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Semiconductor/반도체 이야기

[반도체 이야기] 패키지의 시작, 2편


(지난 호에서 이어집니다) 그리고 한 가지 더, 리드프레임 패키지보다 패키지 아래 전 면적에 입출력 단자를 배치시킬 수 있는데요, 이를 BGA(Ball Grid Array)라고 부릅니다. 빠지는 곳 없이 전 면적으로 빼곡히 채우고, BGA의 피치가 작아질수록 사용할 수 있는 입출력 단자의 개수도 많아집니다.


▲리드프레임 패키지의 와이어 본딩 연결


 

▲ 복잡한 PCB 설계

사진출처 : https://goo.gl/edkd7K


그렇다고 마냥 PCB만 선호할 수는 없습니다. 당연히 리드프레임보다 비싸지기 때문입니다. 배선층이 2개, 4개 등 한없이 많아질 수 있지만, 그만큼 만들기도 어렵습니다. 자, 이렇게 비유해 볼게요. 집 앞에 잠깐 나가서 음료수와 과자 몇 봉지를 사려는 데 결혼식에나 어울릴 법한 옷을 차려입지는 않겠지요. 그 반대의 상황에서도 마찬가지고요. 기판의 특성에 따라서 어떤 부분은 좋지만 반대로 그렇지 않은 특성들이 있습니다. 그래서 만들려고 하는 제품이 필요로 하는 성능과 가격 등을 따져서 선택하게 됩니다.


패키지 성능 평가와 설계


기판 설계까지 열심히 했는데 과연 그 패키지 제품이 고객이 원하는 만큼의 성능을 낼 수 있을지도 사전에 혹은 동시에 평가합니다. 그중에 하나는 열 특성 평가입니다. 앞서 다른 필자님이 소개한 내용에 패키지의 열 성능과 평가가 있었는데요, 그렇게 제품이 실제로 작동하게 될 장비 안에서 원하는 만큼의 열 성능을 낼 수 있을지를 평가합니다. 만약 만족을 못 한다면 패키지 소재를 바꾸거나 크기와 두께 등을 바꿔가면서 평가를 해봅니다. 그래도 안 된다면 패키지 구조를 바꾸거나 고객의 요구 조건을 좀 낮춰야 한다고 제안도 합니다.

그리고 두 번째는 전기적인 특성입니다. 가장 대표적인 평가 중 하나는 특성 임피던스입니다. 패키지가 작동하다 보면 원하지 않는 저항 성분이 발생하여 전송하는 신호의 손실을 주게 됩니다. 손실을 최소화할 수 있도록 특성 임피던스를 맞추기 위해 패키지 제품에 알맞은 설계값을 제공합니다.

세 번째는 변형과 파손에 대한 예측 평가입니다. 제품을 만드는 중에도 그렇고, 패키지를 실장할 때에도 패키지의 변형은 큰 골칫거리입니다. 온도가 변하면 열팽창이 일어나는데, 서로 다른 소재로 구성된 패키지는 그래서 열변형은 피할 수 없는 문제입니다. 변형만 일어나면 다행이지만 그것 때문에 내부에서 깨지고 끊어진다면 큰 손실입니다. 그래서 컴퓨터를 사용한 해석 덕분에 예측할 수 있는데요, 이것 역시 여러 소재를 바꾸거나 구조 변경을 통해서 허용 범위 내로 변형을 제한할 수 있습니다.


처음 입사했을 때에 한 선배가 하는 말이, 호랑이 담배 피우던 시절에는 너무 급해서 컴퓨터 CAD 대신에 제도판에서 자로 선을 그려 도면을 만든 적도 있다고 들었습니다. 아주 오래전의 일이지만, 그때 비해 기술은 훨씬 더 발전했고 과거에는 고려하지 않았던 무수한 일들을 설계 단계에서 고민하고 있습니다. 물론 위에서 설명하지 못한, 많은 설계 조건이 더 있습니다. 체계화된 설계 단계와 수많은 엔지니어의 경험까지 녹아들어 설계가 완성됩니다. 한 제품의 설계가 끝나고 무사히 생산이 잘 되었다는 소리를 들으면 누가 알아주지 않는다고 해도 마음이 뿌듯합니다.


