고, 원하는 형태의 패키지로 만들기 위한 성형(Molding) 공정을 거칩니다. 금선 연결까지 끝난 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 공정을 거치면 우리가 흔히 보는 반도체가 됩니다.
완벽한 반도체 제품을 위한 최종 관문, 패키지 테스트(Package Test)
▲ 패키징 공정을 마친 반도체 칩. 완성된 반도체는 최종 테스트 과정을 거쳐 우리 삶의 다양한 곳에 쓰인다
드디어 일상 생활 속에서 만나볼 수 있는 반도체의 모습이 완성되었습니다. 패키징 공정이 완료되면 반도체 제품의 최종 불량유무를 선별하는 패키지 테스트(Package Test)를 시행합니다. 이 테스트는 완제품 형태를 갖춘 후에 검사를 진행하기 때문에 ‘파이널 테스트(Final Test)’라고도 하는데요.
패키지 테스트는 반도체를 검사장비(Tester)에 넣고 다양한 조건의 전압이나 전기신호, 온도, 습도 등을 가해 제품의 전기적 특성, 기능적 특성, 동작 속도 등을 측정합니다. 또한, 테스트 데이터를 분석해 제조공정이나 조립공정에 피드백함으로써 제품의 질을 개선하는 역할도 합니다.
지금까지 반도체가 탄생하기까지의 주요한 8대 공정을 살펴보았습니다. 실리콘 잉곳을 잘라 만든 원판형 웨이퍼가 손톱보다 작은 크기의 반도체가 되어 우리 생활에 쓰이기까지 복잡하고 세밀한 공정을 거친다는 것을 알 수 있었습니다.
보이지는 않지만 우리 삶 곳곳에 있는 반도체! 우리 삶을 더욱 풍요롭게 해줄 반도체 기술의 무궁무진한 발전을 기대해주세요.
반도체 ‘패키징’으로 제품 가치를 높이는 사람들_P&M기술담당
반도체 패키지(Package) 공정은 반도체 특성을 구현한 웨이퍼(Wafer)나 칩(Chip)을 제품화하는 단계다. 제조 공정을 거친 웨이퍼나 칩에는 수많은 미세 회로가 집적돼 있으나 그 자체로는 작동하지 않는다. 패키지 공정을 통해 제 성능을 발휘할 수 있도록 외부와의 전기적 연결 통로를 만들고, 열을 효율적으로 배출시키는 구조를 구축한 뒤, 외부 환경으로부터 보호하는 물질을 입혀야 우리가 알고 있는 모습의 반도체가 완성된다.
여기서 더 나아가 현존 최고 속도를 자랑하는 초고속 메모리 HBM(High Bandwidth Memory)에서 칩과 칩 사이를 관통하는 전극을 연결해 데이터를 빠르게 송수신할 수 있게 해주는 TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극) 기술과 더불어, 초미세 공정과 고성능·고용량 특성을 구현하는 데 필요한 기술들이 패키지 공정에서 다뤄지고 있다.
SK하이닉스에서 이 공정을 담당하는 조직은 P&T(Package, 이하 PKG & Test)담당 산하 P&M(PKG & Module)기술담당. 뉴스룸은 PKG DP(Die Preparation)기술팀, PKG DA(Die Attach)기술팀, PKG Bonding기술팀, PKG MM(Molding & Marking)기술팀, PKG SS(Solder ball mount & Singulation)기술팀 구성원들을 만나 직무 전반과 인재상에 관해 들어봤다.
반도체 칩을 안정적으로 동작하게 만드는 ‘ 패키지 (Package) 공정 ’
최근 AI, 클라우드 등 빅데이터를 필요로 하는 기술 영역이 확대되면서 많은 양의 데이터를 빠르게 처리하는 고성능 반도체 제품에 대한 수요가 늘고 있다. 이를 구현하려면 패키지 공정에서 반도체 칩과 외부로 연결되는 전기적인 통로를 최대한 짧게, 그리고 많이 구현하는 것이 중요하다. 또한 많은 칩을 하나의 패키지 안에 쌓는 적층 기술을 확보하는 것 역시 필요하다. 최근 주요 반도체 기업들이 패키지 공정 기술력을 확보하는데 사활을 걸고 있는 이유다.
