적층 die를 조금씩 옆으로 밀어 쌓는 이유

동일한 크기의 die를 수직으로 딱 맞춰 쌓으면 footprint가 가장 작아 보인다. 그런데 wirebond pad가 die 가장자리에 있다면 위 die가 아래 pad를 가릴 수 있다. Stacked die offset은 면적을 조금 더 쓰는 대신, 아래 die의 접합 위치와 도구가 접근할 공간을 만드는 배치다.

가상으로 가로·세로 5 mm인 die 네 장이 있고, 연결할 pad가 모두 왼쪽 가장자리 가까이에 있다고 하자. 각 die를 이전 die보다 오른쪽으로 0.2 mm씩 옮겨 쌓는다. 아래 die마다 왼쪽에 0.2 mm 폭의 띠가 노출된다. 그 띠에 pad와 bonding 도구가 들어갈 수 있다면, 각 층에서 와이어를 만들 기회가 생긴다.

전체 가로 폭은 5 + 3×0.2 = 5.6 mm다. 세로는 그대로 5 mm라서 평면 envelope는 28 mm²다. 수직 정렬한 25 mm²보다 12% 넓다. 이는 die가 차지하는 가상 외곽 면적이며, 와이어와 substrate pad, mold 여유를 포함한 완성 package 면적은 아니다. Offset만 보고 실제 package 크기를 바로 계산할 수는 없다.

접근 공간도 노출 폭 하나로 끝나지 않는다. 아래 die 왼쪽 경계에서 pad 중심이 80 μm 안쪽에 있고 pad 폭이 60 μm라면 pad는 50–110 μm에 걸친다. 위 die의 시작 경계가 200 μm에 있으므로 nominal로는 pad 전체가 보인다. 하지만 도구가 접근할 때 필요한 공간은 pad의 금속 면적보다 클 수 있다.

가상으로 해당 높이에서 도구의 바깥 반경이 60 μm라면, pad 중심 80 μm에서 die 안쪽으로 140 μm까지 공간이 필요하다. 위 die가 placement 오차로 최대 20 μm 왼쪽으로 움직여도 경계는 180 μm이므로 40 μm가 남는다. 반대로 offset을 100 μm로 줄이면 worst-case 경계는 80 μm가 되어 pad와 도구가 요구하는 영역을 가린다. 이 반경과 오차는 설명용 가정이지 capillary나 공정의 추천 치수가 아니다.

실제 판단에는 도구의 3차원 형상과 상부 die의 높이가 들어간다. 같은 평면 간격이라도 도구가 어느 z 위치에서 얼마나 넓은지가 다르기 때문이다. Pad가 보인다는 조건과 capillary가 닿지 않고 내려올 수 있다는 조건은 따로 확인해야 한다. 와이어가 이후 위 die의 edge를 지나갈 때의 공간도 별도다.

옆으로 밀어 만든 반대쪽 overhang은 지지 조건을 바꾼다. 위 두 die의 겹침 면적은 4.8×5 = 24 mm², 전체 die 면적의 96%다. 이 면적이 크다고 바깥쪽의 0.2 mm overhang이 충분히 단단하다는 답이 나오지는 않는다. 접착층의 지지 위치와 위 die의 두께, 그 위치에서 받는 bonding 하중을 같이 보아야 한다.

CORWIL의 Dicing Die Attach Films 연구, Introduction과 Wirebonding on Very Thin Stacked Dies은 여러 stack 배치를 구분하고, 얇은 die의 overhang에서 하중을 받는 영역이 취약해질 수 있음을 조사한다. 문서의 특정 시험 치수를 모든 offset 구조의 허용값으로 사용하기보다, 접근을 위해 만든 overhang에 기계적 검증이 필요하다는 근거로 읽는 편이 맞다. Amkor의 Stacked CSP 설명도 die overhang의 wire bonding과 thin film·spacer 기술을 함께 제시한다.

이번 배치가 가능한 것은 pad가 한쪽에 있다는 가정 덕분이다. Pad가 네 변에 있거나 중앙에 있으면 한 방향 offset만으로 모든 접합 위치가 노출되지 않는다. Die 크기를 다르게 쓰거나 회전 배치, spacer 등 다른 구조가 필요할 수 있다. 면적을 줄이는 목적만으로 한 배치를 모든 pad map에 적용할 수는 없다.

Stacked die offset을 정할 때는 아래 pad의 노출, 도구 접근, 와이어 경로와 overhang 지지를 순서대로 확인해야 한다. 0.2 mm를 옮긴 결과는 12%의 envelope 증가만이 아니다. 숨겨졌던 접합 위치를 사용할 수 있게 만들면서 다른 쪽에는 새로운 지지 요구를 만든다. 필요한 연결을 조립하고 유지할 수 있는 만큼의 offset을 고르는 것이, die를 단순히 가장 촘촘하게 쌓는 것보다 실용적인 기준이다.