이제, 다음에는 무슨 내용으로 이어갈까 고민 중입니다. 혹 댓글로 궁금한 내용이 있으시다면 남겨주세요. 참고해보겠습니다. (^_^) 그럼 다음 호에 만나요!




WRITTEN BY 정규익

청운의 푸른 꿈을 안고 앰코에 입사한 지 어느덧 만 10년이 되었군요. 10년이면 강산도 변한다는데 마음만은 늘 신입사원처럼 모든 일이 신기하고 궁금해서 즐겁게 일했으면 하는 바람입니다.




 

  • 함초롬히 2017.02.13 05:34 신고 댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기

    나의 반도체에 대한 지식은 "도체와 부도체의 중간 물질" 요기까지 인데...
    반도체에 대한 깊은 지식을 접할 수 있는 코너라 챙겨 보고 있습니다,
    마치 재미있는 미니 시리즈 기다리는 마음으로 3편을 기대하며...
    감사히 지식 담아 갑니다,

    • 정규익 2017.02.23 14:28 신고 댓글주소 수정/삭제

      한 마디 인사가 글쓰는 사람에게는 큰 격려가 됩니다. 작지만 반도체 패키징을 이해하는데 도움이 되길 바랍니다.

  • 비밀댓글입니다

    • 정규익 2017.03.23 10:03 신고 댓글주소 수정/삭제

      안녕하세요
      비밀댓글로 하셨는데 권한설정에 문제가 있는지 확인이 늦었습니다.

      열성능평가는 패키지 내부에 칩에서 발열할 때에 열이 외부로 얼마나 잘 전달되는지를 평가하는 것입니다. 요즘 다양한 종류의 CFD프로그램이 있고 IC패키징에 특화된 프로그램도 많이 있습니다. 유한요소 해석에 대한 이해만 있다면 프로그램이야 금방 익힐 수 있을텐데요. 학부 혹은 석사과정에서 열전달에 대한 이해가 우선되어야 하겠죠.

      패키지는 제조 과정은 물론 보드 실장할 때까지 다양한 온도 조건에 노출되는데요. 실리콘 칩을 비롯하여 다양한 소재로 구성되어 있는 만큼 온도 변화에 따라 열팽창계수 차이로 인해 변형이 일어나고 때에 따라서 큰 품질 문제로 이어집니다. 이 역시 일반적인 구조해석 프로그램을 사용하고 있습니다. 상용프로그램에 능숙한 것도 유리하지만 무엇보다 재료역학에 대한 기본이 튼튼해야 나중에 입사해서 일을 할 때도 어려움이 없습니다.

      질문하신 분이 하시는 분야가 Plastic injection molding 해석으로 보입니다. 말씀하시는대로 Molding공정을 위해 그와 같은 해석을 하고 있습니다. 앰코인스토리에서 예전 글을 보면 관련 내용이 있습니다. 온도와 시간에 따라 흐름성이 바뀌는 EMC가 패키지 내부에 채워지는 과정을 분석하는 일은 만만치 않습니다. 과거에 비해 패키지는 점점 더 작아지고 복잡해지다보니 이와 같은 몰딩공정도 어려워지고 시뮬레이션을 통한 다양한 연구의 필요성이 더욱 증가하고 있습니다. 해석 프로그램을 자유자재로 다루는 것도 좋지만 만약 이 분야를 발전시키시고 싶다면 재료 분석 분야에 더욱 내실을 다지면 좋겠습니다. 유변학에 대해서도 이론적으로 더욱 탄탄해지면 좋겠구요.

      충분한 답변이 되었는지는 모르겠습니다. 취업을 앞두고 막연한 두려움이 있겠지만 기본에 충실한 사람은 어딜 가서도 인정받고 환영받으리라 믿습니다. 하시는 공부와 연구에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.

  • 호호 2017.03.24 14:08 신고 댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기

    위에 질문 달았던 학생입니다. 정말 자세한 답변 감사합니다.
    사실 이렇게 빠른 답변을 달아주실지 상상도 못했습니다. [건강한 반도체 이야기]부터 [반도체 이야기]까지 꼼꼼히 필기를 하며 공부를 하고 있습니다.