패키지 공정은 총 9단계로 구분되며, 라미네이션(Lamination) → 백그라인드(Back Grind) → 웨이퍼 소우(Wafer Saw) → 다이 어태치(Die Attach) → 본딩(Bonding) → 몰딩(Molding) → 마킹(Marking) → 솔더볼 마운트(Solder Ball Mount) → 싱귤레이션(Singulation) 순서로 진행된다.
첫 단계인 ‘라미네이션 공정’에서는 회로가 새겨진 웨이퍼 위에 테이프를 붙이는 작업이 이뤄진다. 이 테이프는 패키지 공정 과정에서 웨이퍼의 물리적, 화학적인 손상을 막는 보호막 역할을 한다.
‘백그라인드 공정’에서는 웨이퍼 뒤쪽 표면을 깎아내는 작업이 진행된다. 이를 통해 웨이퍼를 제품 특성에 맞춰 필요한 만큼 얇게 만들 수 있다. 최근에는 반도체 소형화 추세에 맞게 제품 높이를 최대한 낮추는 데 기여하는 공정이다.
이어 ‘웨이퍼 소우 공정’에서는 웨이퍼를 낱개의 다이(Die, 웨이퍼 상에서 잘라낸 하나의 칩)로 잘라 나누는 작업이 이뤄진다.
‘다이 어태치 공정’에서는 낱개의 다이를 기판(Substrate) 위에 부착하는 작업이 진행된다. 이 공정에서 얼마나 많은 칩(다이)을 어떻게 적층하는지에 따라 제품 용량, 기능, 패키지 구조가 결정된다.
‘본딩 공정’에서는 반도체 칩이 외부와의 전기적인 신호를 주고받을 수 있는 구조가 완성된다. 이 공정은 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.
‘몰드 공정’에서는 칩과 기판을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 외곽을 감싸는 작업이 이뤄진다. 칩과 기판을 금형(Chase)에 넣고 에폭시 수지(Epoxy Mold Compound, 이하 EMC)를 이용해 외곽을 감싸는 방식이다.
이 과정을 거쳐 패키지의 외형을 갖추게 되면 ‘마킹 공정’이 진행되는데, 이 공정은 표면 위에 반도체 종류, 제조사 등 제품에 대한 정보와 고객이 원하는 특정 표식을 새기는 작업을 의미한다.
‘솔더볼 마운트 공정’에서는 기판 뒷면에 솔더볼(Solder Ball)을 안착한 뒤 가열시켜 접합하는 작업이 이뤄진다. 이 볼은 반도체를 전자기기 내부의 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB)에 연결하는 역할을 수행한다.
마지막 ‘싱귤레이션 공정’에서 반도체 기판이 낱개의 칩으로 분리되면 비로소 하나의 반도체 제품이 완성된다.
“패키지 기술력을 끌어올려 고품질의 제품을 만들다 ” P&M 기술담당의 핵심 가치
P&T담당 산하의 P&M기술담당 내 15개 팀이 패키지 공정에 관한 업무를 수행하고 있다. 각 조직들은 패키지 공정을 고도화하고 최신 기술을 확보하기 위해 노력하고 있다.
백그라인드 공정에서는 웨이퍼를 얇게 만들면서도 안정적으로 다이를 생산하는 기술을, 웨이퍼 소우 공정에서는 웨이퍼를 보다 정교하게 절단하기 위해 레이저를 활용하는 ‘스텔스 소우(Stealth Saw) 공법’을 확보하는 데 힘쓰고 있다.
본딩 공정에서는 와이어 본딩 진행 시 금속선이 칩의 접합 면 외에 다른 부분이 닿지 않게 적절한 고리 모양(Loop Shape)을 형성하는 기술, 그리고 최신 패키지 기술인 TSV 기술을 고도화하기 위해 노력하고 있다.
또한 몰딩 공정에서는 칩의 발열을 제어하기 위해 방열 EMC, Exposed Mold PKG 등의 다양한 솔루션도 개발 중이며, 솔더볼 마운트 공정에서는 반도체 제품의 소형화, 경량화 추세에 맞춰 볼 크기를 줄이고, 볼과 볼 사이의 간격을 좁혀 정확한 위치에 부착하는 기술도 확보하고 있다.
