패키징과 검사 — 열이 나가는 길을 만든다

웨이퍼에서 잘라 낸 칩은 그대로 쓸 수 없습니다. 손톱만 한 실리콘 조각에 바깥세상과 이어질 단자를 달고, 습기와 충격에서 보호하고, 무엇보다 열이 빠져나갈 길을 만들어 줘야 합니다. 이것이 패키징이고, 오늘날에는 공정만큼이나 성능을 좌우합니다.

가장자리인가, 면 전체인가

와이어 본딩은 가는 금선으로 다이 가장자리의 패드와 기판을 잇습니다. 오래되고 저렴하지만 단자를 가장자리에만 둘 수 있어 개수가 다이 한 변의 길이에 비례합니다. 선이 길어 인덕턴스도 큽니다.

플립칩은 다이를 뒤집어 아랫면 전체에 깔린 솔더 범프로 바로 붙입니다. 단자 수가 면적에 비례해 제곱으로 늘고, 경로가 짧아 기생 성분이 20분의 1 수준입니다. 게다가 다이 뒷면이 위로 노출되어 열을 빼기에도 훨씬 유리합니다. 시뮬레이션에서 두 방식의 θjc가 10배 이상 차이 나는 것을 확인해 보세요.

열은 저항을 타고 흐른다

열 문제는 전기 회로와 똑같이 다룹니다. 전력이 전류, 온도차가 전압, 열저항이 저항입니다.

다이에서 케이스까지의 θ_jc는 패키지 구조가 정하고, 케이스에서 공기까지의 θ_ca는 방열 설계가 정합니다. 접합 온도 T_j가 한계를 넘으면 성능을 스스로 낮추거나(thermal throttling) 수명이 급격히 줄어듭니다. 앞서 본 TDDB와 일렉트로마이그레이션 모두 온도에 지수적으로 민감했던 것을 떠올려 보세요.

마지막 관문

패키징이 끝나면 실제 동작 속도와 온도 조건에서 전수 검사를 합니다. 웨이퍼 상태에서 미리 거르고(EDS), 패키지 후 다시 거르고(파이널 테스트), 초기 불량을 미리 태워 없애기도 합니다(번인). 여기서 놓친 불량은 그대로 고객에게 가고, 그 비용은 공정에서 잡았을 때보다 훨씬 큽니다.