IC 기판은 칩 패키지 내부에 얇고 층이 쌓인 캐리어입니다. 이 장치는 작은 다이 패드를 납땜 피치에 펼쳐 실리콘 다이를 메인 PCB에 연결하고, 신호와 전력을 라우팅하며, 리플로우 시 강성을 더하고, 열 확산을 돕습니다. 이 글에서는 기판 종류, 구조, 재료, 라우팅, 공정, 마감, 설계 규칙 및 신뢰성 점검에 관한 정보를 제공합니다.
IC 기판 개요
IC 기판은 IC 패키지 기판이라고도 하며, 칩 패키지 내부에 얇고 층이 쌓인 캐리어입니다. 이 장치는 실리콘 다이와 메인 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치해 있습니다. 이 장치의 주요 역할은 다이의 매우 작은 접촉 패드를 더 간격이 먼 납땜 볼에 연결하여 패키지가 보드에 부착될 수 있도록 하는 것입니다. 또한 다이를 고정시키고, 가열 시 패키지가 너무 휘는 것을 방지하며, 열이 패키지 전체와 보드 안으로 더 넓게 퍼질 수 있도록 도와줍니다.
IC 기판과 PCB 비교
| 특징 | IC 기판 | 표준 PCB |
|---|---|---|
| 주요 직업 | 패키지 내부의 실리콘 다이를 패키지 접점을 통해 보드에 연결함 | 전체 회로 기판에 걸쳐 부품과 커넥터를 연결합니다 |
| 라우팅 밀도 | 매우 높은 라우팅 밀도와 매우 미세한 선과 간격 | 기판보다 더 넓은 선과 간격으로 라우팅 밀도가 낮아집니다 |
| 비아스 | 마이크로비아는 층 간 짧고 조밀한 수직 연결에 흔히 사용됩니다. 마이크로비아는 HDI 보드에 사용될 수 있지만, 많은 보드가 더 큰 비아를 사용합니다. | |
| 일반적인 사용 | BGA, CSP, 플립칩 패키지와 같은 칩 패키지 내부에 사용됨 | 휴대폰, 라우터, PC 같은 제품의 메인 시스템 보드로 사용됨 |
IC 기판을 통한 신호 라우팅
패키지 내부에서 기판은 다이와 납땜 구 사이에 신호와 전원을 짧고 제어된 경로를 제공합니다.
• 다이 패드는 와이어 본딩, 범프(플립칩), 또는 TAB로 기판에 연결됩니다.
• 내부 계층은 임피던스 목표 목표를 일정하게 유지하면서 신호를 바깥쪽으로 라우팅합니다.
• 전원 및 접지면은 전류를 분배하고 공급 반사를 줄입니다.
• 하단에 납땜 볼이 패키지를 메인 PCB에 연결합니다.
핵심 및 구축 기질 구조
• 핵심: 구조적 중추; 더 두꺼운 유전체; 기계적 강성과 넓은 라우팅을 지원합니다
• 쌓기 층: 얇은 유전체 + 미세한 구리 라우팅, 조밀한 팬아웃
• 미세비아: 인근 축적층 사이의 짧은 수직 연결
공통 IC 기판 재료 및 선택 요인
| 물질 계열 | 예시 | 일반적인 강점 |
|---|---|---|
| 강직한 유기물 | ABF, BT, 에폭시 시스템 | 미세한 빌드업 라우팅을 지원하고, 대량 생산에 적합한 확장성, 전기적 및 기계적 요구의 균형을 맞추는 |
| 플렉스 유기농 | 폴리이미드 기반 | 라우팅이 얇게 굴러지면서도 구부러질 수 있게 해주어, 유연한 연결이 필요한 레이아웃에 도움이 됩니다 |
| 도자기 | 알₂오₃, 알인(AlN) | 많은 유기물에 비해 더 나은 치수 안정성과 강한 열 처리 능력을 위한 낮은 열팽창 |
패키지 스타일별 IC 기판 유형
| 기질 유형 | 베스트 핏 |
|---|---|
| BGA 기판 | 높은 I/O 수와 강력한 전체 패키지 성능 |
| CSP 기판 | 얇은 패키지와 컴팩트한 크기에 맞게 제작되었습니다 |
| 플립칩 기판 | 다이와 기판 |
| MCM 기판 | 하나의 패키지 내에 여러 다이를 배치하고 연결하는 지원 |
다이-투-기판 상호연결 방법
• 연결 방식은 패드 배치, 피치 제한, 조립 요구사항에 영향을 미칩니다.
• 와이어 본딩: 얇은 와이어가 다이 패드와 기판의 본딩 핑거를 연결합니다.
• 플립칩: 작은 돌기가 다이를 기판의 패드에 직접 연결하여 짧은 전기 경로를 만듭니다.
• TAB: 얇은 필름을 이용해 리드를 운반하고 연결하는 테이프 기반 접합으로, 테이프 포맷이 필요할 때 자주 사용됩니다.
