패키징

패키징(Packaging)은 제품을 포장하는 일을 의미한다. IT 업계에서는 집적회로(IC)를 밖에서부터 보호하기 위해 적합한 매개물로 싸는 것을 의미하고, 자동차 업계에서 말하는 패키징은 엔진룸과 차 내부의 최적인 설계를 의미하는 말이다. 자동차 설계시 파워트레인의 탑재성, 차량 외형의 주요 치수 및 차량에 장착되는 주요 구성요소의 효과성을 극대화하기 위해 위치를 선정하고 배치하여 상품 경쟁력을 제고하는 패키징 능력이 중요하다.

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반도체 패키징

패키징 공정을 마친 반도체 칩

반도체 전공정을 통해 완성된 웨이퍼의 반도체 칩은 낱개로 하나하나 잘라내는데, 이렇게 잘린 칩을 베어칩(bare chip) 또는 다이(die)라고 한다. 그러나 이 상태의 칩은 외부와 전기신호를 주고받을 수 없으며, 외부 충격에 의해 손상되기 쉽다. 반도체 칩, 즉 집적회로(IC)가 기판이나 전자기기에 장착되기 위해선 그에 맞는 포장이 필요하다. 이와 같이 반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어주고 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정을 '패키징(Packaging)'이라고 한다.

패키징은 집적회로와 전자기기를 연결하고 고온, 고습, 화학약품, 진동/충격 등의 외부환경으로부터 회로를 보호하기 위한 공정이다.

웨이퍼 절단

먼저, 웨이퍼를 낱개의 칩으로 분리해야 한다. 웨이퍼에는 수백 개의 칩이 촘촘히 배열되어 있고, 각 칩은 스크라이브 라인(Scribe Line)으로 구분되어 있다. 이 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼를 다이아몬드 톱이나 레이저 광선을 이용해 절단한다. 웨이퍼 절단 작업은 웨이퍼를 톱질하고 잘라낸다는 의미에서 '웨이퍼 소잉(Wafer Sawing)'이나, '다이싱(Dicing)'이라 불린다.

칩접착(Die attach)

절단된 칩들은 리드프레임(Lead Frame) 또는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 옮겨진다. 리드프레임은 반도체 칩과 외부 회로 간 전기신호를 전달하고, 외부 환경으로부터 칩을 보호, 지지해주는 골격 역할을 한다.

금선연결

반도체의 전기적 특성을 위해 기판 위에 올려진 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 가는 금선을 사용하여 연결하는 공정을 와이어본딩(Wire Bonding)이라고 한다.

전통적인 와이어링 방식 외에 반도체의 속도를 향상시키기 위해 칩의 회로와 기판을 직접 볼 형태의 범프(Bump, 돌기)로 연결하는 패키징 방식도 있는데 플립칩 방식(Flip Chip) 패키지라고 불리는 이 기술은 와이어본딩보다 전기 저항이 작고 속도가 빠르며, 작은 폼팩터(Form Factor) 구현을 가능하게 한다. 범프의 소재로는 주로 금(Au) 또는 솔더(Solder, 주석/납/은 화합물)가 사용된다.

성형(Molding) 공정

금속 연결 공정까지 끝나면 열, 습기 등의 물리적인 환경으로부터 반도체 집적회로를 보호하고, 원하는 형태의 패키지로 만들기 위한 성형(Molding) 공정을 거친다. 금선 연결까지 끝난 반도체 칩을 화학 수지로 밀봉하는 공정을 거치면 우리가 흔히 보는 반도체가 된다.

패키지테스트

완벽한 반도체 제품을 위한 최종 관문, 패키지 테스트(Package Test)가 남아 있다. 패키징 공정이 완료되면 반도체 제품의 최종 불량유무를 선별하는 패키지 테스트(Package Test)를 시행한다. 이 테스트는 완제품 형태를 갖춘 후에 검사를 진행하기 때문에 '파이널 테스트(Final Test)'라고도 한다.

패키지 테스트는 반도체를 검사장비(Tester)에 넣고 다양한 조건의 전압이나 전기신호, 온도, 습도 등을 가해 제품의 전기적 특성, 기능적 특성, 동작 속도 등을 측정한다. 또한, 테스트 데이터를 분석해 제조공정이나 조립공정에 피드백함으로써 제품의 질을 개선하는 역할도 한다.

참고자료

• 〈<반도체 8대 공정> 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징 (Packaging) 공정〉, 《삼성반도체》, 2018-10-12

같이 보기

• 자동차 설계
• 의장조립
• 패키지테스트
• 반도체 공정

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