패키징과 테스트: 칩이 웨이퍼를 떠난 뒤
웨이퍼 위에서 완성된 칩은 아직 바로 쓸 수 없어요. 잘라 내고, 감싸고, 바깥과 연결하고, 하나하나 테스트해야 해요. 이 단계를 패키징과 테스트라고 하고, 대개 다른 종류의 공장(후공정 공장)에서 해요.
패키징이란? 완성된 칩을 왜 또 감싸야 할까
패키징은 완성된 칩을 외장, 즉 패키지 안에 넣는 일이다. 칩을 보호하고, 칩 위의 아주 작은 접점을 바깥의 핀이나 솔더 볼로 이어 주고, 열을 빼 준다. 칩을 왜 그대로 쓸 수 없는지, 패키징은 어떤 단계로 이루어지는지, 후공정 공장은 무슨 일을 하는지 쉽게 설명한다.
칩은 어떻게 테스트할까? 웨이퍼 테스트(CP)와 파이널 테스트(FT)의 차이
칩은 만든 뒤 보통 두 번 테스트한다. 웨이퍼를 자르기 전의 웨이퍼 테스트(프로브 테스트, CP)와 패키징을 마친 뒤의 파이널 테스트(FT)다. 칩을 왜 하나하나 모두 테스트하는지, 두 테스트가 각각 무엇을 보고 어떻게 다른지, 그리고 bin, 웨이퍼 맵, 테스트 프로그램이 무엇인지 쉽게 설명한다.
와이어 본딩이란? 칩은 어떻게 외부와 연결될까
와이어 본딩(wire bonding)은 머리카락보다 가는 금속 와이어로 칩의 접점을 기판이나 리드프레임에 한 가닥씩 연결하는 공정이다. 와이어 한 가닥을 어떻게 본딩하는지, 볼 본딩과 웨지 본딩은 무엇이 다른지, 금 와이어와 구리 와이어, 본딩이 단단히 됐는지 확인하는 방법, 그리고 왜 어떤 칩은 와이어 본딩을 하지 않는지 쉽게 설명한다.
번인이란? 칩은 왜 출하 전에 먼저 ‘구울까’
번인(burn-in)은 칩을 출하하기 전에 고온과 평소보다 조금 높은 전압에서 일정 시간 전원을 걸고 동작시켜, 타고나기를 약해 얼마 쓰지 않아 고장 날 칩을 공장 안에서 먼저 고장 내고 골라내는 과정이다. 욕조 곡선, 모든 칩을 번인하지 않는 이유, 번인과 HTOL의 차이를 쉽게 정리했다.
OSAT란? 후공정 공장은 무엇을 할까?
OSAT는 ‘외주 반도체 패키징·테스트’를 뜻하며, 이 일을 하는 공장을 흔히 후공정 공장이라 부른다. 팹에서 웨이퍼가 완성되면 이곳에서 테스트하고, 자르고, 패키징하고, 다시 한 번 테스트한다. 칩 하나가 후공정 공장에서 어떤 공정을 거치는지, 팹과 무엇이 다른지, 어떤 일자리가 있는지 정리했다.
SiP란? 칩과 작은 부품을 작은 모듈 하나로 패키징하는 기술
SiP(System in Package, 시스템 인 패키지)는 칩과 칩에 필요한 작은 부품(저항, 커패시터, 그리고 흔히 다른 칩까지)을 작은 기판 하나에 함께 올려 작은 모듈 하나로 봉지한 것이다. 이어폰, 시계, 보청기 같은 작은 기기가 왜 SiP를 쓰는지, SoC나 첨단 패키징과 무엇이 다른지, 어떻게 만드는지 쉽게 설명한다.
플립칩이란? 칩은 솔더 볼로 어떻게 외부에 연결될까
플립칩(flip chip)은 칩의 접점 위에 작은 범프를 하나하나 만든 뒤 칩을 뒤집어 기판에 바로 납땜하는 방식이다. 와이어 본딩과 무엇이 다른지, 왜 뒤집는지, 범프는 어떻게 만드는지, 언더필은 무슨 역할을 하는지, 무엇이 어려운지, 첨단 패키징과는 어떤 관계인지 쉽게 설명한다.
프로브 카드란? 웨이퍼 위의 칩 하나하나에 어떻게 전기를 넣어 테스트할까
프로브 카드(probe card)는 웨이퍼 테스트에 쓰는 도구로, 기판 한 장에 아주 가는 바늘이 칩 접점의 위치에 맞춰 늘어서 있다. 한 번에 웨이퍼에 내려 찍어 테스터의 신호를 칩에 보내고 결과를 다시 읽어 들인다. 바늘을 어떻게 찍는지, 바늘에는 어떤 종류가 있는지, 왜 자주 청소하는지, 왜 칩 한 종류마다 카드가 한 장씩 필요한지 단계별로 쉽게 설명한다.
칩 패키지에는 어떤 모양이 있을까? BGA, QFN 같은 이름은 무슨 뜻일까
IC 패키지의 종류는 주로 두 가지로 갈린다. 단자가 어디로 나오는지, 회로 기판에 어떻게 납땜하는지다. 기판 구멍에 꽂는 DIP, 두 변이나 네 변에서 가는 리드가 나오는 SOP와 QFP, 바닥에 금속 패드만 있는 QFN, 바닥 전체에 솔더 볼이 깔린 BGA, 칩과 크기가 거의 같은 패키지, 그리고 이름에 든 알파벳 하나하나의 뜻을 쉽게 설명한다.