미세 IC 기판 제조 공정
| 과정 | 핵심 아이디어 | 목적 |
|---|---|---|
| 감산 | 구리 층에서 시작해 에칭 | 널리 사용되고 잘 이해되어 있으며, 많은 기판층에 대한 견고한 반복성을 제공합니다 |
| 가법 | 트레이스와 패드가 필요한 곳에서만 구리를 제작하며, 선택적 도금 | 작은 형태를 더 엄밀하게 제어하며 매우 미세한 특징을 형성하는 데 도움을 줍니다 |
| MSAP/mSAP | 얇은 씨앗층을 사용한 후 플레이트와 가볍게 에칭하여 제어된 방식으로 | 두께 조절을 잘 유지하면서 더 작은 라인과 공간 타겟을 지원합니다 |
마이크로비아 형성 및 제작 품질
마이크로비아는 쌓인 층을 밀집된 스택으로 연결합니다. 크기가 작기 때문에 형상과 구리 품질이 장기적인 연속성과 저항 안정성에 큰 영향을 미칩니다.
레이저 드릴링은 인근 층 사이에 작고 얕은 비아를 만듭니다. 구리 도금은 비아 벽을 코팅하여 연속적인 전도 경로를 만듭니다. 비아 충전은 빈 공간과 지지 패드를 줄여 구조를 완성하는데, 이는 비아가 패드 아래에 위치할 때 도움이 됩니다.
IC 기판의 표면 마감
| 마무리 | 도움이 되는 점 |
|---|---|
| ENIG | 매끄럽고 납땜 가능한 표면을 제공하며 구리를 부식으로부터 보호하는 데 도움을 줍니다. |
| 에네팍 | 더 많은 접합 옵션을 지원하고 튼튼하고 신뢰할 수 있는 납땜 접합부를 형성하는 데 도움을 줍니다. |
| 골드 변형 | 표면이 안정적인 접촉 성능이 필요하거나 특정 접착 방법에 적합한 금 층이 필요할 때 사용됩니다. |
수율에 영향을 미치는 기질 설계 규칙
라인/스페이스 타겟
최소 라인 폭과 간격을 일찍 고정하고, 모든 라우팅 계층에서 프로세스가 일관되게 반복할 수 있는 범위에 맞춰 타겟을 정렬하세요.
비아 전략
마이크로비아 레이어 쌍과 깊이 제한을 초기에 정의하세요. 비아 인 패드, 호출 구역 작성, 그리고 미세한 라우팅을 보호하는 금지 구역에 대해 명확한 규칙을 설정하세요.
스택업
코어와 빌드업 레이어 수를 조기에 정하고, 라우팅 역할별로 할당하여 라우팅 변경이 나중에 큰 스택업 재작업(stack up rework)을 강요하지 않도록 하세요.
워페이지 예산
리플로우와 조립 단계에서 휘는 한계를 정의하고, 기판이 한계 내에 있도록 구리 균형과 층 대칭을 제어하세요.
테스트 전략
연속성과 단락 제어를 위한 테스트 접근 계획을 세우세요. 밀도가 올라도 카이지가 줄어들지 않도록 충분한 패드와 경로 확보를 유지하세요.
결론
IC 기판은 밀집된 라우팅, 전원 및 접지면, 마이크로비아를 통한 짧은 수직 링크를 제공하여 칩 패키지를 지원합니다. 핵심 및 빌드업 층이 팬아웃 능력과 패키지 강성을 결정합니다. 재료 선택, 미세 공정, 마이크로비아 제작 품질, 표면 마감이 결과에 영향을 미칩니다. 폭발력은 온라인/우주 목표물에 따라 전략, 스택업, 워페이지 제어, 시험 계획에 따라 달라지며, AOI, 전기 시험, 단면, X선에 의해 뒷받침됩니다.
자주 묻는 질문 [자주 묻는 질문]
IC 기판이 도달할 수 있는 선 폭과 간격은 어느 정도인가?
IC 기판은 빌드업 층에서 10 μm 미만의 라인/공간을 사용할 수 있으며, 고급 공정에서는 더 좁은 타겟을 사용할 수 있습니다.
IC 기판의 두께는 얼마나 되나요?
두께는 패키지 스타일과 층 수에 따라 달라지며, 얇은 CSP는 0.3mm 미만, 고층 BGA는 1.0mm 이상입니다.
어떤 물질의 전기적 특성이 가장 중요한가?
유전체 상수(Dk), 소산 계수(Df), 절연 저항. Stable Dk는 임피던스 제어를 지원합니다; 낮은 DF는 신호 손실을 낮춥니다.
일반적인 IC 기판 고장 모드는 무엇인가요?
마이크로비아 균열, 구리 피로, 층 박리, 납땜 피로가 볼 인터페이스에서 발생합니다.
고속 신호와 함께 추가로 필요한 설계는 무엇인가요?
더 엄격한 임피던스 제어, 짧은 리턴 경로, 낮은 크로스토크, 그리고 견고한 기준면을 가진 신중한 트레이스 간격.
AI 및 HPC 패키지의 IC 기판은 어떻게 변화하고 있나요?
더 많은 레이어 수, 더 세밀한 선과 공간, 더 강한 전력 전달, 더 큰 본체 크기, 그리고 멀티 다이 또는 칩렛 레이아웃에 대한 더 나은 지원.