P&M기술담당의 핵심 목표는 패키지와 관련된 공정 및 장비를 관리해 목표 생산량 및 수율을 달성하고, 고품질의 제품을 만들어 내는 것. 이를 위해 최적의 공정 조건을 위한 각종 변수(Parameter)를 관리하고 원·부자재 평가를 진행해 양산 기술력을 확보하고 있으며, 생산량 향상을 위해 장비를 개선하는 작업도 수행하고 있다. 또한 공정 및 원·부자재 불량을 개선해 수율과 제품의 품질을 높이는 것 역시 P&M기술담당의 주요 업무 중 하나다.
[Q&A] P&M기술담당 실무자에게 듣는 직무 Tip뉴스룸은 SK하이닉스의 P&M기술담당 실무자들을 만나 업무에 필요한 역량과 자질에 대해서도 들어봤다.
PKG DP 기술팀 손세준 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
PKG DP기술팀에서 라미네이션, 백그라인드, 웨이퍼 소우 공정 엔지니어로서 제품의 양산성을 확보하는 업무를 맡고 있다. 이를 위해 팀에서 진행되는 각 공정들을 모니터링하며, 이를 통해 얻어진 정보들을 바탕으로 소재 다변화를 하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
커뮤니케이션 능력이 중요하다. PKG DP기술팀은 패키지 공정의 시작 단계를 맡고 있어, 이전 단계의 개발팀은 물론 그 이후의 패키지 공정 팀과도 끊임없이 협업해야 하기 때문이다.
Q. 어려운 점은 무엇인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
공정에서 문제가 발생했을 때, 그리고 그 문제를 해결하기 위해 노력했지만 기대한 만큼의 결과가 나오지 않았을 때 힘들다. 그럴 때면 공정을 다시 한번 살펴보고, 기존 작업 이력을 열람해 비슷한 문제를 파악한다. 또한 노하우와 경험이 많은 선배들에게도 조언을 구하고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
PKG DP기술팀 구성원 또는 유관부서 구성원과 함께 어려운 난제를 해결했을 때다. 문제 해결을 통해 생산성 향상에 기여할 수 있다는 점이 이 업무의 매력이다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
자율적인 분위기가 우리 팀의 장점이다. 특히 유연근무제를 잘 활용해, 정해진 기준 내에서 탄력적으로 업무 시간을 결정할 수 있어 좋다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
꼼꼼함, 패기, 커뮤니케이션 능력 등의 역량이 유기적으로 융화되면 좋을 것 같다. 혼자서 모든 업무를 할 수는 없다. 특히 커뮤니케이션 역량이 중요한 것 같다. 이런 역량들을 갖춘다면 앞으로 나아갈 방향성을 빠르게 결정할 수 있는 영민한 신입사원이 되리라 믿어 의심치 않는다.
▲ PKG DA 기술팀 신동운 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
PKG DA기술팀의 신입사원으로 다이 어태치 공정 엔지니어 업무를 수행하고 있다. 패키지 수율, 품질, 생산성 향상을 위해 웨이퍼 내 칩 간격에 따른 불량을 개선하는 업무를 수행하고 있으며, 현장의 불합리한 사항을 개선하고 이러한 프로세스를 표준화하는 업무도 맡고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
공정과 장비, 두 가지 분야에 능통한 엔지니어가 되기 위해서 노력하고 있다. 다이 어태치라는 공정을 이해하기에 앞서 장비의 특성을 이해하기 위해 P&M기술담당 내에서 이뤄지는 신입사원 교육 및 현장 교육을 받는 중이다. 또한 팀 업무와 관련된 표준 문서를 익히고, 전산 처리 등에 관한 역량을 쌓고 있다. 모르는 것이 있으면 멘토 및 팀원의 도움을 받아 필요한 지식을 습득하고 있다. 이제 막 일을 배우는 입장에서 자신이 맡게 될 업무뿐만 아니라 유관 영역 전반에 걸쳐 지속적으로 호기심을 갖는 것이 중요하다고 본다. 그래야 보다 폭넓고 깊이 있게 일을 바라볼 수 있고, 이를 통해 더 빨리 배워나갈 수 있다고 생각한다.
