추상적인

빠르게 발전하는 반도체 기술 환경에서 칩 패키징은 더 작고, 더 빠르며, 더 강력한 전자 장치를 만드는 데 중추적인 역할을 합니다. 장치의 향상된 기능에 대한 수요가 증가함에 따라 기업은 제한된 폼 팩터 내에서 고객에게 더 많은 구성 요소를 제공해야 한다는 지속적인 압력을 받고 있습니다. 이 백서는 2.5D 및 3D 패키징, 첨단 소재, 이기종 통합 등 칩 패키징의 최근 발전을 살펴보고, 성능 저하 없이 고객에게 더 많은 구성 요소를 제공할 수 있는 능력을 강화하여 기업에 경쟁 우위를 제공하는 방법을 살펴봅니다. 크기 또는 전력 효율성.

소개

반도체 패키징은 집적 회로가 단순한 플라스틱이나 세라믹 패키지에 싸여 있던 초기부터 크게 발전해 왔습니다. 오늘날 칩 패키징은 혁신을 가능하게 하는 중요한 요소가 되었으며, 이를 통해 기업은 점점 작아지는 폼 팩터 내에서 고객에게 더 많은 구성 요소와 기능을 제공할 수 있습니다. 이러한 경쟁 우위는 반도체 장치의 밀도, 성능 및 효율성을 향상시키는 기술 발전의 조합을 통해 달성됩니다.

칩 패키징의 발전 필요성

더 작고, 더 강력하고, 기능이 풍부한 전자 장치에 대한 수요가 그 어느 때보다 높아졌습니다. 이러한 요구로 인해 반도체 제조업체는 성능, 크기 또는 전력 효율성을 저하시키지 않고 더 많은 구성 요소를 수용할 수 있는 칩을 제공해야 한다는 엄청난 압력을 받고 있습니다. 기존 패키징 기술에는 추가 구성 요소의 통합을 방해하는 한계가 있습니다.

역사

전통적인 포장 기술

1950년대에 시작되어 오늘날에도 여전히 유효한 와이어 본드 기술은 인쇄 회로 기판(PCB)을 다이라고 알려진 집적 회로의 실리콘 사각형에 연결하는 상호 연결 방법 역할을 합니다. 이 연결은 솔더 볼과 얇은 금속 와이어를 통해 이루어집니다. 와이어 본딩은 기존 패키지형 칩보다 공간을 적게 차지하고 상대적으로 장거리 연결이 가능하지만 고온, 고습 및 온도 순환 조건에서 고장이 발생할 가능성이 있습니다. 더욱이, 각 결합을 순차적으로 형성하는 과정은 복잡성을 야기하고 제조 속도를 늦출 수 있습니다.

패키징 기술의 첫 번째 중요한 발전은 1990년대 중반 플립 칩을 통해 나타났습니다. 이 접근 방식에서는 다이를 페이스다운 방향으로 활용하여 PCB와 다이 사이에 결합을 설정하는 솔더 "범프"를 통한 상호 연결을 위해 전체 다이 표면적을 활용합니다. 이 구성을 사용하면 폼 팩터 또는 하드웨어 크기가 더 작아지고 신호 전파 속도가 높아져 송신기에서 수신기로 더 빠른 신호 전송이 가능해집니다. 플립칩 패키징은 현재 중앙 처리 장치, 스마트폰 및 무선 주파수 시스템 인 패키지 솔루션에 주로 사용되는 가장 널리 보급되고 비용 효율적인 기술입니다. 플립 칩은 소형 조립 및 고온에 대한 복원력과 같은 장점을 제공하지만 매우 평평한 표면에 배치해야 하며 쉽게 교체할 수 없습니다.

그림 1: 반도체 패키징의 역사

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출처: 애니실리콘

웨이퍼 레벨 패키징

기존 패키징 공정에서 실리콘 웨이퍼는 처음에 개별 칩으로 분할된 후 전기 연결이 구성된 인쇄 회로 기판(PCB)에 부착됩니다. 대조적으로, 웨이퍼 레벨 패키징은 레이저를 사용하여 칩을 분할하기 전에 웨이퍼 레벨에서 전기 연결을 설정하고 몰딩함으로써 다르게 작동합니다. 칩 구성과 관련하여 WLCSP(웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키징)와 플립 칩의 주요 차이점은 WLCSP의 다이와 PCB 사이에 기판이 없다는 것입니다. 대신, 재분배층(RDL)이 기판을 대신하여 패키지를 더욱 컴팩트하게 만들고 열 전도성을 향상시킵니다.

