IC 기판 - IC칩 패키징 기술의 발전 과정

집적 회로 칩은 공기 중의 먼지와 불순물이 칩 회로를 부식시키는 것을 방지하기 위해 외부와 격리되어야 하기 때문에 패키징이 필요하다

전기 성능이 떨어지거나 심지어 전기 기능 고장까지 초래하다.패키징은 반도체 집적회로 칩을 장착하기 위한 케이스를 가리키기도 한다.칩을 배치, 고정, 밀봉, 보호하고 열전도성을 강화하는 역할을 할 뿐만 아니라"칩 내부 세계와 슬라이스 외부 회로 사이의 교량이기도 하다.

키 합점은 인쇄 회로 기판의 컨덕터를 통해 다른 장치에 연결된 캡슐 셸의 핀에 컨덕터를 통해 연결됩니다.또한 패키지의 크기, 모양, 핀 수, 간격 및 길이에는 표준 사양이 있습니다.이는 집적회로의 포장과 가공에 편리할뿐만아니라 집적회로와 인쇄회로기판의 집적에도 편리하며 관련 생산라인과 생산설비는 통용된다.이는 패키징 사용자, 보드 제조업체 및 반도체 제조업체에게 매우 편리하며 표준화가 쉽습니다.

일반적으로 집적 회로 패키지에는 세 가지 주요 기능이 있습니다. 1. 물리적 보호;2.전기 연결;3. 표준화.

그러므로 포장은 매우 강한 기계성능, 방열성능과 화학안정성을 가져야 한다;우수한 전기 성능;집적회로 패키지는 집적회로의 발전에 따라 끊임없이 진보한다.군수공업, 우주비행, 항공, 기계 등 각 업종의 부단한 발전에 따라 전체 기계도 다기능, 소형화 방향으로 발전하고 있는데, 이는 집적회로의 집적을 요구한다.갈수록 높아지고, 기능이 갈수록 복잡해지고, 그에 따라 점점 더 큰 집적회로 패키징 밀도가 필요하며, 점점 더 높은 적용 주파수, 점점 더 좋은 내온성, 점점 더 많은 지시선, 점점 더 큰 부피가 필요하다.무게가 작을수록 무게가 가벼워진다.

IC칩 패키지의 역사는 1960년대부터 70년대까지: 2열 직삽입식 (DIP) 패키지는 IC의 출현과 함께 전체 기기의 생산은 주로 분립 부품을 위주로 하고 IC를 보조로 한다.이때 기술 수요는 더 안정적인 작업을 모색하는 데 그쳤다. 한편으로는 IC칩 제조가 아직 걸음마 단계여서 집적도가 낮기 때문이다.다른 한편으로 전자관에서 트랜지스터에 이르기까지 전반 기계 자체의 부피가 크게 줄어들었기에 IC포장에 대해 더욱 많은 요구가 없었다.따라서 이 단계에서는 2열 직삽식(DIP)으로 대표되는 가장 쉽게 구현할 수 있는 패키지를 사용하고, 단열 직삽식(SIP)과 핀 그리드 어레이(PG) 패키지를 보조하여 회로기판(PCB) 웨이브 용접 조립 요구를 만족시킨다.이때 지시선 간격은 약 2.54mm입니다.

1980년대: 지시선 칩 캐리어가 있는 플라스틱 패키징 (PLCC), 네모 플랫 패키징 (QFP) 컴팩트 패키징은 1978년 표면 패키징 기술 (SMT) 이 도입되면서 전체 기기의 크기가 줄어들고 회로기판의 면적도 줄어들었다.SMT 기술은 발전 추세에 순응하여 웨이브 용접을 대체하여 PCB의 양률을 한층 더 높였으며 IC 패키지에 대한 새로운 요구도 제기하였다.IC칩 제조 기술의 발전은 그 요구에 부합된다.IC패키징은 1.27mm의 지시선 간격을 가진 플라스틱 패키징 지시선 칩 캐리어(PLCC)와 0.8~1.0mm의 지시선 간격을 가진 쿼드 플랫 패키징(QFP)을 개발했다.소형 2열 직삽형(S-DIP), 핀 피치 1.778mm, 소형 패키징(SOP), 핀 피치 1.778mm, 캐리어 벨트 자동 용접 패키징(TAP) 등의 패키징이 포함된 컴팩트형 패키징 형태.형식이 다양해지고 있다.그러나 전자 제품의 소형화, 슬림화, 조립 자동화 추세에 맞춰 면적을 줄이는 목표만 있다.