Q. 어려운 점은 무엇인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
AI/DT(Digital Transformation), Agile 업무 등 다양한 업무 방식에 맞게 데이터 활용 툴을 다뤄야 하는데 이를 통해 원하는 데이터를 얻고 분석하는 것이 아직은 생소하고 어렵다. 많은 데이터를 추출해 분석하는 능력을 기르고 업무 역량을 향상하기 위해 사내에서 제공하는 강의를 틈틈이 듣고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
문제에 대한 원인을 분석해 이를 해결했을 때 보람을 느낀다. 문제를 해결하기 위해 전체 공정을 꼼꼼히 살펴보면서 문제가 발생하기까지의 과정을 이해하려 노력하다 보면 하루하루 발전하는 기분이 든다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
서로 존중하고 어려울 때 도와주는 분위기가 잘 형성돼 있다. 특히 P&M기술담당 내 구성원 소통 채널인 행복소통채널을 잘 활용하고 있는데, 이곳에서 구성원들과 리더 간의 의견 공유가 자유롭게 이뤄져 우리 조직이 좋은 방향으로 나아가는 것 같다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
반도체 패키지 공정에 관한 지식이 있으면 좋다. 관련 전공이 아닌 이상 자세한 내용을 배우기 쉽지 않겠지만, SK하이닉스에서 출간한 반도체 서적이나 뉴스룸을 통해 관련 지식을 미리 배워온다면 업무를 배울 때 훨씬 수월할 것이다.
▲ PKG Bonding 기술팀 곽현준 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
PKG Bonding기술팀에서 플립칩 본딩 공정의 엔지니어로 일하고 있다. 공정 분석과 평가를 통해 공정 효율성을 높이고, 품질과 생산성을 끌어올리기 위해 다양한 솔루션을 제시하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
공정 엔지니어도 장비에 관한 지식이 있어야 공정을 정확하게 이해할 수 있다. PKG Bonding기술팀은 엔지니어마다 담당하고 있는 장비가 있으며, 장비 조작은 물론 개선 업무까지 하고 있다. 장비에서 도출되는 수많은 데이터를 바탕으로 불량을 예방하고, 원인을 찾아 개선하는 데이터 분석 능력이 중요하다.
Q. 어려운 점은 무엇인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
플립칩 본딩 공정에서는 칩 하단에 붙여 기판과 연결하는 범프의 모양이 올바르게 형성됐는지 판단해야 한다. 판단 기준을 어떻게 설정하는지가 품질과 생산성에 영향을 끼치기 때문에 기준을 설정하는 과정이 까다롭다. 명확한 기준 설정을 위해 딥러닝(Deep Learning)을 통해 검사 방식 연구를 진행 중이다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
불량 원인을 분석하고 이에 맞는 대책을 수립했는데, 개선되는 것이 눈에 보일 때 보람을 느낀다. 문제를 해결하면서 반도체 전문가로 점점 성장하는 것 같아 매우 뿌듯하다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
개개인의 의견을 존중하는 열린 분위기가 조성돼 있다. 다양한 의견을 수렴하고 이를 적극 반영해, 구성원의 업무 만족도가 높은 편이다. 이러한 분위기 덕분에 구성원 간의 관계가 좋고, 업무 효율도 높은 것 같다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
모든 문제의 해결은 작은 아이디어에서 시작된다. 엔지니어로서 어떤 현상에 대해 논리적인 사고를 갖고, 자신의 의견을 제시할 수 있는 습관을 들이는 것이 중요하다. 이러한 태도를 갖춘 미래의 후배들과 함께 일할 수 있는 날을 기다리고 있겠다.
PKG MM 기술팀 유재강 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
PKG MM기술팀에서 몰드 공정 엔지니어로서 업무를 수행하고 있다. 신제품 양산을 위해 몰드 공정을 최적화하고, 수율 및 품질 개선을 위한 공정 조건을 표준화하고 있다. 또한 양산 효율을 개선하기 위한 공정 변수를 분석하고, 불량에 대한 원인을 개선하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
공정 엔지니어에게는 데이터 분석 능력, 문제 원인에 대한 이해력, 추진력, 해결능력 등 여러 자질이 필요하다. 하지만 이보다 더 중요한 자질은 맡겨진 업무에 대한 주인의식을 갖는 것이다. 주인의식을 갖춰야 자신의 업을 소중히 생각하며 스스로 발전할 수 있기 때문이다.
