한국테스트 학술대회 논문 투고 형식

Abstract

I. 서 론

최근 반도체 Package 의 특징은 High Density, High

Speed 및 Small size 로 나눌수가 있으며 이에 따른

Wafer 대구경화, Multi stack, Thinnin 및 Flip Chip 및

ULGA 와 같은 New Package 의 개발이 主를 이루고

있다. 제품의 고성능, 고밀도, 다기능화 구현 및 차별화

제품 요구증대에 따라 다양한 Package 기술 개발중

특히 Pad Pitch Size 의 미세화(120 -> 50 ) 및

Multi stack(1Chip -> 4Chip(‘07 년) -> 8Chip

(‘08 년)의 개발은 기존 Test 상에는 전혀 문제가 되지

않든 새로운 형태의 진행성 불량을 유발하게 되었다.

예를 들면 Pad Pitch 간격은 50 까지 줄었지만

EMC 공정상 발생한 전도성 이물질 의 크기는 20

~40 까지 존재하여 Short 발생 가능성이 높아지게

되었으며 ‘05 년부터 Test 이후 공정인 FQA 입고

검사에서 집중 불량 다발하는 현상에 착안하여 실험을 한 결과

초기 Open/Short시 양 Pin간의 저항치가 25 수준의

Device가 Test종단부에 가서는 813Ω으로 줄어드는 진행성

Short불량을 확인하였으며 최종 Decap 결과 그림1 과 같이

Ball과 Ball사이에 EMC공정에서 발생한 전도성 이물질 발견

및 Carbon성분의 의한 진행성 불량임을 확인할 수 있었다.

[그림1: Pin간 Carbon성분에 의한 Short]

그래서 ‘04 년/’05 년 FQA, Test 및 Claim 에 발생한

Pin Short 불량에 대한 X-Section/X-Ray 분석을 한

결과 Pin to Pin 간 이물질의 형상은 표 1 과 같이

Carbin 성분, 금속 이물질 및 Wire Sagging,Inner

Lead Short 등으로 구분할 수가 있었으며 이는 최근의

Pad Pitch Size, Wire 간격, Inner Lead 간격 및 다층

Layer 와 관계등을 확인하였으며 Package 내부 Short

유발가능인자 (EMC 내부 전도성이물질, 조립공정

Particle)들이 초기 Test 시에는 불완전 불량 조건

상태로 존재하다가 Test 시 Function Test 등

열하조건등을 만남에 따른 활성화로 진행성 Short

불량전이 및 최종 Claim 으로 귀결됨을 확인하였다.

이를 진행성 (Potential) Short 불량이라 칭하였으며 본

불량을 선별할 수 있는 Mega Ohm Short Test 을

개발하는 계기가 되었다.

[표1: Pin to Pin 이물질 분석 현황(‘04년/’05년기준)

[Case1: Carbon성분에 의한 Pin to Pin Short]

[Case2: 금속이물질에 의한 Pin to Pin Short]

Mega Ohm Short Test 를 이용한 진행성불량 선별 방안

이승철, 황상태, 이상현, 김인철

삼성전자 Isidore.lee@samsung.com

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[Case3: 기타 Short현상 Pad침범등]

II. 본 론

1. Mega Ohm Short Test 방법 개발

일반적인 Test 의 Open/Short 선별 개념은 아래 표와

같으며 Current Forcing(200uA)에 의한 전압측정시

Short Limit(0.2v)를 환산시 양 Pin간 1까지 선별 이

가능하지만 최근 진행성으로 발전한 Short불량 Pin to Pin간

저항값은 1 ~ 500 수준은 기존 PGM으로는 선별할 수

없음을 확인하였다.

이에 Package Resistive Short모델을 다음과 같이 7가지로

해본 결과 Resistance of malfunction시 선별할 수 없는 유형

이 ②,③,⑥⑦번 발생하며 이런 유형들이 Function불량에서

충분히 선별되지 못할 가능성이 있을 뿐만 아니라 더 우려되는

유형은 초기 ∞상태에서 수 으로 전이되는 진행성

불량이 더 큰 품질 Issue 를 내포하고 있어 다음과

같은 5 까지 Mega Ohm Short Test 방법을

개발하였다.

기존 Short Test 방법이 Protection Diode 를 이용

하였다면 본 Mega Ohm Short Test 방법은 Protection

Diode 가 Turn On 이 되지 않는 조건 즉, 내부 Pin

Impedance 성분을 ≒∞로 만들어 주는 방법으로

그림 2 의 Signal Pin to Signal Pin 간의 Short

Test 방법은 우선 Pin 내부 Impedance 를 ≒∞로

만들기 위하여 비 측정 Pin 들에 0.3V 를 Set 하였으며

측정 Pin 에는 0V 를 인가하여 Pin by Pin Scan

방식으로 순수하게 Pin 간 Pin 사이의 저항성을 측정

수~까지 측정할 수가 있다.

