반도체, 동시에 조립한다.. 생산량 100배 향상

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진과 중소기업이 반도체 후공정의 생산성을 기존보다 100배 높일 수 있는 갱본더(Gang-Bonder) 장비를 개발했다. 이 장비는 여러 개의 반도체를 동시에 조립하는 장비로 우리나라에서 최초로 상용화 됐다.

한국기계연구원은 송준엽 기계연 부원장과 프로텍이 갱본더 장비를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 장비는 머리카락 한 가닥의 절반보다 얇은 20㎛(나노미터)급 유연 반도체 칩을 유연기판에 배열하고 2나노미터 수준의 조립정밀도로 접속하거나 적층할 수 있는 '대면적(300㎜×300㎜ 이상) 패널 레벨 패키지 조립 장비'다.

이 장비는 반도체를 웨이버나 각 칩단위로 생산하는 것이 아니라, 패널 단위로 한 번에 패키징할 수 있다. 여러 개의 반도체를 동시에 조립할 수 있다는 뜻이다. 낮은 온도에서 1차 조립을 한 뒤, 다시 일괄 전기 접속해 조립을 마무리한다. 이에 따라 일반적 후공정 방식(TC본더)보다 반도체 생산량을 100배 높일 수 있다.

연구팀은 갱본더 방식의 패키징 기술을 구현하기 위해 특수 기체를 활용해 칩과 접촉하지 않고 압력을 가할 수 있는 기술도 개발했다. 이 기술을 통해 칩이나 기판 두께의 편차가 발생해도 균일한 압력을 가할 수 있다. 이는 칩의정렬이 틀어지는 조립 오차를 해결해준다. 현재 반도체 패키징 조립은 개별 칩마다 조립 헤드부분이 기계적으로 압력을 가하는 방식으로 이뤄진다. 하지만 칩과 기판 두께의 편차가 생기면 조립 오차가 발생해 생산량의 한계가 있었다.

연구팀은 300㎜×300㎜ 이상의 대면적을 20℃/sec 이상으로 고속 승온하거나 냉각할 수 있는 다중 셀 세라믹 히터도 개발했다. 유연 기판을 셀로 나누어 동시에 가열하면서도 균일한 열전달이 가능하게 한 기술이다.

송준엽 기계연 부원장은 "이번에 개발한 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가의 소수 업체가 주도하고 있는 최고 사양의 반도체 조립 장비보다 앞선 세계 최고 수준의 기술"이라며 "웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, Micro-LED 디스플레이뿐만 아니라, AI 반도체 패키지와 같은 웨이퍼 및 패널 레벨 패키지 초정밀 조립 분야에도 활용될 수 있어 관련 산업의 고속 성장에 따라 새로운 장비산업 창출로 확대될 것으로 기대된다"고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr