기존 SOIC 풋프린트와 소형 핀 카운트 PLCCs를 위한 장기 부품 지원 확보
제조업 퍼즐에 대해 알아보았던 1부에서는 반도체 어셈블리가 고전적인 리드 프레임 어셈블리에서 멀어지는 이유와 진행에 관한 역사를 살펴보았습니다. 다시 요약하면 리드 프레임 어셈블리는 PDIP, PLCC, PQUAD, PGA와 같은 값비싼 트리밍이나 포밍 툴링을 요구해 시장이 기판 BGA (Ball Grid Array)나 QFN (Quad Flat No-Lead Package), DFN (Dual Flat No-Lead Package) 유형의 어셈블리로 진로를 바꾸게 되었죠. 여기서는 복잡성도 비용도 더 낮지만 SOIC와 낮은 핀-카운트 PLCC 어셈블리에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 QFN과 DFN 어셈블리에 대해 집중해서 알아보겠습니다.
왜 이 업계는 낮은 핀 카운트에 대해 QFN과 DFN 어셈블을 하며, 이것이 부품 노후화에 어떤 영향을 미치나요?
이전에 우리는 고전적인 리드 프레임 기술이 사라지는 이유와 이런 어셈블리 유형에서 가장 높은 비용을 요구하는 것이 트리밍과 포밍 툴링인 것을 알아보았습니다. 다시 확인해 보자면, 높은 수량의 클래식 리드 프레임 어셈블리의 이윤 폭이 2000년에는 한 자릿수로 밀려나며 이를 지원하는 반도체 제조업체가 거의 없는 특수한 항목이 되었습니다. 하나의 단일 사이즈 PLCC 패키지는 트리밍과 포밍 툴링에만 $300,000라는 높은 비용을 필요로 하죠. 하지만 이러한 패키지는 수량이 많을 때 어셈블리 비용이 상당히 감소하고 다이 부착, 와이어 본딩, 몰드, 트리밍, 포밍을 포함했던 1990년대에 가장 흥한 패키지였습니다.
QFN이 떠오르게 된 이유를 자세하게 알아보겠습니다. QFN 어셈블리가 리드 프레임 베이스일 때에는 트리밍이나 포밍 툴링이 필요하지 않습니다. QFN 리드 프레임은 사각형 초콜릿과 같은 X x’s Y 매트릭스로, 개별 QFN의 X와 Y 크기를 유연하게 변경할 수 있습니다. 몰드 툴링 크기와 외부 리드 프레임 크기 역시 많은 QFN 최종 어셈블리 크기와 마찬가지죠. 개별 QFN 어셈블리의 일반적인 크기는 3x3mm, 4x4mm, 5x5mm이고 다른 크기도 많습니다. QFN과 DFN 리드 프레임은 한 번에 몰딩되어 개별 QFN 어셈블리로 잘라집니다. DFN 어셈블리 크기는 더 다양하지만, QFN과 비교해보면 핀 카운트는 가장 적습니다. 몰드 툴링 역시 QFN과 DFN 모두에서 대부분의 크기에 일치합니다.
절단 공정 후에는 어셈블리가 거의 마무리가 되어갑니다. 그 결과로 QFN/DFN 어셈블리는 비싼 트리밍, 포밍 공정은 필요로 하지 않고 다양한 QFN/DFN 크기에도 딱 하나의 몰딩 툴만 필요로 하게 됩니다. 트리밍과 포밍 공정이 없으니 처리량도 훨씬 빨라지고요. 트리밍과 포밍 공정이 없으니 이러한 공정을 필요로 하는 같은 핀 카운트 패키지에 비해 QFN/DFN은 더 높은 산출량을 기대할 수 있습니다. 물리적 공간은 더 적게 차지하고, 처리량은 더 빠르고, 산출량은 더 높으니 트리밍과 포밍 공정이 필수인 클래식한 리드 프레임 어셈블리는 결국 노후화될 수밖에 없게 됩니다.
QFN/DFN은 트리밍과 포밍 공정이 필수인, 같은 양의 핀 카운트 리드 프레임 어셈블리의 종말을 불러왔습니다. 이는 이미 기존의 DIP 패키지에서도 일어난 일입니다. 트리밍과 포밍 공정이 비싸지 않아 DIP는 50년 정도 사용되고 있고, 스루홀 어셈블리 기술은 더이상 운영할만한 수량을 내지 못하게 되었습니다. 누군가는 DIP가 이미 SOIC 패키지로 대체되고 있다고 말할지도 모르지만, 긴 수명 주기 시스템이 필요로 하는 지원 타임라인을 본다면 그렇지 않습니다.
