FO-WLP 공정에서 RDL까지 끝나면 배선 구조는 거의 완성된 상태입니다.
하지만 이 상태로는 외부 기판과 연결할 수 없기 때문에, RDL 위에 금속 접합 구조를 만들고 실제 단자를 형성하는 과정이 필요합니다.
이 역할을 하는 단계가 UBM과 Bump Formation입니다.
FI-WLP에서도 UBM과 범프 공정은 중요하지만, FO-WLP에서는 그 중요도가 한 단계 더 올라갑니다.
Fan-Out 구조 특성상 배선이 EMC 위를 지나오고, Warpage 영향도 크기 때문에 접합 품질이 훨씬 민감하게 나타납니다.
1. FO-WLP에서 UBM의 역할
1.1 RDL과 범프를 연결하는 금속 인터페이스
UBM(Under Bump Metallization)은 RDL과 솔더 범프 사이를 연결하는 금속 스택입니다.
단순히 “범프를 붙이기 위한 금속층”이 아니라, 전기적·기계적 신뢰성을 동시에 책임지는 구조입니다.
FO-WLP에서는 RDL 위에 바로 범프를 형성할 수 없기 때문에
UBM을 통해 접합 면적을 확보하고, 금속 간 반응(IMC)을 안정적으로 제어합니다.
1.2 Fan-Out 구조에서 더 중요한 이유
Fan-Out WLP는 범프 위치가 칩 위가 아니라 EMC 영역까지 확장됩니다.
즉, UBM 일부는 칩 위가 아닌 EMC 기반 RDL 위에 형성됩니다.
이 때문에
- 표면 상태 편차
- 미세 Warpage
- RDL 응력
이 그대로 UBM 접합 품질에 영향을 줍니다.
Fan-In보다 UBM 박리, 비젖음 문제가 더 자주 보이는 이유가 여기에 있습니다.
2. FO-WLP UBM 구조
FO-WLP에서 사용하는 UBM은 제품마다 조금씩 다르지만, 기본적인 스택 구조는 유사합니다.
2.1 Adhesion Layer
RDL과 UBM 금속 스택을 붙잡아주는 역할입니다.
Ti, TiW 계열이 많이 사용됩니다.
이 층이 불안정하면 이후 공정이 아무리 좋아도 접합 불량이 발생합니다.
2.2 Barrier Layer
금속 확산을 막는 역할입니다.
Ni 계열이 가장 일반적이며, 솔더와 Cu 사이의 과도한 반응을 제어합니다.
2.3 Wetting Layer
솔더가 잘 퍼지도록 돕는 층입니다.
범프 형성 품질과 직결되는 부분이라 두께 균일성이 중요합니다.
FO-WLP에서는 이 세 층의 균일성이 Fan-In보다 더 민감하게 작용합니다.
3. FO-WLP UBM 공정 흐름
3.1 PSV 패드 오픈 확인
UBM은 PSV(Passivation)에서 오픈된 영역 위에만 형성됩니다.
이 단계에서 패드 크기나 위치가 조금만 틀어져도
이후 범프 중심이 어긋납니다.
3.2 금속 증착
스퍼터링 방식으로 UBM 금속 스택을 증착합니다.
Warpage가 큰 웨이퍼에서는 금속 두께 편차가 쉽게 발생합니다.
FO-WLP에서는 이 단계에서 금속 스트레스 관리가 중요합니다.
3.3 패턴 정의 및 에칭
포토 공정을 통해 UBM 영역을 정의하고 불필요한 금속을 제거합니다.
RDL에서 이미 미세 오차가 누적돼 있다면
여기서 정렬 오차가 더 크게 보입니다.
4. Bump Formation 공정 개요
UBM 위에 실제 패키지 단자를 만드는 단계가 Bump Formation입니다.
FO-WLP에서는 주로 솔더 범프 방식이 사용되며, 경우에 따라 Cu Pillar 구조가 적용되기도 합니다.
4.1 솔더 범프 형성 방식
일반적인 흐름은 다음과 같습니다.
Flux 도포
솔더볼 배치
리플로우
세정
범프 직경은 제품에 따라 다르지만, Fan-Out 구조에서는 높이 균일성이 특히 중요합니다.
4.2 FO-WLP에서 범프가 민감한 이유
Fan-Out 영역까지 범프가 형성되기 때문에
EMC 위와 칩 위에서 범프 거동이 다르게 나타날 수 있습니다.
이 차이가
- Ball Height 편차
- Non-wet
- Ball Lift
같은 문제로 이어지는 경우가 많습니다.
5. UBM & Bump 공정에서 자주 발생하는 문제
5.1 UBM 박리
RDL 표면 상태 불량이나 금속 스트레스가 원인입니다.
특히 EMC 위 영역에서 자주 발생합니다.
5.2 비젖음(Non-wetting)
UBM 표면 산화, PSV 오염, Flux 조건 불량 등이 원인입니다.
리플로우 후 범프 모양으로 바로 드러납니다.
5.3 범프 높이 편차
UBM 두께, 솔더볼 배치 정렬, Warpage가 복합적으로 작용합니다.
Fan-Out 구조에서는 이 편차가 SMT 신뢰성까지 영향을 줍니다.
5.4 IMC 과다 형성
Barrier Layer가 제대로 역할을 하지 못하면
금속 간 반응이 과도해져 접합부가 취약해집니다.
6. 이후 공정과의 연결
UBM과 Bump 품질은 이후 SMT 조립과 신뢰성 시험에서 바로 평가됩니다.
TC, HTS, Drop Test에서 문제를 일으키는 상당수가
사실은 이 단계에서 이미 원인이 만들어진 경우가 많습니다.
그래서 FO-WLP에서는
UBM과 Bump를 단순 후공정이 아니라
“패키지 성능을 결정하는 핵심 공정”으로 관리합니다.
7. 마무리
FO-WLP에서 UBM과 Bump Formation은
RDL로 만들어진 배선을 실제 패키지 단자로 완성하는 단계입니다.
Fan-Out 구조 특성상 표면 조건과 Warpage 영향을 크게 받기 때문에
Fan-In WLP보다 훨씬 정밀한 관리가 필요합니다.
이 단계가 안정화되면 FO-WLP 패키지는
전기적·기계적 신뢰성 측면에서 한 단계 완성에 가까워집니다.