[반도체소재]
반도체, 후공정 소재를 장악하라!

 

일본, SDM 주도 조인트2 프로젝트 진전 … 12사 기술 총동원

 

일본 반도체 소재‧장치 12사가 SDM(Showa Denko Materials)을 중심으로 오픈 이노베이션에 나서 주목된다.
SDM, 신코전기(Shinko Electric), 디스코(Disco) 등 12사는 차세대 반도체 패키지 기술 개발을 위한 컨소시엄 조인트(Joint) 2 활동을 본격화하고 있다.
조인트2는 첫해인 2021년 각종 파츠를 고밀도 실장할 수 있는 대형 패키지 기판 설계와 요소기술 검증 등을 진행해 정밀접합 기술을 개발하는 등 조기에 성과를 거두었고, 2022년 들어서는 시험제작 및 평가 준비를 진행하고 공동 개발을 가속화하고 있다.
조인트2는 가와사키(Kawasaki)의 신가와사키 창조의 숲에 소재하고 있는 SDM의 반도체 소재‧프로세스 오픈 이노베이션 연구실 PSC(Package Solution Center)에 있으며, 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 첨단 반도체 제조기술 개발 관련 조성사업으로 채택돼 2021년 가을부터 활동하고 있다.
SDM이 간사를 맡고 있으며 반도체 소재‧장치와 관련된 일본의 대표기업들이 다 함께 참여해 반도체 후공정 소재를 100% 일본 기술로 개발하는 체제를 확립하는 것이 목표이다.
주요 개발 대상은 2.XD 실장, 3D 실장 등이다.
기능과 크기가 서로 다른 반도체 칩을 하나의 패키지로 통합하는 헤테로지니어스 인테그레이션으로 알려진 고밀도 실장기술로 패키지 평가기술, 관련 소재‧기판‧장치 개발을 동시에 진행하고 있다.
반도체 미세화가 진전되면서 고기능화와 저코스트화를 위해 무어 법칙의 한계를 돌파하는 기술로 헤테로지니어스 인테그레이션에 관심이 집중되고 있다.
데이터센터용은 2.XD 패키지 성장률이 연평균 70%대에 달할 것으로 전망되고 있다. 
다만, 현재 데이터센터에 탑재되고 있는 플립칩 BGA 등 패키지 기술은 공정 수가 4-5개에 불과하나 2.XD 실장은 10개 이상이고 기술적 난이도가 높아 해결해야 할 과제로 부상하고 있다. 패키지 구조가 복잡해지면서 배선 미세화, 파츠 접합 시 정확도가 중요해지고 있어 기존에는 전공정에만 사용됐던 CMP(화학적 기계연마) 슬러리, 포토레지스트 사용량이 늘어날 수밖에 없기 때문이다.
다양한 종류의 칩들을 탑재하기 위해 패키지 사이가 확대되면 기판 왜곡이나 반도체 발열이 발생할 수 있어 2.XD, 3D 실장을 실현하기 위해서는 복잡한 연립방정식을 해결해야 하는 것으로 판단되고 있다.
조인트2는 일본에서도 반도체 소재‧장치에 강점을 갖춘 관련기업들이 모인 컨소시엄으로 각자 보유하고 있는 소재와 장치를 바탕으로 상호보완 관계를 강화하고 수요기업에게 최적화된 솔루션을 공급하는 것을 목표로 하고 있다.
반도체 칩의 종방형 전기적 접속을 맡는 뱀부 미세접합 기술, 반도체 칩 등을 평면 방향으로 접속하는 극세배선 기술, 대형 패키지 기판에서 열과 스트레스를 관리하는 4가지 관점에서 기술 개발을 진행하고 있다.
2021년에는 최종 목표에 가까운 직경이 5마이크로미터이고 피치 폭은 현행기술의 4분의 1로 줄인 10마이크로미터 뱀부 형성에 성공했다. 피치 폭 20마이크로미터 미세 뱀부끼리 정확하게 접합한 다음 접속부 사이를 채우기 위해 봉지재 언더필을 충진할 수 있음을 확인했다.
액상 봉지재를 사용해 뱀부 접합부를 포함한 전체를 일괄 봉지하는 기술 개발에도 도전하고 있다.
실제 100mm각 대형 패키지 기판을 설계해 마더보드와 접속시킨 시험제품을 제작했으며 반도체 칩과 패키지 기판 사이는 인터포저(중계기판)가 접속하도록 했다. 열을 어떻게 제어하고 응력을 어디까지 완화할 수 있을지 과제를 검증하기 위해서는 패키지 기판이 설치되는 마더보드 수준에서 시뮬레이션을 실시해야 한다는 판단 아래 제작한 것으로 파악된다.
PSC 하드 정비는 오픈 이노베이션의 핵심으로 주목된다.
SDM은 클린룸을 현재의 1200평방미터에서 약 20% 확장해 패널 CMP 장치, 가고정 부착 장치, 패널 연삭 장치, 도금장치, 웨이퍼 몰드 장치, 플립 칩 본더 등 장치류를 도입하고 있으며 PSC가 최첨단 패키지를 일괄적으로 평가하는 체제로 작동하고 있다.
조인트2가 앞으로 도입할 예정인 장치 중에는 참여기업의 최신 장치도 포함돼 있으며 장치 도입을 시작으로 소재, 기판 개발에서도 시너지를 낼 예정이다.
2022년 뱀부의 피치 폭 미세화와 접합, 봉지기술 브러시업을 진행하고 미세패선은 재배선층 인터포저를 2마이크로미터 혹은 2마이크로미터 이하로 줄이며 대형 패키지 기판은 1200mm각 이상을 개발할 예정이다.
모두 쉽게 성공하기 어려운 프로젝트로 파악되나 참여기업간 협업을 통해 세계 최고수준의 기술을 개발하고 후공정 소재‧장치 분야에서 패권을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. (K)

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