안녕하세요! 2016년 한 해 동안 [반도체 이야기]를 풀어나갈 손은숙입니다. 처음 원고 청탁을 받았을 때 전형적인 이과생이라 말주변이 없어서 고사해 볼까도 생각했지만, 나름 20여 년을 앰코라는 큰 울타리에서 패키지와 함께 살았는데 그동안 쌓아온 지식을 이 지면을 통해 패키징에 대해 관심 있는 앰코인스토리 내외 독자분들과 공유하는 것도 의미가 있을 것 같아 감히 시작해 보려고 합니다.

어떤 내용으로 한 해 반도체 이야기를 꾸려 가는 게 좋을까 고민을 좀 했습니다. 그동안 [반도체 이야기] 칼럼의 주제들을 살펴보니, 주로 반도체 기술동향이나 application 별 원리, 반도체 소자 기초이론 및 Fab 제조공정에 대한 소개가 자세히 잘 이루어진 것 같습니다.

필자가 약 10여 년간 SEMI가 주최하는 ‘반도체 패키징 교육’에서 반도체 패키지 신뢰성 분야 강사로 발표를 하면서 매해 주제가 바뀌는데도 패키지 신뢰성 부분은 늘 관심이 많다고 해마다 강사로 초청해 주십니다. 매해 100여 명이 넘게 교육을 신청하시는데요, 그 수와 구성원들을 보고 놀란답니다.

필자가 학교 다닐 때만 해도 학교에서는 패키징에 대해서는 전혀 소개되지 않았지만 요즘엔 패키징을 전문적으로 연구하시는 교수님들도 많고 전문학회도 있다 보니 이미 학교에서도 패키징에 대해 알고 입사 지원하는 분들을 볼 수 있고, 패키징 관련 재료 및 장비산업체에서도 패키징에 대한 관심이 매우 높다는 것을 알 수 있었습니다.

필자가 주로 연구소에서 앰코 내 개발 및 생산되는 패키지의 신뢰성 및 고객들이 요구하는 기계적, 열적, 전기적 특성들을 예측 및 분석하고 불량 원인에 대해 연구하므로, 필자가 그나마 잘 알고 있고 패키징 전문 회사에서만 말해줄 수 있는 패키지의 신뢰성 및 패키지가 가져야 하는 여러 가지 특성에 대해 소개해 드리면 어떨까 합니다. 그래서 올해 동안 풀어갈 주제로 건강하고 다재다능한 반도체 패키지 이야기라고 붙여 보았습니다.

올해 전반부는 건강한 패키지에 대해, 후반부는 건강은 기본으로 하되 반도체 application 별로 고객들이 요구하는 여러 가지 다재다능한 패키지 특성들에 대해 설명을 하겠습니다.

반도체 산업 영역은 크게 IC (Integrated Circuit) Chip design > IC Wafer Fabrication > Packaging > Test로 나눌 수 있습니다.

▲ 반도체 제조 과정

그 중 Amkor는 Packaging과 Test 전문 회사이지요. Si wafer에 가공된 IC chip은 그 자체만으로는 반도체 소자로 구실을 할 수 없기에 반드시 패키징을 통해 IC chip에 있는 전기적인 신호 단자를 전자제품 보드에 물리적으로 연결하여 전기적 신호가 전달될 수 있도록 신호 path를 만들어 줘야 합니다. IC chip과 보드 사이에 전기적으로 신호만 연결해 주면 그 소자의 동작여부는 확인할 수 있겠지만, 실제 사용자 환경에서 전자제품의 기능을 가지려면 보통 Si 결정으로 만들어진 IC chip은 외부충격으로부터 깨지기 쉽기 때문에 chip을 감싸서 보호해야 하고 장시간 사용환경에서 견딜 수 있도록 하기 위해 신뢰성 있는 패키징을 해야만 합니다.

반도체 패키징의 기본적인 목적은 크게 아래 세 가지로 요약할 수 있습니다. 

1. IC chip과 사용 전자제품의 보드까지 전기적인 신호 연결

2. 깨지기 쉬운 Si IC chip 보호

3. 다양한 사용 환경에서 장시간 사용할 수 있도록 신뢰성 확보

반도체 패키지는 위의 기본적인 세 가지 기능 이외에, 응용분야별로 요구하는 기술적인 조건에 따라 다양한 종류의 패키지가 있습니다. 어떤 응용분야건 간에, 패키지 크기는 경박단소(Lighter, Thinner, Shorter, Smaller)를 기본으로, 전기적으로는 저전력 소모, 안정적이고 빠른 신호 배선 설계, 열적으로는 효율적인 열방출기술이 요구되면서 가격경쟁력이 있는 저가의 패키징 기술이 현재 가장 큰 트렌드인 것이 사실이지요.

▲ 다양한 반도체 패키지 종류

일반적인 반도체 패키징 순서는 아래와 같습니다.

▲ 반도체 패키징 공정 순서

▲ 반도체 패키징 내부

이미 다 알고 계신다고요? 혹시나 반도체 패키징을 잘 모르는 외부독자들을 위해 소개 차원에서 간단하게 언급하였으니 양해 바랍니다. ^^ 

자, 그렇다면 패키징이 기능과 종류, 공정 순서 등에 대해 이미 어느 정도 알고 있다는 전제하에, 이미 패키징이 완료된 반도체 소자는 플라스틱 tray나 reel & tape 등과 같은 carrier에 담겨 박스 포장되어 고객사나 PCB(Printed Circuit Board)에 실장하기 위해 실장전문업체로 보내게 됩니다. PCB에 실장이 되어야 구동할 수 있는 전원도 공급받고, 소자 간에 전기적인 신호를 주고받으면서 전자제품으로서 설계된 기능을 할 수 있는 것입니다.

필자가 올해 [반도체 이야기] 주제를 건강한 패키지라고 했는데요, 완성된 반도체 패키지가 PCB 보드에 실장될 때 얼마나 건강한지 1차 평가를 받게 됩니다. 그럼, 1차 건강 검진 항목이 뭘까요? 궁금하시지요? 다음 호에서 계속 이어가겠습니다.