신뢰성 테스트란? 칩은 몇 년을 써야 하는데, 몇 주 만에 어떻게 알 수 있을까
신뢰성 테스트는 칩이 ‘몇 년을 쓴 뒤에도 괜찮은지’를 묻는다. 칩을 평소보다 뜨겁고, 전압이 높고, 차가웠다 뜨거웠다 하거나, 덥고 습한 환경에 두어 일어날 노화를 앞당긴 뒤, 평소 사용에서 얼마나 견딜지 거꾸로 추산한다. 시험 방법을 단계별로 설명하고, 대표적인 시험 항목(HTOL, 온도 사이클링, 고온고습, 정전기)과 번인과의 차이까지 쉽게 정리했다.
칩은 어떻게 출하할까? 테이프 앤 릴, 방습 포장과 습도 민감도 등급
테스트를 마친 칩은 대부분 하나씩 테이프 앤 릴에 담겨 릴로 감기고, 습기에 약한 칩은 베이킹으로 건조한 뒤 건조제, 습도 지시 카드와 함께 방습백에 밀봉되어 라벨을 달고 고객사 조립 공장으로 간다. 이 글에서는 칩 출하 과정을 단계별로 살펴보고, MSL 습도 민감도 등급의 의미, 개봉 후 시간 제한이 있는 이유, 시간을 넘기면 베이킹해야 하는 이유를 설명한다.
칩은 어떻게 회로 기판에 납땜할까? SMT 표면 실장과 리플로우
SMT(표면 실장 기술)는 칩과 작은 부품을 회로 기판 표면에 바로 납땜하는 방식이다. 작은 구멍을 뚫은 스텐실로 솔더 페이스트를 인쇄하고, 장비가 부품을 하나씩 올린 뒤, 기판째 리플로우 오븐에 넣어 솔더가 녹았다가 굳으면 납땜이 끝난다. 각 단계에서 하는 일, 흔한 납땜 불량, 그리고 SMT를 어디서 하는지 단계별로 설명한다.
칩렛(chiplet)이란? 큰 칩 하나를 왜 작은 칩 여러 개로 나눌까
칩렛(chiplet)은 원래 하나로 만들 큰 칩을 작은 칩 여러 개로 나눠 따로 만들고 따로 테스트한 뒤, 같은 패키지에 넣어 하나처럼 쓰는 방식이다. 왜 나누는지, 단계별로 어떻게 나누고 다시 합치는지, 칩렛의 장점과 대가를 쉽게 설명한다.
TSV(실리콘 관통 전극)란? 칩을 위아래로 쌓고 관통해 연결하는 방법
TSV(실리콘 관통 전극, through-silicon via)는 실리콘 칩에 아주 가는 구멍을 관통시키고 금속을 채워, 신호와 전원이 칩의 한쪽 면에서 반대쪽 면으로 곧장 통하게 한 구조다. 이것이 있어야 칩을 위아래로 쌓을 수 있다. 구멍 식각, 절연막 형성, 구리 충전, 뒷면 연삭, 적층과 연결을 차례로 설명하고, 하이브리드 본딩이 무엇이며 왜 어려운지도 다룬다.
정전기 방전(ESD)이란? 칩은 왜 정전기에 약할까
정전기 방전(ESD)은 사람이나 물체에 쌓인 전기가 다른 물체에 닿는 순간 한꺼번에 넘어가는 것이다. 사람은 2~3천 볼트는 되어야 느끼지만, 어떤 칩은 수십 볼트에도 손상된다. 정전기가 생기는 원리, 칩이 정전기에 약한 이유, 칩 자체의 보호 회로, 그리고 공장의 손목 접지 밴드, 정전기 방지복, 이오나이저, 습도 관리, 정전기 방지 봉투가 각각 무엇을 막는지 쉽게 설명한다.
팬아웃 패키징이란? 접점을 둘 자리가 모자랄 때 칩 바깥으로 끌어내는 방법
팬아웃 패키징(fan-out, 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징, FOWLP)은 다이싱과 테스트를 마친 칩을 하나씩 간격을 두고 늘어놓고 둘레를 몰딩 컴파운드로 채워 ‘재구성 웨이퍼’를 만든 뒤, 재배선층으로 접점을 칩 바깥까지 끌어내 솔더 볼을 칩보다 넓게 배치하는 기술이다. 팬인과의 차이, 단계별 공정, 장점과 어려운 점을 쉽게 설명한다.
웨이퍼는 어떻게 칩 하나하나로 자를까? 백그라인딩과 다이싱
웨이퍼 다이싱(dicing)은 공정과 테스트를 마친 웨이퍼를 칩 사이의 스크라이브 라인을 따라 칩 하나하나로 자르는 일이며, 자르기 전에 먼저 뒷면을 갈아 얇게 만든다(백그라인딩). 왜 얇게 가는지, 블레이드와 레이저로 어떻게 자르는지, 치핑이란 무엇인지, 마지막에 어떻게 양품 칩만 집어 오는지 단계별로 쉽게 설명한다.
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