그림 2: 웨이퍼 레벨 패키징

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출처: AnySilicon, IEEE

웨이퍼 레벨 패키징은 팬인(Fan-in)과 팬아웃(Fan-out)이라는 두 가지 기본 유형으로 분류할 수 있습니다. 일반적으로 저가형 휴대폰의 기본 기술 요구 사항에 사용되는 팬인 웨이퍼 레벨 패키징에서 재배포 레이어(RDL)는 다이 중앙을 향합니다. 반대로, 2007년에 도입된 팬아웃 패키징에서는 RDL과 솔더 볼이 다이 크기 이상으로 확장되어 칩이 슬림한 프로필을 유지하면서 더 많은 입력 및 출력을 수용할 수 있습니다. 팬아웃 패키징은 코어, 고밀도, 초고밀도의 세 가지 변형으로 나타납니다. 코어 패키징은 무선 주파수 및 인포테인먼트 칩과 같은 최첨단 기술을 요구하지 않는 자동차 및 네트워크 애플리케이션에 주로 사용됩니다. 고밀도 및 초고밀도 변형은 모바일 애플리케이션에서 광범위하게 사용되며 일부 네트워크 및 고성능 컴퓨팅 애플리케이션으로 확장될 것으로 예상됩니다. TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)는 WLCSP(웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지)의 세계 최대 생산업체라는 명성을 보유하고 있습니다.

웨이퍼 레벨 패키징 시장은 2021년부터 2028년까지 예측 기간 동안 21.0%의 비율로 성장할 것으로 예상됩니다. 웨이퍼 레벨 패키징 시장 보고서는 마이크로 전자 장치의 회로 소형화에 대한 필요성이 임박함에 따라 현재 성장하고 있는 성장을 분석합니다.

연구에 대해 더 자세히 알고 싶으시면 다음을 방문하세요. https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-wafer-level-packaging-market

그림 3: 팬인 및 팬아웃 패키지 유형

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출처: AnySilicon, IEEE

지난 10년 동안 적층형 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 영역에서 상당한 발전이 이루어졌습니다. 이러한 발전을 통해 단일 패키지 내에 여러 집적 회로를 통합할 수 있으며, 로직과 메모리 칩을 통합하는 이종 본딩과 메모리 칩 적층을 모두 제공합니다.

2.5D 스태킹의 경우 두 개 이상의 칩이 다이 간 연결을 용이하게 하는 인터포저를 통해 나란히 배치됩니다. 사용된 인터포저 유형에 따라 다양한 범주의 2.5D 스태킹이 존재합니다.

3D 적층 영역에서는 인터포저 유무에 관계없이 여러 칩이 서로 적층됩니다. 3D 스태킹에는 두 가지 기본 유형이 있습니다.

전통적인 포장의 한계

칩 패키징의 발전

이러한 한계를 해결하고 경쟁 우위를 확보하기 위해 반도체 회사는 고급 칩 패키징 기술에 투자해 왔습니다. 최근 몇 년 동안 몇 가지 주요 발전이 이루어졌습니다.

삽입 + 기판

고급 패키징을 가능하게 하는 기본 요소는 인터포저입니다. 이러한 얇은 기판은 개별 다이가 배치될 기반뿐만 아니라 기본 패키징 기판에 부착할 작은 상호 연결을 제공합니다. 이러한 고급 패키지에 사용되는 인터포저는 세 가지 재료로 만들어집니다.

그림 4: 삽입 + 기판

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출처 : SMG

2.5D 및 3D 패키징

2.5D 및 3D 패키징 기술에는 TSV(실리콘 관통전극)를 사용하여 여러 칩을 서로 위에 또는 인접하게 쌓아 레이어 간 통신을 가능하게 하는 작업이 포함됩니다. 이러한 기술은 다음과 같은 여러 가지 이점을 제공합니다.

그림 5: 왼쪽: Flipchip 패키징 개념. 중앙: 인터포저에 2.5D 통합. 오른쪽: 인터포저의 3D 통합.

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출처: eInfochips

첨단소재

칩 패키징의 성능과 효율성을 향상시키기 위해 새로운 재료가 개발되었습니다.

이기종 통합

이기종 통합에는 CPU, GPU, AI 가속기, 센서 등 다양한 유형의 칩을 단일 패키지에 결합하는 것이 포함됩니다. 이 접근 방식은 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다.

패키지 온 패키지(PoP)

PoP(패키지 온 패키지) 개념은 적층형 BGA 세트와 유사합니다. 여러 패키지는 BGA 설치 공간으로 구성되며 연속적인 기판 레이어에 수직으로 적층됩니다. 이론적으로 이를 통해 여러 PCB를 서로 쌓는 것과 유사하게 기존 패키지를 다른 패키지 위에 직접 통합할 수 있습니다. 가장 낮은 수준의 볼 어레이는 PCB에 납땜되어 패키지의 나머지 부분에 대한 액세스를 제공합니다.

