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반도체가 수년 동안 안정적으로 작동하려면 각 칩이 요소와 가능한 스트레스로부터 보호된 상태를 유지하는 것이 중요합니다. 그러면 집적 회로(IC) 패키징이란 무엇이며 전자 제품 애플리케이션에 왜 필수적인가라는 두 가지 질문을 하게 됩니다. 전자 산업에서 일하고 IC 패키징 재료가 자신에게 어떻게 도움이 되는지 확실하지 않은 경우 IC 패키징 이면의 아이디어에 대한 기본 분석이 있습니다.
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IC 패키징은 반도체 소자를 포함하는 재료를 말합니다. 패키지는 부식이나 물리적 손상으로부터 회로 재료를 보호하고 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결하는 전기 접점을 장착할 수 있도록 회로 재료를 감싸는 케이스입니다. 다양한 유형의 집적 회로가 있으므로 다양한 유형의 IC 패키징 시스템 설계를 고려해야 합니다. 다른 유형의 회로 설계는 외부 쉘과 관련하여 서로 다른 요구 사항을 갖기 때문입니다.
IC 패키징은 반도체 장치 생산의 마지막 단계입니다. 이 중요한 단계에서 반도체 블록은 잠재적으로 손상되는 외부 요소와 노후화된 부식 효과로부터 IC를 보호하는 패키지로 덮여 있습니다. 패키지는 본질적으로 블록을 보호하고 전자 장치의 회로 기판에 신호를 전달하는 전기 접점을 촉진하도록 설계된 케이스입니다.
IC 패키징 기술은 전자 패키징 제조업체에서 BGA(Ball Grid Array) 패키지가 처음 사용된 1970년대부터 발전해 왔습니다. 21세기가 시작되면서 패키지 기술의 새로운 옵션이 핀 그리드 어레이 패키지, 즉 플라스틱 쿼드 플랫 팩과 얇은 소형 아웃라인 패키지를 능가했습니다. 노티가 진행되면서 Intel과 같은 제조업체는 랜드 그리드 어레이 패키지의 시대를 열었습니다.
한편, 다른 패키지 유형보다 더 많은 핀 수를 수용하는 플립칩 볼 그리드 어레이(FCBGA)가 BGA를 대체했습니다. FCBGA는 에지만이 아니라 전체 다이에 대한 입력 및 출력 신호를 포함합니다.
구성에 따라 IC 패키징 디자인을 분류하는 다양한 방법이 있습니다. 이와 같이 IC 패키지에는 리드 프레임형과 기판형의 두 가지 유형이 있습니다.
IC 패키지의 기본 구조적 정의 외에도 추가 범주는 2차 유형의 상호 연결을 구분합니다. 다양한 IC 패키지 범주에 대한 추가 정보는 아래에서 확인할 수 있습니다.
많은 회사에서 영역 어레이 패키지를 사용한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이와 관련하여 가장 중요한 예는 작은 칩 스케일 패키지(때로는 QFN 패키지라고도 함)와 더 큰 패키지를 포함하여 다양한 형식으로 제공되는 BGA 패키지입니다. BGA 구조는 유기 기판을 포함하며 가장 좋은 응용 분야는 멀티칩 구조입니다. 멀티칩 모듈 및 패키지는 시스템 온칩 형식을 사용하는 솔루션의 주요 대안입니다. 다른 옵션으로는 2단계 및 이중 표면 상호 연결 패키지가 있습니다.
또한 WLP(웨이퍼 레벨 패키징)로 알려진 웨이퍼 IC 어셈블리 범주가 업계 용어로 사용되었습니다. 웨이퍼 레벨 패키지에서 구성은 웨이퍼 표면에서 발생하여 플립 칩 크기의 패키지를 생성합니다. 또 다른 웨이퍼 레벨 패키지는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP)으로 기존 WLP 솔루션의 고급 버전입니다. 패키징의 외부 레이어가 부착된 후 웨이퍼가 다이싱되는 WLP와 달리 FOWLP 웨이퍼 다이싱이 먼저 발생합니다.
애플리케이션에 적합한 IC 패키지를 선택하는 것은 IC 패키지 생산에 필요한 광범위한 설계 고려 사항에 대한 기술 정보를 아는 것에서 시작됩니다. 예를 들어 IC 패키지에 적합한 재료 구성과 기판을 알고 싶을 것입니다. 또한 경질 기판과 테이프 패키지 기판의 차이점을 아는 것도 중요합니다. 많은 기업들은 또한 리드 프레임의 대안으로 라미네이트를 사용하고 금속 도체와 잘 작동하는 기판을 선택하는 것을 고려하고 있습니다.
