유연반도체 100배 빠르게 만든다

한국기계연구원, 프로텍과 핵심장비 기술개발 성공

한국기계연구원이 개발한 갱 본더 기술이 상용화되면, 반도체 패키지를 더욱 얇으면서도 고성능으로 만들 수 있어 웨어러블 디바이스나 스마트 카드 등 3차원 플랙서블 반도체가 필요한 분야에 널리 활용될 것으로 기대된다. 기계연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 여러개의 반도체 칩을 동시에 조립해 후공정 생산성을 기본보다 100배 높일 수 있는 장비를 개발했다. 반도체 칩에 가하는 열손상은 줄이고 생산성은 높인 차세대 방식으로 세계적으로 아직 상용화 사례는 없다.

한국기계연구원은 유연 반도체 후공정 장비 '갱 본더(Gang-Bonder)' 장비를 ㈜프로텍과 공동으로 개발했다고 11일 밝혔다. 기계연구원 송준엽 부원장 연구진은 기존 후공정 방식과 생산성을 비교한 결과 시간당 반도체 생산량(UPH)이 100배 이상 증가하는 것을 확인했다.

갱 본더 기술은 기존의 반도체 칩을 기판에 하나씩 조립하던 방식과 달리 여러 개의 칩을 동시에 조립하는 기술이다. 낮은 온도에서 일차적으로 칩을 간소하게 조립한 다음, 다시 대량의 칩을 일괄 전기 접속하는 방식이다.

송준엽 부원장은 "이번에 개발한 갱 본더 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가의 소수 업체가 주도하고 있는 최고 사양의 반도체 조립 장비보다 앞선 세계 최고 수준의 기술"이라고 설명했다.

연구진은 웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, 마이크로LED 디스플레이 조립분야에 활용할 수 있다고 설명했다. 뿐만아니라 AI 반도체 패키지와 같은 웨이퍼 및 패널 레벨 패키지 초정밀 조립 분야에도 활용해 새로운 장비산업 창출로 확대될 것으로 기대하고 있다.

이 장비는 머리카락 한 가닥(약40~70㎛)의 절반보다 얇은 20㎛급 유연 반도체 칩을 고집적 유연기판에 배열하고, 조립정밀도 ±2㎛ 이내로 접속 및 적층시킬 수 있는 대면적 규모 패널 레벨 패키지 조립 장비다.

한국기계연구원이 개발한 패널 레벨 갱 본더 장비. 기계연구원 제공

연구진은 갱 본더 방식의 패키징을 구현하기 위해 특수 기체를 이용해 칩과 접촉하지 않고 압력을 인가하는 기술을 개발했다.

이 방식을 활용하면 칩 또는 기판의 두께 편차가 발생하더라도 균일한 압력을 가할 수 있고 칩의 정렬이 틀어지는 조립 오차를 해결할 수 있다.

또한 300㎜×300㎜ 이상의 대면적을 20℃/sec 이상으로 고속 승온 및 냉각할 수 있는 다중 셀 세라믹 히터(온도 균일도 ±2% 이내)도 개발했다. 연구진이 개발한 기술은 유연 기판을 셀로 나눠 가열하되, 이를 동시에 진행하여 균일한 열전달이 가능하게 한 기술이다.

[e-mail] 김만기 기자

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