그리고 Power Pin 과 Ground Pin 에 대한 Short

방법으로 우선 Power 단에 0V 전위를 set 하고 나머지

Signal Pin 들에는 +0.1v 를 인가하여 측정시

Parallel 하게 측정하는 방식으로 Signal Pin 대 Power

및 Ground Pin 간의 이물질에 대한 저항성을 측정할

수 있게 되었다.

[그림 2] Mega Ohm Short 방법 1

마지막으로 PGM Sequence 측면에서는 PGM 종단에

위치 진행성으로 전도되는 불량 선별가능하도록 하였다.

2. Mega Ohm Short Test 실험 결과 및 고찰

진행성 Short 불량에 대한 Mega Ohm Short Test

PGM 개발후 Short 불량이 다발하고 있는 A(社) 조립

제품인 448FBGA S4LF098X01 제품 적용한 결과

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조립 공정 중, 발생된 인접 Wire 사이의 간격 감소에

의해 불량이 발생된 것으로 분석되었으며 (Wire

sweeping, sagging, Loop height 관리 부적합 현상이

존재함) 불량 현상은 특정 2pin 에서 Metallic Short 가

아닌 수백Ω ~ 수 저항을 갖으며, 전류 Leak 를

유발하는 현상으로 두 Wire 중간에 EMC 가 (최소

81nm ~ 수백 nm) 간격을 유지하고 있으나 절연

역할을 충분히 하지 못해 일정전류가 Leak 되면서

불량이 발생된 것으로 분석되었으며 저항성 Short 을

방지하기 위한 Wire to Wire 간격. 두 Wire 사이에

600nm ~ 80nm Gap 이 존재하는 경우에도 두 Wire 간

전류 Leak 현상이 확인되었으며, Wire 사이에 전도성을

갖는 이물질 없는 경우 최소 2um 이상의 wire gap 이

있을 경우 저항성 Short 현상이 없어짐 ( 최소 2um

이상의 Gap 이 확보되어야 함)을 확인하였음.

본 제품의 경우 3 단 Bonding 을 함에 따른 Wire

Sagging 및 Sweeping 등이 Pin to Pin 간 저항성으로

~0.5 이하의 특성을 가지며 발생하여 본 Mega

Ohm 을 적용한 결과 수율 94.5%에서 98.9%로 개선

및 이상처리 LRR 또한 급격 개선됨을 최종 확인하였다.

본 MegaOhm Short Test 적용 방식은 Scan 방식과

Block 방식으로 나누어 졌으며 초기에는 Scan 방식으로

Test 를 하였으나 Test Time Issue 제품에 대해서는

Block 방식으로 적용하고 있다.

III. 결 론

Test 단 반도체 PKG 내부 전도성 이물질에 의한

진행성 Short 초기 불량 선별을 위해서는 Burn In 등

막대한 투자 보완이 필요하지만 S-LSI 다품종 소량

양산 특성상 옳은 방법이 아니며 조립측면에서는

전도성 이물질 유발 인자 (Carbon, 금속류, Particle)

관리를 100% 완비해야 하나 Package 개발

Trend 대비 제조공정기술이 따라 가지 못하는 측면이

있다. 이에 본 Test 부문에서는 기존 GO/NOGO 선별

Test 개념을 벗어난 진행성 불량 선별을 위하여 Mega

Ohm Short PGM 개발을 통하여 Signal Pin to Signal

Pin 간 및 Signal Pin 대비 Power 및 Ground

Pin 간의 Mega Ohm Short Test Program 을 개발

‘04 년도부터 양산 적용을 하고 있다. 아울러 신제품

개발 DR2 단계부터 본 Mega Ohm Short 가능 여부

Pin 을 판단하여 진행성 Short 불량 선별을 Test

PGM 개발 단계부터 적용중이며 앞으로 L13 공정뿐만

L06 공정으로 갈수록 새로운 형태의 불량에도 Test

선별력 강화노력을 위하여 본 MegaOhm Short

Test 는 지속 Update 및 지속되어야 할 것 이다.

IV. 참고 문헌

한국테스트 학술대회 논문 투고 형식

[1] 유홍범 "출력 Pin-to-Pin Short Test 기법",

사내논문, 2002 년

[2] Test 기술 " The Fundamental of Test

Engineering", 2001 년

[3] 김태훈 "45um find pad pitch 의 wire bonding

technolodgy", 사내논문, 2003 년

[4] 품질대학 " Taguchi DOE(다구치 실험계획법)"

[5] SDS "TRIZ 기본과정"