그림 6: 패키지 온 패키지(PoP)

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출처: MADPCB

이는 특정 포장 구조라기보다는 디자인 방법론이나 포장 디자인 유형에 가깝습니다. 모든 SIP(시스템 내 패키지)는 특정 설계 개념을 따릅니다. 패키지는 패키지에 전체 시스템이 포함되도록 가능한 많은 구성 요소를 통합하려고 시도하며 종종 특정 애플리케이션용으로 설계됩니다.

고급 구성 요소에 대한 SIP에는 다음 요소 중 하나가 포함될 수 있습니다.

일부 새로운 구성요소는 고급 재구성 가능 로직을 갖춘 SIP 또는 SoC로 설계되고 있습니다. 이는 FPGA 보조 프로세서가 패키지에 구현된다는 의미입니다. 이를 통해 구성 요소 설계자는 SIP를 최종 제품에 맞게 조정할 수 있을 뿐만 아니라 제품이 현장에 배포된 후 나중에 재구성할 수 있도록 경고를 생성할 수 있는 상당한 유연성을 제공합니다.

그림 7: 시스템 인 패키지(SIP)

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출처: 애니실리콘

마지막으로 SoC(시스템 온 칩)와 SIP가 구분됩니다. SoC는 여전히 SIP이지만 단일 칩으로만 존재하므로 인터포저로 설계되지 않을 수 있습니다. 이러한 이유로 일부 SoC 제품은 전통적인 포장이나 인터포저와 기판이 포함된 통합 포장으로 배치됩니다. SIP는 SoC에서 볼 수 있는 통합도 제공하지만 위에 설명된 여러 구성 요소와의 통합 유형을 구현합니다.

Data Bridge Market Research는 SIP(시스템 인 패키지) 시장의 가치가 2021년에 235억 1천만 달러로 평가되었으며, 2022~2029년 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR) 9.85%를 기록해 2029년까지 498억 4천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 시장 Data Bridge 시장 조사 팀이 큐레이팅한 보고서에는 심층 전문가 분석, 수입/수출 분석, 가격 분석, 생산 소비 분석 및 유봉 분석이 포함됩니다.

https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-system-in-package-sip-market

시장 역학

시장 확장은 자동차 OEM(Original Equipment Manufacturer) 및 가전제품 제조업체를 포함한 최종 고객에 따라 크게 좌우됩니다. 점점 더 많은 최종 고객이 고급 패키징 전문 공급업체를 적극적으로 찾고 있습니다. 이러한 수요는 특히 자율주행차와 같은 애플리케이션에서 빠르고 신뢰할 수 있는 컴퓨팅에 대한 필요성이 증가함에 따라 발생합니다. 반도체 제조업체, 특히 논리 통합 장치 제조업체(IDM) 및 파운드리의 경우 고급 패키징이 중요한 경쟁 우위를 차지합니다. 고가치 팹리스 반도체 고객을 유치하고 유지하려면 제조업체는 고급 패키징 솔루션 개발에 있어 협력적인 노력에 열려 있어야 합니다. 팹리스 반도체 회사는 대규모 생산이 시작될 때까지 칩 계획 프로세스에 대한 완전한 통제권을 유지하지만 제조업체가 가치를 기여할 수 있는 기회는 남아 있습니다. 공동 개발 노력은 일반적으로 칩 아키텍처 설계 단계와 설계 검증을 위한 초기 셔틀 실행 중에 이루어집니다. 고성능 칩에 대한 수요 증가와 첨단 패키징 기술로 인한 칩 설계의 복잡성 증가로 인해 이러한 협력의 필요성은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.

빠른 추종자는 시장 리더를 따라잡으려고 할 때 심각한 어려움에 직면할 수 있습니다. 이는 주로 고객에게 제품 지원에 필요한 생산량을 보장하기 위해 상당한 기술 투자가 필요하기 때문입니다. 또한, 패스트 팔로어는 팬아웃 및 2.5D 패키징에 대한 연구개발(R&D) 수준의 패키징 기술을 보유하고 있지만 일반적으로 높은 생산 수율을 달성하는 데 중요한 요소인 생산 경험이 부족합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 포장 회사는 개발 초기 단계에서 적극적으로 주요 고객을 찾아야 합니다. 설계 단계부터 고급 패키징 솔루션 제조에 있어 회사를 기꺼이 파트너로 포지셔닝하는 것은 고객 확보에 중요한 역할을 합니다.

