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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국전자기계융합기술원 |
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연구책임자 | 박만진 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2017-02 |
과제시작연도 | 2016 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201800040052 |
과제고유번호 | 1415145665 |
사업명 | 기계산업핵심기술개발사업 |
DB 구축일자 | 2018-10-13 |
키워드 | 멀티 칩 팬아웃 패키지.3차원 패키지 온 패키지.수직 인터커넥션.다층재배선.임베디드 웨이퍼레벨 패키지.관통 몰딩 비아.3차원 스텍 칩 본더. |
핵심기술
· PoP 형태의 3차원 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 공정기술 및 시제품개발
· 양상성 대응 고정밀 멀티 스택킹 본딩장비개발
· 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 전용 몰딩장비개발
· 이온빔을 이용한 시료 단면 가공 및 관찰 장비 개발
· TSV & TMV 형상관찰용 광학측정 장비 개발
· 미세피치를 갖는 패키지의 솔더볼 검사 소켓개발
최종목표
· 300 mm 대응 대구경 다층 구조의 복합패키지 공정 및 장비개발 기술은 이종 디바이스의 융합 다층 복합패키지 적용을 위한 FO-WLP
핵심기술
· PoP 형태의 3차원 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 공정기술 및 시제품개발
· 양상성 대응 고정밀 멀티 스택킹 본딩장비개발
· 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지 전용 몰딩장비개발
· 이온빔을 이용한 시료 단면 가공 및 관찰 장비 개발
· TSV & TMV 형상관찰용 광학측정 장비 개발
· 미세피치를 갖는 패키지의 솔더볼 검사 소켓개발
최종목표
· 300 mm 대응 대구경 다층 구조의 복합패키지 공정 및 장비개발 기술은 이종 디바이스의 융합 다층 복합패키지 적용을 위한 FO-WLP 기반 차세대 다단·다층 공정기술과 300 mm 대응 장비(몰딩, 칩/패키지 스택, 검사 등) 원천 및 실용화 기술개발을 목표로 함.
· 고집적 융복합패키지 및 다기능화 제품 구현과 이를 위한 높은 수율의 생산성 확보가 가능한 제조 공정 및 장비 원천 및 실용화 기술개발
· 개발되는 300mm FOWLP 공정 및 장비를 활용하여 로직, 통신 등 다종 디바이스의 패키지를 통한 검증을 최종목표로 함.
개발내용 및 결과
· 다층 본딩 디자인 데이터베이스 구축
· 웨이퍼 레벨 몰딩(Wafer-level molding) 공정을 이용해 2개 이상의 이종 IC 임베딩 및 상호연결 공정 기술 개발
· TMV를 이용한 다층 구조(PoP, Pacakge on Package) 실장 및 상호연결 공정 기술 개발
· 양산성 대응 고정밀 멀티 스택킹 본딩 장비 개발
→ 정밀도 : ±2㎛ @ 3σ
· 기판과 칩 일체화를 위한 FOWLP 전용 특화 몰딩장비 개발
→ Mold Flatness 오차 : t ± 10㎛
· 이온빔을 이용한 시료 단면 가공 및 관찰 장비 개발
· TSV & TMV 형상관찰용 광학측정 장비 개발
· 미세피치를 갖는 패키지의 솔더볼 검사 소켓개발
기술개발 배경
· 반도체 소자 산업은 전통적 반도체(메모리, logic) 외 모바일, 자동차 등 다양한 산업 분야의 적용을 위한 시스템 반도체 전환이 활발히 진행되고 있는 실정임
· 반도체 성능향상 및 시스템 반도체 구현을 위한 개발활동은 배선축소기술을 기반으로 진행되어 왔으나, 일정수준 이상의 기술적 한계극복에 막대한 자본의 투입이 불가피 함에 따라 개발 방향의 전환이 시도 되고 있음
· 패키징 기술은 반도체 공정으로 제작된 실리콘칩의 기능구현 및 제품화의 역할을 수행하는 핵심기술이며, 전공정 레벨의 배선축소 기술과 비교하여 상대적으로 적은 자본의 투자를 통해 반도체제품 성능향상의 모색이 가능할 뿐 아니라, 전략적이고 혁신적인 개발성과의 확보가 필요함
