팬-아웃 웨이퍼 레벨 패키지에서 칩 후면 금속을 활용한 전자파 차폐 효과 연구

Abstract

고속 디지털 및 무선 전자 제품들은 의도하지 않은 전자기 노이즈를 방출하여 다른 소자의 작동에 영향을 준다. 최근 무선 통신의 발달로 고밀도 설계, 소형화로 패키지 레벨에서의 전자파 차폐가 중요해지고 있다. 전자파와 관련된 문제를 최소화하기 위하려면 바람직하지 않는 전자파가 나오는 것을 차폐해야 한다. 팬-아웃 웨이퍼레벨 패키징(FOWLP)는 증가하는 전자 제품의 수요를 충족할 수 있는 유망한 기술이다. 그러나 기존의 FOWLP 기술은 다이 시프트, 휨(warpage) 문제가 있었다. 최근 전기적 특성을 개선하고 다이 시프트 현상을 줄이기 위해 칩 후면 under bump metallurgy(UBM)과 기판 (또는 금속 캐리어)을 이용한 새로운 팬-아웃 패키지 구조가 개발되었다. FOWLP에서의 전자파 차폐 방법은 몰드 컴파운드 위에 금속 박막을 입히는 방식으로 사용된다. 하지만 이러한 방식은 수분 방출을 하는 데 어려움과 몰드 컴파운드와 금속 사이의 접착력이 좋지 않아 신뢰성 문제가 발생한다. 본 연구는 새로운 팬-아웃 패키징 구조의 UBM을 활용하여 이러한 문제점들을 개선한 전자파 차폐를 할 수 있는 패키지 구조에 대해 연구했다. 전도성이 높은 금속으로 구성된 UBM과 기판(또는 금속 carrier)은 전자파 차폐에 효과적이다. UBM을 제작하기 위해 Ti(17nm 두께)와 Cu(70nm 두께)를 스퍼터링 방법으로 유리 기판에 순차적으로 증착했다. 스퍼터로 증착한 시편에 전해도금으로 구리를 도금하거나 Ni-P를 무전해 도금을 이용하여 10 µm까지 다양한 두께로 도금했다. 시편은 전자파 측정 방법 중 근거리 측정 장비인 스펙트럼 분석기를 사용하여 0 dB 조건의 100 MHz와 1 GHz에서 측정했다. 패턴이 없는 UBM에서는 Cu와 Ni-P의 두께가 증가함에 따라 전자파 차폐 효용성이 증가하다가 일정해졌다. Cu UBM의 두께가 5 µm이상이거나 Ni-P UBM의 두께가 3 µm이상일 때 30 dB이상의 좋은 전자파 차폐 효과를 보였다. UBM의 크기와 수에 따른 차폐 효과를 알기 위해 패턴을 만든 UBM을 제작했다. UBM의 크기가 작더라도 더 촘촘하게 배열을 하면 같은 면적을 가지고 있지만 크기가 더 큰 UBM 보다 차폐효과가 뛰어났다. 패턴이 있는 UBM을 복층으로 제작한 전자파 차폐 효과를 연구하기 위해 칩 뒷면에 Cu 띠(strip)를 복층으로 형성했다. Cu 띠의 첫번째 및 두번째 층의 겹쳐지는 부분이 커질 수록 전자파 차폐 효과가 우수했다. 겹쳐진 부분이 0.5 mm보다 클 때, 전자파 차폐 효과는 패턴이 없는 단일 Cu 층의 겹침과 유사했다. Cu 띠를 이용한 복층 구조는 전체 면을 금속 박막으로 덮여 있지 않기 때문에 수분 배출에도 용이할 것이다. 또한, Cu 띠의 배치를 이용한 결과를 활용한다면 Package on Package 구조에서의 stack via의 배치를 활용하여 패키지의 옆면 차폐 효과도 기대할 수 있다.