NEWS 1999년 8월

CSP 패키지의 최신 기술 동향

최근 마이크로프로세서나 주문형 반도체(ASIC) 등 비메모리 제품을 중심으로 경박단소화에 대한 요구가 급진전되면서 다핀화에 유리하도록 외부 단자(볼 형태의 납)를 패키지 밑면에 배열하는 BGA(Ball Grid Array)가 주력 반도체 패키지 형태로 자리잡아가고 있다.

BGA는 PGA(Pin Grid Array)와 플립칩(Flip Chip) 개념을 상호 수용한 것으로 기존의 QFP와 비교해 반도체 패키지가 차지하는 공간을 60% 가까이 줄일 수 있으며 전기적, 열적 수행능력도 40%까지 향상됨은 물론 300핀 이상의 다핀으로 갈수록 비용면에서도 유리하다.

실제로 최근 출시되고 있는 각종 CPU들은 미니카트리지, BGA, 마이크로PGA 등과 같은 여러 종류의 첨단 패키징 방식을 지원함으로써 시스템 설계방식에 따른 유연성을 제공, 업체들이 시스템 설계시 다양한 디자인을 적용할 수 있도록 하고 있다.

이에 따라 반도체 칩과 패키지의 크기가 거의 차이가 없을 정도로 얇고 작은 각종 CSP(Chip Scale Package) 기술이 등장하기 시작했으며 이 기술은 반도체의 소형, 고속, 고집적화 추세에 힘입어 예상보다 훨씬 빠르게 확산되고 있다. 이러한 각종 CSP 패키지들 가운데 현재 가장 주목받고 있는 것이 마이크로BGA 패키지다.

마이크로BGA 패키지는 기존의 리드프레임 대신 박막필름 위에 칩을 얹은 후 실리콘 소재로 이를 덮어씌우고 그 밑에 미세 구경의 원형다리(Ball)를 접착시키는 매우 간단한 형태다.

이러한 장점으로 인해 마이크로BGA 패키지는 차세대 고속메모리인 다이렉트 램버스 D램의 주력 패키지로 이미 채택된 상태다. 따라서 그동안 이동전화나 디지털카메라 등 휴대형 정보통신기기에 한정돼 있던 CSP 패키지의 사용 분야는 PC나 워크스테이션 등의 컴퓨터 영역으로까지 대폭 확대될 조짐을 보이고 있다.

실제로 세계 최대 반도체조립업체인 아남반도체가 마이크로BGA 패키지 제품의 본격적인 출하를 이미 시작한 데 이어 삼성전자 및 현대전자도 관련 자회사를 통해 이 제품의 양산을 추진하는 등 세계 소자업체들의 마이크로BGA 양산 도입이 본격화되고 있다.

또한 CSP 패키지 일종으로 기존 플라스틱 패키지의 주재료인 리드프레임과 몰딩 콤파운드를 그대로 사용하는 MLP(Micro Package)도 뛰어난 열방출능력을 지녀 특정 부위에서 집중적으로 열이 발생하는 갈륨비소(CaAs) 등 화합물 반도체를 중심으로 확대 적용되고 있는 추세다.

이와 함께 칩을 절단하지 않은 웨이퍼 상태에서 모든 조립과정을 마치는 「웨이퍼 레벨 패키징」 역시 차세대 CSP 기술로 각광받고 있다.

현재까지의 반도체 조립공정은 웨이퍼를 각각의 칩으로 절단한 후 이뤄진데 반해 웨이퍼 레벨 패키지 기술은 말 그대로 여러 칩들이 붙어있는 웨이퍼 상태에서 다이본딩, 와이어본딩, 몰딩, 트리밍, 마킹 등 일련의 조립공정을 마친 후 이를 절단해 곧바로 완제품을 만든다.

따라서 이 기술을 적용할 경우 마이크로BGA나 MLP 등 현재 선보이고 있는 CSP 기술보다 전체적인 패키지 비용을 더욱 낮출 수 있을 것으로 예상돼 세계 주요 소자 및 패키지 전문업체들이 관련기술 개발에 경쟁적으로 나서고 있다.

이와 함께 최근에는 반도체 실장시 베어(Bare)칩을 기판에 직접 접착하는 플립칩 실장 기술도 고속, 고밀도, 다핀화 추세를 지원할 수 있는 새로운 패키지 방식으로 주목받고 있다.

플립칩 기술은 리드프레임이 없어 칩 사이즈가 곧 패키지 사이즈가 돼 세트의 소형, 경량화에 유리하며 칩 밑면에 입출력 단자가 있어 전송속도도 선이 있는 패키지보다 20∼30배 빠르다.

일명「선없는 반도체」로도 불리는 이 플립칩은 전자부품의 표면실장화 기술이 만들어낸 최상의 패키지 형태로 차세대 기가급 이상 메모리 반도체의 주력 패키지로 채택될 전망이다.

한편 시장분석기관들의 예측에 따르면 CSP를 채택한 반도체는 향후 수년간 연평균 100%가 넘는 고성장을 거듭, 오는 2002년경 약 60억원 안팎의 시장을 형성할 것으로 예상된다.