자그마한 크기지만, 모든 물건을 담아낼 수 있는 마법 가방. 이런 마법 가방과 같은 역할이 반도체 공정에도 존재한다는 사실, 아시나요? 나날이 발전하는 새로운 기술력을 엿볼 수 있는 곳, 패키징(Packaging) 공정입니다.

패키징 공정이라고 하면 ‘포장’이라는 단어가 절로 연상되기 마련인데요. 패키징 공정은 반도체 칩을 보호하는 역할 뿐 아니라 반도체와 반도체가 탑재되는 기기를 전기적으로 연결하는 중요한 역할도 맡고 있습니다. 또한, 패키징 공정에 따라 전자 기기의 성능과 크기는 물론, 가격에도 영향을 줄 수 있어 그 중요성은 날로 커지고 있습니다.

최근에는 서로 다른 기능을 가진 여러 개의 칩을 수직으로 쌓는 패키징 기술까지도 등장했다고 하는데요. 기존의 한계를 뛰어넘어 삼성전자 반도체가 도전하고 있는 패키징 기술의 세계, 영상을 통해 확인해보세요.

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반도체 제조 공정의 마지막 단계로 반도체가 세상에 나갈 수 있도록 화룡점정을 찍는 반도체 패키징 공정! 반도체 패키징은 외부 환경으로부터 반도체 칩을 보호하고 집적회로가 외부와 전기신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어 제품이 동작할 수 있도록 합니다.

최근에는 스마트폰과 AI, 자율주행, 데이터센터 서버 등에 필요한 고용량, 고성능 반도체에 대한 수요가 높아지면서 반도체 패키징 역시 더 얇고 작게 만들면서도 성능을 최대로 높이는 고도화된 기술이 발전하게 되었는데요. 첨단 반도체에 사용되고 있는 TSV(Through Silicon Via)와 H-Cube 기술 등 패키지 공정의 원리를 <반도체 백과사전> 15탄을 통해 자세하게 알아볼까요?

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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

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)

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.

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

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)

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.

‘8대공정’, ‘8대 공정’

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.

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패키징

[Packaging]

반도체 칩을 탑재될 전자기기에 적합한 형태로 만드는 공정.

반도체 패키징(Packaging)은 칩을 외부 환경으로부터 보호하고, 단자 간 연결을 위해 전기적으로 포장하는 공정이다.

집적회로(IC)는 기판이나 전자기기의 구성품으로, 필요한 위치에 장착하기 위해서는 그에 맞는 모양으로 전기적인 포장을 해야 한다. 즉 상호배선, 전력 공급, 방열과 같은 역할을 한다.

또한 패키징은 반도체 칩을 보호하는 역할도 하는데, 고온이나 불순물 및 물리적 충격과 같은 다양한 외부 환경으로부터 안전하게 집적회로를 보호한다.

패키징 공정이 완료된 후 칩이 정상적으로 작동하는지 확인하는데 이를 패키지 테스트(Package Test)라고 한다. 패키지 테스트는 완제품 형태에서 진행되는데, 검사 장비에 칩을 넣고 다양한 조건에서 특성을 측정해 불량 유무를 구별한다.

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