아래에서 주요 디자인 고려 사항에 대해 자세히 알아보세요.
IC 패키지의 성능은 화학적, 전기적 및 재료 구성에 크게 의존합니다. 기능적 차이에도 불구하고 리드 프레임 및 라미네이트 패키지는 모두 재료 구성에 크게 의존합니다. 일반적인 형식인 리드 프레임 패키지는 스폿 도금 방식으로 부착된 은색 또는 금색 와이어 본드 마감재를 사용합니다. 따라서 프로세스가 더 간편하고 저렴해집니다.
세라믹 패키지에서 Alloy 42는 기본 재료와 함께 작동하기 때문에 널리 사용되는 금속 유형입니다. 플라스틱 패키지에서 구리 리드 프레임은 솔더 조인트를 보호하고 전도성을 제공하기 때문에 선호됩니다. 특정 지역의 정책으로 인해 재료는 표면 실장 플라스틱 패키지의 중요한 요소 중 하나이기도 합니다.
유럽 표준의 개정으로 인해 납 마감 처리는 다음 단계의 패키징 어셈블리에서 집중적으로 조사되는 문제였습니다. 목표는 쉽게 적용되고 업계 전반에 걸쳐 오랫동안 필수품이었던 주석-납 땜납에 대한 실행 가능한 대체품을 찾는 것이었습니다. 그러나 제조업체는 부분적으로는 공급업체 간의 광범위한 경쟁으로 인해 단일 솔루션을 중심으로 통합하지 못하고 있습니다. 리드 문제는 당분간 자체적으로 해결되지 않을 것입니다.
1970년대 후반부터 라미네이트는 칩-보드 어셈블리에서 리드 프레임의 대안으로 등장했습니다. 오늘날 라미네이트는 세라믹 기판과 비교할 때 상대적인 비용 효율성으로 인해 IC 패키징 솔루션 산업 전반에 널리 퍼져 있습니다. 가장 인기 있는 라미네이트는 우수한 전기적 특성을 제공하고 가격도 더 저렴한 유기 고온 유형입니다.
반도체 패키지의 대중화에 따라 적용 가능한 기판 및 인터포저에 대한 수요도 증가하고 있습니다. 기판은 기판에 기계적 강도를 부여하고 외부 장치와 연결할 수 있도록 하는 IC 패키지의 일부입니다. 인터포저는 패키지에서 연결 라우팅을 가능하게 합니다. 어떤 경우에는 "기판"과 "인터포저"라는 단어를 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.
패키지 기판은 경질 및 테이프 종류로 제공됩니다. 경질 기질은 단단하고 모양이 정의되어 있는 반면, 테이프 기질은 얇고 유연합니다. IC 제조 초기에는 기판이 세라믹 재료로 구성되었습니다. 오늘날 대부분의 기질은 유기 물질로 만들어집니다.
기판이 단단한 기판을 형성하기 위해 적층된 여러 개의 얇은 층으로 구성된 경우 이를 라미네이트 기판이라고 합니다. IC 제조에서 가장 일반적인 두 가지 라미네이트 기판은 FR4와 BT(비스말레이미드-트리아진)입니다. 전자는 에폭시, 후자는 고급 수지재질입니다.
부분적으로 절연 품질과 낮은 유전 상수로 인해 BT 수지는 IC 산업에서 선호하는 라미네이트 재료 중 하나로 부상했습니다. BGA에서 BT는 모든 기판 중에서 가장 일반적으로 사용됩니다. BT는 또한 칩 스케일 패키지(CSP) 라미네이트용으로 선호되는 수지가 되었습니다. 한편, 전 세계의 경쟁자들은 새로운 에폭시 및 에폭시 혼합 대체품을 제조하고 있으며, 이는 BT가 돈을 벌 수 있도록 위협하고 있으며 앞으로 시장의 경쟁력이 더욱 높아짐에 따라 전반적인 가격을 낮출 수 있습니다.
경질 기판의 대안으로 테이프 기판은 대부분 폴리이미드 및 기타 유형의 내열성, 내구성 재료로 만들어집니다. 테이프 기판의 장점은 회로를 동시에 이동하고 운반할 수 있다는 것입니다. 따라서 테이프 기판은 빠르고 일정한 움직임 속에서 회로를 운반하는 디스크 드라이브 및 기타 장치에서 선호되는 선택입니다. 테이프 기재의 또 다른 주요 장점은 가벼운 무게입니다. 즉, 적용되는 표면에 약간의 무거움도 추가하지 않습니다.
