웨이퍼레벨 칩스케일 패키징(WLCSP) 기술에 대한
전반적인 이해를 높이다
웨이퍼레벨 칩스케일 패키징(WLCSP)은 전기저항과 열저항이 작으며 칩과 조립될 PCB 사이의 인덕턴스도 작은 직접 땜납 연결방식을 사용하고 있기 때문에, 모든 집적회로 패키지 형태들 중에서 가장 점유면적이 작을 뿐만 아니라 탁월한 전기 및 열 특성을 가지고 있는 베어다이 패키지이다.
과거 10년 동안 이동통신과 컴퓨터 디바이스 분야에서의 세계적인 수요증가로 WLCSP는큰 성장을 하였다. 여전히 두 자릿수의 (웨이퍼 범핑, 시험 및 뒷면연마, 마킹, 절단 그리고 테이프와 릴 등의 다이공정 서비스 분야)시장규모 성장이 예상되고 있기 때문에, 모든 종류의 칩들에 대해서 WLCSP는 가장 중요한 패키징 기술들 중 하나이다.
이 책은 일반적인 WLCSP 패키징 기술에 대한 전반적인 이해를 높이기 위해서 저술되었다. 또한 저자가 가지고 있는 아날로그 및 전력용 반도체의 WLCSP에 대한 지식을 전달하는 목적도 가지고 있다. 3차원 웨이퍼레벨 적층, 실리콘관통비아(TSV), MEMS 그리고 광전소자 등에 적용되는 진보된 WLCSP 기술에 대해서도 간략하게 소개할 예정이다.
이 책은 10개의 장으로 구성되어 있다. 1장에서는 아날로그 및 전력용 WLCSP의 수요와 기술적 도전에 대해 살펴본다. 2장과 3장에서는 팬인 및 팬아웃 WLCSP, 범핑공정, 설계규칙 그리고 신뢰성 평가 등의 기본개념을, 4장에서는 WLCSP를 사용하는 적층형 패키지, 5장에서는 전력용 개별형 MOSFET 패키지의 설계구조에 대해 상세하게 논의한다. 6장에서는 아날로그 및 전력용 칩을 제작하기 위한 TSV/적층다이 방식의 WLCSP에 대해서, 7장에서는 WLCSP에서 발생하는 열의 관리, 설계 및 해석에 관련된 주제들을 살펴본다. 8장에서는 0.18[?m] 전력기술에서 일렉트로마이그레이션에 대한 새로운 기술적 진보를 포함하여, 아날로그 및 전력용 WLCSP의 전기 및 다중물리학 시뮬레이션에 대해서 살펴본다. 9장에서는 WLCSP 디바이스의 조립기술에 대해서 다룬다. 10장에서는 WLCSP 반도체의 신뢰성과 일반적인 시험을 포함하여 이 책의 전반에 대해서 정리하고 있다.
저자 소개
저자 : 시춘쿠(Shichun Qu)
칭화대학교 재료과학 및 공학과에서 공학사, 공학석사학위 취득
뉴욕주립대학교 스토니브룩캠퍼스 재료과학 및 공학과에서 박사학위 취득
저자 : 용리우(Yong Liu)
난징과학기술대학교에서 1983년에 학사, 1987년에 석사, 1990년에 박사학위 취득
역자 : 장인배
서울대학교 기계설계학과 학사, 석사, 박사
현 강원대학교 메카트로닉스공학전공 교수
저서 및 역서
『표준기계설계학』 (동명사, 2010)
『전기전자회로실험』 (동명사, 2011)
『고성능 메카트로닉스의 설계』 (동명사, 2015)
『포토마스크 기술』 (씨아이알, 2016)
『정확한 구속: 기구학적 원리를 이용한 기계설계』 (씨아이알, 2016)
『광학기구 설계』 (씨아이알, 2017)
『유연메커니즘: 플랙셔 힌지의 설계』
『3차원 반도체』 (씨아이알, 2018)
『유기발광다이오드 디스플레이와 조명』 (씨아이알, 2018)
목 차
CHAPTER 01 아날로그와 전력용 소자의 WLCSP에 대한 수요와 기술적 도전
1.1 아날로그 및 전력용 WLCSP의 수요
1.2 다이축소의 영향
1.3 팬인과 팬아웃
1.4 전력용 WLCSP의 개발
1.5 요 약
CHAPTER 02 팬인 WLCSP
2.1 팬인 WLCSP의 소개
