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  1. 2012.07.06 고집적 메모리 반도체용 EMC
  2. 2012.07.03 에폭시 수지의 강인화 및 용도개발
  3. 2012.07.03 SIP (System In Package) 기술
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반도체 패키지와 봉지재료의 요구특성

 

(1) 패키지의 소형화 및 슬림화
휴대전화나 노트북과 같이 최근의 전자제품은 초소형화 추세입니다. 따라서 표면실장기술(SMT, Surface Mount Technology)을 채택하여 양면실장이 가능해짐에 따라 효율성이 두 배로 향상될 수 있습니다. SMT기술과 함께 패키지의 소형화 및 슬림화가 요구되었고, 따라서 EMC의 요구물성이 더욱 강화되어 기계적 물성이 우수하고, 흡습성이 낮은 새로운 수지계 제품으로 대체되었습니다.
SMT방법은 크게 Lead와 Solder Paste를 이용하여 PCB에 실장하는 기존의 Lead형 방법과 Substrate와 Ball을 이용한 BGA(Ball Grid Area)방법으로 나눌 수 있습니다. 최근 전자기기의 소형화 고성능화 움직임에 따라 기존의 Lead형 실장방법은 한계를 가질 수 밖에 없고 따라서 고집적, 고성능, 경박단소화를 만족하기 위하여 Ball을 이용하는 BGA방식으로의 전환이 필요하게 되었습니다.


(2) 처리속도의 고속화
계속적으로 빨라지고 있는 PC의 microprocessor 처리속도에 맞추기 위해서는 메모리소자의 대용량화와 함께 Data Reading 속도의 향상이 필요합니다. 그 방법으로는 크게 두 가지가 있는데 하나는 소자회로의 변경이고, 둘째는 패키지 디자인의 변경입니다.
봉지재의 특성과 관련이 있는 후자의 방법은 기본적으로 신호전달거리를 물리적으로 줄이는 방법입니다. 즉, 현재의 신호전달체계는 반도체소자 - 골드와이어 - 리드프레임 - PCB 회로의 순서입니다. 여기서 골드와이어의 길이를 단축/제거하고 Ball을 이용하여 연결하거나, 금속 리드프레임을 폴리이미드 필름(Polyimide Film)으로 대체하여 신호전달거리를 줄일 수 있습니다. 그 결과 패키지의 형태가 칩크기로 작아지는 Chip Scale Package 등으로 대체되고 있는 상황입니다.

 

 

 

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에폭시 수지는 기계적, 열적, 전기적 성질이 우수하여 공업적으로 널리 사용되고 있지만 열경화성 수지 특유의 균열되기 쉬운 성질 때문에 용도를 확대하는데 제약이 있습니다. 근년에는 에폭시 수지의 강인화 및 용도개발을 위한 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.


종래부터 검토되고 있는 카르복실기 말단의 부타디엔/아크릴로니트릴(CTBN) 등 엘라스토머에 의한 개질은 유리전이온도(Tg)나 탄성율이 저하되어 고가교 밀도의 매트릭스로는 그다지 효과가 없기 때문에, 최근에는 코어-쉘(core-shell)형 엘라스토머 및 다양한 열가소성 폴리머에 의한 개질이 검토되고 있습니다.


최근에는 환경문제에 적응하는 저유해성, 저발연성(低發煙性)이 요구되어 비할로겐화 및 난연계 에폭시 수지의 개발이 활발하게 진행되고 있습니다.
난연화 기술은 외장용, 전자부품용 수지 등을 중심으로 검토되고 있는 중요한 기술로서, 에폭시 수지의 난연성 향상을 위한 방법으로 근래부터 수지 중에 최소의 도입이나 삼산화안티몬 등의 안티몬계 첨가제를 혼합하는 것이 검토되었지만, 최근에는 인 원자의 도입이나 규소의 도입이 주류를 이루고 있습니다.


환경문제의 일환으로서 플라스틱의 처리, 회수 재이용은 중요한 문제이지만 열경화성 수지는 열가소성 수지에 비해 분해가 어렵습니다. 따라서 에폭시 수지에 분해성을 부여하기 위해서는 절단이 용이한 결합을 도입할 필요가 있습니다.

 

 

 

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SIP 패키지 개념과 Sharp의 3-D SIP 예

 

디지털 네트워크 정보시대의 도래에 따라 멀티미디어 제품, 디지털 가전, 개인용 디지털 기기 등의 제품이 급속히 성장하고 있습니다. SIP 기술은 MCM 기술의 연장으로서 RF 무선통신, Buletooth 모듈, 고성능 PC 카드, 이동용 비디오 전화용 카메라 모듈, 휴대폰, PDA 등과 같은 통신제품에 있어서 없어서는 안 될 핵심 패키징 기술입니다. 이같은 제품들은 매우 작은 크기, 전기적 고성능, 고기능, 저가 등의 특성을 요구하는데, 매우 작고, 특별한 기능을 갖는 SIP 패키지 부품은 이러한 수요자의 요구를 충족시키고 있습니다. SIP를 사용하면 최종 제품을 쉽게 설계할 수 있으며, 조립 또한 용이하여집니다. 결과적으로 SIP는 신뢰성과 가격 경쟁력을 통해 전체 시스템 가격을 낮출 수 있는 패키지 방법이라 할 수 있습니다.
SIP 기술은 하나 이상의 와이어 접속 또는 플립칩 접속된 소수의 반도체와 수동소자 등으로 구성되며, 특정한 기능을 갖는 블록 또는 모듈의 기능을 갖습니다. 또한 SIP는 일정한 규격화된 패키지 형태로, 예를 들면 BGA 패키지 등과 같이, 제작됩니다. SIP 기술은 단일형 패키지에 비해 다음과 같은 장점을 갖습니다.
- 반도체 소자를 가까이 패키지 함으로써 전기적 성능 향상
- 패키지 단계를 줄임으로써 저가 구현
- 시스템 보드 복잡성과 층 수를 감소
- 시스템 보드의 변화 없이 새로운 제품 개발기간 단축
- 설계의 유연성 및 재설계 용이
- 여러 시스템에 삽입함으로서 다양성


