RDL을 먼저 만든 fan-out은 조립 실패의 위치가 달라진다

배선을 만드는 동안 비싼 칩을 함께 들고 가야 할까. Chip-Last Fan-Out은 RDL을 먼저 만들고 칩을 나중에 조립하는 방식이다. 순서가 바뀌면 어떤 불량을 칩을 투입하기 전에 볼 수 있는지, 각 단계의 검사와 비용을 어디에 놓을지 달라진다.

배선과 칩 조립을 나누는 공정

RDL은 칩의 접점을 외부 접점이나 다른 칩으로 연결하는 배선층이다. Chip-first는 먼저 배치된 칩을 기준으로 RDL을 형성하고, Chip-last는 RDL 구조를 먼저 형성한 뒤 칩과 접합한다. 구체적인 carrier, 접합과 molding 순서는 기술마다 다르다.

Amkor의 fan-out 원문은 Chip-last/RDL-first가 RDL 형성과 칩 조립을 별도로 관리할 수 있어 yield와 cycle time 관리에 이점이 있다고 설명한다. 이것은 공정 흐름의 분리라는 주장이다. 최종 수율이 언제나 몇 퍼센트 오른다는 보편적인 수치는 아니다. Innovative Wafer Fan-out Technologies, 1절

먼저 검사할 수 있다면 어디의 낭비를 줄일까

가상으로 RDL site 100개 중 5개가 불량이고, 나머지는 모두 양품이라고 하자. 칩 한 개의 투입 비용은 30단위, 조립 비용은 site당 5단위다. 조립 자체의 불량은 없고 RDL 불량 site는 조립 뒤에도 제품이 되지 않는다고 둔다. 숫자는 모두 설명용 비용이다.

RDL을 구별하지 않고 100개 모두에 칩을 투입하면 칩·조립 비용은 100×35=3,500단위다. 그중 불량 RDL 5개에 들어간 175단위는 원하는 제품으로 이어지지 않는다. 최종 양품은 95개다.

반대로 조립 전에 RDL을 완벽히 구별할 수 있는 비파괴 검사가 있고, 검사 비용이 site당 1단위라고 하자. 100개 검사에 100단위를 쓰고 95개에만 칩을 붙이면 비용은 100+95×35=3,425단위다. 양품은 같은 95개지만 비용은 75단위 적다.

RDL 제작 비용은 두 경우에 같다고 두어 위 비교에서 제외했다. 실제 Chip-first와 Chip-last의 전체 비용이 같다는 가정도 아니다. 이 예는 ‘칩 투입 전 검사 가능한 불량’이 생겼을 때 비용의 위치가 바뀌는 부분만 분리한다.

검사 비용과 보이지 않는 불량이 경계를 만든다

같은 완벽한 검사가 site당 2단위라면 총비용은 200+95×35=3,525단위다. 전부 조립한 3,500단위보다 25단위 크다. 이 가상 구조의 조기 검사가 회수할 수 있는 비용은 최대 175단위이므로, 순서 변경 자체가 비용 개선을 보장하지 않는다.

검사가 불량 5개 중 3개만 찾아내고 양품을 잘못 버리는 일은 없다고 놓으면, 칩 투입을 피하는 비용은 3×35=105단위다. 검사비 100단위를 빼면 순이익은 5단위에 불과하다. 남은 불량 2개는 뒤에서 다시 발견해야 한다. 검사 coverage와 오검출도 비용 계산에 들어가는 이유다.

실제로 칩 없는 RDL을 검사하려면 접근 가능한 test pad와 검사 경로가 있어야 한다. 배선의 continuity를 확인해도 칩과의 접합 품질, 최종 기계적 신뢰성까지 미리 확인할 수는 없다. 원문이 공정을 따로 관리한다고 설명한 것을 모든 결함의 완전한 사전 검사로 확대해서는 안 된다.

나중에 붙이는 접합은 새 확인 지점이다

Chip-last에서는 만들어진 RDL에 칩을 조립하는 접속이 중요해진다. alignment와 접점 젖음, underfill과 molding 조건을 만족해야 하며, 그 단계에서 생긴 불량은 RDL 선행 검사로 제거되지 않는다. 좋은 RDL에 불량 칩을 넣는 손실을 줄이려면 칩의 선행 검사도 별도로 필요하다.

Amkor 원문은 RDL을 먼저 만드는 구조가 여러 형태의 active chip과 passive component를 통합하는 데 유연하다고 설명한다. 하지만 실제로 선택한 접점과 조립 공정의 호환성을 확인할 책임까지 사라지는 것은 아니다. 2절 WLSiP의 Chip-last 설명

Chip-Last Fan-Out의 판단에는 어느 단계에서 무엇을 검사할 수 있는지부터 들어간다. 칩을 넣기 전 발견할 불량, 그 검사에 드는 비용, 이후 접합에서 새로 생길 불량을 분리하면 공정 순서의 효과를 계산할 수 있다. 비싼 칩을 나중에 넣는다는 장점은 가능한 검사와 조립 품질이 함께 준비되었을 때 실질적인 이점이 된다.