반도체 패키징 공정 Ⅱ
2. Wafer Level Package 공정
※ 웨이퍼 레벨 패키지
① Fan in WLCSP
② Fan out WLCSP
③ RDL
④ Flip chip
⑤ TSV
(③ ④ ⑤는 전체 패키지 공정의 일부를 웨이퍼 상태로 진행. 넓은 의미에서 포함한 것.)
※ 일반적인 공정 순서
① 소자 구현되어 테스트 끝난 웨이퍼
② 절연층을 웨이퍼에 형성 (Photo 공정으로 패드부분만 노출)
③ 금속층 sputtering
④ Photo 공정으로 전해 금속층 Pattern 형성
⑤ 전해 금속층 형성후 PR strip + Wet etch (남은 금속층 제거)
--> Pattern의 역할따라 패키지 종류 구분
(배선 역할 = Fan in / 패드 재배열 = RDL / 범프 = Flip chip)
※금속층 역할
a) 전해도금층의 접착력 향상 (ex. Ti , 주로 sputtering)
b) 금속간 화합물 성장을 막는 확산방지막 (Diffusion barrier)
c) 전해도금 공정을 위한 전자 이동통로 (ex. Cu, 주로 전해도금)
(1) Fan in WLCSP 공정
1) Fab-out Wafer
2) Thin film deposition (금속 박막층 Sputtering) & PR coating
3) Cu electroplating (금속배선)
4) PR strip & Thin film etch
5) Dielectric(Solder resist) coating
ㄴ Passivation layer + solder ball 형태유지
ㄴ Solder ball 올라갈 부분만 Photo로 제거
6) Ball mounting
7) Wafer dicing (WLCSP 단품)
※ Solder ball mounting 공정
a) Solder ball 붙임
b) 과정 : Flux 도포-> Solder ball mounting -> Reflow
c) WLCSP vs 컨벤셔널 패키징
| WLCSP | 컨벤셔널 패키징 | |
| Stencil 크기 (Flux&solderbll mounting용) | 웨이퍼 크기 | Substrate 크기 |
| Reflow 방식 | 핫 플레이트 기반 | 대류 (컨베이어로 이동) |
| Solder ball 위치 | 웨이퍼 위 | Substrate 위 |
* Flux : Solder ball 표면 산화물 불순물 제거 -> Reflow 공정에서 solder ball이 균일하게 녹도록
(2) Flip chip bump 공정
※Flip chip공정 특징
① Flip chip bump 형성 공정 : wafer level
② Bump 후속 공정 : 컨벤셔널 패키지 공정
1) Dielectric layer 형성
2) Sputtering : UBM(Under bump Metallurgy)용 금속 박막층 형성
3) PR patterning : bump 높이 때문에 두껍게 도포
4) Electroplating : 전해도금으로 solder bump 형성
ㄴ CPB의 경우 Cu 도금후 그 위에 다시 Solder 도금 (Solder는 주로 Sn-Ag합금)
5) PR strip & Metal Etch : UBM 박막 금속에칭
6) Solder Reflow (구형 형태를 갖추게 됨)
① Bump간 높이 차이 최소화 : 본딩시 높이 낮은 범프 접합 안될 가능성 최소화
② 거칠기 감소
③ Oxide 제거 : 접합성 확보
(3) RDL 공정
※ RDL 공정특징
① RDL 형성공정 : Wafer level
② RDL 후속공정 : 컨벤셔널 패키징
③ 칩 적층시 칩 적층 수만큼 Die attach -> Wire bonding 과정 반복
1) Fab-out wafer
2) 금속 박막층 sputtering & Thick PR Coating
3) Au Electroplating
ㄴ 와이어 본딩 접합성 위해 와이어와 동일한 소재인 Au 이용
(Al은 전해도금 공정으로 형성 불가)
4) PR strip & thin film etch
5) Dielectric coating
(4) Fan out WLCSP
1) Tape Lamination : Carrier에 테이프를 붙임
2) Die Pick & Place : 그 위에 잘려진 칩들을 일정 간격으로 붙임
3) Wafer molding : 칩 사이 공간 메워줌
4) Carrier De-bonding : Carrier와 테이프를 떼어냄
5) Wafer Level Processing : 몰딩된 새로운 웨이퍼에 금속 배선을 만듬 + Solder ball 붙임
6) Dicing : 패키지 단품으로 잘라줌
※ Fan out 특징
① Fan out의 경우 더 미세한 금속 배선이 필요
: 금속 배선형성 -> 잘라진 칩 붙임 -> 몰딩 순으로 진행
② 몰딩시 EMC를 넣고, 열압착하여 진행
출처 : SK hynix newsroom, 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트(서민석)