반도체 조립과 포장 (Assembly and Packaging) 공부

반도체 소자 공정기술 책을 보다가 기초확인문제를 한번 정리해 보기로 하였다. 

문제를 정리하고 그 문제에 답을 찾아가다 보면 기본적인 기초공부가 될것으로 보여서 정리하고자 한다.

 

1. IC 제조 공정에서 후미의 끝이라는 의미는 무엇인가?

   반도체는 웨리퍼로부터 분리된 후에 마지막으로 IC 패키지로 조립된다.

2. IC 의 최종 조립 IC패키징에 대해서 간략하게 설명하라.

   IC 최종조립은 웨이퍼로부터 우수한 다이(die)를 분리해 내고 금속의 리드프레임(leadframe)이나 기판에 다이(die)를 부착하는것으로 구분된다. 리드프레임 조립은, 칩으로 전기적 접근을 제공하기 위해 칩 표면의 금속 접합 패드와 내부 리드프레임을 미세한 직경의 선에 상호 연결한다. 최종 조립 후에, IC 패키징은 보호 패키지로 다이(die)를 둘러싸는 공정이다. 

Wafer Test and Sort -> Die Separation -> Die Attach -> Wire Bond -> Plastic Package -> Final Package and Test

3. IC 패키지의 네 가지 기능을 설명하라.

  IC 패키징은 모든 칩을 위해 4가지 중요한 기능을 가지고 있다.

  1) 외부환경으로부터의 보호와 취급 손상으로 부터의 보호

  2) 칩의 내외부 신호들의 상호 연결

  3) 칩의 물리적 유지

  4) 열 손실

4. 두 개의 설계 구속은 다음을 따른다. 성능, 크기/무게/형태, 물질들, 비용과 조립

   표20-1 IC 패키징을 위한 설계 제약

5. 두 개의 다른 패키지 레벨을 설명하라.

   여러 전자적인 성분 때문에 2가지 다른 패키징 레벨이 존재한다. 

   1단계 패키징 : 칩의 조립과 패키징.  일단 칩이 IC 구성에 패키징 되녀, 패키지 입/출력(I/O) 단자들은 조립의 다음 단계로 칩을 연결시킨다.

   2단계 패키징 : 많은 부품들과 커넥터들을 시스템 내의 IC 구성품으로 조립한다.

6. 인쇄 회로 기판(PCB)은 무엇인가?

    PCB는 제품의 전자 서브시스템에 연결되는 커넥터로 사용됨과 동시에, 땜질된 보드 위에 칩-적재(chip-carrying) IC 구성품을 부착하여 회로간의 상호연결을 한다.

7. 전통적인 조립의 4가지 단계는 무엇인가?

   1) 후면연마 (backgrind) , 2) 다이(die) 분리,  3) 다이(die) 부착,  4) 와이어 접착

8. 후면 연마를 설명하라.

    최종 조립의 첫번째 작업은 후면 연마이며 때때로 최종조립에 들어가기전 웨이퍼 분류 직후에 수행되기도 함. 큰 직경의 웨이퍼들은 그 이전의 제조 작업 동안의 파손을 최소화하기 위하여 상대적으로 두껍게 제작된다. 그렇지만, 조립이 시작되기 전까지 웨이퍼들을 얇게 만들어 줘야 한다.

9. 웨이퍼로부터 다이 분리는 어떻게 이루어지는가?

   다이분리는 다이아몬드 날을 갖는 다이싱 톱을 사용하여 웨이퍼로부터 각각의 다이를 잘라낸다. 다이싱하기 전에 웨이퍼는 카세트로 부터 제거되어야 하고, 적당하게 일정 방향으로 맞추고 고정된 프레임의 접착성 필름 위에 안정되게 위치시킨다. 접착성 필름은 모든 칩들이 절단되면 원래 대로 고정시킨다. 웨이퍼는 톱 속으로 이동되고, DI 물이 분무되고, 25㎛ 둘레에 20,000 rpm으로 회전하는 다이아몬드 톱에 의해서 일정하게 잘려진다.

10. 다이부착은 무엇인가?

   다이 부착시 각각의 우수한 다이들은 부착성 지지대로부터 개별적으로 추출되고 물리적으로 기판이나 주 프레임으로 부착된다. 주 프레임 매거진은 능률적으로 주 프레임을 취급하고 공구에서 공구로 이동하기 위하여 사용되는 작은 수동 선반이다.

11. 칩 접속의 3가지 형태를 설명하라.

   다이는 아래 기술의 방법 중 하나를 사용하여 주 프레임에 물리적으로 부착된다.

   1) 에폭시 부착 , 2) 공용 부착,  3) Glass frit 부착

      에폭시는 주 프레임이나 기판의 중앙 영역에 분배된다.