Q. 어려운 점은 무엇인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
몰드 공정에서는 소재가 중요하다. 소재로 쓰이는 주요 원·부자재가 여러가지 외부 요인에 의해 수급 문제가 생기는 경우가 있다. 이에 최근에는 각 공정의 주요 원·부자재 공급선을 다변화하기 위해 노력하고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
공정 엔지니어의 미션은 반도체 제품이 안정적으로 생산되는 공정 조건을 최적화하는 것이다. 하지만 매년 기존 한계 이상의 목표를 달성해야 해, 기존과 다른 방식으로 접근해야 한다. 새로운 공정 조건을 적용하기도 하고, 설비를 개조하기도 한다. 이런 노력을 통해 목표에 다다를 때 보람을 느낀다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
업무에 집중할 수 있는 편안한 분위기다. 의사소통도 원활한 편이다. 의견을 자유롭게 나누고 부족한 점은 서로 보완해주며 성장하고 있다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
패키지 공정 업무는 칩을 절삭하고 고분자 성분의 접착제를 이용해 기판에 붙이는 등 여러 공정을 거쳐야 해, 전자, 기계, 화학, 신소재 등의 여러 분야가 접목돼 있다. 특정 전공의 지식도 중요하지만, 반도체 기술과 관련된 다양한 분야에 관심을 갖고 배우려는 자세가 중요하다.
▲ PKG SS 기술팀 장인영 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
PKG SS기술팀에서 Main 공정인 솔더볼 마운트 및 싱귤레이션을 맡고 있다. Sub 공정으로는 패키지의 전기적 연결 상태의 불량 여부를 검사하는 프리로드(Pre Load), 그리고 외관검사(External Visual Inspection, EVI) 공정 및 장비 엔지니어링 업무를 맡고 있다. 주요 관리 제품의 불량률 감소를 위해 데이터를 분석하고 공정 절차를 개선하고 있다. 또한 생산 TAT(Turn-Around Time) 단축을 위한 공정/장비 분석을 통해 목표 생산량 달성에도 기여하고 있다. 이 밖에도 청주 SS기술팀에서는 PCB 표면에 각종 전자부품을 실장하고 경화시키는 SMT(Surface Mounting Technology) 공정도 수행한다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
패키지 공정에는 수많은 조직이 참여하기 때문에 협업 능력이 필요하다. 또한 각 조직의 역할을 이해하고 그 안에서 자신의 업무 역할을 명확히 이해하는 판단력도 중요하다.
Q. 어려운 점은 무엇인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
패키지 품질 유지와 생산량 증대라는 두 마리 토끼를 다 잡아야 하는 것이 어렵다. 또한 패키지에 부착되는 볼 사이즈가 작아지고 그 개수는 기하급수적으로 증가하고 있어 공정 난이도가 높아지고 있다. 난관에 봉착할 때면 장비 데이터를 분석해 공정/장비/원부자재 등 원인을 파악하고 그에 맞는 개선안을 도출해 단계적인 수율 향상을 진행하고 있다. 또한 전기적 검사 공정과 딥러닝(Deep Learning) 기반 외관검사 도입을 통해 패키지 불량 감지를 강화, 품질 리스크를 최소화하고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
품질을 개선하거나 생산량을 높였을 때 뿌듯하다. 장비 생산성이 목표치에 미달한 경우 장비를 동작 환경별로 분석하고, 공정 조건의 특이사항도 확인하면서 문제를 해결해 나간다. 또한 공정 불합리를 사전에 발견해 개선했을 때도 성취감을 느낀다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
수평적인 업무 환경이 조성돼 있다. 업무, 사내 문화 관련해서 누구나 자유롭게 의견을 낼 수 있다. 유연근무제를 잘 활용해, 일과 생활의 균형도 잘 유지되는 편이다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
반도체 공정에 대한 지식도 중요하지만, 현장에서는 갖고 있는 지식만으로 업무를 해결하는 데 어려움이 있다. 따라서 상황을 유연하게 바라볼 수 있는 관점, 새로운 것을 배우려는 태도가 중요하다고 생각한다. 또한 꼼꼼함까지 갖춘다면 역량이 뛰어난 신입사원이 될 수 있을 거라고 생각한다. 자신감을 갖고 앞으로 나아가길 바란다.
