웨이퍼 레벨 패키징(WLP)은 소형화와 전기적 성능 측면에서 강점을 가지며 모바일, 웨어러블, 고집적 반도체 분야에서 빠르게 확산되어 왔습니다. 다만 WLP라고 해서 모두 같은 구조를 쓰는 것은 아닙니다. 실제 양산에서는 Fan-In WLP와 Fan-Out WLP가 서로 다른 목적과 조건에 따라 선택됩니다.
Fan-In WLP와 Fan-Out WLP의 구조 차이를 중심으로, 어떤 한계와 장점을 가지는지, 어떤 제품에서 주로 선택되는지를 비교 관점으로 정리합니다. 이후 세부 공정(RDL, PSV, UBM, 범프 형성 등)을 이해하기 위한 기준점을 잡는 데도 도움이 되도록 구성했습니다.
Fan-In WLP와 Fan-Out WLP의 기본 개념
Fan-In WLP는 패키지 단자가 칩 면적 안쪽에만 배치되는 구조입니다. 패키지 크기가 칩 크기와 거의 동일하며, 배선과 범프가 다이 내부 영역에 집중됩니다. 구조가 단순하고 공정 흐름이 비교적 명확하다는 장점이 있습니다.
Fan-Out WLP는 칩 외곽까지 패키지 영역을 확장해 단자를 배치하는 구조입니다. 다이 주변에 재구성 영역을 확보해 더 많은 I/O를 배치할 수 있으며, 설계 자유도가 높다는 특징을 가집니다.
구조적 차이의 핵심은 패키지 면적의 사용 방식
Fan-In WLP에서는 다이 면적이 곧 패키지의 한계가 됩니다. 단자 수가 늘어날수록 범프 피치와 배선 밀도에 부담이 커지고, 결국 구조적 한계로 이어집니다. 대신 공정 변수가 적어 수율과 비용 측면에서 유리한 경우가 많습니다.
Fan-Out WLP는 다이 외곽으로 패키지 면적을 넓혀 단자 배치를 확장합니다. 더 많은 I/O를 확보할 수 있고 배선 경로를 유리하게 설계할 수 있지만, 재구성(Reconstitution)이나 몰딩 등 추가 단계가 포함되면서 공정 복잡도와 제어 난이도는 높아집니다.
I/O 확장성과 설계 자유도에서의 차이
I/O 확장성은 두 구조를 구분하는 가장 직관적인 기준입니다.
Fan-In WLP는 소형 제품에 적합하지만, 단자 수가 증가하면 적용이 어려워집니다. 고핀수 제품에서는 RDL 미세화만으로 해결하기 어려운 구간이 존재하기 때문입니다.
Fan-Out WLP는 재구성 영역을 활용해 I/O를 보다 자유롭게 배치할 수 있습니다. 전원과 신호를 분리하는 설계, 특정 영역에 I/O를 집중하는 설계 등도 상대적으로 수월합니다. 고집적 제품에서 Fan-Out 구조가 검토되는 이유가 여기에 있습니다.
공정 흐름 관점에서 바라본 차이
Fan-In WLP는 웨이퍼 상에서 절연층, RDL, PSV, UBM, 범프 형성이 순서대로 진행되는 구조가 일반적입니다. 공정 흐름이 단순하고 반복성이 높아 양산 운영이 비교적 안정적입니다.
Fan-Out WLP는 다이를 재배치하고 재구성 구조를 만든 뒤 RDL과 범프 공정으로 넘어갑니다. 이 과정에서 다이 정렬, 워페이지, 몰딩 수축 등 추가 관리 요소가 생기며, 공정 창(window)을 넓게 가져가기 어렵다는 특성이 있습니다.
전기적 성능과 신뢰성에서 생기는 차이
Fan-In WLP는 신호 경로가 짧고 구조가 단순해 전기적 특성이 안정적인 편입니다. 저전력, 소형 제품에서 신뢰성 확보가 상대적으로 수월하다는 장점이 있습니다.
Fan-Out WLP는 구조가 복잡해질 수 있지만, 설계 최적화를 통해 신호 경로를 유리하게 만들 수 있습니다. 다만 Fan-Out 영역의 재료 특성, 응력 분포, 워페이지 관리가 신뢰성에 큰 영향을 주기 때문에 설계와 공정 조건을 함께 맞춰야 합니다.
적용 제품 기준으로 보면 선택 이유가 더 명확해진다
Fan-In WLP는 단자 수가 제한적이고 크기와 비용이 중요한 제품에서 유리합니다. PMIC, 센서, 저전력 RF 칩, 초소형 IoT 칩 등이 대표적입니다.
Fan-Out WLP는 I/O 확장과 설계 자유도가 필요한 제품에서 검토됩니다. 모바일 AP, 고성능 RF 모듈, 복합 기능 SoC처럼 집적도가 높고 패키지 구조가 성능과 직결되는 경우 Fan-Out 방식의 장점이 분명해집니다.
어떤 기준으로 선택하면 되는가
Fan-In WLP와 Fan-Out WLP는 우열 관계로 보기보다 요구 조건에 따라 선택이 갈리는 구조입니다.
I/O 요구가 크지 않고 공정 안정성과 비용이 우선이라면 Fan-In WLP가 자연스럽습니다. 반대로 고핀수, 고성능, 설계 자유도가 핵심이라면 Fan-Out WLP가 더 현실적인 선택이 됩니다. 결국 선택 기준은 제품의 목표 스펙, 단자 수, 패키지 크기 제약, 신뢰성 요구 수준에 의해 결정됩니다.