1990년대 초와 중반: 좁은 간격의 작은 폼팩터 (SSOP), 좁은 간격의 사각형 플랫팩터 (SQFP), 볼격자배열 (BGA) 패키지는 컴퓨터 기술의 급속한 발전에 따라 개인용 컴퓨터 (PC) 로 대표되는 컴퓨터 업계는 386에서 486, 586으로 빠르게 발전했다.각 세대는 IC 집적도와 그 발전을 지원하는 속도를 한 걸음 뛰어넘었다.반면 컴퓨터는 하이엔드 워크스테이션과 슈퍼컴퓨터로 확장됩니다.다른 한편으로 특히 마이크로소프트는 획기적인 Windows 운영체제를 출시하여 컴퓨터를 전문가로부터 평민에 이르기까지, 기업에서 가정에 이르기까지 컴퓨터업종에 질적이고 량적인 중대한 변화를 가져다주었다.현재 기존의 PLCC, QFP 및 SOP는 개발 요구를 충족시킬 수 없습니다.PCB SMT에는 더 작고 얇은 패키지가 도입되었습니다.좁은 간격 작은 폼 팩터(SSOP)는 핀 간격과 함께 사용됩니다.0.65mm, 좁은 간격 4변 지시선 편평 패키징(SQFP), 핀 간격 0.65mm를 대표적인 패키징 형태로 한다.특히 인라인 라인이 달린 볼그리드 어레이(BGA)의 패키징 형태를 제시했는데, 전형적인 BGA는 유기적으로 배열됐다. 하단은 기존 패키징에 있던 지시선 프레임을 대체하고 IC의 인출 지시선을 크게 늘려 BGA에서 구현이 어려웠던 SMT의 원래 400지시선 QFP 형태를 쉽게 만들어 IC칩의 높은 집적도 기능을 실습에 적용할 수 있게 했다.

1990년대 중후반 IT 업계의 대두와 무선 통신의 번영, 멀티미디어의 등장으로 전 세계적으로 정보량이 급격히 증가했다.정보와 데이터의 교환과 전송은 대용량, 고속과 디지털화를 실현하고 고성능과 고성능 전자 정보 설비의 발전을 추진했다.집적화와 높은 신뢰성의 신속한 발전은 전자 정보 산업을 신속하게 발전시켰다.그 발전을 지탱하는 핵심 기술은 IC 패키징과 PCB SMT 기술을 포함한 IC 조립 기술이다.IC 패키지는 전자 정보 장치의 장치입니다.최근 몇 년 동안, 그것은 급속한 발전 시기에 들어섰고, 새로운 포장 형식이 끊임없이 출현하여 응용되었다.IC 패키지는 IC 칩의 기능 표현일 뿐만 아니라 칩에 대한 보호이기도 하다;이와 동시에 일정한 비용으로 끊임없이 늘어나는 성능, 신뢰성, 방열 및 배전 수요를 만족시켰다. 1) 칩의 속도와 처리능력의 제고는 더욱 많은 도입, 더욱 빠른 시계주파수와 더욱 좋은 배전이 수요된다.2) 더 많은 기능, 더 낮은 전력 소비량, 더 작은 크기가 필요합니다.3) 조립된 전자제품을 더욱 얇고 가볍고 작게 한다.4) 환경 보호 요구 사항 충족5) 가격이 더 싸다.

IC 패키지 발전 추세

포장 기술은 포장 재료의 발전에 커다란 추진 작용을 한다.반대로 포장 재료의 발전은 포장 기술의 발전을 더욱 추진할 것이다.양자는 서로 촉진하고 제약한다.최근 몇 년 동안 포장재는 빠른 성장세를 보이고 있다.2003년, 전 세계 포장재의 총판매액은 79억딸라에 달했는데 그중 강성포장기판이 20억딸라이고 연전성 폴리아미드 (PI) 기판과 벨트식자동결합 (TAB) 기판이 3억 2000만딸라이고 지시선틀이 26억 2000만딸라였다.그 중 금속 지시선은 12억 8천만 달러, 몰드 플라스틱은 12억 5천만 달러, 패치 접착제는 2억 4천만 달러, 폴리이미드 수지는 9천만 달러이다.

액체 에폭시 패키지 재료는 7000만 달러, 액체 바닥 충전은 4000만 달러, 마이크로 용접구는 6000만 달러이다.2008년에 전 세계 포장재 판매액은 120억 달러에 달했고 연간 성장률은 20%에 달했다.

집적회로 패키지와 가장 밀접한 관계를 가지는 동시에 가장 관건적인 몇 가지 집적회로 패키지 재료의 현황과 발전 추세를 하나하나 논술했다.