반도체 공정 – 패키징 공정
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패키징 공정
#시작하며
4차 산업혁명 시대가 도래함으로써, 인공지능, 5G, 자율주행 등의 첨단기술이 확산되고 이를 통해 고성능, 초소형 반도체 수요가 폭증하고 있다. 이에 반도체가 최고의 성능을 선보이고, 높은 부가가치를 발휘할 수 있도록 하는 ‘패키징(Packaging)’ 공정 기술이 주목받고 있다.
#패키징 공정
패키징 공정이란, FAB 공정에서 완성된 웨이퍼 중 정상 동작하는 칩을 Back Grinding, Bonding, Molding 하여 전기적 연결 및 그 회로를 보호한 완성된 반도체 제품을 생산하는 공정을 말한다. 웨이퍼 위에 회로를 형성하는 전공정을 거친 반도체 칩은, 패키지와 TEST로 이루어진 후공정을 진행한다. 칩에는 수많은 미세 전기 회로가 집적돼 있으나, 자체로서 반도체의 역할을 수행할 수 없기 때문에, 패키징 공정은 칩이 제 역할을 할 수 있도록 외부와 전기적으로 연결하고, 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 수행한다.
반도체 기술의 고도화로 인해, 제품의 속도가 빨라지고, 기능이 다양해짐에 따라, 발열 문제는 보다 심각해지고 있다. 따라서 패키지의 냉각기능(Thermal Dissipation)이 중요해지고 있으며, 더불어 칩 속도가 빠르다 해도 시스템으로 나가는 전기적 연결 통로는 패키지에서 만들어지는 만큼, 빨라진 칩의 속도에 대응하기 위해 패키지 역시 빠른 속도로 구현돼야 하는 시점이다. 따라서 고용량(High Density), 초고속(High Speed), 저전력(Low Power), 소형화(Small From Factor), 고신뢰성(High Reliability) 반도체 시장을 위한 최첨단 패키징 기술이 매우 중요하다.
출처. 삼성반도체이야기
반도체 공정에서 패키징이란, 반도체 칩을 탑재될 기기에 적합한 형태로 만든다는 의미이다. 가령 집적회로가 두뇌에 해당한다면, 패키징은 신경계통이나 골격구조로 비유할 수 있다. 위 그림에서 IC칩은, 웨이퍼에서 절단된 날개의 칩이며, Ball은 전기적 연결 구실을 하고, 리드 프레임은 반도체 칩과 실리콘 기판 사이 전기 신호를 전달하고 외부의 습기나 충격 등으로부터 칩을 보호하는 골격 역할을 한다.
반도체 패키징 공정의 순서는 다음과 같다.
패키징 공정 순서
Back Grinding
웨이퍼 백 그라인딩 공정은, 패키지 조립 시 필요한 웨이퍼 두께를 확보하기 위해 웨이퍼의 뒷면을 연마하여 원하는 두께를 만드는 공정이다. Back Grinding 전의 웨이퍼의 두께는 약 750um이기 때문에, 원하는 두께의 반도체 제품을 만들기 위해서는 많은 부분을 다이아몬드 휠로 갈아내야한다. 보통 우리의 스마트폰에 들어가는 메모리 제품은, 웨이퍼의 두께를 최대 30um 정도까지 갈아내고, 칩을 4층 이상 적층 하는 형태로 패키징을 실시한다.
출처. 한국기술교육대학교
라미네이션이 끝난 웨이퍼의 뒷면(패턴면 반대부분)을 연삭 하는 공정으로서, 웨이퍼 백 그라인딩 장비는 웨이퍼를 그라인딩 하는 부분과 그라인딩 된 웨이퍼를 테이프로 마운팅 하는 부분이 하나의 설비로 이루어져 있다.
*라미네이션 공정
출처. 한국기술교육대학교
– 웨이퍼의 백 그라인딩을 진행하기 전에 그라인딩 진행 시 발생하는 외부 하중으로부터 웨이퍼의 회로층을 보호하기위해 테이프를 붙이는 공정
Wafer Sawing
Wafer Sawing은, 말 그대로, 웨이퍼를 자르는 과정이다. 웨이퍼에 바둑판처럼 만들어져 있는 실리콘 다이를 다이아몬드 휠이나 레이저로 자르는 공정이다.