IC 패키지에는 신호를 다양한 상호 연결 기능으로 라우팅할 수 있는 금속 도체도 함께 제공되어야 합니다. 따라서 기판이 이 프로세스를 용이하게 하는 데 필수적입니다. 기판은 칩의 입력 및 출력 신호를 패키지의 시스템에 있는 다른 기능으로 라우팅합니다. 기판의 라미네이트에 결합된 호일(일반적으로 구리)을 배치하면 금속 전도성이 달성됩니다. 금과 니켈의 침지층은 상호확산과 산화를 방지하기 위해 구리 위에 마감재로 적용되는 경우가 많습니다.
리드 프레임은 가장 일반적인 IC 패키지 유형입니다. 은 또는 금도금 마감 처리된 와이어 본드 상호 연결된 다이에 이러한 패키지를 사용합니다. 표면 실장 플라스틱 패키지의 경우 제조업체는 종종 구리 리드 프레임 재료를 사용합니다. 구리는 전도성이 높고 규정을 준수하므로 이러한 목적에 유용할 수 있습니다.
많은 제조업체가 실제 리드 마감 리드 프레임 IC 패키지에서 벗어나려고 노력하고 있지만 너무 오랫동안 자주 사용되어 일부에서는 전환이 어렵습니다. 가장 일반적인 패키지는 다음과 같습니다.
세라믹 기반 패키지와 같은 기판 패키지에는 Iconel 또는 Alloy 42와 같은 세라믹과 열팽창 계수(CTE)가 유사한 합금이 필요합니다. 다이 부착 공정에서 특수 다이를 사용하여 다이를 기판에 접합합니다. -페이스업 와이어 본드 어셈블리에 사용할 수 있는 재료를 부착합니다. 핫스팟으로 이어질 수 있으므로 부착된 재료의 틈을 피하는 것이 중요합니다. 우수한 다이 부착 재료는 전기 및 열 전도성이 있어 기판 패키지에 이상적입니다.
더 높은 성능이 필요하거나 높은 I/O 수를 처리하는 경우 대신 라미네이트를 사용합니다. 라미네이트 패키지는 세라믹 기판에 대한 탁월한 저비용 대안이며 유전 상수도 낮습니다.
이 IC 패키지 유형은 두 가지 주요 기능을 제공합니다. 첫 번째는 외부 요인으로 인해 발생할 수 있는 손상으로부터 다이를 보호하는 것입니다. 두 번째는 입력 및 출력을 관리 가능한 미세 피치로 재분배하는 것입니다. 또한 이 패키지는 열 경로를 스택 다이에서 멀리 떨어뜨리는 표준화된 구조를 제공합니다. 전반적으로 구조는 전기 테스트에 더 적합하고 오류에 더 강합니다.
다이 부착 재료는 와이어 본드의 품질을 저하시킬 수 있는 가스 방출을 피하기 위해 제조업체가 설계한 액체 또는 필름 재료입니다. 이러한 재료는 응력 완충 역할도 하므로 CTE가 기판과 완전히 일치하지 않으면 다이가 파손되지 않습니다.
다이 부착 재료를 적용하는 방법에는 여러 가지가 있으며 그 중 일부는 다른 것보다 더 복잡합니다. 대부분의 경우 다이 어태치는 와이어 본드가 표면에 있는 어셈블리에 적용됩니다. 모든 경우에 다이 부착 재료는 열 전도성입니다. 특정 어셈블리에서 다이 부착은 전기 전도성도 제공합니다. 스폿이 다이와 함께 너무 뜨거워지는 것을 방지하기 위해 제조업체는 일반적으로 재료의 보이드를 방지하려고 합니다. 액체 및 필름의 다이 부착 재료는 가스 방출을 방지하고 다이가 손상되지 않도록 보호합니다.
와이어 본드 어셈블리는 세 가지 형식으로 제공됩니다.
선택한 와이어 본딩 어셈블리 유형에 따라 다양한 어셈블리 기능이 제공됩니다. 와이어 본딩은 일반적으로 금 와이어를 사용하지만 질소가 풍부한 조립 환경에서는 구리 와이어를 대신 사용할 수 있습니다. 알루미늄 와이어를 사용한 웨지 본딩은 경제적인 대안이 될 수 있습니다.
초음파 본딩은 부품 어셈블리 표면의 구멍을 통해 와이어를 공급하는 것으로 시작됩니다. 이 프로세스에는 다이 및 기판 본드가 포함됩니다.
