고급 칩 패키징: 제조업체가 승리하기 위해 플레이하는 방법

Nov 05, 2023

반도체 웨이퍼는 기본 오늘날 대부분의 기술에 매우 중요한 집적 회로 중 하나입니다. 금속, 플라스틱, 세라믹, 유리 등 웨이퍼 포장은 웨이퍼를 주변 환경과 연결하고 화학적 오염과 빛, 열, 충격으로 인한 손상으로부터 보호합니다. 웨이퍼를 설계하고 제작하는 프런트엔드 공정에 비해 패키징의 백엔드 공정은 두 가지 이유로 과소평가되어 왔습니다. 첫째, 여전히 구세대 장비를 사용하여 웨이퍼를 패키징하는 것이 가능합니다. 둘째, 패키징은 주로 다른 차별화 요소보다는 낮은 인건비를 기반으로 경쟁하는 아웃소싱 반도체 조립 및 테스트 회사(OSAT)에서 수행됩니다.

이 모델은 정교한 기술을 사용하고 다양한 웨이퍼의 구성 요소를 모아 뛰어난 성능을 갖춘 단일 전자 장치를 만드는 고급 패키징의 도입으로 변경될 수 있습니다. 2000년경에 소개된 고급 패키징은 이제 반도체 기술의 차세대 혁신으로 상당한 추진력을 얻고 있습니다.

고급 패키징은 5G, 자율 주행 차량, 기타 사물 인터넷 기술, 가상 및 증강 현실 등 현재 주류로 자리잡은 신흥 애플리케이션을 실행하는 반도체에 대한 수요를 충족하는 데 도움이 됩니다. 이러한 애플리케이션에는 대량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 고성능, 저전력 칩이 필요합니다. 1965년 마이크로칩의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배로 늘어난다는 무어의 법칙에도 불구하고 노드 발전은 이제 한계에 도달했습니다. 그 결과, 칩 제조 프런트엔드의 기술 발전이 둔화되고 경제적으로 실행 가능한 최대 다이 크기와 그에 따른 성능이 더욱 제한되고 있습니다. 여러 칩을 결합하는 백엔드 기술의 새로운 접근 방식은 유망한 솔루션을 제공합니다. 2.5D, 3D, 팬아웃, SoC(시스템온칩) 패키징을 포함하여 지난 20년 동안 등장한 고급 패키징 기술은 와이어 본딩을 보완하여 공백을 메울 것을 약속합니다. 그리고 지난 반세기의 플립칩 기술.

첨단 패키징은 기존 백엔드 패키징보다 더 높은 가치의 기회를 제공하기 때문에 주요 플레이어와 패스트 팔로어(경쟁사의 혁신을 모방하는 조직)는 프리미엄 고객을 확보하기 위해 다양한 형태의 기술을 개발하고 상용화하고 있습니다. 이 기사에서는 시장이 어떻게 진화하고 있는지 설명하고 제조업체가 제공되는 기회를 어떻게 활용할 수 있는지 제안합니다.

지난 반세기 동안 널리 퍼졌던 두 가지 기술을 보완하는 세 가지 주요 고급 패키징 기술이 2000년부터 상용화되었습니다(그림 1).

1950년대에 개발되어 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 와이어 본드 기술은 솔더 볼과 얇은 금속 와이어를 사용하여 인쇄 회로 기판(PCB)을 다이(집적 회로가 포함된 실리콘 사각형)에 부착하는 상호 연결 기술입니다. 패키징된 칩보다 공간이 덜 필요하고 상대적으로 먼 지점을 연결할 수 있지만 고온, 고습, 온도 사이클링에서 실패할 수 있으며 각 결합이 순차적으로 형성되어야 하므로 복잡성이 추가되고 제조 속도가 느려질 수 있습니다. 와이어 본딩 시장은 CAGR 2.9%로 2031년까지 약 160억 달러 규모로 성장할 것으로 예상됩니다.1 와이어 본딩 시장 예측 보고서, 2021~2031년, 투명성 시장 조사(Transparency Market Research), 2021년 11월.

패키징 기술의 첫 번째 주요 발전은 1990년대 중반에 페이스다운 다이를 사용하는 플립 칩과 함께 이루어졌습니다. 이 플립 칩의 전체 표면적은 PCB와 다이를 결합하는 솔더 "범프"를 통한 상호 연결에 사용됩니다. 그 결과 폼 팩터, 즉 하드웨어 크기는 작아지고 신호 전파 속도는 높아졌습니다. 즉, 송신기에서 수신기로 신호가 더 빠르게 이동합니다. 플립칩 패키징은 현재 주로 중앙 처리 장치, 스마트폰 및 무선 주파수 시스템 인 패키지 솔루션에 사용되는 가장 일반적이고 저렴한 기술입니다. 플립 칩은 더 작은 조립이 가능하고 더 높은 온도를 처리할 수 있지만 매우 평평한 표면에 장착해야 하며 교체가 쉽지 않습니다. 현재 플립칩 시장은 약 270억 달러 규모이며 CAGR 6.3%로 예상되며 2030년에는 450억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.2"플립 칩 시장: 패키징 기술(3D IC, 2.5D IC), 범핑 기술(구리)별 정보 기둥, 납땜 범핑) 및 지역 — 2030년까지 예측," Straits Research, 2023년 4월 2일 액세스.