      공용부착을 사용하여 칩을 부착시키기 위해서 후면연마 후 웨이퍼의 뒷면에 금의 박막이 증착된다.

      유리프리부착은 원래의 유기매질 내에 은과 유리 입자의 혼합물들로 이루어져있다. 그것은 칩을 용접 밀봉을 이끌기 위해서는 금속화 없이 세라믹 제품에 바로 부착하는데 사용된다.

12 용접성 밀봉은 무엇인가?

    용접 밀봉이란 외부 환경으로부터 실리콘 장치를 보호하는 것으로 간주되고 특별히 습도와 오염물질로 부터 보호

13. 선 접속에 사용되는 세 가지 방법을 설명하라.

     1) 열 압축 접속 : 열 에너지와 압력이 칩 패드나 리드 프레임 내부 리드에 금선의 접속을 구성하기 위새서 사용된다.

     2) 초음파 접속 : 선과 패드 사이에 쐐기 결합이 형성되는 것을 의미하며 초음파 에너지와 압력을 이용하게 된다.

     3) 열 음파 볼 접속 : 볼 접속이라고 간주되는 접속을 형성하기 위해서 초음파 진동과 열과 압력을 결합시키는 기술이다.

14. 선 접속의 품질을 제어하는 두 가지 이론은 무엇인가?

    품질 측정을 위한 두가지 주된 방법은 시각적 검사와 당김(pull) 검사이다. 시각적 검사는 쐐기나 볼을 쳐다봄으로써 이루어지고 우수한 접속이 형성되었는가를 확인한다. 선 당김 검사는 선 접속의 품질의 측정을 제공한다. 당김 검사는 개별적인 접속의 강도를 측정하고 선과 평평한 지역 사이의 계면인 뒷굼치(hell)에서 접속의 고장을 강조한다. 이러한 대수적 측정은 공정의 안정성과 경향을 평가하기 위한 통계적 공정 조절(SPC)로 검사한다.

15. 전통적인 IC 패키지 물질에서 가장 널리 사용되는 두 가지 형태를 설명하라.

   1) 플라스틱 패키징

   2) 세라믹 패키징

16. 플라스틱 패키지 공정에 대해서 설명하라.

    플라스틱 패키징은 융용 공정에서 선 접속된 다이와 리드 프레임을 완벽하게 캡슐화시키기 위해서 에폭시 폴리머를 사용한다. 주요 특징은 자신을 대량 생산되는 제품 기술에 접목시킬 수 있다는 점이다. 다이가 접착되고, 선이 접속되어 진 리드 프레임들은 제거되고, 단순화 작업을 위해 선반에서의 공정을 통해서 이동된다. 서로다른 도구를 갖는 선반의 경계면은 다이와 내부 리드 프레임의 캡슐화 공정을 위해서 사용된다.

17. 여섯 가지의 플라스틱 패키지에 대해 설명하라.

   1) DIP(dual in-line package) : 2열의 PIH 리드를 가지며 휘기판의 구멍을 통해서 뒷면으로 구부러져 있다.

   2) SIP(Single in-line package) : 단일 인 라인 패키지 DIP 대안으로 메모리 응용과 같은 IC 구성요소의 몸체로 사용되는 회로기판의 공간을 줄이기 위해서 사용

   3) TSOP(Thin small outline package) : 메모리와 스마트카드에 널리 사용

   4) QFP(quad flat-pack) :  256개 이상의 높은 리드 밀도를 얻기 위해서패키지의 네 방명 모두에 리드를 사지고 있는 표면 실장 소자.

   5) PLCC(plastic leaded chip carrier) : 표면 외부에 J-리드를 갖는다. 높은 I/O 수가 필요하지 않다면 QFP대신에 사용

   6) LCC(leadless chip carrier) :리드가 없는 칩캐리어는 낮은 프로필을 유지하기 위해서 패키지 가장자리 주변을 감싸는 리드를 갖는 플라스틱 패키지. LCC는 소켓을 꼽거나 회로 기판에 직접 납땜된다. 소켓은 업그레이드 하거나 고장 수리시 제거를 쉽게 하기 위해서 사용

18. 세라믹 패키지는 일반적으로 언제 사용하는가?

   세라믹 패키징은 용접 밀봉을 갖는 최대의 신뢰성이나 높은 전력을 요구하는 분야의 IC 패키징을 위해 사용된다.

19. 세라믹 패키지의 2개의 중요한 이론은 무엇인가?

   1) 내화성 세라믹 : 칩의 조립과정과 패키징을 분리해서 따로 처리하는 방법

   2) 세라믹 DIP(CERDIP) 기술 : 용접 밀봉을 유지하지만 저가의 패키징 비용을 갖는 기술

20. 내화성 세라믹 공정에 대해서 설명하라. HTCC와 LTCC는 무엇인가?

