PCB뉴스 - 플립칩과 PCB: 전자제품 성능 향상을 위한 미래 기술 논의

플립칩은 특정 패키지(예: SOIC)도 아니고 패키지 유형(예: BGA)도 아닙니다. "플립칩"은 칩을 포장 캐리어에 장착하는 전기적 연결 방법을 의미합니다. 기판이든 리드프레임이든 패키지 캐리어는 다이에서 패키지 외부까지의 연결을 제공합니다. "표준" 패키지에서는 다이와 캐리어 사이의 상호 연결이 유선으로 이루어집니다. 다이는 캐리어에 전면이 위로 향하게 장착되며 와이어는 먼저 다이를 연결한 다음 루프를 통해 캐리어에 납땜됩니다. 와이어 길이와 직경은 일반적으로 각각 1~5mm 및 15~35μm입니다. 대조적으로, 플립칩 패키징은 다이와 캐리어 사이의 상호 연결을 위해 다이 표면에 직접 배치된 전도성 "범프"를 사용합니다. 그런 다음 범프된 웨이퍼를 "뒤집어서" 범프가 캐리어에 직접 부착된 상태로 뒤집어 놓습니다. 범프는 일반적으로 높이가 60~100μm, 직경이 80~125μm인 반면, 구리 기둥(CuP) 범프는 일반적으로 높이가 40μm이고 주석-은 납땜 캡이 있습니다.

플립 칩 연결은 일반적으로 납땜 또는 전도성 접착제를 사용하는 두 가지 방법 중 하나로 이루어집니다. 지금까지 가장 일반적인 패키지 상호 연결은 납땜을 사용합니다. 현재 솔더 옵션은 공융 주석/납 또는 무연(주석 98.2%, 은 1.8%) 솔더입니다. 솔더 범프 다이는 솔더 리플로우 공정을 통해 기판에 부착되는데, 이는 BGA 솔더 볼을 패키지 외부에 부착하는 데 사용되는 공정과 매우 유사합니다. 웨이퍼가 접착된 후 웨이퍼와 기판 사이에 언더필이 추가됩니다. 언더필은 다이와 캐리어 사이를 채우고 솔더 범프를 둘러싸는 특수 가공된 에폭시입니다. 이는 실리콘 웨이퍼와 캐리어 사이의 열팽창 차이로 인해 발생하는 솔더 접합 응력을 제어하도록 설계되었습니다. 경화 후 언더필은 응력을 흡수하고 솔더 범프 변형을 줄이며 완성된 패키지의 수명을 크게 연장합니다. 칩 부착 및 언더필 단계는 플립 칩 인터커넥트의 기초입니다. 또한 칩 주변의 나머지 패키징 구조는 일반적으로 기존 프로세스 및 패키징 형식과 같은 다양한 형식을 채택할 수 있습니다.

플립칩 패키징 공정

플립칩 패키징 프로세스에는 일반적으로 다음과 같은 주요 단계가 포함됩니다.

범프 생산

범프 생산은 플립칩 패키징의 첫 번째 단계입니다. 솔더 범프를 만드는 데 일반적으로 다음 프로세스가 사용됩니다.

솔더 증착: 솔더는 증발 또는 전기 도금을 통해 칩의 I/O 끝에 증착되어 범프를 형성합니다.

솔더 볼 배치: 미리 만들어진 솔더 볼을 칩 위에 직접 배치합니다.

이 프로세스에서는 후속 연결 프로세스에서 우수한 전기적 성능을 달성하기 위해 범프 균일성과 치수 정확성을 보장해야 합니다.

칩 뒤집기 및 위치 지정

생산 과정에서 솔더 범프가 아래를 향하도록 준비된 칩을 뒤집어 PCB의 패드와 정확하게 정렬합니다. 안정적인 연결을 보장하려면 칩과 기판 간 정렬의 정확도가 몇 미크론 이내여야 하는 경우가 많습니다.

용접

칩과 PCB를 연결하기 위해 일반적으로 리플로우 솔더링 공정이 사용됩니다. 이 과정에서 솔더는 용융 상태로 가열되어 칩과 기판 사이의 접촉면으로 흘러들어 강한 결합을 달성합니다. 납땜이 완료되면 칩과 기판 사이에 강력한 기계적, 전기적 연결이 형성됩니다.

필러 접착제 도포

열 성능을 향상시키고 구조적 강도를 높이기 위해 플립 칩의 바닥에는 에폭시 수지와 같은 재료가 채워지는 경우가 많습니다. 이러한 유형의 언더필 기능은 열 응력으로 인한 솔더 접합 불량을 줄여 전반적인 신뢰성을 높이는 것입니다.

둘째, 플립칩은 뛰어난 전기적 성능을 제공합니다. 짧은 연결 경로는 신호 전송 지연을 줄이고 특히 고속 애플리케이션에서 신호 무결성을 향상시킵니다. 이로 인해 플립칩은 최신 전자 장치의 속도 및 신뢰성 요구 사항을 충족하는 고주파 회로에 이상적입니다.

