패키지의 구조
반도체 봉지재는 IC(Integrated Circuits), LSI(Large Scale IC),VLSI(Very Large Scale IC) 등의 반도체 소자를 외부로부터의 충격, 진동, 수분, 방사선 등으로부터 보호하기 위해 사용됩니다. 하나의 반도체를 제조하기 위해서는 여러 공정을 거치게 되는데 크게는 칩 제조 공정과 패키징 공정으로 나눌 수 있습니다.
칩 제조공정은 칩의 설계, 배선의 형성 등 반도체칩의 제조와 연관된 공정입니다. 패키징 공정은 칩의 제조와는 무관하지만 칩을 외부환경으로부터 보호하고 칩의 성능을 최적화, 극대화시키기 위해 필요한 공정입니다. 반도체용 재료는 크게 전공정 재료와 후공정 재료로 나눌 수 있는데, 전공정 재료는 실리콘웨이퍼로부터 반도체칩을 제조할 때 소요되는 모든 재료를 말하며, 후공정 재료는 반도체칩의 기능을 외부로 연결하고 보호하는 기능을 담당하는 리드 프레임(Lead Frame), 골드 와이어(Gold Wire) 및 EMC 등을 말합니다.
반도체 공정 중에서 패키징(Packaging) 공정에서 사용되는 봉지재료(Packaging Materials or Encapsulating Materials)는 주로 몰딩 컴파운드(Molding Compound)가 사용됩니다. 반도체 패키징 기술의 핵심은 몰딩이라고 볼 수 있습니다. 반도체 봉지재료는 패키징의 목적에 맞는 특징을 지닌 재료를 사용하는데 그 요구특성은 다음과 같습니다.
① 외부환경으로부터 칩을 보호하고,
② 칩을 전기적으로 절연시켜주며,
③ 칩의 작동 시 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜야 하며,
④ 실장(Board Mounting)이 간편해야 합니다.
몰딩은 다른 어떠한 가공법보다 간편하고 생산성이 높아 현재 반도체 봉지공정에 가장 많이 사용되고 있는 방법입니다. 에폭시(Epoxy)와 같은 열경화성 플라스틱은 세라믹(Ceramics)재료에 비하여 열안정성이나 신뢰성에서 미흡하지만 가격이 저렴하고 생산성이 월등히 높아, 현재 반도체 패키징의 대부분은 플라스틱 봉지재를 사용하고 있습니다. 매우 높은 신뢰성을 요구하는 우주방위산업용보다는 PC나휴대폰 등이 폭발적인 수요를 창출하는 반도체 산업에서 가격경쟁력과 대량생산성은 가장 중요한 요구사항입니다.
따라서 봉지재로서의 몰딩 컴파운드는 성형성을 중심으로 반도체 패키지의 효과적인 성능발현과 가혹환경에서의 신뢰성 확보가 충족되어야 합니다. 몰딩 컴파운드에서의 주요한 특성은 다음과 같습니다.
∙성형성: 유동성, 경화성, 이형성, 금형오염성, 금형마모성, 장시간보관성, 패키지 외관
∙내열성: 내열안정성, 유리전이온도(Tg), 열팽창성, 열전도성, (고온과 저온의 반복순환과정에서의) 내열충격성
∙내습성: 흡습속도, 포화흡습량, Soldering 후의 내습성
∙부식성: 이온성 불순물, 분해가스
∙접착성: 실리콘 다이, 금속 리드 프레임, 다이 패드(금속 도금막), 다이 표면의 절연막이나 보호막 등과의 접착성(특히, 고온고습에서)
∙전기특성: 각종 환경에서의 전기절연성, 고주파특성, 대전성
∙역학특성: 인장 및 굽힘 특성(강도, 탄성률, 변형률의 고온특성), 강인성
∙기타: 마킹성(잉크, 레이저), 난연성, 착색성
이와 같은 다양한 요건을 충족시키면서 원가측면에서도 봉지재의 베이스수지로 사용될 수 있는 것이 에폭시수지 입니다. 에폭시수지가 전자, 반도체산업에서 광범위하게 사용되는 이유는 전기절연성, 접착성, 내열성, 내습성, 내화학성이 우수하고, 다른 열경화성수지보다 성형수축률이 낮으며, 성형 시 휘발성 가스와 같은 부산물이 없기 때문입니다.
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