칩 패키징에 있어서 구리 호일의 응용

구리 호일전기 전도성, 열 전도성, 가공성, 그리고 비용 효율성으로 인해 칩 패키징에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 칩 패키징에서 특정 응용 분야에 대한 자세한 분석은 다음과 같습니다.

1. 구리 와이어 본딩

• 금 또는 알루미늄 와이어 교체: 전통적으로 칩 패키징에는 칩 내부 회로와 외부 리드를 전기적으로 연결하기 위해 금이나 알루미늄 와이어가 사용되었습니다. 그러나 구리 가공 기술의 발전과 비용 절감으로 구리 호일과 구리 와이어가 점차 주류로 자리 잡고 있습니다. 구리의 전기 전도도는 금의 약 85~95%이지만, 가격은 약 1/10에 불과하여 고성능과 경제성을 추구하는 사람들에게 이상적인 선택입니다.
• 향상된 전기적 성능: 구리 와이어 본딩은 고주파 및 고전류 애플리케이션에서 낮은 저항과 더 나은 열전도도를 제공하여 칩 상호 연결 시 전력 손실을 효과적으로 줄이고 전반적인 전기적 성능을 향상시킵니다. 따라서 본딩 공정에서 구리 호일을 전도성 소재로 사용하면 비용 증가 없이 패키징 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
• 전극 및 마이크로 범프에 사용플립칩 패키징에서는 칩을 뒤집어 표면의 입출력(I/O) 패드가 패키지 기판의 회로에 직접 연결되도록 합니다. 구리박은 전극과 마이크로 범프를 만드는 데 사용되며, 이들을 기판에 직접 납땜합니다. 구리의 낮은 열 저항과 높은 전도성은 신호와 전력의 효율적인 전송을 보장합니다.
• 신뢰성 및 열 관리: 구리는 우수한 전기 이동 저항성과 기계적 강도 덕분에 다양한 열 사이클 및 전류 밀도에서 더 나은 장기 신뢰성을 제공합니다. 또한, 구리의 높은 열전도도는 칩 작동 중 발생하는 열을 기판이나 방열판으로 빠르게 방출하여 패키지의 열 관리 능력을 향상시킵니다.
• 리드 프레임 소재: 구리 호일리드 프레임 패키징, 특히 전력 소자 패키징에 널리 사용됩니다. 리드 프레임은 칩의 구조적 지지 및 전기적 연결을 담당하며, 높은 전도성과 우수한 열전도도를 가진 소재가 필요합니다. 구리 호일은 이러한 요건을 충족하여 패키징 비용을 효과적으로 절감하는 동시에 방열 및 전기적 성능을 향상시킵니다.
• 표면 처리 기술: 실제 응용 분야에서 구리박은 산화 방지 및 납땜성 향상을 위해 니켈, 주석 또는 은 도금과 같은 표면 처리를 거치는 경우가 많습니다. 이러한 처리는 리드 프레임 패키징에서 구리박의 내구성과 신뢰성을 더욱 향상시킵니다.
• 다중 칩 모듈의 전도성 재료: 시스템 인 패키지(SIP) 기술은 여러 칩과 수동 부품을 단일 패키지에 통합하여 더 높은 집적도와 기능 밀도를 달성합니다. 구리박은 내부 상호 연결 회로를 제조하고 전류 전도 경로 역할을 하는 데 사용됩니다. 이 애플리케이션에서는 제한된 패키징 공간에서 더 높은 성능을 달성하기 위해 높은 전도성과 초박형 특성을 가진 구리박이 요구됩니다.
• RF 및 밀리미터파 애플리케이션: 구리박은 SiP의 고주파 신호 전송 회로, 특히 무선 주파수(RF) 및 밀리미터파 애플리케이션에서 중요한 역할을 합니다. 구리박의 낮은 손실 특성과 우수한 전도성은 이러한 고주파 애플리케이션에서 신호 감쇠를 효과적으로 줄이고 전송 효율을 향상시킵니다.
• 재배포 계층(RDL)에서 사용됨: 팬아웃 패키징에서는 구리박을 사용하여 칩 I/O를 더 넓은 영역으로 재분배하는 기술인 재배선층을 구성합니다. 구리박은 높은 전도성과 우수한 접착력으로 재배선층을 구성하고 I/O 밀도를 높이며 다중 칩 집적을 지원하는 데 이상적인 소재입니다.
• 크기 감소 및 신호 무결성: 재분배층에 구리 호일을 적용하면 패키지 크기를 줄이는 동시에 신호 전송 무결성과 속도를 개선하는 데 도움이 됩니다. 이는 특히 더 작은 패키지 크기와 더 높은 성능이 필요한 모바일 기기와 고성능 컴퓨팅 애플리케이션에 중요합니다.
• 구리 호일 방열판 및 열 채널: 구리 호일은 뛰어난 열전도성을 지니고 있어 칩 패키징 내부의 방열판, 열 채널, 열 인터페이스 재료 등에 자주 사용되어 칩에서 발생하는 열을 외부 냉각 구조로 빠르게 전달하는 데 도움을 줍니다. 이러한 응용 분야는 CPU, GPU, 전력 관리 칩과 같이 정밀한 온도 제어가 필요한 고전력 칩 및 패키지에 특히 중요합니다.
• TSV(Through-Silicon Via) 기술에 사용됨: 2.5D 및 3D 칩 패키징 기술에서 구리박은 실리콘 관통 비아(TSV)를 위한 전도성 충진재를 만드는 데 사용되어 칩 간의 수직 상호 연결을 제공합니다. 구리박은 높은 전도성과 가공성을 갖추고 있어 이러한 첨단 패키징 기술에서 선호되는 소재로, 고밀도 집적과 짧은 신호 경로를 지원하여 전반적인 시스템 성능을 향상시킵니다.

2. 플립칩 패키징

3. 리드 프레임 패키징

4. 시스템 인 패키지(SiP)

5. 팬아웃 패키징

6. 열 관리 및 방열 응용 분야

7. 고급 패키징 기술(2.5D 및 3D 패키징 등)

전반적으로 칩 패키징에서 구리박의 적용은 기존의 전도성 연결 및 열 관리에 국한되지 않고 플립칩, 시스템인패키지(SIP), 팬아웃 패키징, 3D 패키징과 같은 새로운 패키징 기술로 확장되고 있습니다. 구리박의 다기능성과 탁월한 성능은 칩 패키징의 신뢰성, 성능 및 비용 효율성 향상에 핵심적인 역할을 합니다.