반도체 패키지 재료 Ⅰ

1. 컨벤셔널 패키징 재료

※ 재료 종류

① 원재료 (패키지 구성 재료 : 공정 품질 및 제품 신뢰성 영향)

     유기물 복합재료 : 접착제, 서브스트레이트, EMC

     금속재료 : 리드 프레임, 와이어, 솔더 볼    

② 부재료 (패키지 도중 사용후 제거) 

     테이프류, Flux

 

(1) 리드 프레임

 

  1) 구조

  ① 금속판 : Alloy42 (Si와 열팽창 계수 유사)

                   Cu (열전도 ↑ , 전기전도도 ↑)

  ② 은 도금부 : 와이어 본딩 위치 + 와이어와 접착 성능 ↑

  ③ 댐바 : 각 Lead를 지지 + 몰딩 시 완전 충진을 위한 완충 댐(?)

  ④ 패드 : 칩이 붙는 부분

  ⑤ 락킹 홀 (Locking hole) : EMC가 위 아래를 채워 lead 지지력을 높임

     => Lead forming시 lead가 빠지는 것 방지 + 패키지 균열 방지

 

 2) 리드프레임 제조 공정 (금속판에서)

  ① 에칭법 : 미세 패턴 요구시 이용

       전처리 - 코팅 - 노광 - Development - Etching - Stripping - Strip절단 - Plating

       - Down Set & Taping - Packing

  ② 스탬핑(Stamping)법 : 고속 프레스에 Progerssive 방식 금형 장착하는 방법(?)

       Stamping - Degreasing - Heat treatment - Plating - Taping - Down Set & Cut off

       - Visual Inspection - Packing

 

 

(2) 서브스트레이트 

  ※ 윗면 : Chip이 붙는 부분(가운데) + Bonding area(와이어 연결 가장자리)

       아랫면 : Ball land(Solder ball 붙는) 

 

   1) 구조

패키지 공정 이후 서브스트레이트 단면 구조 (반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트)

   

    ① 코어 : BT resin (열안정성↑) + Cu foil (금속배선) 

Cu foil(동박)

BT resin 함침된 유리 섬유

Cu foil(동박)

 

    ② Solder Resist : 금속패드 노출 + 보호막

 

  2) 서브스트레이트 제조

   : CCL - 드릴링 - Cu 도금 - 배선 형성 - 적층 - Solder Resist 형성 - 표면 처리 - 검사

   

  ① CCL (Copper Clad Lamination)

      : BT resin 함침된 프리프레그 + 양면 Cu foil 붙여 완전 경화 (core?)

 

  ② 드릴링 (CCL에 구멍 뚫는것) : 층간 전기적 연결 통로 가공 목적

기계적 드릴	레이저 드릴
Drill Bit 이용 기판 한번에 관통해 뚫고, 구멍 품질 ↑ (작은 구멍은 어렵)	YAG, CO2 이용 레이저 작은 구멍 정확히 뚫을 수 O (두꺼운 기판은 한번에 X)

 

  ③ Cu 도금 : 절연층 사이 전기적 연결 매체인 구리 도금

      구멍 벽면 도금 or 구멍 전체 채움

      전해 도금 / 무전해 도금

 

  ④ 배선 : Cu foil + Cu 층이 배선 역할 할 수 있도록 에칭

      ㄴ패턴 미세화 수준따른 종류

         a) Subtractive

         b) MSAP(Modified Semi-Additive Process)

         c) SAP(Semi-Additive Process)

         d) ETS(Embedded Trace Substrate)

      => 배선 이후 불량 검사 : AOI(Auto Optical Inspection)

 

※ 프리프레그 : Cu foil에 붙을 절연막

 

  ⑤ 적층 (Cu 3층부터 필요한 공정) 

     a) Cu foil 표면 산화 : 표면 거칠기 ↑ => 프리프레그와 접착력 ↑

         (프리프레그 : 유리섬유에 BT resin 함침돼 반경화)

     b) 프리프레그와 Cu foil : 고온, 진공에서 가열, 가압해 경화

         => 절연층, 금속층 적층

   

  ⑥ Solder Resist 

      a) 역할

         - Cu 회로 보호

         - 선택적 절연막 형성

         - 외부열, 충격에서 Sub 보호

         - Solder ball 붙는 영역 제한 : Solder ball 높이 균일

            ㄴ Solder 금속과 wettability ↑ - 금속층 전체로 녹지 X게 함.

     b) 액상타입(도포) / Dry film(필름 라미네이션)

  

  ⑦ 금속표면처리

     a) 목적

        Solder Resist 패터닝 : Solder ball 붙을 부분(Cu foil) 노출

        => Cu foil 표면 산화 방지 + Chip과 Sub 연결 용이 목적

     b) 종류

     - OSP(Organic Solderability Preservative)  : 유기물질 도포

     - ENIG(Electroless Nikel Immersion Gold) : Ni, Au 차례로 전해도금

     - ENEPIG(Electroless Nikel Electroless Palladium Immersion Gold)

        : Ni, Pd 차례로 무전해도금 + 금 Immersion공정 도금(마지막에)

     - SOP(Solder on Pad) : Solder를 Pad에 입힘 => 접합성↑, 산화방지↑

    
  ⑧ 검사 : AFVI(Auto Final Visual Inspection : 장비)

                FVI(Final Visual Inspection : 육안)

      

출처 : 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트 (서민석)