    저는 석사 과정 학생이고, 정규익 선생님께서 말씀하신대로 plastic injection molding 전공 학생입니다. 재료를 컴파운딩 및 블렌딩 하여 압출을 한 후, 사출을 통해 유변학적 분석을 하기도하고, 유동 거동을 예측 및 warpagee를 최소화 하기 위한 연구를 하고있습니다.

    선생님께서 이 분야를 발전시키기 싶다면 재료 분석 분야에 더욱 내실을 다지면 좋겠다고 말씀해주셨는데요. 조금만 더 구체적으로 가이드를 잡아주실 수 있으실까요? 말씀하시는 재료 분석이 유변학, 내충격석, 경도, 내스크래치성, 인장강도 등 재료에 관한 물성분석을 말씀하시는건지, 아니면 패키징을 하기 위한 재료를 분석을 하시라는건지 궁금합니다.
    바쁘실텐데 죄송하지만 마지막으로 질문 드리겠습니다. 답변 부탁드립니다 ㅎㅎ 감사합니다!

    • 정규익 2017.03.24 17:16 신고 댓글주소 수정/삭제

      제가 쓴 글을 누군가가 열심히 공부하는 자료로 쓴다니 무거운 책임감을 또 느낍니다.
      반도체를 전공하는지 모르겠으나 말씀하신 warpage와 반도체 분야에서 warpage는 조금 다른 면이 있습니다. 패키지에 포함된 다양한 소재들의 열 물성 차이로 변형이 발생합니다. 이는 플라스틱 사출 후에 발생하는 warpage와 조금 다르지 않을까 합니다. 반도체 분야에 관심이 있다면 재료역학에 대해서도 공부하시면 좋을 것 같군요.

      말씀하신 유변학, 경도, 내충격성 등은 꼭 반도체 분야가 아니더라도 유용하게 사용할 수 있는 이론적 배경입니다. 제가 말씀드린 것은 플라스틱 사출 해석에 다양한 경험도 중요하겠지만 이를 지지하는 이론적 바탕이 탄탄해야 어떤 문제가 주어져도 길을 찾아갈 수 있는 능력을 갖출 수 있다고 생각합니다.

      반도체 분야에 계속 공부하고 도전하고 싶으면 재료역학(Mechanics)에 대해서도 관심을 가져보면 좋겠습니다. 추가로 궁금한 점이 있으면 Email주소를 남겨주세요.

  • 비밀댓글입니다

    • 정연욱독자님~비밀댓글로이메일주소남겨주시면 필자님께전달해드리겠습니다. (필자님은 비밀댓글을 못보셔서요~) 사보담당자 올림

  • 황정헌 2018.03.15 16:21 신고 댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기

    안녕하세요~ 현재 반도체 공부를 하고 있는 대학생입니다. 반도체에 대해서 검색하던 중 회사들도 보게되고 하던도중에 엠코코리아 라는 회사를 보고 관심있어 들어와봤는데, 이렇게 좋은 회사와 글이 있다는걸 오늘 보았습니다. 곧 학교를 졸업하는데, 이 회사에 들어가고 싶은 생각이 간절하게 듭니다. 서적에서 볼수 없는 반도체에 대한 내용과 좋은글 좋은 정보 많이 얻고 갑니다! 감사합니다!

  • 안녕하세요 저도 고분자공학도로서 패키징회사 면접을 보러 오래서 급하게 내용을 찾고 았는데 정말 유익한 내용 도움됩니다. 반도체는 전공정만 알았는데 이런게 패키지(전체 큰 회로 위에 올라가는 칩들..? 맞나요)이라는것도 처음 알았습니다.

    궁금한 점이 있는데, 저는 단순히 분석업무도 있을테니까 제가 경험한 부분을 일단 녹여서 자소서를 썼는데 운이 좋게도 면접 제의가 왔습니다

    그래서 지금 공부를 급하게 하고 있는데, 반도체에 대한 지식이 부족하다 보니 고분자 공학도로서 어떤 분석기기를 어떠한 결과값들이 나와주는걸 목표로 사용 하는지 알고 싶은데 알기가 쉽지가 않네요ㅠ
    조금 알려 주실 수 있나요??

    • 독자님~비밀댓글로이메일주소남겨주시면 필자님께전달해드리겠습니다. (필자님은 집필이 종료되셨고 비밀댓글을 못보셔서요~) 사보담당자 올림

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