습기 배출을 향상시킬 수 있는 팬아웃 패키지와 이런 패키지의 전자파 차폐 효과

Abstract

최신의 전자기기는 고속화, 소형화, 저전력, 복합화를 요구하고 있고, 이를 해결하기 위한 패키징의 기술이 점차 중요해지고 있다. 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP)은 인쇄회로기판(PCB)를 사용하지 않고, 재배선을 이용하여 칩 바깥 부분에 I/O를 형성하는 기술로 I/O Pitch 제약, 열적, 전기적 특성이 우수하고, 두께를 얇게 만들 수 있어 소형화와 박형화에 유리하다. 또한 하나의 패키지에 다양한 기능의 칩들을 실장하는 시스템인 패키지(SiP)는 배선의 길이를 최소화할 수 있고, 단위 면적 당 실장 면적이 높아 성능과 대용량 측면에서 유리한 장점을 가지고 있어, 모바일 제품에 유리하다. 그러나, 이러한 고밀도 집적화 제품은 제품 사이에 전자파 간섭을 유발하기 때문에, 노이즈에 따른 오작동 및 신호품질의 저하로 성능 향상에 한계를 가지고 있다. 기존에는 금속 캔을 보드 위에 부착하여 전자파를 차폐하였으나, 비용이 비싸고, 크기와 무게로 인해 휴대용 전자기기를 작고, 얇게 만들기 어려웠다. 이를 해결하기 위하여 최근 패키지 레벨에서 전자파 차폐막을 스퍼터링, 도금, 스프레이 코팅, 테이핑 등의 방법 등이 연구되었다. 특히 스퍼터링 방식은 수십 미크론 이하의 박막을 이용하여 고밀도 차폐막을 형성하는 기술이지만, 초기 투자 비용이 비싸고, 공정 비용과 난이도가 높은 문제점을 가지고 있다. 또한 칩이나 패키지에 직접 박막을 형성하는 방법은 패키지 내부의 공기나 습기의 배출이 어려워 접착력이 저하될 수 있는 신뢰성 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 최근에 본 연구실에서 제안하였던 하부 금속층(UBM)과 솔더를 가지는 팬아웃 패키지 구조에서 칩 후면의 금속층을 활용하여 습기 배출 통로를 가지면서도 전자파를 차폐할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 전자파 차폐 효과를 측정하기 위하여 전송 선로 측정법(Coaxial Transmission Line Method)과 근거리 스캔 프로브 측정법(Near Field Scan Method)을 이용하였으며, 실험은 동판을 측정 규격에 맞도록 Cu Side 패턴, UBM 패턴, 이중 판 (Double Layer)으로 제작하여 측정한 결과, 최고 25dB 이상의 차폐 효과를 확인하였다. 도파관 전송 선로 관점에서 개구의 직경이 작을수록 차단 주파수가 낮아지는데, 동작 주파수가 공진 주파수보다 낮을 경우 전자기파는 차단된다. 특히 Double Layer 구조에서 전면에서 Open 면적이 보이지 않도록 할 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 18.1dB의 향상된 차폐 효과를 얻을 수 있었다. 결과적으로 칩 후면의 UBM 형상이나 차폐 구조를 전도성 물질(Cu Foil)을 이용하여 전자파를 차단할 경우, 공기나 습기의 배출 구조를 가져 신뢰성을 향상할 수 있을 뿐 아니라, 전자파 차폐 효과도 가질 수 있다.