반도체 패키지 - Special Bonding의 종류와 이해(1)

반도체 Special Bonding의 종류

대표적인 반도체 Special Bonding으로는 IMST, Clip Bonding, Ribbon Bonding과 Al Heavy Wedge Bonding 등이 있습니다.

 

 

 

반도체 Special Bonding의 이해

IMST(Insulated Metal Substrate Technology)

 

IMST는 절연 금속 기판의 약자입니다. 이는 금속과 단열재의 장점을 결합한 인쇄 회로 기판(PCB)의 일종으로 이러한 PCB는 유전체 층으로 구리 도체와 분리된 금속 지지판(일반적으로 알루미늄)으로 구성됩니다. 유전체 층은 브리지 역할을 하여 회로에서 금속 기판 1로 열을 전달합니다.

 

전자 기기가 점점 더 강력해지고 소형화됨에 따라 더 높은 온도를 발생시키므로 IMST 기술은 더 높은 주파수, 더 작은 구조, 디바이스 성능 향상과 같은 요인으로 인해 발생하는 열 문제를 해결합니다.
효과적인 열 관리는 전자 기기의 견고한 성능, 안정성 및 더 긴 수명 주기를 보장해 줄 수 있습니다.

 

IMST의 재료는 일반적으로 구리, 유전체, 금속 베이스와 같은 층으로 구성되며 유전체 층은 결합, 절연 및 열전도에 중요한 역할을 합니다. IMST 소재는 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화마그네슘(MgO), 이산화실리콘(SiO₂) 등 다양한 열 전도성을 나타내고 구리, 알루미늄, 유전체 층이 전체 구조에 기여하는 다양한 두께로 제공됩니다.

 

 

IMST 기판의 일반적인 특성은 구리 두께 18 µm ~ 410 µm 범위, 알루미늄 두께 0.5mm에서 3mm까지 다양하며 유전체 두께는 일반적으로 75 µm에서 150 µm 사이로 열 전도성은 사용된 유전체 재료에 따라 다릅니다.

 

열 순환은 항복 전압과 박리 강도에 영향을 미치고 고온에서의 노화는 항복 전압과 박리 강도에도 영향을 미칩니다. 시간이 지나도 성능을 유지하려면 적절한 설계와 재료 선택이 중요합니다.

 

IMST 기술은 효율적인 열 방출을 제공하므로 고성능 전자 기기에 필수적이고 스마트폰에 전원을 공급하든 첨단 산업 기계를 구동하든 IMST는 모든 성분을 시원하게 유지시켜 줍니다.  

 

 

Clip Bonding (클립본딩)

클립 본딩은 기존의 와이어 본딩을 솔리드 구리 브리지로 대체하는 패키징 기술입니다. 클립 본딩에서는 솔리드 구리 브리지가 다이 표면에 부착되어 여러 개의 본딩 된 와이어를 대체하고 구리 클립은 구리 와이어에 비해 전체 패키지 저항을 줄이는 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 작은 패키지로 인해 더 나은 열전달과 초고속 스위칭 성능을 제공하기도 합니다.

 

클립 본딩의 장점은 구리 클립을 사용하면 패키지 저항이 크게 낮아져 전기적 성능이 향상되고 고전력 애플리케이션에 필수적인 열 방출을 향상합니다. 또한 패키지 크기가 작아 스위칭 시간을 단축할 수 있습니다.

클립 본딩은 효율적인 열 관리와 낮은 저항이 중요한 고전력 모듈에 일반적으로 사용됩니다.
다시 말해, 클립 본딩은 반도체 디바이스의 성능과 신뢰성을 향상하기 위해 견고한 구리 브리지를 활용하는 패키징 기술입니다. 

 

Ribbon Bonding (리본 본딩)

리본 본딩은 와이어 본딩의 유연성과 리드 프레임의 기계적 및 전기적 특성을 결합한 매력적인 공정입니다. 
리본 본딩은 전자 부품을 상호 연결하는 데 사용되는 기술로, 특히 리드 수가 많고 패드 크기(50 µm 미만)가 작은 경우에 사용됩니다. 리본 본딩은 와이어 본딩과 테이프 자동 본딩(TAB)의 대안으로 이용되며 리본 본딩의 특징으로는 와이어 본딩과 유사한 유연성을 가지며 구조적 안정성을 제공한다는 것입니다. 고주파 애플리케이션에 적합하며 미세한 피처 크기의 리드 프레임에 이상적입니다. 리본 본딩은 소량 생산에 특히 유용하며 기존 초음파 웨지/웨지 와이어 본딩 장비에 적용할 수 있다.

 

리본 본딩은 일반적으로 리드 수가 많고 피처 크기가 작은 VLSI(매우 큰 규모의 통합) 디바이스를 상호 연결하는 데 사용되며 특히 단면적보다 도체 표면적이 더 중요한 고속, 고주파 마이크로파 장치에 적합합니다.

장점으로는 TAB과 관련된 툴링 비용을 피할 수 있고 범프 칩이나 테이프가 필요하지 않으며 내부 및 외부 본드 모두에 필요한 상호 연결 밀도를 달성할 수 있습니다. 

 

반도체 Special Bonding의 종류

 

 

Al Heavy Wedge Bonding (알루미늄 헤비 웨지 본딩)

알루미늄 헤비 웨지 본딩은 견고한 상호 연결을 만들기 위해 마이크로 전자공학에서 사용되는 특수 기술입니다.
초음파 웨지 본딩이라고도 하는 알루미늄 헤비 웨지 본딩은 마이크로 일렉트로닉스 산업에서 일반적으로 사용되는 미세 용접 공정으로 이 공정은 특정 유형의 본딩 와이어를 사용하여 집적 회로(IC)에 대한 상호 연결을 용이하게 합니다. 일반적으로 사용되는 본딩 와이어는 직경 25μm의 AlSi1(알루미늄-실리콘) 합금 와이어입니다.
얇은 와이어를 사용하는 기존 와이어 본딩과 달리 헤비 웨지 본딩에는 고전류 애플리케이션에 적합한 두꺼운 와이어가 사용됩니다.
알루미늄 헤비 웨지 본딩의 와이어 직경은 표준 와이어 본딩에 비해 상당히 두껍고(25μm) 견고한 기계적 강도를 제공하므로 전류가 많이 흐르는 애플리케이션에 적합하고 본딩 중에 초음파 진동이 전선과 본딩 표면 사이에 마찰을 일으켜 안전한 연결을 보장합니다. 

 

알루미늄 헤비 웨지 본딩은 전력 전자 장치에서 중요한 역할을 하고 본딩 헤드는 고급 루핑 기능과 실시간 비파괴 풀 테스트 기능을 갖추고 있습니다. 전선 직경은 127 µm(5 mil), 254 µm(10 mil), 381 µm(15 mil), 508 µm(20 mil) 알루미늄 와이어 2를 포함한 다양한 와이어 직경을 지원합니다. 

알루미늄 헤비 웨지 본딩은 특히 알루미늄 금속화와 호환됩니다. 상온에서 높은 무결성 본딩이 가능하므로 민감한 장치의 손상 위험을 최소화할 수 있어 알루미늄 헤비 웨지 본딩은 기계적 강도, 전기적 성능, 알루미늄 기반 소재와의 호환성을 결합하여 최신 마이크로전자 제조에 유용한 기술입니다.