Thermosonic Bonding은 실리콘 IC를 컴퓨터에 연결하는 데 사용되는 프로세스입니다. 이 프로세스는 개인용 컴퓨터와 노트북의 회로를 통합하는 중앙 처리 장치의 구성 요소를 조립합니다.
열음속 결합은 열, 기계 및 초음파 에너지로 구성됩니다. 이 과정을 수행하는 기계에는 전기 에너지를 압전기로 변환하는 변환기가 포함되어 있습니다.
열압착 접합은 힘과 열의 혼합을 통해 두 금속을 접합하는 방법입니다. 이 방법은 웨이퍼 본딩, 확산 본딩, 솔리드 스테이트 용접 및 압력 접합이라고도 합니다. 열압착 접합은 표면 실장에 앞서 전기 구조와 장치 패키지를 보호합니다. 이 방법에는 표면과 입계의 확산이 포함됩니다.
인캡슐런트는 IC 패키지의 마지막 부분이며 환경 및 물리적 손상으로부터 도체와 전선을 보호하는 역할을 합니다. 이들은 에폭시 또는 에폭시 블렌드, 실리콘, 폴리이미드 또는 용매 기반 또는 실온 가황성으로 만들 수 있습니다. 선택하는 나머지 구성 요소는 집적 회로 및 응용 프로그램의 특정 요구 사항에 따라 다릅니다.
인쇄 회로 기판은 산업 및 자동차 환경에서 정전기 먼지에 취약할 수 있습니다. PCB의 기계적 특성을 보호하기 위해 제조업체는 이제 캡슐화 수지를 사용합니다.
보호 장벽으로서 포팅 및 캡슐화제는 먼지 및 기타 대기 요소가 PCB의 메커니즘에 해를 끼치는 것을 방지하는 데 매우 효과적입니다. 수지가 충분하면 인캡슐런트가 진동, 충격 및 외부 요소의 스트레스로부터 PCB를 보호할 수 있습니다. 응용 프로그램이 효과적으로 작동하려면 다양한 잠재적 작업 환경에서 수지의 적합성을 테스트해야 합니다. 이러한 설정에서 장치의 기능도 평가되어야 합니다.
포팅 및 캡슐화 수지의 대안으로 일부 제조업체는 PCB의 무게나 치수에 영향을 주지 않으면서 각 보드의 모양에 꼭 맞고 강도와 내구성을 제공하는 등각 코팅을 사용합니다. 코팅은 일반적으로 정상적인 대기 환경에서 테스트됩니다. 각 테스트는 주어진 코팅이 검사 중인 PCB의 전기적 및 기계적 기능에 미치는 영향을 조사합니다.
인캡슐런트 재료는 세 가지 기본 종류가 있습니다. 주요 재료는 순수 또는 혼합 에폭시입니다. 에폭시는 유기 수지로 구성되며 일반적으로 저렴하므로 제조업체 사이에서 인기가 있습니다. 봉지재 IC 칩에 사용되는 또 다른 광범위한 재료는 탄소 기반이 아니므로 유기 수지가 아닌 실리콘입니다. 실리콘 수지는 일반적으로 용제 기반입니다. 또는 일부 수지는 실온에서 가황할 수 있으며 습기와 접촉하면 경화될 수 있습니다. 실리콘은 고온 및 저온 환경에서의 유연성으로 인해 인기가 있습니다.
포팅 및 캡슐화 수지는 컨포멀 코팅과 마찬가지로 여러 가지 다른 제형으로 제공됩니다. 각 공식은 특정 범위의 대기 조건에 대해 균형을 이룹니다. 테스트를 통해 제조업체는 특정 환경에 가장 적합한 제형을 결정할 수 있습니다. 정상적인 상황에서 대부분의 수지 및 코팅은 PCB를 충분히 보호합니다. 가혹한 환경에서 보드는 일반적으로 아크릴과 같은 특수 재료로 코팅해야 합니다. PCB가 수중 환경에서 사용하도록 의도된 경우, 초강력 코팅이 가장 적합한 옵션 중 하나입니다.
실리콘으로 만든 수지는 다양한 환경에서 최적의 PCB 성능을 제공합니다. PCB 설계의 경우 일반적으로 실리콘이 폴리우레탄이나 에폭시보다 선호됩니다. 마지막 두 가지 중에서 폴리우레탄은 다양한 환경에서 더 신뢰할 수 있는 재료입니다. 폴리우레탄 수지는 해양 환경에서 바닷물 침수로부터 보호하는 데 효과적일 수 있습니다.
