【반도체 패키징】 8강-반도체 패키징 불량 검사와 측정/분석

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이전 포스팅에서는 반도체 패키지의 구조해석에대해 포스팅하였음

반도체 패키지 공정에서는 다양한 물리적 요인으로 Warpage, Delamination, Die Shift 등의 문제가 발생하는데, 이를 예측하고 제어하는 것이 매우 중요함

이를 위해 다양한 재료적, 공정적 접근과 더불어 구조해석 및 시뮬레이션을 통해 패키징 설계의 신뢰성을 향상시킴

 

https://nate0707.tistory.com/173

【반도체 패키징】 7강-반도체 패키지에서의 구조해석

 

 

반도체 패키징 공정에서 발생하는 불량은 제품의 신뢰성과 직결되며, 이를 효과적으로 검사하고 분석하는 것은 필수적임

불량 검사는 비파괴 검사와 파괴 검사로 나뉘며, 이를 통해 패키징 공정에서의 문제를 조기에 발견하고 해결할 수 있음

 

1. 불량 유형 및 불량률

 

- 불량의 구분

 

클레임 불량(진행성 불량): 고객사에서 발견되는 불량으로, 패키징 회사의 신뢰도에 영향을 미치며 보상 비용이 발생할 가능성이 높음 

공정 불량(사내 불량): 사내 공정에서 발생하는 불량으로, 내부적으로 관리하여 고객사로 전달되지 않도록 해야 함

 

둘 중 클레임 불량은 가장 심각한 불량으로 패키징 회사에서 테스트 공정을 통해 불량을 발견하지 못한 경우 회사에 대한 신뢰도가 하락할 수 있음

또한 고객사에 실장 공정을 진행한 경우 인력, 시간 및 제품에 대한 손해를 배상해야 함

 

- 불량률 측정

 

불량률은 백만분율(ppm) 단위로 표현되며, 예를 들어 0.02%는 200 ppm에 해당함

불량률의 단위를 크게하여 엔지니어들의 경각심을 주는 효과도 있음

 

2. 비파괴 검사 방법

 

- AVI (Auto Visual Inspection)

 

자동 외관 검사로, 패키지 외관상 문제를 빠르게 탐지하는 방식임

 

- 전기적 분석

 

불량이 발생한 칩에 전기 신호를 인가하여 고장 현상을 재현하고, 이를 통해 이상 징후를 분석함

 

- EMMI (Emission Microscope)

 

불량 부위에서 발생하는 비정상적인 빛이나 열을 감지하여 문제를 분석함 

 

 

PHEMOS: 빛을 이용한 불량 탐지 

THEMOS: 열을 이용한 불량 탐지 

OBIRCH: 저항 변화를 이용한 불량 탐지 (가장 미세한 변화까지 검출 가능)

 

- X-ray 검사

 

X-ray를 활용하여 내부의 금속 연결부를 분석하며, 특히 와이어 본딩 패키지의 분석에 효과적임

 

- 초음파 분석 (SAT, Scanning Acoustic Tomography)

 

초음파의 반사 현상을 이용하여 내부 박리(delamination), void(공극), 계면 불량 등을 탐지하는 방식이며, 금속이 아닌 영역(EMC, 언더필, PCB 유기층) 분석에 유용함

 

- FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

 

적외선을 활용하여 시료의 화학적 조성과 분자 구조를 분석함. 불량 부위의 조성을 파악하는 데 활용됨

 

 

3. 파괴 검사 방법

 

비파괴 검사로 원인을 파악하기 어려운 경우, 파괴 검사를 통해 정확한 불량 위치와 형태를 확인함

 

- EMC 제거 후 현미경 분석

 

패키지 내부 확인을 위해 EMC(Epoxy Molding Compound)를 제거하고 현미경으로 분석하는 방식임

* 몰딩을 진행할때 EMC를 사용하는데, 이러한 몰딩을 제거하고 내부를 파악하는 것

대표적으로 폴리싱과 디캡슐레이션이 있음

 

- 폴리싱과 디캡슐레이션

 

폴리싱(Polishing): 사포를 이용해 패키지를 연마하여 내부를 확인함

*MESH 번호: 숫자가 낮을수록 거칠고, 숫자가 높을수록 부드러움, 연마 과정을 반복하면서 점진적으로 내부 구조를 노출함

 

디캡슐레이션(Decapsulation): 질산(HNO₃) 또는 바륨질산을 활용하여 EMC를 용해하는 방식으로, 고분자 물질만 선택적으로 제거 가능함, 염산(HCl) 및 황산(H₂SO₄)은 사용 불가능