SOIC 패키지는 결국 QFN이나 DFN 유형의 어셈블리로 대체될 것으로 보입니다. 우리는 이미 QFN 버전을 활성 상태를 유지하며 SOIC 전의 제품은 노골적으로 노후화되고, SOIC 어셈블리가 부족한 상황까지 목격했습니다. 오늘날 판매되는 일반 논리 부품을 검사한다면, QFN과 SOIC 버전이 나란히 판매되고 있는 것을 확인하실 수 있을 겁니다. 이는 QFN 어셈블리가 앞에 언급한 클래식한 사각형 QFN 크기로 제공되고 있다는 사실을 고려한다면, 다양한 보드 레이아웃을 필요로 하게 됩니다. Rochester는 신호를 위해 기존의 SOIC 보드 레이아웃을 유지하면서도 QFN 어셈블리를 제공하는 유연한 긴 수명 주기 시스템을 지원할 수 있는 가장 좋은 길이라고 생각합니다.
회로판에 높은 납땜 이음 의존성이 필요하다면 “웨터블 플랭크(Wettable Flank)” 기술을 사용하게 됩니다. 일반적인 QFN은 리드 하단에만 납땜이 있어 패키지 옆면의 구리를 노출된 채로 둡니다. 이는 패키지의 납땜 이음을 검사하기 어렵게 만들죠. “웨터블 플랭크”는 QFN/DFN 제조업체가 노출된 리드 프레임의 옆면을 납땜 가공할 수 있도록 합니다. 이렇게 하면 노출된 구리 부분의 일부나 전체를 덮을 수 있고, 어셈블리 후 납땜 이음성 검사 시 더 넓은 표면을 제공합니다. 웨터블 플랭크는 일반적으로 더 많은 어셈블리 가공과 높은 제조 비용을 유발합니다.
오늘날 Rochester Electronics에서는 기존 SOIC나 적은 핀 카운트 PLCC 풋프린트와 양립할 수 있는 QFN 풋프린트를 제공합니다. 이는 QFN으로 패들 영역에 대한 간단한 보드 수정으로 이루어 낼 수 있습니다. 보드 수정은 충격, 진동이 있는 환경에서 SOIC 등가치를 위해 필요하죠. QFN 패들을 납땜하지 않는다면 트리밍과 포밍 공정을 거친 리드 프레임 어셈블리가 이러한 환경에서는 훨씬 더 좋은 성능을 낼 것입니다.
Rochester Electronics는 이러한 시장 추세를 예측하여 QFN/DFN 어셈블리에 투자를 진행했습니다. Rochester는 오늘날 클래식한 사각형 QFN 어셈블리를 대량 생산하지만, 풋프린트 호환성을 가지고 약간의 보드 수정을 거친 비사각형 QFN 어셈블리도 추가적으로 제공하여 다른 어셈블리에서 이동할 때 긴 수명 주기를 가진 시스템 기업들이 원하는 유연성도 제공합니다. Rochester는 글로벌 고객들을 위해 노후화 퍼즐의 또 다른 조각을 해결했죠.
공인된 반도체 제조업체인 Rochester는 20,000개 이상의 장치 유형을 제조합니다. 120억개가 넘는 다이를 보유하고 있는 Rochester는 70,000개 이상의 장치 유형을 제조할 역량을 가진 기업입니다.
40년이 넘는 시간 동안 70개의 선도적인 반도체 업계와 파트너십을 맺어온 Rochester는 소중한 고객 여러분께 주요 반도체의 지속적 원천을 제공해 왔습니다.
Rochester는 퀵 턴 딜리버리를 제공하는 넓은 범위의 사내 어셈블리 역량을 보유하고 있습니다. 240,000 평방 피트가 넘는 어셈블리 전용 공간, 100,000 평방 피트가 넘는 플라스틱 어셈블리와 리드 피니싱 전용 공간이 있습니다. Rochester는 다음과 같은 다양한 플라스틱 패키징 옵션을 제공합니다:
- 자동 절단, 다이 부착 및 와이어 본딩 장비.
- 완전 자동 몰드 및 반자동 몰드 장비.
- 다양한 수량을 지원하는 유연한 제조 공간.
- 설계/복제, 사전 플레이팅, 스팟 플레이팅을 포함한 리드 프레임 옵션.
- 자동화 인라인 점검.
- 골드 볼 본딩 또는 쿠퍼 볼 본딩.
- 에폭시 다이 부착.
- 맞춤 어셈블리 솔루션.
- 자격 인증 서비스 이용 가능.
패키지, 기판, 리드 프레임 복제
- 대부분의 패키지 기술을 다시 사용할 수 있는 역량.
- ROHS/SnPb 리드 피니시 이용 가능.
- JEDEC 및 맞춤 패키지 아웃라인.
- 기판 및 리드 프레임 설계 서비스.
- 자격 인증 서비스 이용 가능.
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