소개
여러 GPU 다이와 다수의 HBM을 하나의 인터포저에 올리는 구조가 추진되면서 패키지 면적이 급격히 커지고 있다. 면적이 커지는 순간 접합 공정에서 워피지가 전면에 나온다. 형상을 구속하는 방식과 가열·냉각 시간을 줄이는 방식이 어떻게 맞물리는지 정리한 글이다.
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요약
인터포저 면적이 커질수록 소재 간 열팽창계수 차이가 누적돼 패키지가 휜다. 휨은 수만 개 접속부의 높이와 가압 조건을 위치마다 다르게 만들고, 미접합과 냉납, 브리지로 이어진다. 부재 전체를 가열했다 식히는 오븐 리플로우로는 평탄한 접합면을 유지하기 어렵다. 접합이 끝나기 전에 고강성 리드로 형상을 구속하는 방식과, 열이 흐르는 경로를 전환해 가열·냉각 시간을 줄이는 방식을 함께 정리한다. 형상과 시간은 서로 다른 문제이며 하나를 풀면 다른 하나가 악화된다.
결론
고강성 리드는 패키지의 형상을 잡고, 서멀클러치는 가열과 냉각 시간을 잡는다. 둘은 대체 관계가 아니라 보완 관계다. 고강성 리드는 새로운 부품이 아니다. 달라지는 것은 순서다. 접합이 완료되기 전에 리드를 결합해 굽힘강성으로 패키지를 평탄하게 구속한 상태에서 압착 접합을 수행하고, 솔더가 응고할 때까지 가압을 유지한다. 휜 뒤에 교정하는 대신 애초에 휘지 못하게 구속하므로 인터포저와 기판의 열팽창계수가 완전히 일치하지 않아도 평탄한 접합면을 얻는다. 대가는 시간이다. 리드는 두껍고 열용량이 커서 180×70㎜급 패키지를 일반 TCB로 접합하면 가열과 냉각에 1분 이상이 걸린다. 서멀클러치는 데우는 대상을 바꾸는 대신 열이 흐르는 경로를 바꾼다. 가열 구간에서는 본드헤드의 열이 냉각부로 빠져나가지 않도록 경로를 차단해 접합계면에 열을 집중시키고, 접합이 끝나는 즉시 냉각측으로 경로를 연결한다. 냉각 중에도 가압은 유지한다. 두 가지가 결합되면 오븐 리플로우에 의존하던 공정을 대면적 계면 선택가열 TCB로 전환할 수 있다. 쿨스가 제시하는 성능값은 180×70㎜급 패키지 기준 가열·냉각 시간 10초 이내, 접합 후 워피지 0.1㎜ 이하다.
주제
- 패키징
- 사이클타임
