적층 die에서 접착 film 두께는 단순 접착제 양이 아니다

적층 die의 높이를 줄이려고 die attach film을 20 μm에서 10 μm로 바꾸었다고 하자. die 여러 장 사이에서 10 μm씩 아끼니 전체 높이는 눈에 띄게 줄어든다. 그런데 아래 die의 와이어 위로 다음 die를 올리는 구조라면, 그 10 μm는 높이 절약인 동시에 wire 공간의 감소다.

Die attach film, DAF는 die와 substrate 또는 die 사이를 붙이는 얇은 접착 film이다. wafer에 붙인 뒤 dicing을 거쳐 die와 함께 사용하는 방식도 있다. CORWIL의 Dicing Die Attach Films 연구, Background와 공정 도식은 이 wafer 단계의 부착과 bondline 제어를 설명한다. film이라는 형태가 최종 두께를 다루는 데 유리해도, lamination·dicing·pickup·경화가 잘 이루어져야 연속적인 접합이 남는다.

한 단면을 가상 치수로 쌓아 보자. substrate 윗면을 z = 0으로 두고 base 접착층이 20 μm, 아래 die가 50 μm라면 아래 die 윗면은 z = 70 μm다. 그 위에 spacer 40 μm와 접착 film 20 μm를 두면 위 die 아랫면은 z = 130 μm다. 위 die도 50 μm라면 윗면은 z = 180 μm다.

아래 die에서 나온 와이어의 가장 높은 표면이, 위 die와 겹치는 위치에서 z = 115 μm에 있다고 하자. 이 단면의 nominal clearance는 130 − 115 = 15 μm다. film만 10 μm로 바꾸면 위 die 아랫면은 z = 120 μm가 되고 여유는 5 μm로 줄어든다. 위 die 윗면 역시 170 μm가 되어 높이 10 μm를 아꼈다. 같은 변화가 높이와 clearance에 반대 방향으로 작용한다.

이 예는 와이어를 film 안에 의도적으로 넣지 않는 구조다. Film-over-wire와 같이 와이어를 지정된 재료 안에 embedding하는 구조에는 다른 설계 조건이 적용된다. UTAC의 same-sized die stacking 연구, 공개된 Abstract와 Introduction은 같은 크기의 die를 직접 쌓을 때 아래 와이어 공간이 부족해지며, dummy silicon이나 접착 paste·film을 spacer로 쓰는 접근을 구분한다. DAF라는 이름만으로 모든 구조의 비접촉 공간 조건을 같게 적용할 수는 없다.

변동도 더해 보자. 위 die 아랫면이 조립 변동으로 nominal보다 최대 4 μm 낮아지고, 와이어 최고 표면은 최대 3 μm 높아진다고 가정한다. 두 변동이 동시에 불리하게 나타나면 여유는 nominal보다 7 μm 작다. 20 μm film 조건의 15 μm 여유는 8 μm가 되지만, 10 μm film 조건의 5 μm 여유는 −2 μm가 된다. 이는 가상 worst-case 합이며 실제 확률을 뜻하지 않는다. 작은 nominal 공간은 같은 변동을 버티기 어렵다는 비교다.

전체 높이에는 계면의 개수도 들어간다. 40 μm die 8장과 20 μm inter-die film 7개, base 접착층 20 μm만 있는 단순 stack은 480 μm다. inter-die film을 10 μm로 바꾸면 410 μm로, 70 μm가 줄어든다. mold 두께나 별도 spacer는 제외한 계산이다. die 8장이라고 inter-die film도 8개로 세면 높이를 잘못 더하게 된다.

재료 선택에서는 nominal 두께뿐 아니라 최종 경화 뒤 두께와 균일성, 접합 면적을 보아야 한다. film 일부가 dicing이나 pickup에서 손상되면 일정한 두께라는 장점만으로 접합을 보증할 수 없다. 아래 die의 표면 구조·warpage, 상부 die의 지지 영역과 부착 압력도 최종 단면을 바꿀 수 있다.

DAF 두께를 줄이는 결정은 전체 stack의 높이 예산과 계면별 공간 예산을 함께 계산하는 일이다. 70 μm의 높이 이익이 필요한 설계라도, 어느 계면에서 와이어와 위 die가 만나는지 먼저 확인해야 한다. 낮은 package 높이와 충분한 접합·wire 여유가 동시에 유지되는 두께를 선택하는 것이, film 양을 줄이는 것보다 정확한 목표다.