mold를 뚫는 연결은 TSV와 어떤 조립 조건이 다를까
아래 패키지 위에 메모리 패키지를 올리려면, 중간의 mold를 지나 전기 연결을 위로 가져와야 한다. Through Mold Via는 이러한 수직 접속을 실리콘 바깥의 molding 영역에서 다루는 방식이다. ‘수직으로 연결한다’는 모습은 TSV와 비슷하지만 지나가는 재료와 연결을 배치할 위치가 다르다.
실리콘을 통과하는가, 그 옆을 통과하는가
TSV는 실리콘을 통과하는 via다. 실리콘 내부에 넣을 구멍과 절연, 금속 연결이 필요하다. Through Mold Via는 molding 영역을 통과하여 아래와 위의 접속을 잇는다. via가 mold 안에 있다고 그 안의 모든 수직 연결이 같은 제조 방법이나 같은 재료를 쓰는 것은 아니다.
Amkor의 SWIFT 설명도 PoP 연결의 옵션으로 TMV와 tall Cu pillar를 구분해서 제시한다. 원문의 fan-out 단면에는 tall Cu pillar와 through-package via를 사용하는 서로 다른 구조가 나온다. 따라서 이름을 보고 ‘모든 TMV는 미리 세운 구리 기둥’이라고 단정하면 안 된다. SWIFT의 Features, fan-out 원문의 WL3D와 Figure 3
칩 옆에 수직 연결을 놓을 공간이 필요하다
가상으로 5×5mm 칩을 7×7mm package 중앙에 넣으면 실리콘 바깥 평면 면적은 49−25=24mm²다. 그러나 이 면적 전체를 via로 쓸 수는 없다. 칩 가장자리와 package 외곽의 여유, 아래 배선과 위 접점이 함께 필요하다.
설명용으로 칩 중심에서 x와 y가 각각 ±3mm인 사각 경로를 만들고, 그 둘레에 0.2mm pitch로 연결 중심을 놓자. 한 변의 길이는 6mm이고 양 끝을 포함하면 31개다. 네 변에서 모서리를 두 번 세지 않으면 4×31−4=120개의 위치가 된다.
직경 60µm 원형 연결을 가정하면 해당 경로의 중심은 칩 edge와 package edge에서 각각 0.5mm 떨어져 있고, 금속 외곽까지의 여유는 0.47mm다. 이것은 단순한 평면 배치 계산이며 실제 설계 규칙이나 120개의 연결을 모두 routing할 수 있다는 보장은 아니다. 전원·접지와 신호의 할당, 아래 RDL의 길과 위쪽 패드가 그 위치를 사용 가능하게 만들어야 한다.
가늘게 만들 때 저항도 함께 바뀐다
별도의 가상 예로 연결이 길이 300µm의 균일한 구리 원통이고 비저항은 1.7×10⁻⁸Ω·m라고 두자. 접촉 저항을 빼면 R=ρL/A다. 직경 60µm에서는 약 1.80mΩ이고 30µm에서는 약 7.22mΩ다. 지름을 절반으로 줄이면 단면적이 4분의 1이 되어 저항은 네 배다.
100mA를 흘리는 DC 예에서 전압 강하는 약 0.180mV와 0.722mV다. 발열은 각각 약 18.0µW와 72.2µW다. 이 숫자는 균일 구리의 자체 계산이며 특정 TMV 제품의 저항이나 전류 정격이 아니다. 실제 연결이 solder를 포함하거나 속이 빈 금속 구조라면 단면과 재료를 바꾸어 계산해야 한다.
낮은 DC 저항도 고속 신호의 품질을 모두 설명하지 않는다. 위아래 배선과 접점, 돌아오는 전류의 경로까지 포함해야 한다. 수직 연결 하나의 길이만 줄였다는 사실로 전체 채널의 지연과 반사를 판단할 수는 없다.
실리콘 밖이라는 장점과 조립 경계
연결을 칩 옆에 놓으면 해당 연결을 위해 칩 내부를 관통할 필요가 없다. 대신 바깥의 공간과 routing을 쓴다. molding 재료와 금속이 만나는 계면, 패키지 휨, 위쪽 접점의 노출과 coplanarity도 조립에서 확인할 조건이다. 위아래가 전기적으로 이어졌다는 검사와 기계적 수명이 충분하다는 검사는 다르다.
Through Mold Via를 쓰는 구조에도 아래쪽 substrate가 남을 수 있고, 칩의 열이 빠지는 별도 경로가 필요할 수 있다. 실제 단면을 보지 않고 substrate나 TSV, 방열 구조가 전부 사라졌다고 해석해서는 안 된다.
Through Mold Via는 수직 접속의 위치를 실리콘 밖 molding 영역으로 옮기는 선택이다. 그 선택을 판단하려면 연결이 통과하는 재료와 단면, 위아래 배선의 접속, 바깥 배치 공간을 함께 읽어야 한다. 120개 중심을 그릴 수 있는 것과 120개의 신뢰성 있는 접속을 완성하는 것은 다른 단계다.