    HTCC(high-temperature cofired ceramic) : 다수의 세라믹 시트들은 정밀하게 얇게 잘려져 있고, 모놀리딕 소결된 몸체를 구성하기 위해서 1600℃ 로 가열된다.

    LTCC(low-temperature cofired ceramic) : 850℃에서 1050℃로 가열되고 HTCC 온도를 버텨내지 못하는 회로 제조 물질에 이용된다.

21. 핀 격자 배열(PGA) 패키지는 무엇인가?

   PGA는 600개의 핀이 사용되는 고주파나 고속의 마이크로프로세서와 같은 고성능 IC들에 사용된다. PGA 패키지는 종종 패키지 내부에서 발생된 열을 제거하기 위한 작은 팬이나 열 흡수의 형태로 종종 필요하다.

22. CERDIP는 무엇인가?

    두 세라믹개체 사이에 리드 프레임을 위치시키고 침 선 접속 후 두 개의 세라믹을 압축하는 것이다. 이런 패키지는 CERDIP로 간주된다. 세라믹층들은 낮은 온도의 유리 밀봉을 사용해서 용접 밀봉한다.

23. 검사를 위한 접촉기를 설명하라.

   수 많은 입력/출력을 가진 발전된 IC 패키지들과 작은 패키지의 footprint는 마지막 검사를 하는데 어려움을 준다. 접촉기나 소켓같은 특별한 검사 부품들은 IC 패키지의 리드선과 자동검사기의 접촉 핀들 사이의 전기적 연결을 위해 사용된다. 이런 접촉기들은 중대한 손실이나 전기적 신호 간소 없이 수백만 개의 IC 삽입물들이 확실한 작동을 할 수 있게 한다. 개선된 IC에서 검사 부품들은 신호 통로의 임피던스를 최적화 하고 인덕턴스를 최소화 하도록 설계된다.

24. 패키지 기술의 이점을 일곱가지 설명하라.

  1) 플립칩(Flip chip) : 기판쪽의(표면접합 패드와 함께) 활성화된 면을 찹재하는 패키징 기술

  2) 볼 격자 배열(Ball Grid Array) : 회로기판에 기판을 연결하는데 사용한다. 실리콘 칩은 플립침 C4 혹은 선접속기술을 사용해서 기판의 위쪽에 부착된다.

  3) 기판 위에 칩(COB) : SMT와 PIH 부품들과 함께 기판위에서 직접적으로 IC 칩을 설치하기 위해 개발되었다.

  4) 테이프 자동 본딩(TAB) : 칩 캐리어로 플라스틱 테이프를 사용하는 고성능 입/출력 패키징 접근법이다.

  5) 다중 칩 모듈(MCM) : 하나의 기판위에 각각의 다이를 장착한 하나의 패키지이다. MCM 기판 재료 위의 실리콘 칩의 더 높은 밀도를 가능하게 한다.

  6) 칩 규모 패키징(CSP) : 다이의 1.2배의 족적(footprint)을 가진 IC 패키지이다. CSP 패키지는 대략 다이와 같이 같은 크기를 가지기 때문에 그것은 특별하게 칩들이 영역 배열 범프 기술에 사용할 때 2단계 회로기판의 표면 영역의 효과적인 사용을 창출한다.

  7) 웨이퍼 단계 패키징 : 지금까지 기판위에 표준 패드에 칩 접속 패드를 연결하기 위한 모든 IC 조립과 패키징은 웨이퍼로 분리된 다이에서 행해졌다. 입방체판이 되기 전에 웨이퍼 위에 입/출력 터미널을 패키징하는 것

25. 플립칩이란 무엇인가?

26. 칩 패키징의 bump 공정의 이점은 무엇인가?

27. 왜 에폭시 언더필이 플립 칩에 사용되는 이유는 무엇인가?

28. 지역 배열 위에 경계선 배열의 유리한 점은 무엇인가?

29. BGA 패키지를 설명하라. 회로기판의 표준화된 표면 탑재공정과 통합된 표준화된 성분을 사용할 수 있는가?

30. COB를 설명하라.

31. 자동화한 테입 접속을 설명하라(TAB)

32. 다중 칩 모듈의 이점은 무엇인가?

33. 칩 스케일 패키지의 일반적인 정의는 무엇인가? CSP의 이점은 무엇인가?

34. 웨이퍼 레벨 패키지를 설명하라.

35. 웨이퍼 레벨 패키지의 각 파라미터에 따라서 이점을 설명하라.

   (1) 패키지의 크기

   (2) 탑재되는 패키지의 높이

   (3) 소자의 신뢰성

   (4) 납땜 접합의 신뢰성

   (5) 전기적인 성능

   (6) 통합된 현존하는 SMT의 하부조직

   (7) 알파 입자 보호

   (8) 비용