반도체 웨이퍼 범핑 수요 증가, 소재 혁신 견인

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반도체 웨이퍼 범핑이 패키징 방식의 새로운 트렌드로 떠오르면서, 범핑 성능을 끌어올리기 위한 소재 혁신이 잇따르고 있다.

13일 업계에 따르면 반도체 미세 공정에 적합한 범프 소재부터 공정 속도를 끌어올릴 수 있는 약품까지 다양한 혁신 소재가 개발되는 추세다.

웨이퍼 범핑은 웨이퍼(다이)를 인쇄회로기판(PCB) 위에 바로 붙여 신호를 주고 받을 수 있도록 하는 기술이다. 웨이퍼에 틴-실버(SnAg)로 만든 미세한 돌기(범프)를 형성함으로써 와이어 없이도 PCB와 신호를 연결할 수 있게 해 준다. 웨이어 레벨 패키징, 플립칩 패키징, 3차원(D) 적층 반도체, 임베디드 패키징 등 다이 크기를 최소화할 수 있는 첨단 패키징 방식에 웨이퍼 범핑이 모두 활용된다. 이에 따라 범핑 성능을 끌어올리는 것은 곧 첨단 반도체 성능과 직결된다.

시장조사업체 욜은 웨이퍼 범핑 방식이 지난 2010년부터 오는 2016년까지 300㎜ 웨이퍼 기준 연평균 30%의 속도로 급격히 늘어날 것이라고 기대했다.

범핑의 중요성이 커진 만큼 소재 혁신도 잇따르고 있다. 범핑 확산과 함께 가장 많은 인기를 끈 소재는 바로 구리다. 반도체 크기가 점차 작아지면서 범프 크기도 줄고 수량도 늘어나다보니 범프끼리 충돌이 일어나게 된다. 이를 막기 위해 미세한 구리 기둥을 세우고 그 위에 범프를 올리는 방식이 인기를 끈 것이다. 틴 실버에 구리를 미량 섞기도 한다.

또 미세 공정에서는 반도체 성능에 영향을 줄 수 있는 알파파를 최소화하는 것이 과제다. 이 때문에 틴에서 발생될 수 있는 알파파를 최소화하는 소재가 각광을 받고 있다. 하니웰과 같은 글로벌 소재 업체들이 알파(Alpha) 파티클이 적은 주석(Sn)을 개발하고 공급 중이다. 이 제품은 하니웰이 향후 성장성을 주목하는 소재 중 하나다.

플립칩 등에서는 웨이퍼 범핑이 패키징 공정 중 가장 큰 비중을 차지하기 때문에 범프 형성 공정 시간이 곧 패키징 시간을 좌우하게 된다. 범프를 형성할 때는 포토레지스트를 현상한 뒤 절연재료(UBM)위에 틴-실버 도금을 처리하는 과정을 거친다. 다우케미칼은 도금 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 도금 약품을 개발했다. 이 회사가 개발한 공정액 ‘솔더온’은 1분에 6㎛를 도금할 수 있어 기존 제품보다 공정 시간을 6분의 1로 줄일 수 있다.

업계 관계자는 “웨이퍼 범핑이 반도체 크기를 줄일 수 있는 장점은 있지만 범프가 워낙 미세하다보니 많은 문제가 발생하는 것이 사실”이라며 “여기에서 나타날 수 있는 문제를 해결할 수 있는 것은 소재 혁신”이라고 말했다.


문보경기자 okmun@etnews.com