에폭시 플라스틱(EMC) EMC는 비용이 적게 들고 공정이 단순하며 대규모 생산에 적합하기 때문에 집적회로 패키징 재료 분야에서 선두를 달리고 있습니다.현재 전 세계 집적회로 패키지의 97% 가 EMC 를 사용하고 있습니다.통합 회로 및 패키징 기술이 빠르게 발전함에 따라 EMC는 점점 더 기초적이고 지지적인 역할을 하고 있습니다.

에폭시 플라스틱 밀봉제의 기술 발전은 다음과 같은 추세를 보이고 있습니다.

1.고밀도 및 고I/O 방향으로 발전하는 VLSI의 요구를 충족시키기 위해, 고밀도 및 고I/O 수에 적합한 패키지 형태 (예: BGA) 로 발전하고 있습니다.)방향 발전;

2.휴대폰, 노트북, 평면 패널 등으로 대표되는 휴대용 전자 제품의 급속한 수요 증가에 부응하기 위해 소형화, 슬림화, 비대칭화, 저비용 패키징(CSP/QFN) 방향으로 발전한다;

3.무연 용접재와 녹색 환경 보호의 요구를 만족시키기 위해, 높은 내열, 무브롬 난연 방향으로 빠르게 발전한다.

고밀도 다층 패키징 기판 고밀도 다층 패키징 기판은 주로 반도체 칩과 전통적인 인쇄회로기판 (PCB) 사이의 전기 전환으로 사용되며, 동시에 칩에 보호, 지지, 열을 방출한다.패키징 기판은 BGA와 CSP 기반 첨단 패키징 부품의 제조 비용에서 각각 40~50% 와 70~80% 에 달하는 큰 비율을 차지한다.

액상 에폭시 패키징 재료는 마이크로 전자 패키징 기술의 세 번째 혁명적인 변혁의 대표적인 패키징 재료이다.BGA와 CSP에 필요한 핵심 패키징 재료 중 하나이며 주로 FC-BGA/CSP의 액상 에폭시 베이스 필러 (underfill) 와 액상 에폭시 칩 패키징 재료 (Encapsulants) 2 클래스를 포함합니다.

폴리머 포토레지스트 폴리머 포토레지스트는 주로 폴리이미드 포토레지스트 (PSPI), BCB 포토레지스트, 에폭시 포토레지스트 등 세 가지 유형을 포함한다.이들은 주로 BGA와 CSP 칩 표면 용접구 배열의 제구 공정과 다층 퇴적(BUM)에 사용된다.패키지의 기본 외연 신호선의 레이어 간 절연은 BGA/CSP의 핵심 패키지 재료입니다.

전도성/열전도성 접착제 고성능 전도성/열전도성 접착제는 주로 전도성 접착제, 열전도성 접착제 등을 포함하며, 주로 IC 칩을 도선 프레임이나 기판에 붙이는 데 사용된다.현재 시장에서 가장 흔히 볼 수 있는 전도성 접착제와 열전도성 접착제는 주로 에폭시 수지나 폴리우레탄이고, 유기실리콘 수지 등은 기체 수지이며, 편상 전도성 은가루 (또는 산화알루미늄, 질화규소 등) 를 충전한 후 경화제, 촉진제, 표면활성제, 우연제 등을 첨가하여 필요한 종합적인 성능을 달성한다.아울러 폴리이미드는 전자제품의 높은 내열성 요구를 충족하기 위해 기체수지로도 활용할 수 있다.에폭시 전도 접착제는 두 종류로 나눌 수 있다: 각방향 동성 전도 접착제와 각방향 이성 전도 접착제.구성에 따라 에폭시 전도성 접착제는 단일 성분과 이중 성분 두 가지 형태로 나뉜다.현재는 단일 성분이 주된 형태다.

패키징 시스템의 정전기 처리는 마이크로미터, 마이크로미터, 심층 마이크로미터와 나노미터급 집적회로 기술의 발전에 따라 집적회로의 내부 절연층이 점점 얇아지고 정전기 저항 성능이 점점 약해지며 전하를 생성하고 축적하는 재료 (예를 들어 플라스틱, 고무 등) 의 대규모 사용과 사용 과정에서 정전기 방호가 부족하여 정전기 방전이 집적회로에 대한 손해가 갈수록 심각해진다.따라서 관련 정전기 방호 조치를 제정하는 것이 필수적이다.집적회로 정전기 보호는 칩 설계, 웨이퍼 가공, 패키징 등 많은 요소를 결합하여 고려해야 한다.정전기 방전은 집적 회로의 성능, 양률 및 신뢰성과 불가분의 관계를 가진다.칩은 일반적으로 전원 펜치 ESD 보호 회로 구조, 전원 버스 ESD 보호 회로 구조와 전류 분류 등으로 설계되며, 하프 플로팅 그리드, 진류기, 라이닝 결합 등 기술을 사용하여 회로를 개선함으로써 정전기 방전 과정에서 회로를 효과적으로 보호한다.웨이퍼 가공은 집적회로 패키징 생산 라인의 정전기 보호 조치와 비슷하다.정전기 방전은 집적회로를 손상시켜 파괴적이고 잠재적이며 느린 고장을 초래할 수 있다.패키징 과정에서 정전기에 의해 완전히 뚫리고 손상된 회로는 생산 또는 테스트 과정에서 거부될 수 있습니다.그러나 정전기 방전에 의해 완전히 손상되지 않으면 회로에 잠재적 인 신뢰성 위험이 있습니다.복잡한 기기를 사용해도 성능 변화를 감지하기 어렵다.그러나 회로를 사용함에 따라 정전기 방전으로 인한 누적 손상이 심화되어 심각해졌다.