Die attach
Die attach는, Sawing공정을 통해 개별화된 칩을 하나씩 분리하여 외부와 전기적 연결 단자인 Substrate(리드 프레임 or PCB)에 부착하는 공정이다. attach 전, PCB 위에는 접착을 위한 에폭시가 온도를 올리면 attach가 이루어진다.
*반도체 패키지
– 리드프레임을 기판으로 사용하는 패키지 / PCB를 기판으로 사용하는 패키지
>> 제품의 크기와 양산성에서 장점을 가지고 있는 PCB를 기판으로 사용하는 패키지로 점차 바뀌어가고 있다.
>> 기판의 종류에 따라 생산공정과 필요한 설비가 달라진다.
출처. 한국기술교육대학교
최근에는 한정된 크기의 부품에 용량을 높이기 위하여 여러 개의 칩을 쌓아서 패키징하는 MCP(Multi Chip Package), 또는 다양한 종류의 칩을 PCB위에 실장한 후 몰딩하는 SIP(System In Package) 형태가 늘어나고 있다
Wire Bonding
Wire Bonding공정은, Die attach가 완료된 상태에서 칩과 substrate(기판)을 전기적으로 연결하기 위해 칩의 패드와 기판 상의 패드를 와이어로 연결하는 공정이다.
*1차 Bonding
출처. 한국기술교육대학교
>> 캐필러리를 통과하고 있는 와이어의 끝 부분을 녹이는 공정으로 시작한다. 전기적 에너지를 와이어 끝 부분에 가해 녹이면, 볼 모양을 형성한다.
>> 와이어에 전기적으로 만든 불꽃을 가해 녹여서 볼 모양을 만드는 장치를 Electronic Flame-off(EFO) 라고 한다.
*2차 Bonding: (Stitch Bonding)
출처. 한국기술교육대학교
>> 볼 본딩 후 와이어를 PCB나 리드프레임에 접합시키는 공정이다.
>> 캐필러리가 2차 본딩 지점으로 이동하면 볼 본딩과 유사하게 볼과 리드 면이 접촉해 접합의 3요소인 히트 블록에 의한 가열, 하중, 초음파 진동에 의해 stitch 본딩이 이루어진다
*Bonding 종료
출처. 한국기술교육대학교
>> 2차 본딩이 완료된 후 캐필러리가 상승하여 미리 설정한 테일 길이에 이르면 클램퍼가 닫히고 그 상태에서 캐필러리가 상승하면 와이어는 리드 접합부에서 절단되면서 본딩이 마무리된다.
Molding
Molding은, 열, 습기와 같이 물리적 요인으로부터 보호한다. 수지로 구성된 EMC(Epoxy Molding Compound)에 고온을 가해 젤 상태로 만든 후, 원하는 틀에 넣어 굳히는 공정이다.
Marking
Marking은, 제품번호 등을 Laser를 통해 표면에 각인한다.
Solder Ball Mount
Solder Ball Mount은, PCB와 패키지를 전기적으로 연결하기 위해 Substrate에 Solder Ball을 부착한다.
Saw Singulation
Saw Singulation는, Substrate를 다이아몬드 휠을 이용해 개별 제품으로 분리한다.
#마치며
오늘은 반도체 패키징 공정에 대해 알아보았다. 패키지 테스트란, 패키지 형태로 만들어진 제품의 최종 불량 유무를 판단하는 최종 관문이다. 따라서 그 중요성은 계속해서 높아지고 있다.
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[반도체 8대공정] 8. 패키징 공정(기본+TSV 공정)
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1. 패키징 공정(Packaging)이란?
전공정을 거친 후 낱개로 잘린 칩, 즉 Die는 외부와 전기신호를 주고받을 수 없으며, 외부 충격에 의해 손상되기 쉽다. 즉 반도체 칩을 기판이나 전자기기에 장착하고 칩이 외부와 신호를 주고받을 수 있도록 길을 만들고 보호해주는 과정을 패키징(Packaging)이라 한다.
2. 패키징 과정
2-1. 웨이퍼 절단(Wafer Sawing)
웨이퍼를 낱개의 칩으로 분리하는 단계로 스크라이브 라인(Scribe Line)을 따라 웨이퍼를 다이아몬드 톱이나 레이저를 이용하여 절단한다.