고급 패키징에는 최종 사용자 소프트웨어와 하드웨어 아키텍처 모두의 변경이 필요합니다. 따라서 초기 건축계획 단계에서 패키징 디자인을 고려해야 한다. 이 단계에서 백엔드 공급자의 지원을 통해 고급 패키징 채택에 대한 부담을 줄일 수 있습니다. 고객이 고급 패키징 공급업체를 선택하면 향후 프로젝트를 위해 해당 공급업체와의 파트너십을 계속 유지할 가능성이 높습니다.

디자인 역량을 강화하기 위해 기업은 디자인 하우스와 협력하거나 투자할 수 있습니다. 이러한 디자인 하우스는 지적 재산(IP) 개발, 설계 및 생산을 포괄하는 전체 칩 제조 공정에서 중요한 역할을 합니다. IP 풀을 보유하면 고객 설계 요구 사항을 신속하게 처리할 수 있어 중복 설계 및 리소스 지출을 방지할 수 있습니다. 디자인 하우스는 레지스터 전송 수준 디자인, 높은 수준의 기능 설명, 논리 테스트, 장소 및 경로 서비스를 포함한 포괄적인 프런트엔드 및 백엔드 서비스를 제공해야 합니다.

칩 제조업체에게 잠재적으로 가치 있는 또 다른 제안은 설계 역량을 확보하고 설계부터 웨이퍼 제조, 패키징, 테스트에 이르는 턴키 솔루션을 제공하는 것입니다. 이 전체적인 제품은 고객에게 반도체 요구 사항에 맞는 편리한 원스톱 솔루션을 제공합니다.

제조와 관련하여 제조업체가 2.5D 및 3D 패키징을 위해 숙달해야 하는 두 가지 중추적인 기술 역량이 있습니다. 2.5D 패키징의 경우 실리콘, 재분배층(RDL) 및 유리와 같은 새로운 재료와 제조 방법론을 통합하는 새로운 인터포저 솔루션을 처리하는 데 능숙해야 합니다. 3D 패키징의 경우 최신 기술인 하이브리드 본딩의 경우 다양한 물질에 걸쳐 균일한 평탄성을 보장하고 디싱을 방지하기 위해 화학적 기계적 평탄화가 필요합니다. 또한 장비와 전문 지식 모두에서 디스크-웨이퍼 기능을 통한 높은 상호 연결 정확도가 중요합니다.

첨단 칩 패키징을 통한 경쟁력 확보

고급 칩 패키징 기술의 채택은 기업에 상당한 경쟁 우위를 제공합니다.

고급 패키징의 주요 기본 추세는 더 많은 기능과 회로 블록을 더 작은 공간에 통합하거나 패키징하여 모두 더 빠른 속도로 작동하는 것입니다. 이러한 유형의 기능 패키징을 촉진하기 위해 업계에서는 다양한 기능을 지속적으로 통합할 수 있는 여러 유형의 반도체 패키징 설계를 개발했습니다.

다음은 기업이 ACP를 사용하여 고객에게 더 많은 구성 요소를 제공하고 경쟁 우위를 확보하는 방법에 대한 몇 가지 사례입니다.

ACP를 통해 고객에게 더 많은 구성 요소를 제공함으로써 기업은 시장에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

반도체 패키징 시장은 2021~2028년 예측 기간 동안 약 8.00%의 시장 성장률을 보일 것으로 예상되며, 2028년까지 53,676.97의 가치에 도달할 것으로 예상됩니다. 반도체 패키징 시장에 대한 Data Bridge Market Research 보고서는 분석과 통찰력을 제공합니다. 시장 성장에 영향을 미치면서 예측 기간 동안 널리 퍼질 것으로 예상되는 다양한 요소에 대해 설명합니다. 전 세계적으로 패키징 부문의 성장은 반도체 패키징 시장의 성장을 가속화하고 있습니다.

https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-semiconductor-packaging-market

결론

빠르게 변화하는 반도체 기술 세계에서 칩 패키징의 발전은 경쟁 우위를 확보하는 데 중요한 요소입니다. 2.5D 및 3D 패키징, 고급 재료, 이기종 통합과 같은 기술을 통해 기업은 성능, 크기 또는 전력 효율성을 저하시키지 않고 고객에게 더 많은 구성 요소와 기능을 제공할 수 있습니다. 이러한 발전은 혁신을 주도할 뿐만 아니라 반도체 회사가 점점 더 연결되는 세계의 요구를 충족하는 최첨단 솔루션을 제공하는 선두 자리를 유지할 수 있도록 보장합니다. 끊임없이 진화하는 전자 장치 환경에서 성공하려는 기업에게는 칩 패키징에 이러한 발전을 수용하는 것이 필수적입니다.


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