회로 고장을 일으키다.따라서 효과적인 시스템 정전기 보호는 집적 회로 패키징 라인 생산 제조의 품질과 신뢰성을 보장하는 데 중요한 의미를 가진다.

집적회로의 초기 실효는 전자제품과 전체 기기의 내부 품질에 영향을 주는 주요 요소이다.초기에 효력을 상실하는 형식은 다양하며 부스러기 표면의 탄갱을 자르는 것이 관건적인 요소이다.집적회로 패키지는 압용접을 통해 칩과 지시선 프레임을 전선으로 연결한 다음 플라스틱 패키지제로 패키지하여 집적회로 칩에 출력과 보호를 제공하여 인위적이거나 환경 요소의 손상을 피함으로써 집적회로의 안정성을 확보하고 작업에 의존할 수 있도록 하는 것으로 알려져 있다.움푹 패인 것은 집전 회로를 봉인하는 과정에서 여러 가지 요인으로 칩의 알루미늄 용접판 알루미늄층과 그 아래의 실리콘 화합물이 파괴되는 현상을 말한다.집적회로설계기술의 쾌속적인 발전에 따라 칩의 소형화와 다기능화는 칩설계에서 다층배선의 출현을 초래했으며 알루미니움용접판아래에 부품과 회로를 갖춘 제품의 수량이 증가되고있다.이와 함께 동선 기술과 식구 기술도 등장했다.제품의 신뢰성을 높이기 위해 패키징 기술과 같은 고품질, 저비용 제품에 대한 고객의 요구 하에 IC 용접구와 초기 고장을 방지하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다.

IC 패키지 전망

기술적인 관점에서 볼 때, IC 패키지는 DIP에서 WLPCSP와 SOC로 발전하여 표면에서 내부로의 기능 전환, 단순에서 복잡으로의 진보를 실현했다.미래의 패키징 기술은 SMT와 IC 칩 제조와 결합될 것이며, 이는 IC 패키징에 양극단을 가져올 것이다.

1. 복잡한 다기능 전자 설비의 경우 다기능 통합을 실현해야 하기 때문에 포장은 더욱 복잡해지고 기술 통합은 더욱 강화될 것이다.

2. SOC로 인해 시스템의 통합은 공통 기능을 가진 전자 기기의 외부 표현을 더욱 간단하게 할 것이다.IC 패키지는 여전히 어느 정도 복귀할 것이다.

사회적 수요의 관점에서 볼 때, 간단한 라디오에서 개인용 컴퓨터, 오늘날의 복잡한 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 IT 산업은 번창하고 있으며 사회적 수요도 양극화될 것입니다: 1.더욱 강력하고 복잡한 공공 IT로 전자 설비를 전송하여 정보의 고속 전송을 위한 다리를 놓다.2.최종 대중의 수요에 대한 개인 전자 소비품, 예를 들어 PC, 핸드폰, 전자 사무용품 등은 소형화와 개성화의 방향으로 발전하고 있다: 사회의 수요도 다양화와 녹색화의 방향으로 확대될 것이다.

이상의 법칙에서 볼 수 있듯이, IC 패키지는 한편으로는 더 높은 수준으로 확장되었다: 고밀도, 고속, 높은 신뢰성, 다양화 및 환경보호는 그 발전 추세와 미래의 주류이다.다른 한편으로 개발과정에 이미 존재하는 일부 포장형식은 일정한 시간내에 여전히 존재하게 된다. 왜냐하면 집적도가 제고되고 기능이 증강됨에 따라 원래의 전반 기계는 단일칩으로 변할수 있기때문이다. 례를 들면 시작된 반도체이다.라디오는 이미 단편 라디오로 발전하여 귀에 넣을 정도로 작다.