2-2. 칩 접착(Die attach)
절단된 칩을 반도체 칩을 외부 회로에서 전기신호를 전달하고 보호해주는 리드프레임 또는 PCB로 옮긴다
2-3. 금속 연결(Wire Bonding)
[와이어본딩(Wire Bonding)]• 반도체의 칩의 접점과 기판의 접점을 가는 금선을 사용하여 연결하는 공정
• 전통적 방식
[플립칩(Flip Chip)]• 반도체의 속도를 향상
• 칩의 회로와 기판을 직접 볼 형태의 범프 (Bump) 로 연결
• 작은 전기 저항 + 빠른 속도
• 작은 폼팩터 (Form Factor) 구현 가능
• 범프의 소재 : 금 (Au), 솔더 (Solder, 주석 / 납 / 은 화합물 )
2-4. 성형 공정(Molding)
• 열 , 습기 등의 물리적 환경으로부터 반도체 집적회로 보호하기 위한 공정
• 원하는 형태의 패키지로 만들기 위한 공정
• 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 공정
2-5. 패키지 테스트 공정(Package Test)
– 테스트를 거쳐서 다양한 환경에서 칩의 신뢰성을 검증하고 그 과정에서 생긴 주요 이슈는 제조공정이나 조립 공정에 전달해 사전에 오류를 방지해 제품의 질을 향상시킬 수 있도록 한다.
[패키지 테스트(Package Test)]• 반도체 부품의 최종 불량 유무 선별하는 테스트
• 완제품 형태를 갖춘 후 검사를 진행 = 파이널 테스트 (Final Test)
[반도체를 검사 장비(Tester)에 넣고 다양한 조건에서 테스트 수행]• 전압 , 전기 신호 , 온도 , 습도 등의 조건
• 제품의 전기적 특성 , 기능적 특성 , 동작 속도 측정
[테스트 데이터 분석]• 제조공정이나 조립공정에 피드백 ▶ 제품 질 향상
1. TSV(실리콘 관통전극)
TSV(Through Silicon Via)공정은 와이어를 이용해 칩을 연결했던 적층 기술인 wire bonding을 대체하는 기술로, 칩에 미세한 구멍(Via)를 뚫어 상,하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기술이다.
2. TSV의 장점
TSV는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 관통하는 미세 홀(via)을 형성한 후, 홀 내부에 전도성 물질(conductive materials)을 충전시켜 칩 내부에 직접적인 전기적 연결 통로를 확보하는 기술로, 칩 내부에 직접 연결 통로가 확보되기 때문에 다수의 칩을 수직으로 적층할 때 와이어 본딩을 이용한 3차원 패키징에서의 I/O(input/output unit) 수의 제한, 단락 접촉 불량과 같은 문제점을 해결할 수 있다.
추가적인 공간을 요구하지 않아 패키지 크기 소형화 가능
칩 간의 상호 접속(Interconnection) 길이를 감소시킬 수 있어 빠른 신호전달, 고용량, 저전력
3. TSV의 적용 분야
• CMOS 센서
• MEMS
• HB-LED 모듈
• DRAM, HBM( 초고대역폭 메모리 )
4. TSV의 요구 기술
• Bumping 기술 : Via hole 형성
• 기능성 박막 층 형성기술
• 전도성 물질 충전 기술
• 웨이퍼 연마 기술
• 칩 적층 기술
• TSV 신뢰성 해석 기술
5. TSV의 기술 동향
1) 삼성전자에서는 12 단 3D-TSV 기술을 개발
사람 머리카락 굵기의20분의 1 수준의 수 um직경의 통로 6만개를 만들어 오차 없이 연결하는 첨단 패키지 기술 이를 바탕으로 한 HBM-PIM을 제작해 세계최초 인공지능 연산용 가속기가 포함된 메모리를 만들어 기존 HBM2 대비 2배의 성능, 70% 저하된 전력 사용율을 개발
2) SK 하이닉스는 초고속 D 램인 HBM2E 를 개발
HBM2보다 처리속도가 50% 빠르게 만들었다. 메모리 칩을 모듈로 만들어 메인보드에 붙이는 방식이 아니라 칩 자체를 GPU같은 로직에 수십 um간격으로 장착해 더 빠른 데이터 처리가 가능.
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