또한 방열 성능도 플립칩의 큰 장점이다. PCB와 직접 접촉하도록 설계하면 열을 효과적으로 발산하고 작동 온도를 낮출 수 있으며 이는 고전력 애플리케이션에 특히 중요합니다. 효과적인 열 관리는 장치 수명을 연장하고 전반적인 성능을 향상시킵니다.

또한 플립칩은 더욱 복잡한 회로 설계도 지원합니다. 유연한 레이아웃과 연결 방법을 통해 설계자는 점점 더 복잡해지는 전자 장치의 요구 사항을 충족하기 위해 더 높은 통합성과 다양성을 달성할 수 있습니다.

요약하면, 플립칩은 소형화, 우수한 전기적 성능, 우수한 방열 성능, 복잡한 설계 지원 등으로 인해 현대 전자 산업에서 없어서는 안될 중요한 기술이 되었습니다.

플립칩과 PCB의 관계

플립칩은 PCB와 밀접한 관련이 있으며 PCB는 플립칩의 전자 부품을 운반하는 캐리어 역할을 합니다. 다음 측면은 이들 간의 상호 작용을 보여줍니다.

PCB 설계 요구 사항

PCB 설계는 플립 칩의 특별한 요구 사항에 맞게 최적화되어야 합니다. 예를 들어, PCB 레이아웃에서 패드 설계와 와이어 길이는 신호 무결성 및 열 관리 요구 사항을 고려해야 합니다. 또한 PCB 역시 플립칩의 고밀도 상호접속을 지원하기 위해 좋은 스택업 구조를 가져야 한다.

재료 선택

플립칩은 열팽창 매칭에 의존하기 때문에 PCB 재료 선택이 중요합니다. 일반적으로 FR-4 재료는 대부분의 응용 분야에서 요구 사항을 충족할 수 있지만 고성능 조건에서는 열 안정성을 향상시키기 위해 폴리이미드와 같은 재료를 사용해야 할 수도 있습니다.

전반적인 성능 개선

플립칩과 PCB를 결합하면 전체 시스템이 더 나은 전기적 성능과 열 관리 기능을 가질 수 있습니다. 짧은 신호 경로는 대역폭과 전송 속도를 향상시키고 우수한 방열 특성은 제품의 수명을 효과적으로 연장시킵니다.

플립칩의 응용분야

1. 가전제품

가전제품 분야에서 플립칩 기술은 휴대폰, 태블릿, 노트북 등의 기기에 널리 사용된다. 이러한 장치의 고성능 및 소형화에 대한 요구가 계속 증가함에 따라 플립칩은 작은 크기와 뛰어난 열 성능에 이상적입니다. 이 기술은 전기 연결 길이를 줄여 신호 전송 속도를 높일 뿐만 아니라 전력 소모도 줄여 기기가 더욱 효율적으로 작동할 수 있도록 해준다.

2. 자동차 전자제품

자동차 전자 분야에서는 플립칩 기술도 중요한 역할을 한다. 자동차 제어 시스템, 센서, 인포테인먼트 시스템에 사용됩니다. 스마트카와 자율주행 기술의 발전으로 전자부품의 신뢰성과 내구성에 대한 요구사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 진동 방지 및 온도 방지 특성으로 인해 플립칩 칩은 이러한 까다로운 요구 사항을 효과적으로 충족할 수 있으며 차량 탑재 전자 장비가 다양한 환경에서 안정적으로 작동하도록 보장합니다.

3. 통신장비 및 의료기기

통신 장비 측면에서 플립칩은 기지국, 라우터 및 기타 네트워크 장비에 널리 사용됩니다. 이러한 장치에는 빠른 데이터 전송과 안정적인 신호 무결성이 필요하며, 플립 칩의 짧은 연결 경로는 신호 지연을 효과적으로 줄이고 전반적인 통신 성능을 향상시킬 수 있습니다. 의료기기 분야에서는 다양한 의료기기 및 진단장비에 플립칩 기술을 적용해 실시간 모니터링과 데이터 처리 능력을 향상시켜 환자 진료의 질을 향상시키고 있다. 이러한 애플리케이션을 통해 플립칩 기술은 여러 산업을 발전시키고 미래의 고성능 제품을 위한 기반을 마련했습니다.

플립칩 기술은 현대 전자 패키징 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이는 집적 회로의 성능과 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 PCB와의 긴밀한 통합을 촉진하여 전자 제품의 소형화 및 고성능화를 촉진합니다. 비용 및 

프로세스 복잡성 문제에도 불구하고 지속적인 기술 발전으로 인해 플립칩의 적용은 미래 전자 제품에서 확실히 더 큰 잠재력과 이점을 보여줄 것입니다.