WLP 공정에서 RDL 보호와 UBM 형성을 위한 PSV(Passivation)의 구조, 재료, 공정 흐름을 정리한 기술 가이드입니다.
PSV(Passivation)는 WLP Fan-In 공정에서 RDL 위를 보호하고, 이후 UBM 공정에서 범프가 형성될 패드 영역만 정확하게 노출시키기 위한 절연층입니다. PSV는 단순 보호층 이상의 역할을 수행하며, WLP 전체 신뢰성을 좌우하는 핵심 공정입니다. 특히 PSV의 절연 품질과 패드 오픈 정밀도는 금속 접합, 범프 품질, 리플로우 후 신뢰성까지 광범위하게 영향을 줍니다.
RDL 위에 형성되므로 RDL 형성 과정을 이해하면 PSV 공정의 중요성이 더욱 명확해집니다.
1. PSV 공정의 역할
1.1 RDL 보호
RDL은 미세 배선으로 구성되어 외부 환경에 취약하기 때문에 절연층으로 보호해야 합니다. PSV는 금속 배선을 외부 오염, 습기, 산화로부터 보호하는 역할을 합니다.
1.2 UBM 공정 준비
범프가 형성될 위치는 PSV 패드 오픈(Pad Opening)에 의해 결정됩니다.
패드 오픈 크기의 균일성, 정렬 정확도, 절연 재료 두께는 이후 UBM 증착 품질에 그대로 반영됩니다.
1.3 전기적 절연 확보
PSV는 금속 라인 간 절연을 유지하여 누설 전류와 신뢰성 문제를 방지하는 기능도 수행합니다.
2. PSV 재료
2.1 PI(Polyimide)
Fan-In WLP에서 가장 널리 사용되는 절연재입니다.
장점: 내열성 우수, 접착력 안정적, 패턴 오픈 정밀도 우수
단점: 경화 온도가 상대적으로 높음(약 300~400°C 수준)
2.2 PBO(Polybenzoxazole)
PI보다 낮은 경화 온도(200~350°C 수준)와 우수한 표면 평탄성을 제공합니다.
장점: Low-k 특성, 다층 절연 구조에 유리
단점: 습도에 민감할 수 있음
2.3 SiN/SiO₂ 기반 무기 절연층
특정 고신뢰성 제품 또는 센서류에서 사용됩니다.
보호 성능은 우수하나 패턴 오픈 식각 공정이 더 어려운 편입니다.
3. PSV 공정 흐름
3.1 도포(Coating)
스핀 코팅 방식으로 절연막을 도포하며, 일반적으로 3~10 µm 범위로 두께를 설정합니다.
도포 두께 균일도가 낮으면 RDL 단차가 그대로 반영되어 패턴 오픈 정밀도에 영향을 줄 수 있습니다.
3.2 경화(Cure)
재료 특성에 따라 200~350°C(PBO), 300~400°C(PI) 범위에서 열처리를 수행합니다.
경화 품질은 절연층의 기계적 강도, 접착력, 유전 특성에 영향을 줍니다.
3.3 패드 오픈(Pad Opening)
UBM이 형성될 영역만 선택적으로 노출시키는 단계입니다.
공정 흐름:
- PR 코팅
- 노광
- 현상
- 에칭
오픈 크기가 정확하지 않으면 UBM 접합면적이 비대칭해지고 범프 높이 편차가 발생할 수 있습니다.
3.4 세정 및 표면 준비
패드 오픈 후 금속 표면의 산화막과 유기 잔사를 제거해야 합니다.
주요 공정:
- Wet Cleaning
- O₂/Ar Plasma Cleaning(실무에서 가장 중요한 단계)
이 과정이 제대로 이루어지지 않으면 UBM 금속층 박리 또는 IMC 형성 불량이 발생합니다.
4. PSV 공정에서 발생하기 쉬운 문제
4.1 오버/언더 에칭
오버 에칭: 패드 가장자리 손상 → 접합 신뢰성 저하
언더 에칭: 금속 노출 부족 → UBM 증착 불량
4.2 접착력 저하
절연층과 RDL 사이의 접착력이 약하면 온도 사이클 테스트에서 절연층 박리가 발생합니다.
4.3 균열(Crack)
Cure 조건 불량, 열 스트레스 등에 의해 표면 또는 패드 주변에 미세 균열이 발생할 수 있습니다.
4.4 패드 오염
PR 잔사 또는 산화막이 남으면 UBM 증착 후 금속 박리로 이어질 수 있습니다.
5. PSV 이후 공정과의 관계
5.1 UBM 공정과의 연계
PSV 오픈 형태는 UBM 금속 스택 형성 영역을 결정합니다.
오픈 정밀도는 금속 확산, IMC 형성, 초기 접합 품질까지 영향을 줍니다.
5.2 Ball Drop 공정과의 연계
PSV 품질이 안정적일수록 범프 형성 후 높이 편차·접합 불량 발생률이 감소합니다.
6. 마무리
PSV는 RDL 보호막 이상의 기능을 가지며, WLP Fan-In 공정의 구조적 안정성을 결정하는 핵심 단계입니다. PSV의 두께 균일성, 오픈 정밀도, 접착력, 표면 준비 품질은 UBM과 Bump Formation 공정의 신뢰성에 직접적인 영향을 줍니다. PSV 공정을 안정적으로 관리하는 것은 Fan-In WLP 수율 확보의 필수 요소입니다.