웨이퍼 레벨 패키징

1. 개요

웨이퍼 레벨 패키징(WLCSP)은 웨이퍼 상태에서 칩을 패키징하는 기술을 의미한다. WLCSP는 재배선형과 응력 완화형의 두 가지 구조로 나뉜다. 재배선형은 웨이퍼 회로 표면에 재배선층을 형성하고 솔더 범프 등을 부착하며, 응력 완화형은 구리 범프를 추가하여 온도 변화에 의한 응력을 흡수한다. WLCSP는 전공정, 재배선층 형성, 범프 형성, 검사 및 절단 공정을 거쳐 완성된다. 배선 실효 인덕턴스가 낮아 고주파 특성이 우수하다.

2. 구조

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웨이퍼 레벨 CSP는 크게 재배선형과 응력 완화형 두 가지 구조로 나뉜다. 재배선형은 웨이퍼 상태에서 패키징을 진행하는 방식이고, 응력 완화형은 재배선형의 문제점을 개선하여 신뢰성을 높인 방식이다.

2.1. 재배선형

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공정 처리(전공정)를 마친 웨이퍼의 반도체 회로 표면 단자 패드는 패시베이션 층의 개구부를 통해 개방되어 있다. 일반적인 패키지에서는 다이싱으로 베어 칩이 된 후에 본딩으로 연결되지만, 웨이퍼 레벨 CSP에서는 다이싱 전에 연결 구조가 다이 위에 구축된다. 회로 표면의 단자 패드에 알루미늄 재배선층을 형성하고, 재배선층 위의 접속부를 남기고 봉지 수지로 표면을 봉지한다. 접속부에 반구형의 솔더 범프 등을 부착한다.

2.2. 응력 완화형

응력 완화형은 재배선형의 단점을 보완한 구조이다. 재배선형에서는 실장 후 프린트 기판과 베어 칩이 온도 변화에 따라 팽창 및 수축할 때, 둘 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 연결 부위가 손상될 수 있다. 이러한 문제를 개선하여 신뢰성을 높인 것이 응력 완화형이다.

응력 완화형은 재배선층 접속부에 구리 범프를 도금하고, 그 위에 반구형의 솔더 범프 등을 부착한다. 부드러운 구리 층이 기판과 베어 칩 사이에 추가되어 온도 변화에 의한 응력을 흡수할 수 있다.

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2.3. 외부 단자 및 기판 연결

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베어 칩의 전기적인 접속부가 되는 외부 단자는 솔더 범프 외에도 금 범프가 있으며, 프린트 기판 측은 구리 배선, 솔더, 은 페이스트, anisotropic conductive film^영어 등을 사용한다.

3. 공정 순서

WLCSP는 웨이퍼 상태에서 다음과 같은 공정을 거친다.

# 다수의 공정 처리 (전공정)
# 재배선층 형성
# 범프 형성
# 검사
# 잘라내기

전공정 이후에는 CSP 이외의 패키지에서는 웨이퍼에서 다이를 잘라낸다.

4. 배선 실효 인덕턴스 비교

WLCSP는 실장 면적을 축소할 수 있을 뿐만 아니라 배선의 실효 인덕턴스도 줄일 수 있다는 장점이 있다. 다음 표는 QFP, BGA와 WLCSP 간의 배선 실효 인덕턴스를 비교한 것이다.