2.2 WLCSP의 범핑기술
2.3 WLCSP의 범프 공정과 비용고찰
2.4 WLCSP의 신뢰성 요구조건
2.5 낙하시험 중 발생하는 응력
2.6 냉열시험 중 발생하는 응력
2.7 고신뢰성 WLCSP의 설계
2.8 정밀한 신뢰성 평가를 위한 시험용 칩 설계
2.9 범프온패드 설계원칙
2.10 재분배층 설계원칙
2.11 요 약
CHAPTER 03 팬아웃 WLCSP
3.1 팬아웃 WLCSP의 소개
3.2 고수율 팬아웃 패턴생성
3.3 재분배된 칩 패키징과 매립된 웨이퍼레벨 볼그리드어레이
3.4 팬아웃 WLCSP의 장점
3.5 팬아웃 WLCSP의 기술적 도전요인
3.6 팬아웃 WLCSP의 신뢰성
3.7 팬아웃 설계규칙
3.8 팬아웃 WLCSP의 미래
CHAPTER 04 적층형 웨이퍼레벨 아날로그 칩스케일 패키지
4.1 서 언
4.2 다중칩 모듈 패키지
4.3 적층된 다이 패키지와 적층된 패키지
4.4 3차원 집적회로
4.5 웨이퍼레벨 3차원 집적화
4.6 매립형 WLCSP
4.7 요 약
CHAPTER 05 웨이퍼레벨 전력용 개별형 MOSFET 패키지 설계
5.1 서언과 전력용 개별형 WLCSP의 경향
5.2 전력용 개별형 WLCSP의 설계구조
5.3 웨이퍼레벨 MOSFET용 직접 접촉 드레인의 설계
5.4 구리소재 스터드 범프를 사용한 전력용 수직확산 MOSFET의 WLCSP
5.5 WLCSP가 매립된 3차원 전력용 모듈
5.6 요 약
CHAPTER 06 아날로그와 전력용 칩 집적화를 위한 웨이퍼레벨 패키지의 TSV/적층형 다이
6.1 집적화된 아날로그 및 전력용 칩의 설계 개념
6.2 아날로그와 전력용 SOC WLCSP
6.3 실리콘관통비아를 사용한 웨이퍼레벨 전력용 적층형 다이의 3차원 패키지
6.4 아날로그와 전력용 칩의 웨이퍼레벨 실리콘관통비아/적층형 다이 개념
6.5 능동 및 수동형 칩을 사용한 전력용 패키징의 집적화
6.6 요 약
CHAPTER 07 WLCSP의 열관리, 열설계 및 열해석
7.1 열저항과 측정방법
7.2 WLCSP를 위한 열시험용 보드
7.3 WLCSP의 열해석과 관리
7.4 WLCSP용 과도 열해석
7.5 요 약
CHAPTER 08 아날로그 및 전력용 WLCSP의 전기 및 다중물리학 시뮬레이션
8.1 전기적 시뮬레이션 방법 : 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스값의 추출
8.2 칩스케일 패키지의 팬아웃 모델에 대한 전기적 시뮬레이션
8.3 0.18[?m] 웨이퍼레벨 기술을 위한 일렉트로마이그레이션의 예측과 시험
8.4 무연 납땜 조인트의 일렉트로마이그레이션에 마이크로구조가 미치는 영향 모델링
8.5 요 약
CHAPTER 09 WLCSP의 조립
9.1 서 언
9.2 PCB 설계
9.3 스텐실과 땜납 페이스트
9.4 컴포넌트 배치
9.5 땜납 리플로우
9.6 WLCSP의 보관과 보관수명
9.7 요 약
CHAPTER 10 WLCSP의 신뢰성 시험
10.1 일반적인 WLCSP 신뢰성 시험
10.2 WLCSP용 땜납볼의 전단성능과 파괴모드
10.3 WLCSP 조립 리플로우의 신뢰성과 PCB 설계
10.4 WLCSP 보드레벨에서의 낙하시험
10.5 신뢰성을 갖춘 WLCSP의 설계
10.6 요 약
출판사 서평
이 책은 과거 10여 년 동안 세계 최대의 메모리반도체 업체에 오랜 자문과 교육을 수행해온 역자가 반도체 분야에 종사하는 기계공학 기반의 전문 기술인력 양성을 위해서 번역하였다. 그 목적에 충실하게 활용되기를 바란다.