SIP 기술은 궁극적으로 모든 기능을 하나의 반도체 칩에 구현하는 SOC (System-On-Chip) 기술을 구현하는 중간 단계라고 할 수 있습니다. 비록 SOC 기술이 최소의 크기, 무게, 전력 소비 등 휴대용 개인 전자/통신제품이 요구하는 모든 특성을 갖고 있지만 현재 SIP 기술은 SOC 기술에 비해 다음과 같은 비교적 장점을 갖고 있음으로 그 활용이 크게 기대되고 있습니다.
- 짧은 제품 개발시간
- 시스템 설계의 설계시간 단축
- 개발위험 축소
- 전반적으로 저렴한 가격
- 다양한 반도체 소자 (Si, GaAs, SiGe, SOI, MEMS, 광소자 등) 집적 가능
- SIP 기판에 내장형 수동소자 기술 활용 용이


SIP 기술은 다음과 같은 제품에서 광범위하게 사용되고 있습니다.
- RF와 무선소자 (power amplifiers, GPS 모듈, cellular, Bluetooth 모듈)
- 네크워킹 및 컴퓨팅 (인터넷 backbone, 고성능 컴퓨터)
- 이미지 센서와 플레시 메모리와 같은 메모리 소자 활용


디지털 네트워크 정보시대의 도래에 따라 멀티미디어 제품, 디지털 가전, 개인용 디지털 기기 등의 제품이 급속히 성장하고 있습니다. SIP 기술은 MCM 기술의 연장으로서 RF 무선통신, Buletooth 모듈, 고성능 PC 카드, 이동용 비디오 전화용 카메라 모듈, 휴대폰, PDA 등과 같은 통신제품에 있어서 없어서는 안될 핵심 패키징 기술입니다. 이같은 제품들은 매우 작은 크기, 전기적 고성능, 고기능, 저가 등의 특성을 요구하는데, 매우 작고, 특별한 기능을 갖는 SIP 패키지 부품은 이러한 수요자의 요구를 충족시키고 있습니다. SIP를 사용하면 최종 제품을 쉽게 설계할 수 있으며, 조립 또한 용이해진다. 결과적으로 SIP는 신뢰성과 가격 경쟁력을 통해 전체 시스템 가격을 낮출 수 있는 패키지 방법이라 할 수 있습니다.
SIP 기술은 하나 이상의 와이어 접속 또는 플립칩 접속된 소수의 반도체와 수동소자 등으로 구성되며, 특정한 기능을 갖는 블록 또는 모듈의 기능을 갖습니다. 또한 SIP는 일정한 규격화된 패키지 형태로, 예를 들면 BGA 패키지 등과 같이, 제작됩니다. SIP 기술은 단일형 패키지에 비해 다음과 같은 장점을 갖습니다.
- 반도체 소자를 가까이 패키지 함으로써 전기적 성능 향상
- 패키지 단계를 줄임으로써 저가 구현
- 시스템 보드 복잡성과 층 수를 감소
- 시스템 보드의 변화 없이 새로운 제품 개발기간 단축
- 설계의 유연성 및 재설계 용이
- 여러 시스템에 삽입함으로서 다양성


SIP 기술은 궁극적으로 모든 기능을 하나의 반도체 칩에 구현하는 SOC (System-On-Chip) 기술을 구현하는 중간 단계라고 할 수 있습니다. 비록 SOC 기술이 최소의 크기, 무게, 전력 소비 등 휴대용 개인 전자/통신제품이 요구하는 모든 특성을 갖고 있지만 현재 SIP 기술은 SOC 기술에 비해 다음과 같은 비교적 장점을 갖고 있음으로 그 활용이 크게 기대되고 있습니다.
- 짧은 제품 개발시간
- 시스템 설계의 설계시간 단축
- 개발위험 축소
- 전반적으로 저렴한 가격
- 다양한 반도체 소자 (Si, GaAs, SiGe, SOI, MEMS, 광소자 등) 집적 가능
- SIP 기판에 내장형 수동소자 기술 활용 용이


SIP 기술은 다음과 같은 제품에서 광범위하게 사용되고 있습니다.
- RF와 무선소자 (power amplifiers, GPS 모듈, cellular, Bluetooth 모듈)
- 네크워킹 및 컴퓨팅 (인터넷 backbone, 고성능 컴퓨터)
- 이미지 센서와 플레시 메모리와 같은 메모리 소자 활용

 

 

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