시장에서 선두를 유지하려면 IC 패키징의 동향을 파악하는 것이 중요합니다. 이러한 방식으로 IC 패키징 재료 시장에서 경쟁력을 유지하고 올바른 투자를 할 수 있습니다. 다양한 시장 부문이 포장재의 가격, 인기도 및 가용성에 영향을 미칩니다. 또한 지역적 규모의 추세는 세계의 특정 지역에서 포장재 사용량이 증가하거나 감소하는지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다.
IC 시장 동향에 대한 뉴스, 통계 및 정보를 보려면 관심 있는 관계자는 IC 산업의 틀 내에서 범주 및 응용 프로그램에 따라 항목을 분류하는 반도체 및 IC 패키징 재료 시장 보고서를 읽어야 합니다. 업계의 전문가들은 설계 데이터 관리를 사용하여 설계 솔루션에 대한 정보를 수집 및 검토하며, 각각은 제조업체, 공급업체 및 소매업체로서 테이블에 통찰력을 제공하고 전체 가치 그리드에서 전체 그림을 제공합니다.
주어진 시간에 자연 재해, 기후 변화, 정치적 격변, 파괴적인 기술 및 문화적 변화를 포함하여 갑작스럽고 예상치 못한 사건이 시장에 영향을 미칠 수 있습니다. IC 분야의 이해 관계자로서 IC 패키징을 계속 파악하려면 패키징 자재의 생산, 공급, 수출, 수입, 가격, 무결성 분석 및 전반적인 성장률에 대한 동향을 인식하고 정기적으로 검사하여 계획을 수립해야 합니다. , 그에 따라 예산을 책정하고 수익을 보호하십시오.
보시다시피 전자 시스템용 IC 패키징에는 많은 요소가 있으며 전자 산업의 플레이어로서 이를 이해하고 고급 패키징의 새로운 발전에 뒤지지 않는 것이 중요합니다. 특히 성능 요구 사항과 관련하여 구성 요소에 미치는 영향과 관련하여 . IC 패키징의 일부 측면은 향후 몇 년 동안 비교적 안정적으로 유지될 것이며 다른 측면은 크게 변경될 수 있으며 게임에서 앞서나가고 싶을 것입니다. 변경 사항이 발생할 가능성이 있는 위치를 알면 변경 사항에 더 잘 대응할 수 있습니다.
다양한 종류의 IC 패키징이나 회로나 인쇄회로기판과 관련된 궁금한 사항이 있으시면 지금 바로 Millennium Circuits의 전문가에게 문의하세요. 우리는 고객이 우리가 사용하는 전자 제품을 완전히 이해할 수 있도록 돕는 데 큰 자부심을 느낍니다. 귀사의 전자 부품에 대한 최선의 결정을 내릴 수 있도록 필요한 설계 및 검증 정보를 제공하게 되어 기쁩니다.
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산업기술
Motoman이 개발한 PackWorld는 로봇 패키징을 위한 혁신적인 사전 엔지니어링 솔루션입니다. 모듈식 셀은 빠른 배송에 중점을 둔 저비용 고기능성 패키징 애플리케이션을 처리할 수 있도록 장착되었습니다. 이 모듈식 표준 솔루션의 이점은 낮은 엔지니어링 비용, 생산성 증가, 작업자 지연 및 안전 문제 감소입니다. PackWorld의 구성 요소에는 6축 로봇, NX100 컨트롤러 및 애플리케이션 구동 소프트웨어, 통합 그리퍼 패키지, 디바이더 랙, 동력 컨베이어 및 작업자 인터페이스가 포함됩니다. Motoman의 SV3X, HP
ABB는 2세대 IRB 360 로봇으로 포장 로봇을 지속적으로 개선하고 있습니다. IRB 340에 비해 속도가 증가하고 페이로드가 더 높으며 설치 공간이 더 작습니다. 로봇이 컨베이어 벨트에서 무작위로 배치된 3개의 제품을 픽업하고 제품을 롤 스톡 기계에 개별적으로 배치할 수 있는 3중 그리퍼가 장착되어 있습니다. 업스트림 이미지 처리 시스템은 포지셔닝 및 위치 데이터를 제공합니다. 3kg 가반하중은 제품의 유연성을 증가시키는 높은 용량을 보여주며, 우수한 추적 성능으로 이동 중에도 제품을 피킹할 수 있습니다. ABB IR