· 패키징 관련 장비·재료 산업은 현재 반도체 시장의 20% 이상을 차지하는 핵심산업이며 비중의 확대가 확실시 되나 국내 기업의 경쟁력은 해외 선도기술 국가 대비 미흡한 수준으로 파악되고 있음
· 반도체 장비산업은 일본․미국의 대형 업체들이 대부분의 시장을 차지하고 있으며, 시장점유율이 더욱 확대 되는 추세로 세계 Top 10업체 중 일본 5개 업체, 미국 4개 업체, 유럽 1개 업체가 전체 장비시장의 60%를 점유 하고 있는 실정임
· 차세대 반도체 생산을 위한 웨이퍼 레벨 패키징 기술 및 3차원 패키징 기술의 공정도입은 해외기술 의존이 불가피하며 국내 반도체 업체의 상황에 맞는 장비성능 향상이나 가격저감 등이 용이하게 진행 될 수 없어 반도체 생산업체의 경쟁력 약화를 초래할 것으로 우려되는 상황임
· 과거 패키징은 칩을 외부 환경으로부터 보호하는 기계적인 역할을 주로 담당했었는데, 현재는 이러한 역할 뿐 아니라 열적․전기적 기능을 함께 수행 하며 그 역할이 점점 증가하는 추세로 앞으로도 이러한 기능을 충족시키기 위하여 더욱 세밀하고 첨단화된 기술의 요구가 증대됨
· 메모리 제품은 제한된 패키지(Package) 공간 내에 더 많은 용량이 가능할 수 있도록 반도체 칩을 3차원으로 적층하는 칩 적층(chip stack) 기술을 중심으로 발전해 왔으나, 차세대 DDR이나 와이드 입출력 메모리(Wide I/O Memory) 등 고성능 메모리의 중요성대두로 인해 메모리 패키징 역시 용량을 늘이는 적층방법 뿐만 아니라 전기적 성능을 극대화시키기 위한 방안 등이 연구되어 플립칩(flip chip) 기술의 적용이나 TSV를 적용한 메모리 패키징 기술개발 등이 활발하게 진행됨
· 패키징 내부의 칩뿐만 아니라 개개의 패키지 역시 3차원 적층(Package -on-Package)을 하는 구조도 개발되어 각각의 서로 다른 기능을 하는 반도체를 적층하여 보다 더 다기능(multi-function)의 역할을 하는 구조로 발전이 진행되고 있음
· 기존의 반도체와 같이 리드프레임(Lead frame)이나 PCB를 사용하지 않고, 웨이퍼 상태에서 그 표면에 추가의 단자나 회로를 생성하여 패키지의 크기를 최소화하는 WLP(wafer level package) 기술 등은 반도체의 크기를 최대한 줄일 수 있는 방법이며, 수많은 칩이 배열되어 있는 웨이퍼 상태로 공정을 진행하기 때문에 시간당 생산량을 증가가 가능함
· 현재, 반도체의 성능향상을 위한 다양한 기술이 어우러지고(merging) 있으며, 이를 위해 제안되는 방법이 패드 확장 웨이퍼 레벨 패키지(Fan Out Wafer Level Package)에 기반을 두고 있음
· 이는 시스템 반도체 구현을 위한 핵심기술로 시도되고 있으며, 집적 수준 및 효율성의 새로운 표준을 수립한 획기적인 패키징 기술로 평가받고 있음
핵심개발 기술의 의의
· 300mm 패널 기반의 Via-frame & 멀티 칩, 수동소자가 내장된 패키지를 양산 중임. (미국 N사 모바일 CPU 모듈용 SiP)
· 기타 개발 협의 단계
-. 국내: S사, C사
-. 해외: F사, S사
-. MEMS, Sensor, 메모리
· 개발된 본딩 공정의 장비는 다양한 범위에서 적용 및 개선이 가능하도록 최적화 설계를 진행하였으며 대부분의 장치에 대하여 국산화를 진행하여 공정 변화에 쉽게 대응 가능하도록 개발되어 상용화 추진 중
· 몰딩공정을 기반으로 한 다양한 패키지에 대응 가능한 수요기업 대응 신(新)모델을 지속으로 개발 및 상용화 추진
· PVC Molding System : 2017년 3월 중으로 양산검증을 위한 수요기업 테스트를 진행 중이고, 테스트 결과에 따라 전용 Full Auto PVC Molding System 개발 착수 예정
적용 분야
· 종합반도체기업(IDM)
· 파운더리(Foundary)업체
· 외주반도체패키지테스트(OSAT) 업체
· 주요 시스템반도체 기업
· 반도체 Value chain에 있는 모든 기업
(출처 : 최종보고서 초록 6p)
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