코어 다이(DRAM) 플립 칩 범프 형성 공정이란? with PSK

코어 다이(DRAM) 플립 칩 범프 형성 공정이란?

1. 개요

코어 다이(DRAM Core Die) 플립 칩 범프 형성 공정은 HBM(High Bandwidth Memory) 패키징 과정에서 중요한 단계 중 하나입니다. HBM은 고성능 AI 및 데이터센터용 반도체에서 필수적인 메모리 기술로, 고대역폭과 저전력 소비가 핵심 특징입니다.이 과정에서 플립 칩(Flip-Chip) 기술이 사용되며, 특히 범프(Bump) 형성이 중요한 역할을 합니다.

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2. 플립 칩(Flip-Chip) 기술 개요

출처 : 삼성반도체이야기

플립 칩 기술은 전통적인 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식과 비교하여 칩을 뒤집어(bump-down) 패키지 기판과 직접 연결하는 방식입니다. 이를 통해 전기적 신호 전달 거리를 단축하고, 패키징 밀도를 증가시키며, 고속 신호 전송 및 방열 성능을 향상시킬 수 있습니다.

플립 칩 기술이 적용된 대표적인 반도체 패키징 방식은 다음과 같습니다.

1. 와이어 본딩(Wire Bonding) → 칩과 기판을 금속 와이어로 연결
2. 플립 칩 범프(Flip-Chip Bumping) → 칩을 뒤집어 범프(Bump)를 통해 기판과 연결
3. TSV(Through-Silicon Via) → 실리콘 관통전극을 이용한 3D 적층 방식 (HBM에 적용됨)

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3. 코어 다이 플립 칩 범프 형성 공정

HBM 패키징에서 DRAM 코어 다이(Core Die)와 인터포저(Interposer)를 연결하는 과정에서 플립 칩 범프(Bump) 형성이 필수적입니다.

출처 : 한국전자통신연구원

✅ 공정 흐름

1. 웨이퍼(Die) 제작: 개별 DRAM 다이가 웨이퍼 상태에서 제조됨
2. 솔더 범프(Solder Bump) 형성: 칩(Die) 표면에 미세한 솔더볼(납땜 범프)을 형성
3. 리플로우(Reflow) 공정: 범프를 녹여 정밀한 접합을 수행 (온도 조절 필수)
4. 플립 칩 본딩(Flip-Chip Bonding): 코어 다이를 뒤집어 인터포저 기판과 직접 접합
5. Underfill(언더필) 공정: 접합된 구조를 강화하고 신뢰성을 높이기 위한 수지(Filler) 도포
6. TSV(Through-Silicon Via) 적층: 여러 개의 DRAM 다이를 적층하여 HBM 모듈을 완성

이 공정에서 리플로우 장비와 플립 칩 본딩 장비가 핵심적인 역할을 하며, 피에스케이홀딩스(PSK)의 리플로우 장비는 이 공정에서 중요한 역할을 담당합니다.

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4. 플립 칩 범프 형성 공정의 핵심 기술

1. 솔더 범프 재료: Pb-Free 솔더(무연 납땜) 사용 → 환경 친화적, 열적 안정성 강화
2. 정밀 온도 제어: 리플로우 공정에서 솔더가 녹고 굳는 온도를 최적화하여 미세 범프의 균일성을 유지
3. 언더필(Underfill) 사용: 충격, 열 확장 문제 해결 → 패키지 신뢰성 증가
4. 고집적 적층(3D Stacking): TSV(Through-Silicon Via) 기술과 결합하여 다층 DRAM 구조 형성

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5. 플립 칩 범프 공정의 시장 트렌드

✅ HBM 시장 확대

• AI 및 데이터센터 시장 확대로 인해 HBM3 및 HBM3e 채택 증가
• 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 주요 반도체 기업들이 HBM 생산 능력 확대
• 플립 칩 범프 공정은 HBM 패키징의 핵심 요소로 지속적인 기술 발전이 요구됨

✅ 리플로우 및 본딩 기술의 중요성 증가

• 기존 와이어 본딩 방식에서 플립 칩 방식으로 전환 가속화
• 미세공정(Advanced Node)에서 더 작은 범프 크기와 고집적 적층 기술이 필요
• 리플로우 및 본딩 장비의 고도화 요구 증가 (피에스케이홀딩스, TEL, AMAT 등 장비업체 주목)

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6. 피에스케이홀딩스(PSK)의 리플로우 장비와 시장 점유율

✅ 피에스케이홀딩스는 HBM 패키징 공정에서 사용되는 리플로우(Reflow) 장비의 선도 기업

• 리플로우 공정에서 높은 정밀도와 균일성을 제공
• 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 글로벌 메모리 반도체 제조사에 공급
• 플립 칩 범프 및 솔더링 공정에서 기술적 강점을 보유

✅ 시장 점유율

• Dry Strip 장비: 글로벌 시장 점유율 25~27% (세계 1위)
• 리플로우 장비: 국내 및 아시아 시장에서 주요 장비 공급사 중 하나
• HBM 성장에 따라 향후 시장 점유율 상승 가능성

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7. 결론

코어 다이(DRAM) 플립 칩 범프 형성 공정은 HBM 패키징의 필수적인 요소로, 반도체 성능과 생산성 향상을 위한 핵심 기술입니다. 피에스케이홀딩스는 이 공정에서 필수적인 리플로우 장비를 공급하며, HBM 시장 확대로 인해 수혜를 받을 가능성이 큽니다. 향후 HBM3e 및 HBM4의 도입이 본격화되면 플립 칩 범프 및 TSV 기술이 더욱 중요해질 전망이며, 관련 장비 기업들의 성장 가능성이 높아질 것으로 예상됩니다.

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