고성능 반도체 패키징 공정의 신뢰성과 생산성을 높이는 플리어 열화상카메라
플리어(FLIR)의 열화상 카메라가 반도체 패키징 장비에 적용되어 제조 공정의 신뢰성과 생산성을 획기적으로 높이고 있다. 반도체 후공정 장비 제조기업 프로텍(Protec)은 플래시 메모리와 시스템LSI 같이 집적도 높은 고성능 반도체를 위한 첨단 패키징 장비인 자사의 LAB(laser assisted bonding) 장비 설계에 FLIR A315 열화상 카메라를 도입했다. FLIR A315는 LAB의 열원으로 사용되는 레이저의 정밀 온도 측정 요건에 대한 효과적인 솔루션을 제공한다.
디스펜서, 다이본더, 공압실린더 등 반도체 후공정 장비 전문기업인 프로텍(Protec)은 2018년부터 국내외 유수의 반도체 제조회사와 패키징 전문회사들을 위한 LAB(laser assisted bonding) 장비를 공급해 왔다. LAB 장비는 말 그대로 본딩 작업에 필요한 열원으로 레이저를 사용하는 것으로서, 기존 리플로우 솔더링 기술보다 제조 생산성과 신뢰성을 크게 높일 뿐 아니라 리플로우 방식의 단점들도 개선할 수 있는 차세대 기술로 평가된다.
반도체 후공정 장비 제조기업 프로텍(Protec). 이 회사는 FLIR A315 열화상카메라를 탑재한 반도체 제조용 LAB(laser assisted bonding) 다이본딩 장비를 공급하고 있다.
리플로우 솔더링의 단점을 개선한 LAB 기술
기존의 리플로우 방식은 열풍을 이용해 오븐의 전체 실내 온도를 300°C 고온으로 높이기 때문에, 목표 온도까지 가열하는데 최소 분(min) 단위의 시간이 걸리고 솔더링 처리속도도 느리다. 솔더링이 필요 없는 부분들까지 열에 노출되므로 열 스트레스로 인한 변형의 우려도 크다. 특히 반도체의 고성능, 고집적화에 대응하여, 보다 얇은 소재의 기판을 사용하거나 칩 크기를 보다 작게 설계하는 추세를 고려하면 열에 의한 휨 문제가 발생할 가능성은 더욱 커진다.
반면, LAB는 필요한 면적만큼 레이저를 조사하므로 목표 온도까지 초(sec) 단위, 심지어 밀리초(ms) 단위로 도달이 가능하고, 열 스트레스를 줄일 수 있다. 또한 패널 단위로 한꺼번에 여러 개의 제품을 처리할 수 있어 시간당 생산량(UPH)도 크게 향상시키는 이점도 제공한다.
이처럼 장점이 많은 기술이지만, LAB 장비를 구현하기 위해서는 레이저의 정확한 온도를 측정하고 전체적인 열 분포를 확인할 수 있는 열 및 온도 측정 계측 기술이 뒷받침되어야 한다.
프로텍 시스템사업부Ⅲ CS팀의 임석지 과장은 “우리는 초기에는 온도 센서를 이용한 접촉식 온도 키트를 직접 제작하여 온도 측정에 활용했는데, 이는 제작 기간이 오래 걸리고 재사용에 한계가 있었다. 이후 온도 센서를 대체하여 단초점 적외선 온도계를 사용했지만 이 방식은 측정 영역과 파장 대역에 제한이 따랐다”며, “최종적으로 FLIR A315 열화상카메라를 선택했고, 그 결과 2018년에 마침내 LAB 장비 양산 개발에 성공할 수 있었다”고 밝혔다.
FLIR A315는 최대 76,800픽셀 분해능과 최고 500°C(옵션 적용시 최대 2,000°C)의 측정 온도 범위를 지원하며, 신호, 온도 선형, 라디오메트릭 데이터와 함께 60Hz에서 풀프레임 16비트 이미지를 스트리밍한다.
최대 2,000°C, 60Hz 풀프레임 스트리밍 지원하는 FLIR A315
다양한 열화상카메라 모델을 활용하여 테스트를 진행한 프로텍은 LAB 장비를 구현하는데 필요한 온도 측정 솔루션을 제공하는 FLIR A315를 선택하였다.
임석지 과장은 “LAB 양산 모델에 적용할 수 있으려면, 열화상카메라가 측정 결과가 정확해야 하는 것은 기본이고, 6개월 이상의 테스트 기간 동안 일관성 있게 정확한 결과값을 나타낼 수 있어야 한다. 또한 60Hz의 풀프레임 성능을 지원해야 하며, 최종 제품의 양산 제조 비용을 고려해 합리적인 가격 경쟁력도 갖춰야 한다. FLIR A315는 이러한 요구조건에 부합하는 솔루션을 제공한다”고 덧붙였다.
FLIR A315는 PC로 완벽하게 제어가 가능한 작고 경제적인 열화상카메라로서, 업계 표준 기술을 지원하기 때문에 NI(National Instruments), 코그넥스(Cognex), 매트록스(Matrox), MVtec, 스티머 이미징(Stemmer Imaging) 등 서드파티 머신비전 소프트웨어와 플러그앤플레이 연결이 가능한 게 특징이다. 320 x 240(76,800)픽셀 마이크로볼로미터를 장착하고 있어 0 ~ 500°C까지 온도 측정이 가능(옵션 적용시 최대 2,000°C까지 가능)하며, 먼 거리에서도 작은 온도차(50mK 수준)를 탐지할 수 있다. FLIR A315는 신호, 온도 선형, 라디오메트릭 데이터와 함께 60Hz에서 풀프레임 16비트 이미지를 스트리밍한다.
플리어 열화상 기술, LAB의 신뢰성과 생산성 보장에 필수
프로텍 시스템사업부Ⅲ 영업팀의 손영준 차장은 LAB 설비에 대한 수요 증가와 LAB 설비에서 FLIR 열화상 카메라가 중요한 이유에 대해 설명하며, “전자제품이 점점 소형화, 고성능화 함에 따라 반도체 패키징 기술은 리드 프레임(lead frame) 같은 전통적인 방식에서 CSP(chip scale package)나 플립칩(flip chip) 방식으로 발전하고 있다. 패키징 크기 자체를 칩 크기로 작게 하거나 처리 속도를 보다 높일 수 있도록 진화하고 있는 것이다”라고 밝혔다.
그는 이어, “이처럼 패키징 기술이 점점 더 진화할수록 LAB 장비에 대한 수요는 더욱 늘어날 것으로 예상되며, LAB 장비의 신뢰성과 생산성을 보장하기 위해서는 FLIR A315 같은 열화상카메라 장비가 필수”라고 말했다.
프로텍의 LAB 장비는 현재 고객사에 납품되어 사용 중인 반도체 패키징 공정을 비롯하여 디스플레이, PCB SoP(system on package) 등 다양한 응용 분야에도 활용이 가능하다.
