다이셀, 하이브리드 본딩 에폭시 개발 … 포스트 PPE 샘플 공급

다이셀(Daicel)이 반도체 후공정‧실장 소재 시장에 진출한다.
다이셀은 칩끼리 직접 접합하는 방식으로 차세대 반도체 패키징 기술로 주목받고 있는 하이브리드 본딩용 에폭시(Epoxy)계 액제를 개발하고 있으며 2023년 5월부터 5G(5세대 이동통신) 이후 고주파 통신에 대응하는 리지드 기판용 저유전 수지 샘플을 공급하고 있다.
기존 반도체 소재 사업은 회로 성형에 사용하는 포토레지스트 원료 등 전공정 소재 중심이었으나 앞으로 반도체 칩을 적층해 성능을 높이는 3D 실장, 포스트 5G 등 기술 트렌드에 맞추어 후공정‧실장 소재를 개발하고 2025년 이후 사업화하는 것을 목표로 하고 있다.
다이셀은 2021년부터 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO) 프로젝트에 참여해 기기‧기판 영역에서 포스트 5G용 소재를 개발하고 있으며 최근 공개한 후공장‧실장 소재 사업화 계획 역시 NEDO 프로젝트 성과로 파악되고 있다.
3D 실장을 위해서는 오사카(Osaka)대학과 공동으로 구리 마이크로 범프(전극) 접합기술에 적합하고 저온접합이 가능한 소결 페이스트를 개발했으며 범프 미세화에 대응하기 위해 칩과 칩의 구리 전극끼리 직접 연결하는 범프리스 접합에 관심을 나타내며 하이브리드 본딩용 소재를 개발하고 있다.
하이브리드 본딩은 칩 위에 형성된 구리 전극과 절연층을 일괄 접합하는 방식이며 전극 형성 후 CMP(화학적 기계연마) 공정을 거쳐 전극만 수나노미터 집어넣는다.
그러나 층끼리 접합하기 위해 실리콘(Silicone) 산화막 등 무기 소재를 사용하기 때문에 세정으로도 연마‧평탄화 공정에서 발생한 파티클(미립자)을 걷어내기 어렵다는 과제가 있다.
다이셀은 구리 전극과 절연 수지 각각에 대응할 수 있는 소재를 개발함으로써 과제 해결에 나서고 있다.
구리와 구리를 저온접합하는 표면처리제, 절연층끼리 접합시키기 위한 지환식 에폭시수지를 베이스로 한 액제 등을 조합했으며 액제가 접착제 역할을 하기 때문에 연마‧평탄화 공정에서 발생한 파티클을 접합부에 가라앉힘으로써 불량 억제가 가능한 것으로 파악된다.
1액형 저점도제품이어서 스핀코터로 도포할 수 있고 섭씨 170도 수준에서 저온경화가 가능하며 320도 상당의 내열성을 갖추었고 경화수축이 작다는 점이 특징이다.
접합부 왜곡을 억제할 수 있고 무기 소재로는 해소가 불가능했던 파티클 잔사에 따른 수율 저하 등 프로세스상 과제 해결에 도움이 될 것으로 기대하며 2025년 사업화를 추진하고 있다.
실장 소재는 기판용 저유전 수지 중 현재 주류를 이루고 있는 PPE(Polyphenylene Ether)의 뒤를 이을 포스트 PPE로 개발한 열경화성 수지 샘플을 공급하고 있다.
전기특성은 경화 상태에서 비유전률(Dk) 2.8, 유전정접(Df) 0.001 이하이며 원래 양립이 어려운 저유전정접과 난연성을 모두 갖추어 난연규격 UL94V-O 수준을 보장할 수 있는 것으로 알려졌다.
분체로 상용화하고 분자량이 서로 다른 2개 계통을 라인업해 2027년 양산할 예정이다.
현재 일본, 한국, 타이완 수요기업에게 제안하고 있으며 CCL(동장적층판)용 변성 PPE(mPPE) 대체 수요를 타깃으로 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 등 연질 수지와 조합하는 방안을 검토하고 있다.
이밖에 반도체, 패키지기판용 빌드업 필름 용도로도 공급이 가능할 것으로 판단하고 있다. (강윤화 책임기자)